EP2143898A1 - Anordnung mit Zylinderkopf und Zylinderblock - Google Patents

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EP2143898A1
EP2143898A1 EP08104677A EP08104677A EP2143898A1 EP 2143898 A1 EP2143898 A1 EP 2143898A1 EP 08104677 A EP08104677 A EP 08104677A EP 08104677 A EP08104677 A EP 08104677A EP 2143898 A1 EP2143898 A1 EP 2143898A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
line
cylinder
exhaust
arrangement
cylinder head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08104677A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kai Kuhlbach
Bernd Steiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to EP08104677A priority Critical patent/EP2143898A1/de
Priority to CN2009201623682U priority patent/CN201486617U/zh
Publication of EP2143898A1 publication Critical patent/EP2143898A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M13/0416—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil arranged in valve-covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/243—Cylinder heads and inlet or exhaust manifolds integrally cast together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with cylinder head and cylinder block for at least one cylinder, wherein the cylinder head is connected to a mounting end face with the cylinder block, wherein at least one oil return line and at least one vent line are provided.
  • the invention relates to the use of such an arrangement for an internal combustion engine.
  • Internal combustion engines have a cylinder block serving as a crankcase and a cylinder head which is used to form the individual cylinders d.
  • Combustion chambers are connected to each other, wherein bores are provided for connecting in the cylinder head and in the cylinder block.
  • bores are provided for connecting in the cylinder head and in the cylinder block.
  • As part of the assembly of the cylinder block and the cylinder head are arranged by stacking their mounting end faces in such a way to each other that the holes are aligned.
  • threaded bolts which are inserted and screwed into the bores of the cylinder head and the cylinder block, a connection is then made.
  • the cylinder head is usually used to hold the valve train.
  • an internal combustion engine requires controls and actuators to operate the controls.
  • the expulsion of the combustion gases via the outlet openings and the filling of the combustion chamber d.
  • H. the suction of the fresh mixture or the fresh air through the inlet openings.
  • four-stroke engines use almost exclusively globe valves as control members, which perform an oscillating lifting movement during operation of the internal combustion engine and in this way release and close the inlet and outlet openings.
  • the required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train.
  • a valve actuating device comprises inter alia a camshaft on which a plurality of cams is arranged. Basically, there is an underlying one Camshaft and an overhead camshaft distinguished. In this case, reference is made to the parting plane between the cylinder head and cylinder block ie on the mounting end faces. If the camshaft is above this parting line, it is an overhead camshaft, otherwise a camshaft underneath.
  • Overhead camshafts are also usually mounted in the cylinder head, wherein a valve train with overhead camshaft as a further valve train component has a rocker arm, a rocker arm or a plunger.
  • valve train It is the task of the valve train to open the intake and exhaust ports of the combustion chamber in time or close, with a quick release of the largest possible flow cross sections is sought to keep the throttle losses in the incoming and outflowing gas flows low and the best possible filling of the Combustion chamber with fresh mixture or an effective d. H. To ensure complete removal of the exhaust gases.
  • the cylinder block has a corresponding number of cylinder bores for receiving the pistons or the cylinder tubes.
  • the pistons are guided axially movably in the cylinder tubes and, together with the cylinder tubes and the cylinder head, form the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • a seal is usually arranged between the cylinder block and the cylinder head.
  • the piston crown forms part of the combustion chamber inner wall and, together with the piston rings, seals the combustion chamber against the crankcase so that no combustion gases or combustion air enter the crankcase and no oil enters the combustion chamber.
  • the piston is equipped according to the prior art for receiving piston rings on its outer circumferential surface with annular grooves, wherein the piston rings extend almost over the entire circumference of the piston.
  • a venting of the crankcase is required, to which at least one vent line is provided.
  • the venting is due to the pressure gradient between the crankcase and the environment.
  • the vent flow is preferably supplied to the intake tract of the internal combustion engine and thus the combustion.
  • vent can be used to dilute additional air aware d. H. are actively injected into the crankcase, the additional blown air then forms part of the venting stream.
  • the gases discharged from the crankcase via the vent line are contaminated with oil.
  • the oil present in the bleed stream provides a noticeable increase in pollutant emissions when the bleed stream is sent to combustion and burns the oil.
  • the bleeding stream emerging from the crankcase is therefore preferably to be separated from the liquid constituents present in the bleeding stream, in particular the oil, which can take place by means of a separator.
  • the separated and recovered oil is preferably returned via the oil return line in the crankcase. Active and passive separators can be used.
  • the vent line may, for example, lead the vent flow exiting the crankcase and contaminated with oil into a settling chamber, for example, a cylinder head cover covering an overhead camshaft in which at least a portion of the oil is passively deposited.
  • a settling chamber for example, a cylinder head cover covering an overhead camshaft in which at least a portion of the oil is passively deposited.
  • the separated oil is collected and returned via oil return line in the crankcase, the oil return is usually gravity driven.
  • An oil return line can - regardless of any existing crankcase ventilation - also serve to return oil that is produced during the lubrication of components or units, for example, from the oil lubrication of the camshaft or the valve train originates.
  • vent line and the oil return line run according to the prior art often parallel to the provided in the cylinder head and in the cylinder block for connecting holes.
  • the at least one vent line is often used simultaneously for oil return d. H. as oil return line.
  • this approach which assigns this dual function to a single line, is problematic.
  • vent flow While the vent flow is led away via the line from the crankcase, the oil should be supplied to the crankcase via the same line but in the opposite direction of flow at the same time.
  • the vent flow can make the oil return difficult or even completely.
  • the vent flow exiting the vent line may prevent the collected and recirculated oil from entering the line.
  • vent flow - depending on the load state - can also have the same flow direction as the oil to be returned.
  • the vent flow - depending on the load state - can also have the same flow direction as the oil to be returned.
  • Another object of the present invention is to demonstrate a use for such an arrangement.
  • the first sub-task is solved by an arrangement with cylinder head and cylinder block for at least one cylinder, wherein the cylinder head is connected at a mounting end face with the cylinder block, wherein at least one oil return line and at least one vent line are provided, and which is characterized in that the at least one oil return line and the at least one vent line in the cylinder head at least partially form two separate lines, whereas the at least one oil return line and the at least one vent line in the cylinder block at least partially form at least one common line.
  • the inventive design of the oil return line ensures that the vent flow does not prevent the collected and intended for recycling oil at the entrance to the oil return line, since the oil return line and the vent line in the cylinder head at least partially d. H. at least over a certain distance, namely at least in the area of the oil inlet, form two separate lines.
  • the merge can be done in the cylinder head, in the cylinder block or in the parting plane between the cylinder head and cylinder block d. H. be formed.
  • the oil return line and the vent line in the cylinder block at least partially form a common line.
  • the decisive factor is the separation of oil return and venting in the cylinder head at the oil inlet area.
  • a single common line but can also lead to several oil return lines or vent lines.
  • the first object of the invention is solved, namely to provide an arrangement of the generic type, which is optimized in terms of oil return.
  • Embodiments of the arrangement in which the at least one oil return line and the at least one vent line merge in the region of the assembly end face to form the at least one common line are advantageous.
  • the merger can also be partially or completely formed during the casting of the cylinder head blank or cylinder block blank, which is done by introducing a simple, outwardly open and therefore easily removable core.
  • mergers in the cylinder head or cylinder block can be formed in this way.
  • Embodiments of the arrangement in which the at least one common line widens in the direction of merging are advantageous, for example the joint provided in the cylinder block - at least one - widens towards the assembly end face of the cylinder block, if the merging takes place in the region of the assembly end face , This facilitates the merging of the lines, in particular the entry of the oil to be returned into the common line.
  • the common line widens towards the oil return line. The oil to be returned is then guided along the inner wall of the extension in the common line.
  • Embodiments of the arrangement in which the at least one vent line and the at least one common line are aligned with one another are advantageous.
  • H. form a continuous line.
  • at least one intended oil return line opens into this continuous line. This embodiment makes it difficult for the vent flow to get into the oil return line and prevent the oil from entering because the vent stream is passed through the assembly without deflections.
  • Embodiments of the arrangement in which the at least one oil return line, the at least one vent line and the at least one common line are aligned substantially in the direction of the longitudinal axis of the at least one cylinder are advantageous.
  • This design of the lines reduces the line length, facilitates the training or processing of the lines and also supports the vent and oil return in fluidic terms.
  • this design of the lines also takes into account the fact that the oil return is gravity driven.
  • the exhaust pipes of the outlet openings of the cylinders are usually brought together, ie, according to the prior art by means of a so-called manifold; often to a single overall exhaust line. Downstream of the manifold, the exhaust gases are then optionally supplied to the turbine of an exhaust gas turbocharger and / or one or more exhaust aftertreatment systems.
  • the integration of the at least one exhaust manifold according to the present embodiment results in a compact design and enables tight packaging of the drive unit.
  • the length and thus the volume and the thermal inertia of the exhaust pipes between the exhaust port on the cylinder and the exhaust aftertreatment system or between exhaust port on the cylinder and turbine are reduced, resulting in both the charge and the exhaust aftertreatment advantages.
  • the integrated exhaust manifold allows a very close to the engine arrangement of the exhaust gas turbocharger and the turbine, so that the exhaust gas enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust pressure and the exhaust gas temperature, can be optimally used.
  • the reduced exhaust volume upstream of the turbine ensures a fast response of the turbocharger.
  • the path of the hot exhaust gases to the various exhaust aftertreatment systems is shortened so that the exhaust gases are given little time to cool down and the exhaust aftertreatment systems reach their operating temperature or light-off temperature as quickly as possible, in particular after a cold start of the internal combustion engine.
  • a cylinder head with a fully integrated exhaust manifold is thermally more heavily loaded than a cylinder head equipped with an external manifold. This results in a significant thermal load of the oil in the oil return line.
  • the arrangement of the at least one oil return line outside the manifold also gives freedom in the structural design of the cylinder head and the integrated exhaust manifold, which allow an optimization in terms of already mentioned objectives.
  • the exhaust pipes of the individual cylinders can be comparatively directly d. H. be merged without detours to an overall exhaust line, since they do not have to be guided around provided within the manifold oil return lines around.
  • this reduces the length of the exhaust pipes and consequently the pipe volume d. H. the exhaust volume of the manifold, so that the response of a turbine disposed downstream of the manifold in the exhaust line is improved.
  • the shortened exhaust pipes also lead to a lower thermal inertia of the manifold, so that the temperature of the exhaust gases downstream of the manifold is higher, which is why the enthalpy of the exhaust gases at the entrance to an optional turbine is higher and provided in the entire exhaust gas exhaust aftertreatment faster if necessary Reach minimum operating temperature.
  • the exhaust pipes can be brought together fluidically optimized to form an overall exhaust gas line, d. H. in such a way that the exhaust gas flows suffer the lowest possible pressure loss when flowing through the manifold.
  • This increases the exhaust gas enthalpy at the outlet of the exhaust manifold or at the inlet to the turbine. Reduced flow deflections also reduce the heat transfer due to convection, which leads to higher exhaust gas temperatures and thus to a higher exhaust gas enthalpy.
  • Embodiments of the cylinder head with, for example, four cylinders, in which the exhaust pipes of the outer cylinder and the exhaust pipes of the inner cylinder are each combined to form an overall exhaust line, can also serve to form an arrangement according to the embodiment in question.
  • At least one oil return line or vent line and / or common line can also be provided on the inlet side of the cylinder head in the arrangement according to the invention.
  • the at least one oil return line is arranged on the side of an imaginary plane facing away from the overall exhaust gas line, which runs through the longitudinal axis of an outer cylinder and is perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder head.
  • the at least one oil return line in the edge region d. H. in the vicinity of a front side of the cylinder head and thus arranged eccentrically which offers several advantages.
  • this arrangement regardless of whether the manifold is integrated or not - facilitates the return of the oil when the cylinder head is installed transversely to the vehicle's longitudinal axis, since the return oil is passed during cornering without further action to the oil return line.
  • an overhead camshaft mounted in the cylinder head can be lubricated by means of oil lubrication, wherein the excess lubricating oil when cornering in the direction of the end faces of the cylinder head and so that it flows in the direction of the oil return line and is discharged.
  • the oil can also come from the crankcase ventilation.
  • This arrangement is an alternative and can be used when, for example, in the more outer areas of the cylinder head, the space for other elements is required, for example, for threaded bolts for mounting the head.
  • the arrangement of the oil return line according to the embodiment in question can also be used in addition and offers advantages if a cooling or a cooling channel is provided adjacent to the entire exhaust line and this cooling is required to lower the oil temperature or is used.
  • the provision of more than one oil return line has the advantage that the oil to be recycled does not have to be collected at one point on the cylinder head, namely at the entrance of a single oil return line, since in this case the return is distributed to two or more lines. Especially when cornering - as described above - to supply d. H. Serving feed the oil return lines with oil, the embodiment in question is advantageous.
  • the provision of more than one oil return line basically offers the possibility of distributing the total cross section of the oil return to several lines, so that not a single line must absorb all the oil to be returned, which may be advantageous in terms of the mechanical strength of the cylinder head.
  • the at least one oil return line may have any, but in particular a circular, elliptical, honeycomb-shaped or, in the basic form, polygonal cross-section.
  • the at least one cylinder has at least two outlet openings for discharging the exhaust gases from the cylinder.
  • embodiments of the arrangement are advantageous in which first the exhaust gas lines of the at least two outlet openings of each cylinder merge to form a partial exhaust gas line belonging to the cylinder before the partial exhaust gas lines of at least two cylinders merge to form the total exhaust gas line.
  • the total travel distance of all exhaust pipes is thereby shortened.
  • the gradual merging of the exhaust pipes to an overall exhaust line also contributes to a more compact d. H. less voluminous design of the cylinder head and thus in particular to a weight reduction and a more effective packaging in the engine compartment.
  • Embodiments of the arrangement in which the at least one vent line is arranged between the exhaust gas lines of two adjacent cylinders are advantageous.
  • the cylinder head is equipped with a liquid cooling.
  • the liquid cooling is also used for cooling the oil return line.
  • a cylinder head with a fully integrated exhaust manifold is thermally more heavily loaded than a conventional cylinder head, which is equipped with an external manifold, which is why increased cooling requirements.
  • Liquid cooling requires the equipment of the cylinder head with a coolant jacket d. H. the arrangement of the coolant through the cylinder head leading coolant channels. The heat is given off inside the cylinder head to the coolant, usually mixed with additives added water. The coolant is thereby conveyed by means of a pump arranged in the cooling circuit, so that it circulates in the coolant jacket. The heat given off to the coolant is removed in this way from the interior of the cylinder head and removed from the coolant in a heat exchanger again.
  • the cylinder head has at least one connection in the outer wall of the cylinder head d. H. on the side facing away from the cylinders of the manifold, can flow through the coolant from the lower coolant jacket in the upper coolant jacket and vice versa.
  • the connection is a breakthrough or flow channel which connects the lower coolant jacket to the upper coolant jacket and enables and realizes an exchange of coolant between the two coolant shells.
  • cooling also takes place in the region of the outer wall of the cylinder head, with the coolant flow guided through the at least one connection contributing to heat dissipation.
  • a suitable dimensioning of the cross section of the at least one connection can specifically influence the flow velocity of the coolant in the connection and thus the heat dissipation in the region of this at least one connection.
  • the lower and the upper coolant jacket are not connected to each other over the entire region of the outer wall, but extends at least one connection only over a portion of the outer wall.
  • the flow velocity in the at least one connection can be increased, which increases the heat transfer by convection. This also offers advantages in terms of the mechanical strength of the cylinder head.
  • the at least one connection is arranged adjacent to the region in which the exhaust gas lines merge to the total exhaust gas line and the hot exhaust gas of the cylinders is collected d. H. in a thermally highly stressed area of the cylinder head.
  • the cooling of the cylinder head according to the embodiment in question is therefore very effective, so that further measures such as enrichment of the fuel-air mixture with the aim of lowering the exhaust gas temperature - as in the EP 1 722 090 A2 described - can be omitted. This proves to be particularly advantageous in terms of fuel consumption and emission behavior.
  • Embodiments in which the distance between the at least one connection and the total exhaust gas line is smaller than the diameter of a cylinder, preferably smaller than half or one-quarter of the diameter of a cylinder, are advantageous, wherein the distance from the distance between the wall of the Total exhaust line and the wall of the compound results.
  • FIG. 1 shows schematically in cross section a first embodiment of the arrangement 1 with a cylinder head 2 and a cylinder block 3, which are connected to each other at their mounting end faces 2a, 3a.
  • each of an oil return line 4 with a vent line 5 to a common line 6 takes place in the region of the mounting end faces 2a, 3a.
  • Each of the two provided in the cylinder head 2 vent lines 5 is aligned with the associated common line 6, ie a vent line 5 and a common line 6 each form a continuous line, each of the two in the cylinder head.
  • 2 provided oil return lines 4 in the region of the mounting end faces 2a, 3a in one of the two continuous lines or common lines 6 opens.
  • the common lines 6 extend towards the mounting end 3a of the cylinder block 3 d. H. in the direction of merging 7, which facilitates the formation of the junction 7 of the lines 4, 5 and the entry of the oil to be returned in the common line 6.
  • the direction of flow on the one hand of the venting flow and on the other hand of the oil flow to be recirculated is indicated by arrows.
  • the supply of the oil return lines 4 with oil takes place from an oil reservoir 8 located in the cylinder head 2. So that no oil from this oil reservoir 8 enters the vent lines 5, the vent lines 5 project beyond the oil level 9 of the reservoir 8, ie the outlet or the end of each vent line 5 lies above the oil level 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) mit Zylinderkopf (2) und Zylinderblock (3) für mindestens einen Zylinder, bei der der Zylinderkopf (2) an einer Montage-Stirnseite (2a) mit dem Zylinderblock (3) verbunden ist, wobei mindestens eine Ölrückführleitung (4) und mindestens eine Entlüftungsleitung (5) vorgesehen sind. Es soll eine Anordnung (1) bereitgestellt werden, die hinsichtlich der Ölrückführung optimiert ist. Erreicht wird dies mit einer Anordnung (1) der oben genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die mindestens eine Ölrückführleitung (4) und die mindestens eine Entlüftungsleitung (5) im Zylinderkopf (2) zumindest teilweise zwei voneinander getrennte Leitungen bilden, wohingegen die mindestens eine Ölrückführleitung (4) und die mindestens eine Entlüftungsleitung (5) im Zylinderblock (3) zumindest teilweise mindestens eine gemeinsame Leitung (6) bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Zylinderkopf und Zylinderblock für mindestens einen Zylinder, bei der der Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit dem Zylinderblock verbunden ist, wobei mindestens eine Ölrückführleitung und mindestens eine Entlüftungsleitung vorgesehen sind.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Anordnung für eine Brennkraftmaschine.
  • Brennkraftmaschinen verfügen über einen als Kurbelgehäuse dienenden Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der einzelnen Zylinder d. h. Brennräume miteinander verbunden werden, wobei zum Verbinden im Zylinderkopf und im Zylinderblock Bohrungen vorgesehen sind. Im Rahmen der Montage werden der Zylinderblock und der Zylinderkopf durch Aufeinanderlegen ihrer Montage-Stirnseiten in der Weise zueinander angeordnet, daß die Bohrungen miteinander fluchten. Mittels Gewindebolzen, die in die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und verschraubt werden, wird dann eine Verbindung hergestellt.
  • Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen und das Füllen des Brennraums d. h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Frischluft über die Einlaßöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein-und Auslaßöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.
  • Eine Ventilbetätigungseinrichtung umfaßt unter anderem eine Nockenwelle, auf der eine Vielzahl von Nocken angeordnet ist. Grundsätzlich wird zwischen einer untenliegenden Nockenwelle und einer obenliegenden Nockenwelle unterschieden. Dabei wird Bezug genommen auf die Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock d. h. auf die Montage-Stirnseiten. Liegt die Nockenwelle oberhalb dieser Trennebene handelt es sich um eine obenliegende Nockenwelle, andernfalls um eine untenliegende Nockenwelle.
  • Obenliegende Nockenwellen werden üblicherweise ebenfalls im Zylinderkopf gelagert, wobei ein Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle als weiteres Ventiltriebsbauteil einen Schwinghebel, einen Kipphebel oder einen Stößel aufweist.
  • Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammer rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischgemisch bzw. ein effektives d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten.
  • Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus. Zur Abdichtung der Brennräume wird in der Regel zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eine Dichtung angeordnet.
  • Der Kolbenboden bildet einen Teil der Brennrauminnenwand und dichtet zusammen mit den Kolbenringen den Brennraum gegen das Kurbelgehäuse ab, so daß keine Verbrennungsgase bzw. keine Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse gelangen und kein Öl in den Brennraum gelangt. Hierzu ist der Kolben nach dem Stand der Technik zur Aufnahme von Kolbenringen auf seiner äußeren Mantelfläche mit Ringnuten ausgestattet, wobei die Kolbenringe sich nahezu über den gesamten Umfang des Kolbens erstrecken.
  • Eine vollständige Abdichtung des Brennraums gegenüber dem Kurbelgehäuse kann jedoch nicht sichergestellt werden, so daß ein Teil der Verbrennungsgase bzw. der Verbrennungsluft in das Kurbelgehäuse gelangt und dort für eine Druckerhöhung sorgt.
  • Um den Druck im Kurbelgehäuse abzubauen und zu verhindern, daß der Druck, der sich im Kurbelgehäuse während des Betriebes der Brennkraftmaschine aufbaut, unerwünscht hohe Werte annimmt, ist eine Entlüftung des Kurbelgehäuses erforderlich, wozu mindestens eine Entlüftungsleitung vorgesehen wird. Die Entlüftung erfolgt aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Kurbelgehäuse und der Umgebung. Der Entlüftungsstrom wird dabei vorzugsweise dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und damit der Verbrennung zugeführt.
  • Im Rahmen der Entlüftung kann zur Verdünnung zusätzlich Luft bewußt d. h. aktiv in das Kurbelgehäuse eingeblasen werden, wobei die zusätzlich eingeblasene Luft dann einen Teil des Entlüftungsstromes bildet.
  • Häufig sind die aus dem Kurbelgehäuse via Entlüftungsleitung abgeführten Gase mit Öl kontaminiert. Das im Entlüftungsstrom vorhandene Öl sorgt für eine spürbare Zunahme der Schadstoffemissionen, wenn der Entlüftungsstrom einer Verbrennung zugeführt wird und das Öl verbrennt. Der aus dem Kurbelgehäuse austretende Entlüftungsstrom ist daher vorzugsweise von den im Entlüftungsstrom befindlichen flüssigen Bestandteilen, insbesondere dem Öl, zu trennen, was mittels eines Abscheiders erfolgen kann. Dabei wird das abgeschiedene und zurückgewonnene Öl vorzugsweise via Ölrückführleitung in das Kurbelgehäuse zurückgeführt. Es können aktive und passive Abscheider eingesetzt werden.
  • Die Entlüftungsleitung kann beispielsweise den aus dem Kurbelgehäuse austretenden und mit Öl kontaminierten Entlüftungsstrom in eine Beruhigungskammer führen, beispielsweise in eine Zylinderkopfabdeckung, mit der eine obenliegende Nockenwelle abgedeckt wird und in der zumindest ein Teil des Öls - passiv - abgeschieden wird. Das abgeschiedene Öl wird gesammelt und via Ölrückführleitung in das Kurbelgehäuse zurückgeführt, wobei die Ölrückführung in der Regel schwerkraftgetrieben ist.
  • Eine Ölrückführleitung kann - unabhängig von einer gegebenenfalls vorhandenen Kurbelgehäuseentlüftung - auch zur Rückführung von Öl dienen, das bei der Schmierung von Bauteilen oder Aggregaten anfällt, beispielsweise aus der Ölschmierung der Nockenwelle bzw. des Ventiltriebs stammt.
  • Die Entlüftungsleitung und die Ölrückführleitung verlaufen nach dem Stand der Technik häufig parallel zu den im Zylinderkopf und im Zylinderblock zum Verbinden vorgesehenen Bohrungen. Dabei dient die mindestens eine Entlüftungsleitung häufig gleichzeitig zur Ölrückführung d. h. als Ölrückführleitung. Diese Vorgehensweise, bei der einer einzigen Leitung diese Doppelfunktion zugewiesen wird, ist aber problematisch.
  • Während der Entlüftungsstrom über die Leitung vom Kurbelgehäuse weggeführt wird, soll gleichzeitig das Öl über dieselbe Leitung aber in entgegengesetzter Strömungsrichtung dem Kurbelgehäuse zugeführt werden. In Abhängigkeit von der Größe des Entlüftungsstroms und dem Strömungsquerschnitt der Leitung d. h. der Strömungsgeschwindigkeit des Entlüftungsstroms kann der Entlüftungsstrom die Ölrückführung erschweren oder gar vollständig unterbinden. Insbesondere kann der aus der Entlüftungsleitung austretende Entlüftungsstrom das gesammelte und zur Rückführung bestimmte Öl am Eintritt in die Leitung hindern.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, daß der Entlüftungsstrom - je nach Lastzustand - auch dieselbe Strömungsrichtung wie das rückzuführende Öl aufweisen kann. In den vorliegend relevanten und nachstehend behandelten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine besteht aber die zuvor beschriebene Problematik, die sich aus den unterschiedlichen Strömungsrichtungen - einerseits des Öls und andererseits des Entlüftungsstroms - ergibt.
  • Eine vollständige Trennung d. h. Separierung von Ölrückführung und Entlüftung führt zu einem voluminöseren und schwereren Zylinderkopf bzw. Zylinderblock und ist im Hinblick auf eine kompakte Bauweise der Anordnung kontraproduktiv.
  • Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 d. h. der gattungsbildenden Art bereitzustellen, die hinsichtlich der Ölrückführung optimiert ist.
  • Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verwendung für eine derartige Anordnung aufzuzeigen.
  • Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Anordnung mit Zylinderkopf und Zylinderblock für mindestens einen Zylinder, bei der der Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit dem Zylinderblock verbunden ist, wobei mindestens eine Ölrückführleitung und mindestens eine Entlüftungsleitung vorgesehen sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die mindestens eine Ölrückführleitung und die mindestens eine Entlüftungsleitung im Zylinderkopf zumindest teilweise zwei voneinander getrennte Leitungen bilden, wohingegen die mindestens eine Ölrückführleitung und die mindestens eine Entlüftungsleitung im Zylinderblock zumindest teilweise mindestens eine gemeinsame Leitung bilden.
  • Einerseits gewährleistet die erfindungsgemäße Ausbildung der Ölrückführleitung, daß der Entlüftungsstrom das gesammelte und zur Rückführung bestimmte Öl nicht am Eintritt in die Ölrückführleitung hindert, da die Ölrückführleitung und die Entlüftungsleitung im Zylinderkopf zumindest teilweise d. h. zumindest über eine bestimmte Strecke, nämlich zumindest im Bereich des Öleintritts, zwei voneinander getrennte Leitungen bilden.
  • Andererseits wird auf eine vollständige Trennung von Ölrückführung und Entlüftung verzichtet, da die Ölrückführleitung und die Entlüftungsleitung zu einer gemeinsamen Leitung zusammengeführt werden, so daß die Ölrückführleitung und die Entlüftungsleitung im Zylinderblock zumindest teilweise d. h. streckenweise eine gemeinsame Leitung bilden, weshalb durchaus eine kompakte Bauweise der Anordnung realisiert werden kann.
  • Die Zusammenführung kann im Zylinderkopf, im Zylinderblock oder aber in der Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock erfolgen d. h. ausgebildet werden. Bei sämtlichen Ausführungen der Zusammenführung bilden die Ölrückführleitung und die Entlüftungsleitung im Zylinderblock zumindest streckenweise eine gemeinsame Leitung. Entscheidend ist die Trennung von Ölrückführung und Entlüftung im Zylinderkopf am Öleintrittsbereich.
  • Es können mehrere Ölrückführleitungen bzw. Entlüftungsleitungen vorgesehen werden, beispielsweise zwei Ölrückführleitungen und zwei Entlüftungsleitungen, wobei jeweils eine Ölrückführleitung und eine Entlüftungsleitung zu einer gemeinsamen Leitung zusammengeführt werden, weshalb von mindestens einer gemeinsamen Leitung die Rede ist. In eine einzelne gemeinsame Leitung können aber auch mehrere Ölrückführleitungen bzw. Entlüftungsleitungen münden.
  • Damit wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Anordnung der gattungsbildenden Art bereitzustellen, die hinsichtlich der Ölrückführung optimiert ist.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Anordnung, bei denen die mindestens eine Ölrückführleitung und die mindestens eine Entlüftungsleitung im Bereich der Montage-Stirnseite zu der mindestens einen gemeinsamen Leitung zusammenführen.
  • Vorteile bietet dies insbesondere in fertigungstechnischer Hinsicht, da eine Zusammenführung der Ölrückführleitung mit der Entlüftungsleitung - im demontierten Zustand der Anordnung - mit vergleichsweise geringem Aufwand ausgebildet werden kann, insbesondere mittels spanabhebender Fertigungsverfahren. Dabei wird die Zusammenführung in die Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes und/oder des Zylinderblocks von außen eingebracht.
  • Die Zusammenführung kann auch bereits beim Gießen des Zylinderkopfrohlings bzw. Zylinderblockrohlings teilweise oder vollständig ausgebildet werden, was durch Einbringen eines einfachen, nach außen offenen und daher leicht entfernbaren Kerns erfolgt. Auf diese Weise können grundsätzlich auch Zusammenführungen im Zylinderkopf oder Zylinderblock ausgebildet werden.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Anordnung, bei denen sich die mindestens eine gemeinsame Leitung in Richtung Zusammenführung erweitert, beispielsweise sich die im Zylinderblock vorgesehene - mindestens eine - gemeinsame Leitung zur Montage-Stirnseite des Zylinderblocks hin erweitert, falls die Zusammenführung im Bereich der Montage-Stirnseite erfolgt. Dies erleichtert die Zusammenführung der Leitungen, insbesondere das Eintreten des rückzuführenden Öls in die gemeinsame Leitung. Vorzugsweise erweitert sich die gemeinsame Leitung zur Ölrückführleitung hin. Das rückzuführende Öl wird dann entlang der Innenwandung der Erweiterung in die gemeinsame Leitung geführt.
  • Vorteilhaft sind dabei insbesondere Ausführungsformen, bei denen sich die gemeinsame Leitung trichterförmig erweitert, gegebenenfalls auch halbseitig trichterförmig.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Anordnung, bei denen die mindestens eine Entlüftungsleitung und die mindestens eine gemeinsame Leitung miteinander fluchten d. h. eine durchgehende Leitung bilden. Dabei mündet mindestens eine vorgesehene Ölrückführleitung in diese durchgehende Leitung. Diese Ausführungsform erschwert es dem Entlüftungsstrom in die Ölrückführleitung zu gelangen und das Öl am Eintritt zu hindern, da der Entlüftungsstrom ohne Umlenkungen durch die Anordnung geführt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen beschrieben.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Anordnung, bei denen die mindestens eine Ölrückführleitung, die mindestens eine Entlüftungsleitung und die mindestens eine gemeinsame Leitung im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des mindestens einen Zylinders ausgerichtet sind. Diese Ausbildung der Leitungen reduziert die Leitungslänge, erleichtert die Ausbildung bzw. Bearbeitung der Leitungen und unterstützt zudem die Entlüftung und Ölrückführung in strömungstechnischer Hinsicht. Zudem trägt diese Ausführung der Leitungen auch dem Umstand Rechnung, daß die Ölrückführung schwerkraftgetrieben ist.
  • Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Zylindern sind Ausführungsformen der Anordnung vorteilhaft, bei denen jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist, wobei
    • sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt,
    • die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern innerhalb des Zylinderkopfes unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche aus dem Zylinderkopf austritt, und
    • mindestens eine Ölrückführleitung auf der den mindestens zwei Zylindern abgewandten Seite des integrierten Abgaskrümmers angeordnet ist.
  • Die Abgasleitungen der Auslaßöffnungen der Zylinder werden üblicherweise d. h. nach dem Stand der Technik mittels eines sogenannten Krümmers zusammengeführt; häufig zu einer einzelnen Gesamtabgasleitung. Stromabwärts des Krümmers werden die Abgase dann gegebenenfalls der Turbine eines Abgasturboladers und/oder einem oder mehreren Abgasnachbehandlungssystemen zugeführt.
  • Die Integration des mindestens einen Abgaskrümmers gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt zu einer kompakten Bauweise und ermöglicht ein dichtes Packaging der Antriebseinheit. Die Länge und damit das Volumen und die thermische Trägheit der Abgasleitungen zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem bzw. zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Turbine werden reduziert, wodurch sich sowohl bei der Aufladung als auch bei der Abgasnachbehandlung Vorteile ergeben.
  • Der integrierte Abgaskrümmer ermöglicht eine sehr motornahe Anordnung des Abgasturboladers bzw. der Turbine, so daß die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal genutzt werden kann. Das verminderte Abgasvolumen stromaufwärts der Turbine gewährleistet ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers. Zudem verkürzt sich der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen, so daß den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
  • Ein Zylinderkopf mit vollständig integriertem Abgaskrümmer ist thermisch höher belastet als ein Zylinderkopf, der mit einem externen Krümmer ausgestattet ist. Daraus resultiert eine erhebliche thermische Belastung des in der Ölrückführleitung befindlichen Öls.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die mindestens eine Ölrückführleitung auf der den mindestens zwei Zylindern abgewandten Seite des integrierten Abgaskrümmers d. h. außerhalb des Krümmers angeordnet und damit auf der thermisch weniger belasteten Seite. Daraus ergibt sich eine geringere thermische Belastung des in der Ölrückführleitung geführten Öls, wodurch einer vorzeitigen Alterung des Öls und einer Verschlechterung der Öleigenschaften, insbesondere der Schmiereigenschaften, entgegengewirkt wird.
  • Die in Rede stehende Ausführungsform grenzt sich insofern von Konzepten - wie sie beispielsweise in der EP 1 722 090 A2 beschrieben sind - ab, bei denen die Ölrückführleitung auf der thermisch hoch belasteten, nämlich auf der den Zylindern zugewandten Seite d. h. innerhalb des Krümmers angeordnet ist.
  • Aus der Anordnung der mindestens einen Ölrückführleitung außerhalb des Krümmers ergeben sich auch Freiheiten bei der konstruktiven Auslegung des Zylinderkopfes bzw. des integrierten Abgaskrümmers, die eine Optimierung hinsichtlich bereits genannter Zielsetzungen gestatten.
  • Die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder können vergleichsweise direkt d. h. ohne Umwege zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden, da sie nicht um innerhalb des Krümmers vorgesehene Ölrückführleitungen herum geführt werden müssen.
  • Zum einen wird dadurch die Länge der Abgasleitungen verringert und folglich das Leitungsvolumen d. h. das Abgasvolumen des Krümmers, so daß das Ansprechverhalten einer stromabwärts des Krümmers in der Gesamtabgasleitung angeordneten Turbine verbessert wird. Die verkürzten Abgasleitungen führen auch zu einer geringeren thermischen Trägheit des Krümmers, so daß die Temperatur der Abgase stromabwärts des Krümmers höher ist, weshalb auch die Enthalpie der Abgase am Eintritt in eine gegebenenfalls vorgesehene Turbine höher ist und in der Gesamtabgasleitung vorgesehene Abgasnachbehandlungssysteme schneller eine gegebenenfalls erforderliche Mindestbetriebstemperatur erreichen.
  • Zum anderen können die Abgasleitungen strömungstechnisch optimiert zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden, d. h. in der Weise, daß die Abgasströmungen einen möglichst geringen Druckverlust beim Durchströmen des Krümmers erleiden. Dies steigert die Abgasenthalpie am Austritt des Abgaskrümmers bzw. am Eintritt in die Turbine. Verminderte Strömungsumlenkungen reduzieren auch den Wärmeübergang infolge Konvektion, was zu höheren Abgastemperaturen und damit zu einer höheren Abgasenthalpie führt.
  • Ausführungsformen des Zylinderkopfes mit beispielsweise vier Zylindern, bei denen die Abgasleitungen der außenliegenden Zylinder und die Abgasleitungen der innenliegenden Zylinder jeweils zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden, können ebenfalls zur Ausbildung einer Anordnung gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform dienen.
  • Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen, bei denen die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder des Zylinderkopfes innerhalb des Zylinderkopfes zu einer einzigen Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden.
  • Mit der Anordnung der mindestens einen Ölrückführleitung außerhalb des Abgaskrümmers erfolgt auch eine Anordnung im mechanisch weniger beanspruchten Bereich des Zylinderkopfes.
  • Grundsätzlich kann auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung mindestens eine Ölrückführleitung bzw. Entlüftungsleitung und/oder gemeinsame Leitung auf der Einlaßseite des Zylinderkopfes vorgesehen werden.
  • Im Hinblick auf Ausführungsformen mit integriertem Abgaskrümmer sind Anordnungen vorteilhaft, bei denen die mindestens eine Ölrückführleitung auf der der Gesamtabgasleitung abgewandten Seite einer gedachten Ebene angeordnet ist, welche durch die Längsachse eines außenliegenden Zylinders verläuft und senkrecht auf der Längsachse des Zylinderkopfes steht.
  • Gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform ist die mindestens eine Ölrückführleitung im Randbereich d. h. in der Nähe einer Stirnseite des Zylinderkopfes und damit außermittig angeordnet, was mehrere Vorteile bietet.
  • Zum einen handelt es sich um einen thermisch weniger hoch belasteten Zylinderkopfbereich, insbesondere auch, weil der Abstand der Ölrückführleitung zum Abgaskrümmer vergleichsweise groß ist d. h. im Vergleich zu anderen Ausführungsformen.
  • Zum anderen erleichtert diese Anordnung - unabhängig davon, ob der Krümmer integriert ist oder nicht - die Rückführung des Öls, wenn der Zylinderkopf quer zur Fahrzeuglängsachse eingebaut wird, da das rückzuführende Öl bei Kurvenfahrt ohne weiteres Zutun zur Ölrückführleitung hingeleitet wird. So kann beispielsweise eine im Zylinderkopf gelagerte obenliegende Nockenwelle mittels Ölschmierung geschmiert werden, wobei das überschüssige Schmieröl bei Kurvenfahrt in Richtung der Stirnseiten des Zylinderkopfes und damit in Richtung Ölrückführleitung fließt und abgeleitet wird. Das Öl kann ebenso aus der Kurbelgehäuseentlüftung stammen.
  • Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen der Anordnung, bei denen mindestens eine Ölrückführleitung auf der der Gesamtabgasleitung zugewandten Seite einer gedachten Ebene angeordnet ist, welche durch die Längsachse eines außenliegenden Zylinders verläuft und senkrecht auf der Längsachse des Zylinderkopfes steht.
  • Diese Anordnung stellt eine Alternative dar und kann zur Anwendung kommen, wenn beispielsweise in den weiter außenliegenden Bereichen des Zylinderkopfes der Bauraum für andere Elemente benötigt wird, beispielsweise für Gewindebolzen zur Montage des Kopfes.
  • Die Anordnung der Ölrückführleitung gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform kann aber auch zusätzlich zum Einsatz kommen und bietet Vorteile, wenn benachbart zur Gesamtabgasleitung eine Kühlung bzw. ein Kühlkanal vorgesehen ist und diese Kühlung zur Absenkung der Öltemperatur erforderlich ist bzw. eingesetzt wird.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Anordnung, bei denen mindestens zwei Ölrückführleitungen vorgesehen sind, die auf gegenüberliegenden Seiten der Gesamtabgasleitung angeordnet sind.
  • Das Vorsehen von mehr als einer Ölrückführleitung hat den Vorteil, dass das rückzuführende Öl nicht an einer Stelle am Zylinderkopf, nämlich am Eintritt einer einzigen Ölrückführleitung gesammelt werden muß, da vorliegend die Rückführung auf zwei oder mehr Leitungen verteilt wird. Insbesondere wenn Kurvenfahrten - wie oben beschrieben - zur Versorgung d. h. Beschickung der Ölrückführleitungen mit Öl dienen, ist die in Rede stehende Ausführungsform vorteilhaft.
  • Das Vorsehen von mehr als einer Ölrückführleitung bietet grundsätzlich die Möglichkeit, den Gesamtquerschnitt der Ölrückführung auf mehrere Leitungen zu verteilen, so daß nicht eine einzige Leitung das gesamte rückzuführende Öl aufnehmen muß, was hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Zylinderkopfes vorteilhaft sein kann.
  • Grundsätzlich kann die mindestens eine Ölrückführleitung einen beliebigen, insbesondere aber einen kreisförmigen, ellipsenförmigen, wabenförmigen bzw. in der Grundform polygonalen Querschnitt aufweisen.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Anordnung, bei denen der mindestens eine Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
  • Während des Ausschiebens der Abgase im Rahmen des Ladungswechsels ist es ein vorrangiges Ziel, möglichst schnell möglichst große Strömungsquerschnitte freizugeben, um ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten, weshalb das Vorsehen von mehr als einer Auslaßöffnung vorteilhaft ist.
  • Bei mehr als einem Zylinder sind Ausführungsformen der Anordnung vorteilhaft, bei denen zunächst die Abgasleitungen der mindestens zwei Auslaßöffnungen jedes Zylinders zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung zusammenführen bevor die Teilabgasleitungen von mindestens zwei Zylindern zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  • Die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen wird hierdurch verkürzt. Das stufenweise Zusammenführen der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung trägt zudem zu einer kompakteren d. h. weniger voluminösen Bauweise des Zylinderkopfes und damit insbesondere zu einer Gewichtsreduzierung und einem effektiveren Packaging im Motorraum bei.
  • Bei Ausführungsformen mit integriertem Abgaskrümmer sind Anordnungen vorteilhaft, bei denen die mindestens eine Entlüftungsleitung auf der den mindestens zwei Zylindern zugewandten Seite des integrierten Abgaskrümmers angeordnet ist.
  • Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Anordnung, bei denen die mindestens eine Entlüftungsleitung zwischen den Abgasleitungen von zwei benachbarten Zylindern angeordnet ist.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Anordnung, bei denen der Zylinderkopf mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist. Vorzugsweise wird die Flüssigkeitskühlung auch zur Kühlung der Ölrückführleitung verwendet.
  • Ein Zylinderkopf mit vollständig integriertem Abgaskrümmer ist thermisch höher belastet als ein herkömmlicher Zylinderkopf, der mit einem externen Krümmer ausgestattet ist, weshalb erhöhte Anforderungen an die Kühlung gestellt werden.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Aufgrund der wesentlich höheren Leistungsfähigkeit einer Flüssigkeitskühlung ist es vorteilhaft, den Zylinderkopf mit einer Flüssigkeitskühlung auszustatten.
  • Eine Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit einem Kühlmittelmantel d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme wird im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so daß es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.
  • Bei Zylinderköpfen mit integrierten Kühlmittelmantel, welcher einen unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen des integrierten Abgaskrümmers und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite des Abgaskrümmers angeordnet ist, aufweist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen
    • beabstandet zu den Abgasleitungen des Abgaskrümmers in der Außenwandung des Zylinderkopfes, aus der die Gesamtabgasleitung austritt, mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen ist, die dem Durchtritt von Kühlmittel dient, wobei die mindestens eine Verbindung benachbart zu dem Bereich angeordnet ist, in dem die Abgasleitungen zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  • Der Zylinderkopf verfügt vorliegend über mindestens eine Verbindung in der Außenwandung des Zylinderkopfes d. h. auf der den Zylindern abgewandten Seite des Krümmers, durch die Kühlmittel aus dem unteren Kühlmittelmantel in den oberen Kühlmittelmantel strömen kann und umgekehrt. Bei der Verbindung handelt es sich vorliegend um einen Durchbruch bzw. Durchflußkanal, der den unteren Kühlmittelmantel mit dem oberen Kühlmittelmantel verbindet und durch den ein Austausch von Kühlmittel zwischen den beiden Kühlmittelmänteln ermöglicht und realisiert wird.
  • Hierdurch findet eine Kühlung auch im Bereich der Außenwandung des Zylinderkopfes statt, wobei die durch die mindestens eine Verbindung hindurchgeführte Kühlmittelströmung zur Wärmeabfuhr beiträgt. Insbesondere kann durch eine entsprechende Dimensionierung des Querschnitts der mindestens einen Verbindung gezielt Einfluß genommen werden auf die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in der Verbindung und damit auf die Wärmeabfuhr im Bereich dieser mindestens einen Verbindung.
  • Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen der untere und der obere Kühlmittelmantel nicht über den gesamten Bereich der Außenwandung miteinander verbunden sind, sondern sich die mindestens eine Verbindung nur über einen Teilbereich der Außenwandung erstreckt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit in der mindestens einen Verbindung gesteigert werden, was den Wärmeübergang durch Konvektion erhöht. Vorteile bietet dies auch hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Zylinderkopfes.
  • Die mindestens eine Verbindung ist benachbart zu dem Bereich angeordnet, in dem die Abgasleitungen zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen und das heiße Abgas der Zylinder gesammelt wird d. h. in einem thermisch besonders hoch belasteten Bereich des Zylinderkopfes.
  • Die Kühlung des Zylinderkopfes gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform ist daher sehr effektiv, so daß auf weitere Maßnahmen wie beispielsweise einer Anfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit dem Ziel einer Absenkung der Abgastemperatur - wie in der EP 1 722 090 A2 beschrieben - verzichtet werden kann. Dies erweist sich insbesondere bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und des Emissionsverhaltens als vorteilhaft.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Abstand zwischen der mindestens einen Verbindung und der Gesamtabgasleitung kleiner ist als der Durchmesser eines Zylinders, vorzugsweise kleiner ist als die Hälfte bzw. ein Viertel des Durchmessers eines Zylinders, wobei sich der Abstand aus der Wegstrecke zwischen der Wandung der Gesamtabgasleitung und der Wandung der Verbindung ergibt.
  • Vorteilhaft ist die Verwendung einer Anordnung nach einer der zuvor genannten Arten insbesondere bei Brennkraftmaschinen, deren mindestens einer Zylinderkopf einen integrierten Abgaskrümmer aufweist, da die erfindungsgemäße Anordnung eine Trennung von Ölrückführung und Entlüftung im Zylinderkopf vorsieht und damit die Anordnung der mindestens einen Ölrückführleitung außerhalb des Krümmers in einem thermisch weniger belasteten Zylinderkopfbereich ermöglicht.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch im Querschnitt eine erste Ausführungsform der Anordnung.
  • Figur 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine erste Ausführungsform der Anordnung 1 mit einem Zylinderkopf 2 und einem Zylinderblock 3, die an ihren Montage-Stirnseiten 2a, 3a miteinander verbunden sind.
  • Im Zylinderkopf 2 sind zwei Ölrückführleitungen 4 und zwei Entlüftungsleitung 5 als separate d. h. voneinander getrennte Leitungen 4, 5 vorgesehen, wobei jeweils eine Ölrückführleitung 4 und eine Entlüftungsleitung 5 im Zylinderblock 3 eine gemeinsame Leitung 6 bilden d. h. zu einer gemeinsamen Leitung 6 zusammenführen.
  • Die Zusammenführung 7 jeweils einer Ölrückführleitung 4 mit einer Entlüftungsleitung 5 zu einer gemeinsamen Leitung 6 erfolgt im Bereich der Montage-Stirnseiten 2a, 3a. Jede der beiden im Zylinderkopf 2 vorgesehenen Entlüftungsleitungen 5 fluchtet mit der dazugehörigen gemeinsamen Leitung 6 d. h. eine Entlüftungsleitung 5 und eine gemeinsame Leitung 6 bilden jeweils eine durchgehende Leitung, wobei jede der beiden im Zylinderkopf 2 vorgesehenen Ölrückführleitungen 4 im Bereich der Montage-Stirnseiten 2a, 3a in eine der beiden durchgehenden Leitungen bzw. gemeinsamen Leitungen 6 einmündet.
  • Die gemeinsamen Leitungen 6 erweitern sich zur Montage-Stirnseite 3a des Zylinderblocks 3 hin d. h. in Richtung Zusammenführung 7, was die Ausbildung der Zusammenführung 7 der Leitungen 4, 5 und das Eintreten des rückzuführenden Öls in die gemeinsame Leitung 6 erleichtert.
  • Die Strömungsrichtung einerseits des Entlüftungsstroms und andererseits des rückzuführenden Ölstroms ist durch Pfeile kenntlich gemacht. Die Versorgung der Ölrückführleitungen 4 mit Öl erfolgt aus einem im Zylinderkopf 2 befindlichen Ölreservoir 8 heraus. Damit kein Öl aus diesem Ölreservoir 8 in die Entlüftungsleitungen 5 eintritt, ragen die Entlüftungsleitungen 5 über den Ölspiegel 9 des Reservoirs 8 hinaus d. h. der Austritt bzw. das Ende jeder Entlüftungsleitung 5 liegt oberhalb des Ölspiegels 9.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Anordnung
    2
    Zylinderkopf
    2a
    Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes
    3
    Zylinderblock
    3a
    Montage-Stirnseite des Zylinderblocks
    4
    Ölrückführleitung
    5
    Entlüftungsleitung
    6
    gemeinsame Leitung
    7
    Zusammenführung
    8
    Ölreservoir
    9
    Ölspiegel

Claims (11)

  1. Anordnung (1) mit Zylinderkopf (2) und Zylinderblock (3) für mindestens einen Zylinder, bei der der Zylinderkopf (2) an einer Montage-Stirnseite (2a) mit dem Zylinderblock (3) verbunden ist, wobei mindestens eine Ölrückführleitung (4) und mindestens eine Entlüftungsleitung (5) vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die mindestens eine Ölrückführleitung (4) und die mindestens eine Entlüftungsleitung (5) im Zylinderkopf (2) zumindest teilweise zwei voneinander getrennte Leitungen bilden, wohingegen die mindestens eine Ölrückführleitung (4) und die mindestens eine Entlüftungsleitung (5) im Zylinderblock (3) zumindest teilweise mindestens eine gemeinsame Leitung (6) bilden.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Ölrückführleitung (4), die mindestens eine Entlüftungsleitung (5) und die mindestens eine gemeinsame Leitung (6) im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des mindestens einen Zylinders ausgerichtet sind.
  3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2 für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist, wobei
    - sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt,
    - die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern innerhalb des Zylinderkopfes (2) unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, welche aus dem Zylinderkopf (2) austritt, und
    - mindestens eine Ölrückführleitung (4) auf der den mindestens zwei Zylindern abgewandten Seite des integrierten Abgaskrümmers angeordnet ist.
  4. Anordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Ölrückführleitung (4) auf der der Gesamtabgasleitung abgewandten Seite einer gedachten Ebene angeordnet ist, welche durch die Längsachse eines außenliegenden Zylinders verläuft und senkrecht auf der Längsachse des Zylinderkopfes (2) steht.
  5. Anordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Ölrückführleitung (4) auf der der Gesamtabgasleitung zugewandten Seite einer gedachten Ebene angeordnet ist, welche durch die Längsachse eines außenliegenden Zylinders verläuft und senkrecht auf der Längsachse des Zylinderkopfes (2) steht.
  6. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ölrückführleitungen (4) vorgesehen sind, die auf gegenüberliegenden Seiten der Gesamtabgasleitung angeordnet sind.
  7. Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
  8. Anordnung (1) nach Anspruch 7 für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Abgasleitungen der mindestens zwei Auslaßöffnungen jedes Zylinders zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung zusammenführen bevor die Teilabgasleitungen von mindestens zwei Zylindern zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  9. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Entlüftungsleitung (5) auf der den mindestens zwei Zylindern zugewandten Seite des integrierten Abgaskrümmers angeordnet ist.
  10. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Entlüftungsleitung (5) zwischen den Abgasleitungen von zwei benachbarten Zylindern angeordnet ist.
  11. Verwendung einer Anordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (2) der Brennkraftmaschine mindestens einen integrierten Abgaskrümmer aufweist.
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