EP2532869B1 - Brennkraftmaschine mit mindestens vier in Reihe angeordneten Zylindern - Google Patents

Brennkraftmaschine mit mindestens vier in Reihe angeordneten Zylindern Download PDF

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EP2532869B1
EP2532869B1 EP11169411.3A EP11169411A EP2532869B1 EP 2532869 B1 EP2532869 B1 EP 2532869B1 EP 11169411 A EP11169411 A EP 11169411A EP 2532869 B1 EP2532869 B1 EP 2532869B1
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EP
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exhaust
cylinder head
cylinder
cylinders
combustion engine
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Ludwig Stump
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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    • F02B27/00—Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues
    • F02B27/04—Use of kinetic or wave energy of charge in induction systems, or of combustion residues in exhaust systems, for improving quantity of charge or for increasing removal of combustion residues in exhaust systems only, e.g. for sucking-off combustion gases

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with at least one cylinder head with the features of the preamble of claim 1.
  • a manifold device for a four-cylinder in-line engine in which two exhaust pipes and thus the exhaust gases from the combustion chambers of two cylinders are brought together to form a partial exhaust pipe, with these two partial exhaust pipes then being combined.
  • a cylinder head for an internal combustion engine is known, with the exhaust pipes of a four-cylinder in-line engine being structurally integrated into the cylinder head.
  • Each cylinder is equipped with two exhaust pipes, with two exhaust pipes being combined to form a partial exhaust pipe and the partial exhaust pipes shown in this way being continued in three separate exhaust gas discharge pipes.
  • Two exhaust pipes of the two inner cylinders are brought together, the remaining exhaust pipes of the two inner cylinders being merged with the partial exhaust pipes of the two outer cylinders, so that a total of three exhaust gas discharge pipes are shown.
  • Internal combustion engines have a cylinder block and at least one cylinder head, which are connected to each other to form the cylinders.
  • the cylinder block has cylinder bores to accommodate the pistons or cylinder tubes.
  • the pistons are guided axially movably in the cylinder tubes and, together with the cylinder tubes and the at least one cylinder head, form the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • Modern internal combustion engines are almost exclusively operated using a four-cycle operating procedure. As part of the charge cycle, the combustion gases are pushed out via the outlet openings of at least four cylinders and the combustion chambers are filled with fresh mixture or charge air via the inlet openings.
  • an internal combustion engine requires control elements and actuating devices for actuating these control elements.
  • lift valves are almost exclusively used as control elements in four-stroke engines, which carry out an oscillating lifting movement during operation of the internal combustion engine and in this way release and close the inlet and outlet openings.
  • the valve actuation mechanism required to move the valves, including the valves themselves, is called the valve train.
  • the at least one cylinder head usually serves to accommodate this valve train.
  • valve train It is the job of the valve train to release or close the inlet and outlet openings of the cylinders in a timely manner, with the aim of quickly releasing the largest possible flow cross sections in order to reduce throttling losses in the inlet and outlet. to keep the outflowing gas flows low and to ensure that the combustion chambers are filled as well as possible with fresh mixture or an effective, ie complete, removal of the exhaust gases.
  • the exhaust pipes that connect to the exhaust openings are at least partially integrated in the cylinder head.
  • the exhaust pipes of the cylinders are usually combined to form a common exhaust pipe or in groups to form several exhaust pipes.
  • the combination of exhaust pipes to form an overall exhaust pipe is generally referred to as an exhaust manifold in the context of the present invention, whereby the section of the overall exhaust pipe, which lies upstream of a turbine that may be arranged in the overall exhaust pipe, can also be viewed as belonging to the exhaust manifold.
  • the inlet area or the inlet housing of a turbine can also be viewed as belonging to the exhaust manifold, namely when the turbine is arranged close to the engine and a clear separation between the inlet area and the entire exhaust pipe cannot be made.
  • the exhaust pipes of four cylinders are combined to form a single exhaust pipe to form an exhaust manifold.
  • the exhaust pipes of the cylinders are brought together in stages in such a way that the at least one exhaust pipe of an external cylinder and the at least one exhaust pipe of the adjacent internal cylinder merge to form a partial exhaust pipe and the two partial exhaust pipes of the four cylinders formed in this way to form an overall exhaust pipe merge.
  • the designed exhaust manifold can be partially or completely integrated in the at least one cylinder head.
  • the exhaust gas removal system exits on the outside of the cylinder head.
  • the evacuation of the combustion gases from a cylinder of the internal combustion engine as part of the charge cycle is essentially based on two different mechanisms. If the exhaust valve opens near bottom dead center at the beginning of the gas cycle, the combustion gases flow due to the towards the end of the Combustion in the cylinder prevailing high pressure levels and the associated high pressure difference between the combustion chamber and the exhaust tract at high speed through the outlet opening into the exhaust gas discharge system.
  • This pressure-driven flow process is accompanied by a high pressure peak, which is also referred to as a pre-exhaust surge and propagates along the exhaust pipe at the speed of sound, with the pressure decreasing, i.e. reducing, to a greater or lesser extent as the distance increases and depending on the pipe routing due to friction.
  • the dynamic wave processes or pressure fluctuations in the exhaust gas removal system are the reason why the offset cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine can influence one another during the charge change, and in particular can also hinder one another.
  • the result can be a deteriorated torque characteristic or a reduced power offering. If the exhaust pipes of the individual cylinders are separated from one another for a longer distance, the mutual influence of the cylinders during the gas cycle can be counteracted.
  • pressure fluctuations in gaseous media propagate as waves, which run through the exhaust pipes and are reflected at open or closed pipe ends.
  • the exhaust gas flow or the local exhaust gas pressure in the exhaust gas removal system then results from the superposition of the leading and reflected waves.
  • the pressure waves that emanate from a cylinder run not only through the at least one exhaust line of this cylinder, but also along the exhaust lines of the other cylinders, possibly up to the outlet opening provided at the end of the respective line .
  • Exhaust gas that has already been pushed out or discharged into an exhaust gas line during the gas exchange can thus enter the cylinder again as a result of the pressure wave emanating from another cylinder.
  • the greatest possible integration of the combination of the exhaust pipes can have an advantageous effect on the arrangement and operation of an exhaust gas aftertreatment system, which is provided downstream of the manifold.
  • the path of the hot exhaust gases to the various exhaust gas aftertreatment systems should be as short as possible so that the exhaust gases are given little time to cool down and the exhaust gas aftertreatment systems reach their operating temperature or light-off temperature as quickly as possible, especially after a cold start of the internal combustion engine.
  • the aim is to have the turbine as close as possible to the outlet, i.e. H. the exhaust openings of the cylinders, in order to be able to optimally use the exhaust gas enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature, and to ensure a quick response of the turbocharger.
  • the thermal inertia and the volume of the line system between the exhaust openings of the cylinders and the turbine should also be minimized, which is why the greatest possible integration of the exhaust manifold into the cylinder head is expedient.
  • Compensating for the shortening of the exhaust pipes caused by the greatest possible integration into the cylinder head by making the cylinder head wider - perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder head - is only possible to a limited extent, as there are strict limits to this approach for reasons of crash behavior, in particular sufficient space in the engine compartment must be available for unhindered deformation.
  • the first task is solved by an internal combustion engine with at least one cylinder head with the features of claim 1.
  • the exhaust pipes of the four cylinders of the at least one cylinder head of the internal combustion engine are grouped, i.e. H. in pairs, brought together, with an external cylinder and the adjacent internal cylinder forming a pair of cylinders, the exhaust pipes of which merge to form a partial exhaust pipe.
  • these partial exhaust pipes are then merged downstream in the exhaust gas discharge system to form an overall exhaust pipe. This shortens the total distance of all exhaust pipes.
  • the gradual merging of the exhaust pipes into one overall exhaust pipe also contributes to a more compact, i.e. H. less voluminous design.
  • the exhaust gas flows of the two cylinder groups are kept separated from each other for longer than the exhaust gas flows within a group.
  • the design of the partial exhaust pipes and their long separation from one another have the effect that one group of cylinders does not hinder the other group of cylinders during the gas exchange, or at least to a lesser extent. This alleviates the problem of the cylinders influencing each other during the gas exchange.
  • variants can be advantageous in which the internal combustion engine is operated with the ignition sequence 1 - 2 - 4 - 3 instead of igniting the cylinders according to the conventional ignition sequence 1 - 3 - 4 - 2 at a distance of 180 ° CA .
  • the ignition times measured in °CA, are the following: 0 - 180 - 360 - 540.
  • the cylinders of a cylinder group are fired immediately one behind the other, so that these cylinders have a thermodynamic offset of 180°CA.
  • the numbering of the cylinders of an internal combustion engine is regulated in DIN 73021. In in-line engines, the cylinders are counted one after the other, starting on the side opposite the clutch.
  • An internal combustion engine can also have two cylinder heads, for example if the cylinders are distributed over two cylinder banks.
  • the combination of the exhaust pipes in the two cylinder heads can then also be used to improve the gas exchange and to improve the torque available.
  • the exhaust manifold As already described, it is advantageous to integrate the exhaust manifold as far as possible into the at least one cylinder head, i.e. H.
  • the exhaust pipes should be brought together as extensively as possible in the cylinder head, as this leads to a more compact design, allows dense packaging and results in cost and weight advantages.
  • the at least one exhaust pipe of an external cylinder and the at least one exhaust pipe of the adjacent internal cylinder each lead together within the at least one cylinder head to form a partial exhaust pipe.
  • the exhaust pipes of each of the two cylinder groups are brought together to form a partial exhaust pipe belonging to this cylinder group within the cylinder head.
  • Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the inner wall section extends in the direction of the outside of the at least one cylinder head perpendicular to the longitudinal axis of the at least one cylinder head by a distance ⁇ s further than the outer wall sections, whereby: ⁇ s ⁇ 5 mm.
  • Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the free end of the inner wall section, which projects into the exhaust gas discharge system, has a distance ⁇ d from the outside of the at least one cylinder head, which runs perpendicular to the longitudinal axis of the at least one cylinder head, whereby: ⁇ d ⁇ 30 mm , preferably ⁇ d ⁇ 20 mm.
  • the present embodiment is characterized by a very compact design that has all the advantages that an exhaust manifold that is completely integrated into the cylinder head brings with it.
  • Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the free end of the inner wall section, which projects into the exhaust gas discharge system, is a distance ⁇ perpendicular to plane A from a plane A, which runs parallel to the outside of the at least one cylinder head and through the exhaust openings of the cylinders L has with ⁇ L ⁇ D , where D is the diameter of a cylinder. It is assumed that the outside is perpendicular to a mounting plane on which the at least one cylinder head can be connected to a cylinder block. Otherwise, plane A is not parallel to the outside, but rather perpendicular to this mounting plane.
  • Plane A is considered to pass through the exhaust ports of the cylinders if plane A intersects the center lines of the exhaust ports, i.e. H. includes the centers of the outlet openings.
  • the distance ⁇ L largely determines the distance over which the exhaust gas flows of the partial exhaust pipes are separated from one another. The larger the distance ⁇ L is chosen, the greater the length of the partial exhaust pipes and the less the cylinders can influence each other during the gas cycle.
  • embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the exhaust pipes of the cylinders merge to form an integrated exhaust manifold within the at least one cylinder head to form an overall exhaust pipe.
  • the exhaust pipes of the cylinders merge outside the at least one cylinder head to form an overall exhaust pipe.
  • the exhaust pipes of the cylinders are also brought together within the cylinder head to form partial exhaust pipes, with these partial exhaust pipes being merged outside the at least one cylinder head to form an overall exhaust pipe.
  • the exhaust manifold is then constructed in a modular manner and is composed of a manifold section integrated in the cylinder head and an external manifold or manifold section.
  • the dynamic wave processes occurring in the exhaust gas discharge system may require an external manifold or external manifold section in order to optimize the gas exchange and in this way ensure a satisfactory torque characteristic.
  • the inner wall section which projects into the exhaust gas discharge system, extends to the outside of the at least one cylinder head.
  • the exhaust gas flows of the partial exhaust pipes are separated from one another by the inner wall section until they leave the cylinder head, so that the exhaust gas discharge system exits the cylinder head in the form of two outlet openings.
  • the exhaust pipes of the cylinders or the partial exhaust pipes are brought together downstream of the cylinder head and thus only outside the cylinder head to form an overall exhaust pipe.
  • the inner wall section which projects into the exhaust gas discharge system, extends beyond the outside of the at least one cylinder head.
  • the exhaust gas flows of the partial exhaust pipes are separated from one another by the inner wall section even after leaving the cylinder head.
  • the exhaust gas removal system emerges from the cylinder head in the form of two outlet openings.
  • the inner wall section is formed in one piece with the at least one cylinder head, with the wall section protruding from the cylinder head in the unassembled state of the internal combustion engine and protruding outwards.
  • the inner wall section can also be constructed modularly, but this is not covered by the scope of protection of the main claim, with a first section being formed by the at least one cylinder head and a further section continuing the first section being formed by an external manifold section.
  • the inlet housing of a turbine arranged in the overall exhaust pipe can also serve to form the inner wall section, i.e. H. be used and form the further section. In the latter two embodiments, the section formed by the external manifold section or the inlet housing can also protrude into the cylinder head.
  • Internal combustion engines of the type described are particularly suitable for charging by means of exhaust gas turbocharging, whereby the at least one turbine should be arranged as close as possible to the engine.
  • internal combustion engines with at least one exhaust gas turbocharger are advantageous, with the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger being arranged in the overall exhaust line and having an inlet area for supplying the exhaust gases. This means that all of the exhaust gas from the four cylinders is fed to the turbine.
  • an exhaust gas turbocharger for example compared to a mechanical supercharger, uses the exhaust energy of the hot exhaust gases.
  • the energy delivered to the turbine by the exhaust gas flow is used to drive a compressor, which conveys and compresses the charge air supplied to it, thereby charging the cylinders. If necessary, charge air cooling is provided to cool the compressed combustion air before it enters the cylinders.
  • the primary purpose of charging is to increase the performance of the internal combustion engine.
  • supercharging is also a suitable means of shifting the load spectrum towards higher loads under the same vehicle conditions, which can reduce specific fuel consumption.
  • a drop in torque is often observed when the engine speed falls below a certain level.
  • Attempts are made to improve the torque characteristics of a turbocharged internal combustion engine using various measures. For example, by making the turbine cross-section small and simultaneously blowing off exhaust gases. Such a turbine is also known as a waste gate turbine. If the exhaust gas mass flow exceeds a critical size, part of the exhaust gas flow is guided past the turbine or the turbine impeller by means of a bypass line by opening a shut-off element as part of the so-called exhaust gas blow-off.
  • the torque characteristics of a turbocharged internal combustion engine can also be determined by several turbochargers arranged in parallel or in series, i.e. H. can be improved by several turbines arranged in parallel or in series.
  • the turbine can also be equipped with a variable turbine geometry, which allows further adaptation to the respective operating point of the internal combustion engine by adjusting the turbine geometry or the effective turbine cross section.
  • Adjustable guide vanes are arranged in the inlet area of the turbine to influence the direction of flow. In contrast to the blades of the rotating impeller, the guide blades do not rotate with the shaft of the turbine.
  • the guide vanes are not only stationary, but also completely immovable in the inlet area, i.e. H. rigidly fixed.
  • the guide blades are arranged stationary, but are not completely immovable, but can be rotated about their axis, so that the flow against the blades can be influenced.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head is equipped with an integrated coolant jacket are advantageous.
  • Turbocharged internal combustion engines are subject to higher thermal loads than naturally aspirated engines, which is why higher demands are placed on cooling.
  • Liquid cooling requires the internal combustion engine to be equipped, i.e. H. the cylinder head or cylinder block, with an integrated coolant jacket, i.e. H. the arrangement of coolant channels leading the coolant through the cylinder head or cylinder block.
  • the heat is transferred inside the component to the coolant, usually water mixed with additives.
  • the coolant is pumped using a pump arranged in the cooling circuit so that it circulates in the coolant jacket. In this way, the heat given off to the coolant is removed from the interior of the head or block and removed from the coolant again in a heat exchanger.
  • embodiments are advantageous which are characterized in that the inner wall section, which projects into the exhaust gas discharge system, is advantageous extends into the inlet area of the turbine.
  • the inner wall section can in principle and also in connection with the above-mentioned embodiment be formed in one piece with the at least one cylinder head.
  • inventions can also be advantageous, but are not covered by the scope of protection of the main claim, in which the inner wall section is constructed modularly, with the at least one cylinder head forming a partial section and the inlet area of the turbine forming a further partial section.
  • the inner wall section is constructed modularly, with the at least one cylinder head forming a partial section and the inlet area of the turbine forming a further partial section.
  • the internal wall section has a modular structure, with the at least one cylinder head forming a partial section and an external manifold section forming a further partial section.
  • Embodiments of the internal combustion engine in which each cylinder has at least two outlet openings for discharging the exhaust gases from the cylinder are advantageous.
  • the aim is to quickly release the largest possible flow cross sections during the gas exchange in order to keep the throttling losses in the outflowing exhaust gas flows low and to ensure effective removal of the exhaust gases. It is therefore advantageous to equip the cylinders with two or more exhaust openings.
  • a method for operating an internal combustion engine according to a previously described type is shown, the cylinders of which are equipped with ignition devices to initiate spark ignition, the cylinders being ignited in the order 1 - 2 - 4 - 3, the cylinders starting with an external cylinder are counted and numbered in sequence along the longitudinal axis of the at least one cylinder head.
  • Figure 1 shows schematically and in section a first embodiment of the cylinder head 1 together with a section of the inlet housing 11 of a turbine 12.
  • the cylinder head 1 has four cylinders 3, which run along the longitudinal axis 2 of the cylinder head 1, i.e. H. are arranged in series.
  • the cylinder head 1 thus has two external cylinders 3a and two internal cylinders 3b.
  • Each cylinder 3 has two outlet openings 4, to which exhaust pipes 5 of the exhaust gas discharge system are connected for discharging the exhaust gases.
  • the exhaust pipes 5 of the cylinders 3 gradually merge to form a total exhaust pipe 7, with the two exhaust pipes 5 of an external cylinder 3a and the two exhaust pipes 5 of the adjacent internal cylinder 3b merging to form a partial exhaust pipe 6 belonging to this pair of cylinders, before the two partial exhaust pipes 6 of the four Bring cylinders 3, 3a, 3b together to form an overall exhaust pipe 7.
  • the two exhaust pipes 5 of an external cylinder 3a and the two exhaust pipes 5 of the adjacent internal cylinder 3b are separated from each other in sections by an external wall section 9a, which protrudes into the exhaust gas discharge system, and the two partial exhaust pipes 6 and the exhaust pipes 5 of the two internal cylinders 3b in sections through an internal wall section 9b, which also projects into the exhaust gas discharge system.
  • Both the inner wall section 9b and the outer wall sections 9a are formed in one piece with the cylinder head 1.
  • the outer wall sections 9a extend less far towards the outside 8 of the cylinder head 1 than the inner wall section 9b.
  • the inner wall section 9b extends in the direction of the outside 8 of the cylinder head 1 - perpendicular to the longitudinal axis 2 of the cylinder head 1 - by a distance ⁇ s further than the outer wall sections 9a.
  • the inner wall section 9b projects beyond the outer wall sections 9a by the distance ⁇ s .
  • the inner wall section 9b extends with the free end 9c to the outside 8 of the cylinder head 1, so that the exhaust gas flows of the partial exhaust pipes 6 until they leave the cylinder head 1 through the inner wall section 9b are separated from each other and the exhaust gas discharge system emerges from the cylinder head 1 in the form of two outlet openings.
  • the exhaust pipes 5 of the cylinders 3 or the partial exhaust pipes 6 of the cylinder pairs are only brought together outside the cylinder head 1 to form a total exhaust pipe 7.
  • the exhaust manifold 10 is only partially integrated in the cylinder head 1.
  • the manifold section 10b located inside the cylinder head 1 is replaced by a manifold section 10a located outside the cylinder head 1, i.e. H. an external manifold section 10a, supplemented.
  • the turbine 12 of an exhaust gas turbocharger is arranged in the overall exhaust line 7 and is equipped with an inlet region 11 for supplying the exhaust gases to the cylinders 3.
  • the entire exhaust line 7 or the exhaust manifold 10 merges smoothly into the inlet housing 11 of the turbine 12, which is due to the arrangement of the turbine 12 close to the engine.
  • Figure 2 shows schematically and in section an embodiment of the cylinder head 1 together with a section of the inlet housing 11 of a turbine 12. Only the differences from that in Figure 1 illustrated embodiment are discussed, which is why reference is also made to Figure 1 . The same reference numbers were used for the same components.
  • the inner wall section 9b extends at the in Figure 2 illustrated embodiment beyond the outside 8 of the cylinder head 1 and into the inlet area 11 of the turbine 12.
  • the inner wall section 9b has a modular structure, which is not covered by the scope of protection of the main claim, with the cylinder head 1 forming a first section 9b' and the inlet region 11 of the turbine 12 forming a further section 9b", which continues the first section 9b' .
  • the exhaust gas removal system exits the cylinder head 1 in the form of two outlet openings.
  • the exhaust gas flows from the partial exhaust pipes 6 continue to flow through the internal cylinder head 1 even after it leaves Wall section 9b, 9b" separated from each other.
  • the overall exhaust pipe 7 is formed in the present case by the inlet housing 11 of the turbine 12.
  • the end of the first section 9b', which projects into the exhaust gas discharge system, is at a distance from the outside 8 of the cylinder head 1, which is why the section 9b" formed by the inlet housing 11 protrudes into the cylinder head 1 in order to continue the first section 9b' can.
  • Figure 3 shows schematically and in section an embodiment of the cylinder head 1 that is not included in the scope of protection of the main claim. Only the differences from that in Figure 1 illustrated embodiment are discussed, which is why reference is also made to Figure 1 . The same reference numbers were used for the same components.
  • the inner wall section 9b extends at the in Figure 3 illustrated embodiment does not extend to the outside 8 of the cylinder head 1. Rather, the free end 9c of the inner wall section 9b has a distance ⁇ d from the outside 8 of the cylinder head 1.
  • the exhaust pipes 5 of the cylinders 3 come together within the cylinder head 1 to form an integrated exhaust manifold 10 to form an overall exhaust pipe 7.
  • the exhaust gas removal system exits the cylinder head 1 in the form of a single opening.
  • the free end 9c of the inner wall section 9b has a distance ⁇ L that runs perpendicular to the plane A from a plane A, which runs parallel to the outside 8 of the cylinder head 1 and through the exhaust openings of the cylinders.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • In der DE 10 2008 035 957 A1 ist eine Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.
  • Aus der DE 33 14 839 A1 ist eine Krümmereinrichtung für einen Vierzylinder-Reihenmotor bekannt, bei der jeweils zwei Abgasrohre und somit die Abgase aus den Brennräumen zweier Zylinder zu einer Teilabgasleitung zusammengeführt werden, wobei anschließend diese beiden Teilabgasleitungen vereinigt werden.
  • Aus der US 2009 / 0 151 343 A1 ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Abgasleitungen eines Vierzylinder-Reihenmotors in den Zylinderkopf baulich integriert sind. Jeder Zylinder ist mit zwei Abgasleitungen ausgerüstet, wobei jeweils zwei Abgasleitungen zu einer Teilabgasleitung zusammengeführt sind und wobei die so dargestellten Teilabgasleitungen in drei voneinander getrennten Abgasaustragsleitungen weitergeführt werden. Zwei Abgasleitungen der beiden inneren Zylinder werden zusammengeführt, wobei die verbleibenden Abgasleitungen der beiden inneren Zylinder mit den Teilabgasleitungen der beiden äußeren Zylinder zusammengeführt werden, so dass insgesamt drei Abgasaustragsleitungen dargestellt sind.
  • Die Literaturstelle Kuhlbach Kai, et al, "Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer für Downsizing-Konzepte" MTZ Motortechnische Zeitschrift, Vieweg Verlag, Wiesbaden, DE, Band 70, Nr. 4 01.April 2009, Seite 286-293, XP001521558 ISSN: 0024-8525 offenbart lediglich generalisierte Informationen zum Konzept einer baulichen Zusammenfassung von Zylinderkopf und Abgasleitungen, wobei die üblicher Weise separat ausgeführten Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert werden.
  • Aus der US 4 028 887 A ist ein weiteres Abgassystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Abgase von zwei einander benachbarten Zylindern jeweils in einer Teilabgasleitung zusammengefasst werden und wobei die beiden Teilabgasleitungen außerhalb eines Zylinderkopfes, in den die Zylinder sowie die Teilabgasleitungen teilweise baulich integriert sind, in einer Reaktionskammer zusammengeführt werden. Die Reaktionskammer ist dazu bestimmt, die Abgase durch weitere Oxidation bisher unverbrannter Gaskomponenten thermisch aufzubereiten. Die der US 4 028 887 A entnehmbaren Maßnahmen sind auf den Erhalt einer hohen Temperatur der Abgase gerichtet, und zwar mit dem Ziel, optimale Reaktionsbedingungen in der genannten Reaktionskammer darzustellen, wobei gleichzeitig die thermische Beanspruchung des Zylinderkopfes beschränkt werden soll.
  • Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der Zylinder miteinander verbunden werden. Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem mindestens einen Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus.
  • Moderne Brennkraftmaschinen werden nahezu ausschließlich nach einem vier Takte umfassenden Arbeitsverfahren betrieben. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen der mindestens vier Zylinder und das Füllen der Brennräume mit Frischgemisches bzw. Ladeluft über die Einlassöffnungen. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. 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. Der mindestens eine Zylinderkopf dient in der Regel zur Aufnahme dieses Ventiltriebs.
  • Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Zylinder 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 der Brennräume mit Frischgemisch bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten.
  • Die Einlaßkanäle, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Auslaßkanäle, d. h. die Abgasleitungen, die sich an die Auslaßöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Zylinder werden in der Regel zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung oder gruppenweise zu mehreren Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Die Zusammenführung von Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bezeichnet, wobei das Teilstück der Gesamtabgasleitung, welches stromaufwärts einer gegebenenfalls in der Gesamtabgasleitung angeordneten Turbine liegt, auch als zum Abgaskrümmer gehörend angesehen werden kann. Im Einzelfall kann auch der Eintrittsbereich bzw. das Eintrittsgehäuse einer Turbine als zum Abgaskrümmer gehörend angesehen werden, nämlich dann, wenn die Turbine motornah angeordnet ist und eine eindeutige Trennung zwischen Eintrittsbereich und Gesamtabgasleitung nicht vorgenommen werden kann.
  • Bei der Brennkraftmaschine werden die Abgasleitungen von vier Zylindern unter Ausbildung eines Abgaskrümmers zu einer einzelnen Gesamtabgasleitung zusammengeführt. Dabei werden die Abgasleitungen der Zylinder stufenweise zusammengeführt und zwar in der Art, dass jeweils die mindestens eine Abgasleitung eines außenliegenden Zylinders und die mindestens eine Abgasleitung des benachbarten innenliegenden Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammenführen und die beiden auf diese Weise gebildeten Teilabgasleitungen der vier Zylinder zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Mit dieser Maßnahme läßt sich die Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen und damit das Volumen des Krümmers deutlich reduzieren. Der ausgebildete Abgaskrümmer kann dabei teilweise oder vollständig in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert sein. Das Abgasabführsystem tritt an einer Außenseite des Zylinderkopfes aus.
  • Die Evakuierung der Verbrennungsgase aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine im Rahmen des Ladungswechsels beruht im Wesentlichen auf zwei unterschiedlichen Mechanismen. Wenn sich zu Beginn des Ladungswechsels das Auslaßventil nahe dem unteren Totpunkt öffnet, strömen die Verbrennungsgase aufgrund des gegen Ende der Verbrennung im Zylinder vorherrschenden hohen Druckniveaus und der damit verbundenen hohen Druckdifferenz zwischen Brennraum und Abgastrakt mit hoher Geschwindigkeit durch die Auslaßöffnung in das Abgasabführsystem. Dieser druckgetriebene Strömungsvorgang wird durch eine hohe Druckspitze begleitet, die auch als Vorauslaßstoß bezeichnet wird und sich entlang der Abgasleitung mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt, wobei sich der Druck mit zunehmender Wegstrecke und in Abhängigkeit von der Leitungsführung infolge Reibung mehr oder weniger stark abbaut, d. h. verringert.
  • Im weiteren Verlauf des Ladungswechsels gleichen sich die Drücke im Zylinder und in der Abgasleitung weitgehend aus, so dass die Verbrennungsgase maßgeblich infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben werden.
  • Die dynamischen Wellenvorgänge bzw. Druckschwankungen im Abgasabführsystem sind der Grund dafür, dass sich die versetzt arbeitenden Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine beim Ladungswechsel gegenseitig beeinflussen, insbesondere auch behindern können. Eine verschlechterte Drehmomentcharakteristik bzw. ein gemindertes Leistungsangebot können die Folge sein. Werden die Abgasleitungen der einzelnen Zylinder für eine längere Wegstrecke voneinander getrennt geführt, kann der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel entgegengewirkt werden.
  • Dabei muß berücksichtigt werden, dass sich Druckschwankungen in gasförmigen Medien als Wellen ausbreiten, welche durch die Abgasleitungen laufen und an offenen oder geschlossenen Leitungsenden reflektiert werden. Die Abgasströmung bzw. der lokale Abgasdruck im Abgasabführsystem ergibt sich dann aus der Überlagerung der vorlaufenden und reflektierten Welle. In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Abgasabführsystems laufen die Druckwellen, die von einem Zylinder ausgehen, nicht nur durch die mindestens eine Abgasleitung dieses Zylinders, sondern vielmehr auch die Abgasleitungen der anderen Zylinder entlang und zwar gegebenenfalls bis zu der am Ende der jeweiligen Leitung vorgesehenen Auslaßöffnung.
  • Während des Ladungswechsels bereits in eine Abgasleitung ausgeschobenes bzw. abgeführtes Abgas kann somit erneut in den Zylinder gelangen und zwar infolge der Druckwelle, die von einem anderen Zylinder ausgeht.
  • Als nachteilig erweist es sich beispielsweise, wenn gegen Ende des Ladungswechsels an der Auslaßöffnung eines Zylinders Überdruck herrscht bzw. sich die Druckwelle eines anderen Zylinders die Abgasleitung entlang in Richtung Auslaßöffnung ausbreitet, was der Evakuierung der Verbrennungsgase aus diesem Zylinder entgegenwirkt. Die Verbrennungsgase werden in dieser Phase des Ladungswechsels maßgeblich infolge der Hubbewegung des Kolbens ausgeschoben.
  • Probleme beim Ladungswechsel einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, wenn während einer Ventilüberschneidung, bei der das Auslaßventil bei geöffnetem Einlaßventil noch nicht geschlossen ist, das Abgas unter Inkaufnahme von Spülverlusten weitestgehend aus dem Zylinder ausgespült werden soll. Dies führt einerseits zu einem schlechteren Wirkungsgrad, aber andererseits zu einer größeren Zylinderfüllung und damit zu einer höheren Leistung. Eine variable Ventilsteuerung ermöglicht eine Variation der Ventilüberschneidung in Abhängigkeit von der Drehzahl.
  • Die vorstehend beschriebene Problematik betreffend die gegenseitige Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel, welche aus den im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgängen resultiert und die eine Verschlechterung der Drehmomentcharakteristik bedingen kann, ist bei der konstruktiven Auslegung von Brennkraftmaschinen von zunehmender Relevanz. Die Gründe sind die Folgenden.
  • So ist es aus mehreren Gründen vorteilhaft, den Abgaskrümmer weitestgehend in den mindestens einen Zylinderkopf zu integrieren, d. h. die Zusammenführung der Abgasleitungen zu einer Gesamtabgasleitung möglichst umfänglich bereits im Zylinderkopf vorzunehmen.
  • Dies führt zu einer kompakteren Bauweise der Brennkraftmaschine und gestattet ein dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit im Motorraum. Zudem ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung und der Montage und eine Gewichtsreduzierung der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer vollständigen Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf.
  • Des Weiteren kann sich die weitestgehende Integration der Zusammenführung der Abgasleitungen vorteilhaft auf die Anordnung und den Betrieb eines Abgasnachbehandlungssystems, welches stromabwärts des Krümmers vorgesehen ist, auswirken. Der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen sollte möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
  • In diesem Zusammenhang ist man bemüht, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitungen zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann. Zielführend dabei kann die weitestgehende Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf sein.
  • Bei mittels Abgasturbolader aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird angestrebt, die Turbine möglichst nahe am Auslaß, d. h. den Auslaßöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Auch dabei sollte die thermische Trägheit und das Volumen des Leitungssystems zwischen den Auslaßöffnungen der Zylinder und der Turbine minimiert werden, weshalb wiederum die weitestgehende Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf zielführend ist.
  • Die weitestgehende Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf hat - wie vorstehend dargelegt - eine Vielzahl von Vorteilen, führt aber neben der Verkürzung der Gesamtwegstrecke aller Abgasleitungen auch zu einer Verkürzung der einzelnen Abgasleitungen, da diese bereits unmittelbar stromabwärts der Auslaßöffnungen zusammengeführt werden, wodurch sich die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel verschärft.
  • Die durch die weitestgehende Integration in den Zylinderkopf bedingte Verkürzung der Abgasleitungen durch eine - senkrecht zur Längsachse des Zylinderkopfes - breitere Ausführung des Zylinderkopfes zu kompensieren, ist nur bedingt möglich, da dieser Vorgehensweise aus Gründen des Crashverhaltens enge Grenzen gesetzt sind, insbesondere genügend Platz im Motorraum für eine ungehinderte Deformation zur Verfügung stehen muß.
  • Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. der gattungsgemäßen Art, bereitzustellen, die eine kompakte Bauweise aufweist und mit der sich die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel beheben bzw. abmildern läßt.
  • Gelöst wird die erste Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Aufgezeigt wird eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, der
    • vier entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnete Zylinder aufweist, wobei jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder via Abgasabführsystem aufweist, wozu sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt, wobei
    • die Abgasleitungen der Zylinder stufenweise zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei jeweils die mindestens eine Abgasleitung eines außenliegenden Zylinders und die mindestens eine Abgasleitung des benachbarten innenliegenden Zylinders jeweils innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Teilabgasleitung zusammenführen, bevor die beiden Teilabgasleitungen der vier Zylinder zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, wobei
    • das Abgasabführsystem an einer Außenseite des Zylinderkopfes austritt, und wobei
    • die außenliegenden Wandabschnitte, die jeweils abschnittsweise die mindestens eine Abgasleitung eines außenliegenden Zylinders und die mindestens eine Abgasleitung des benachbarten innenliegenden Zylinders voneinander trennen und in das Abgasabführsystem hineinragen, sich in Richtung der Außenseite des Zylinderkopfes senkrecht zur Längsachse des Zylinderkopfes weniger weit erstrecken als der innenliegende Wandabschnitt, der abschnittsweise die beiden Teilabgasleitungen und die Abgasleitungen der beiden innenliegenden Zylinder voneinander trennt und in das Abgasabführsystem hineinragt, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
      sowohl der innenliegende Wandabschnitt als auch die außenliegenden Wandabschnitte einteilig mit dem Zylinderkopf ausgebildet sind, wobei die Teilabgasleitungen außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen, und wobei sich der innenliegende Wandabschnitt, welcher in das Abgasabführsystem hineinragt, bis zur Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes oder über die Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes hinaus erstreckt.
  • Die Abgasleitungen der vier Zylinder des mindestens einen Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine werden in einer ersten Stufe gruppenweise, d. h. paarweise, zusammengeführt, wobei jeweils ein außenliegender Zylinder und der benachbarte innenliegende Zylinder ein Zylinderpaar bilden, deren Abgasleitungen zu einer Teilabgasleitung zusammenführen. In einer zweiten Stufe werden dann diese Teilabgasleitungen stromabwärts im Abgasabführsystem zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt. 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 bei.
  • Realisiert wird dies durch ein konstruktives, d. h. gegenständliches Merkmal der Brennkraftmaschine, nämlich dadurch, dass die außenliegenden Wandabschnitte, die jeweils abschnittsweise die Abgasleitungen eines Zylinderpaares voneinander trennen, sich in Richtung der Außenseite des Zylinderkopfes senkrecht zur Längsachse des Zylinderkopfes weniger weit erstrecken als der innenliegende Wandabschnitt, der abschnittsweise die beiden Teilabgasleitungen der beiden Zylinderpaare voneinander trennt.
  • Die Abgasströme der beiden Zylindergruppen werden länger voneinander getrennt gehalten als die Abgasströme innerhalb einer Gruppe. Insofern besteht zwar die grundsätzliche Möglichkeit, dass sich die Zylinder einer Gruppe beim Ladungswechsel weiterhin gegenseitig beeinflussen. Die Ausbildung der Teilabgasleitungen und deren wegstreckenmäßig lange Separierung voneinander haben aber den Effekt, dass die eine Zylindergruppe die andere Zylindergruppe beim Ladungswechsel nicht oder zumindest weniger stark behindert. Die Problematik der gegenseitigen Einflußnahme der Zylinder beim Ladungswechsel entschärft sich dadurch.
  • Dass sich die Zylinder einer Gruppe aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beim Ladungswechsel gegenseitig beeinflussen könnten, ist vorliegend weniger kritisch zu bewerten, da diesem Umstand durch eine zusätzliche Maßnahme entgegen getreten werden kann, nämlich durch die Wahl einer geeigneten Zündfolge.
  • Bei einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung können Varianten vorteilhaft sein, bei denen die Brennkraftmaschine mit der Zündfolge 1 - 2 - 4 - 3 betrieben wird, anstatt die Zylinder entsprechend der herkömmlichen Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 im Abstand von jeweils 180°KW zu zünden. Ausgehend vom ersten Zylinder sind die Zündzeitpunkte in °KW gemessen die Folgenden: 0 - 180 - 360 - 540. Dabei werden im Gegensatz zum herkömmlichen Muster die Zylinder einer Zylindergruppe unmittelbar hintereinander gezündet, so dass diese Zylinder einen thermodynamischen Versatz von 180°KW aufweisen.
  • Die Numerierung der Zylinder einer Brennkraftmaschine ist in der DIN 73021 geregelt. Bei Reihenmotoren werden die Zylinder der Reihe nach durchgezählt, wobei auf der Seite, die der Kupplung gegenüber liegt, begonnen wird.
  • Eine Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen, wenn beispielweise die Zylinder auf zwei Zylinderbänke verteilt sind. Die Zusammenführung der Abgasleitungen in den dann zwei Zylinderköpfen kann auch dann zur Verbesserung des Ladungswechsels und zur Verbesserung des Drehmomentangebots genutzt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
  • Wie bereits beschrieben, ist es vorteilhaft, den Abgaskrümmer weitestgehend in den mindestens einen Zylinderkopf zu integrieren, d. h. die Zusammenführung der Abgasleitungen möglichst umfänglich bereits im Zylinderkopf vorzunehmen, da dies zu einer kompakteren Bauweise führt, ein dichtes Packaging gestattet und sich Kostenvorteile und Gewichtsvorteile ergeben. Zudem können sich Vorteile hinsichtlich des Ansprechverhaltens eines im Abgasabführsystem vorgesehenen Abgasturboladers bzw. eines Abgasnachbehandlungssystems ergeben.
  • Wie bereits erwähnt führen die mindestens eine Abgasleitung eines außenliegenden Zylinders und die mindestens eine Abgasleitung des benachbarten innenliegenden Zylinders jeweils innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Teilabgasleitung zusammen.
  • D. h. die Zusammenführung der Abgasleitungen jeder der beiden Zylindergruppen zu einer dieser Zylindergruppe zugehörigen Teilabgasleitung erfolgt gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform innerhalb des Zylinderkopfes.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der innenliegende Wandabschnitt sich in Richtung der Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes senkrecht zur Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes um eine Wegstrecke Δs weiter erstreckt als die außenliegenden Wandabschnitte, wobei gilt: Δs ≥ 5 mm.
  • Rechnergestützte Simulationen haben ergeben, dass im Einzelfall eine zufriedenstellende Drehmomentcharakteristik bereits dann erzielt werden kann, wenn sich der innenliegende Wandabschnitt 5mm oder mehr über die außenliegenden Wandabschnitte hinaus in Richtung der Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes erstreckt, wobei die Wegstrecke Δs senkrecht zur Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes gemessen wird und als Bezugspunkt die Stelle eines Wandabschnitts dient, welche am weitesten in Richtung der Außenseite in das Abgasabführsystem hineinragt.
  • Je weiter sich der innenliegende Wandabschnitt über die außenliegenden Wandabschnitte hinaus erstreckt, desto ausgeprägter ist die wegstreckenmäßige Separierung der beiden Teilabgasleitungen voneinander und desto deutlicher macht sich der dadurch erzielte Effekt bemerkbar, dass sich die Zylindergruppen beim Ladungswechsel nicht bzw. weniger stark beeinflussen, insbesondere nicht behindern.
  • Vorteilhaft sind daher auch insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen gilt: Δs ≥ 10 mm.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das freie Ende des innenliegenden Wandabschnitts, welches in das Abgasabführsystem hineinragt, von der Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes einen senkrecht zur Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes verlaufenden Abstand Δd aufweist, wobei gilt: Δd ≤ 30 mm, vorzugsweise Δd ≤ 20 mm.
  • Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen gilt: Δd ≥ 10 mm.
  • Der vorstehenden Ausführungsform ist immanent, dass die im Zylinderkopf ausgebildeten Teilabgasleitungen bereits innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden. Insofern verläßt das gesamte, vom Abgasabführsystem geführte Abgas den Zylinderkopf durch eine einzelne Austrittsöffnung an der auslaßseitigen Außenseite des Zylinderkopfes.
  • Die vorliegende Ausführungsform ist durch eine sehr kompakte Bauweise gekennzeichnet, die über sämtliche Vorteile verfügt, die ein vollständig in den Zylinderkopf integrierter Abgaskrümmer mit sich bringt.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das freie Ende des innenliegenden Wandabschnitts, welches in das Abgasabführsystem hineinragt, von einer Ebene A, die parallel zur Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes und durch die Auslaßöffnungen der Zylinder verläuft, einen senkrecht zur Ebene A verlaufenden Abstand ΔL aufweist mit ΔL ≥ D, wobei D der Durchmesser eines Zylinders ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Außenseite senkrecht zu einer Montagebene steht, an welcher der mindestens eine Zylinderkopf mit einem Zylinderblock verbindbar ist. Andernfalls verläuft die Ebene A nicht parallel zur Außenseite, sondern vielmehr senkrecht zu dieser Montagebene.
  • Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen gilt: ΔL ≥ 1.2D.
  • Die Ebene A wird als durch die Auslaßöffnungen der Zylinder verlaufend angesehen, falls die Ebene A die Mittellinien der Austrittsöffnungen schneidet, d. h. die Mittelpunkte der Austrittsöffnungen mit umfaßt.
  • Der Abstand ΔL bestimmt maßgeblich die Wegstrecke, über welche die Abgasströme der Teilabgasleitungen voneinander getrennt sind. Je größer der Abstand ΔL gewählt wird, desto größer sind die Längen der Teilabgasleitungen und desto weniger stark können sich die Zylinder gegenseitig beim Ladungswechsel beeinflussen.
  • Aus den bereits genannten Gründen sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die Abgasleitungen der Zylinder unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen.
  • Wie bereits erwähnt, führen die Abgasleitungen der Zylinder außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammen. Dabei werden die Abgasleitungen der Zylinder auch innerhalb des Zylinderkopfes zu Teilabgasleitungen zusammengeführt , wobei diese Teilabgasleitungen außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Der Abgaskrümmer ist dann modular aufgebaut und setzt sich dabei aus einem im Zylinderkopf integrierten Krümmerabschnitt und einem externen Krümmer bzw. Krümmerabschnitt zusammen.
  • Zusätzlich zu den beschriebenen Maßnahmen können die im Abgasabführsystem ablaufenden dynamischen Wellenvorgängen einen externen Krümmer bzw. externen Krümmerabschnitt erforderlich machen, um den Ladungswechsel zu optimieren und auf diese Weise eine zufriedenstellende Drehmomentcharakteristik zu gewährleisten.
  • Wie bereits erwähnt, erstreckt sich der innenliegende Wandabschnitt, welcher in das Abgasabführsystem hineinragt, bis zur Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes.
  • Vorliegend werden die Abgasströme der Teilabgasleitungen bis zum Verlassen des Zylinderkopfes durch den innenliegenden Wandabschnitt voneinander getrennt, so dass das Abgasabführsystem in Gestalt von zwei Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf austritt. Die Abgasleitungen der Zylinder bzw. die Teilabgasleitungen werden stromabwärts des Zylinderkopfes und damit erst außerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt.
  • Wie zudem bereits erwähnt, erstreckt sich der innenliegende Wandabschnitt, welcher in das Abgasabführsystem hineinragt, über die Außenseite des mindestens einen Zylinderkopfes hinaus. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Abgasströme der Teilabgasleitungen auch noch nach Verlassen des Zylinderkopfes durch den innenliegenden Wandabschnitt voneinander getrennt.
  • Auch bei dieser Ausführungsform der Brennkraftmaschine tritt das Abgasabführsystem in Gestalt von zwei Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf aus.
  • Der innenliegende Wandabschnitt ist dabei einteilig mit dem mindestens einen Zylinderkopf ausgebildet, wobei der Wandabschnitt im nicht montierten Zustand der Brennkraftmaschine aus dem Zylinderkopf herausragt und nach außen hervorsteht. Alternativ kann der innenliegende Wandabschnitt auch modular aufgebaut sein, was aber von dem Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht umfasst ist, wobei ein erster Teilabschnitt durch den mindestens einen Zylinderkopf ausgebildet wird und ein weiterer, den ersten Teilabschnitt fortsetzender Teilabschnitt durch einen externen Krümmerabschnitt ausgebildet wird. Das Eintrittsgehäuse einer in der Gesamtabgasleitung angeordneten Turbine kann ebenfalls zur Ausbildung des innenliegenden Wandabschnitts dienen, d. h. herangezogen werden, und den weiteren Teilabschnitt ausbilden. Bei den beiden letztgenannten Ausführungsformen kann der durch den externen Krümmerabschnitt bzw. das Eintrittsgehäuse ausgebildete Teilabschnitt auch in den Zylinderkopf hineinragen.
  • Brennkraftmaschinen der beschriebenen Art eignen sich insbesondere für eine Aufladung mittels Abgasturboaufladung, wobei die mindestens eine Turbine möglichst motornah angeordnet werden sollte. Insofern sind Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Abgasturbolader vorteilhaft, wobei die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers in der Gesamtabgasleitung angeordnet ist und einen Eintrittsbereich zum Zuführen der Abgase aufweist. Damit wird das gesamte Abgas der vier Zylinder der Turbine zugeführt.
  • Die Vorteile eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader bestehen darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase. Die vom Abgasstrom an die Turbine abgegebene Energie wird für den Antrieb eines Verdichters genutzt, der die ihm zugeführte Ladeluft fördert und komprimiert, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Gegebenenfalls ist eine Ladeluftkühlung vorgesehen, mit der die komprimierte Verbrennungsluft vor Eintritt in die Zylinder gekühlt wird.
  • Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die Aufladung ist aber auch ein geeignetes Mittel, bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin zu verschieben, wodurch der spezifische Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.
  • Häufig wird bei Unterschreiten einer bestimmten Motordrehzahl ein Drehmomentabfall beobachtet. Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht. Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird durch Öffnen eines Absperrelementes ein Teil des Abgasstromes im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypaßleitung an der Turbine bzw. dem Turbinenlaufrad vorbei geführt.
  • Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel oder in Reihe angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel oder in Reihe angeordnete Turbinen, verbessert werden.
  • Die Turbine kann darüber hinaus mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine verstellbare Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine.
  • Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. Bei einer variablen Geometrie hingegen sind die Leitschaufeln zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluß genommen werden kann.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mit einem integrierten Kühlmittelmantel ausgestattet ist. Insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschinen sind thermisch höher belastet als Saugmotoren, weshalb höhere Anforderungen an die Kühlung zu stellen sind.
  • Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Mit einer Flüssigkeitskühlung können aber wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist.
  • Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung der Brennkraftmaschine, d. h. des Zylinderkopfes bzw. des Zylinderblocks, mit einem integrierten Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf bzw. Zylinderblock führenden Kühlmittelkanälen. Die Wärme wird bereits im Inneren des Bauteils 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 Kopfes bzw. Blocks abgeführt und dem Kühlmittel in einem Wärmetauscher wieder entzogen.
  • Bei mittels Abgasturboaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers in der Gesamtabgasleitung angeordnet ist und einen Eintrittsbereich zum Zuführen der Abgase aufweist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sich der innenliegende Wandabschnitt, welcher in das Abgasabführsystem hineinragt, bis in den Eintrittsbereich der Turbine hinein erstreckt.
  • Wie bereits beschrieben, kann der innenliegende Wandabschnitt grundsätzlich und auch im Zusammenhang mit der vorstehend genannten Ausführungsform einteilig mit dem mindestens einen Zylinderkopf ausgebildet sein bzw. werden.
  • Vorteilhaft können aber auch Ausführungsformen sein, die jedoch von dem Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht umfasst sind, bei denen der innenliegende Wandabschnitt modular aufgebaut ist, wobei der mindestens eine Zylinderkopf einen Teilabschnitt und der Eintrittsbereich der Turbine einen weiteren Teilabschnitt ausbildet. Es wird Bezug genommen auf die weiter oben gemachten Ausführungen betreffend die Ausbildung des innenliegenden Wandabschnitts.
  • Nicht umfasst vom Schutzbereich des Hauptanspruchs sind auch Ausführungsformen, bei denen der innenliegende Wandabschnitt modular aufgebaut ist, wobei der mindestens eine Zylinderkopf einen Teilabschnitt und ein externer Krümmerabschnitt einen weiteren Teilabschnitt ausbildet.
  • Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist.
  • Wie bereits ausgeführt wurde, wird während des Ladungswechsels eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt, um die Drosselverluste in den ausströmenden Abgasströmungen gering zu halten und ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten. Deshalb ist es vorteilhaft, die Zylinder mit zwei oder mehr Auslaßöffnungen auszustatten.
  • In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einer zuvor beschriebenen Art aufgezeigt, deren Zylinder zur Einleitung einer Fremdzündung mit Zündvorrichtungen ausgestattet sind, wobei die Zylinder in der Reihenfolge 1 - 2 - 4 - 3 gezündet werden, wobei die Zylinder beginnend mit einem außenliegenden Zylinder der Reihe nach entlang der Längsachse des mindestens einen Zylinderkopfes durchgezählt und numeriert werden.
  • Das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Gesagte gilt ebenfalls für das Verfahren.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    schematisch eine erste Ausführungsform des Zylinderkopfes im Querschnitt,
    Fig. 2
    schematisch eine zweite Ausführungsform des Zylinderkopfes im Querschnitt, und
    Fig. 3
    schematisch eine dritte Ausführungsform des Zylinderkopfes im Querschnitt.
  • Figur 1 zeigt schematisch und im Schnitt eine erste Ausführungsform des Zylinderkopfes 1 mitsamt einem Abschnitt des Eintrittsgehäuses 11 einer Turbine 12.
  • Der Zylinderkopf 1 verfügt über vier Zylinder 3, die entlang der Längsachse 2 des Zylinderkopfes 1, d. h. in Reihe angeordnet sind. Der Zylinderkopf 1 verfügt somit über zwei außenliegende Zylinder 3a und zwei innenliegende Zylinder 3b.
  • Jeder Zylinder 3 weist zwei Auslaßöffnungen 4 auf, an die sich Abgasleitungen 5 des Abgasabführsystems zum Abführen der Abgase anschließen. Die Abgasleitungen 5 der Zylinder 3 führen stufenweise zu einer Gesamtabgasleitung 7 zusammen, wobei jeweils die zwei Abgasleitungen 5 eines außenliegenden Zylinders 3a und die zwei Abgasleitungen 5 des benachbarten innenliegenden Zylinders 3b zu einer diesem Zylinderpaar zugehörigen Teilabgasleitung 6 zusammenführen, bevor die beiden Teilabgasleitungen 6 der vier Zylinder 3, 3a, 3b zu einer Gesamtabgasleitung 7 zusammenführen.
  • Dabei werden jeweils die zwei Abgasleitungen 5 eines außenliegenden Zylinders 3a und die zwei Abgasleitungen 5 des benachbarten innenliegenden Zylinders 3b abschnittsweise durch einen außenliegenden Wandabschnitt 9a, der in das Abgasabführsystem hineinragt, voneinander getrennt und die beiden Teilabgasleitungen 6 und die Abgasleitungen 5 der beiden innenliegenden Zylinder 3b abschnittsweise durch einen innenliegenden Wandabschnitt 9b, der ebenfalls in das Abgasabführsystem hineinragt. Sowohl der innenliegende Wandabschnitt 9b als auch die außenliegenden Wandabschnitte 9a sind einteilig mit dem Zylinderkopf 1 ausgebildet.
  • Die außenliegenden Wandabschnitte 9a erstrecken sich weniger weit in Richtung der Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1 als der innenliegende Wandabschnitt 9b. Der innenliegende Wandabschnitt 9b erstreckt sich in Richtung der Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1 - senkrecht zur Längsachse 2 des Zylinderkopfes 1 - um eine Wegstrecke Δs weiter als die außenliegenden Wandabschnitte 9a. Der innenliegende Wandabschnitt 9b überragt die außenliegenden Wandabschnitte 9a um die Wegstrecke Δs.
  • Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der innenliegende Wandabschnitt 9b mit dem freien Ende 9c bis zur Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1, so dass die Abgasströme der Teilabgasleitungen 6 bis zum Verlassen des Zylinderkopfes 1 durch den innenliegenden Wandabschnitt 9b voneinander getrennt sind und das Abgasabführsystem in Gestalt von zwei Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf 1 austritt. Die Abgasleitungen 5 der Zylinder 3 bzw. die Teilabgasleitungen 6 der Zylinderpaare werden erst außerhalb des Zylinderkopfes 1 zu einer Gesamtabgasleitung 7 zusammengeführt.
  • Insofern ist der Abgaskrümmer 10 nur teilweise im Zylinderkopf 1 integriert. Der innerhalb des Zylinderkopfes 1 liegende Krümmerabschnitt 10b wird durch einen außerhalb des Zylinderkopfes 1 liegenden Krümmerabschnitt 10a, d. h. einen externen Krümmerabschnitt 10a, ergänzt.
  • In der Gesamtabgasleitung 7 ist die Turbine 12 eines Abgasturboladers angeordnet, die zum Zuführen der Abgase der Zylinder 3 mit einem Eintrittsbereich 11 ausgestattet ist. Dabei geht die Gesamtabgasleitung 7 bzw. der Abgaskrümmer 10 fließend in das Eintrittsgehäuse 11 der Turbine 12 über, was durch die motornahe Anordnung der Turbine 12 bedingt ist.
  • Figur 2 zeigt schematisch und im Schnitt eine Ausführungsform des Zylinderkopfes 1 mitsamt einem Abschnitt des Eintrittsgehäuses 11 einer Turbine 12. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf Figur 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Im Unterschied zu der Ausführungsform der Figur 1 erstreckt sich der innenliegende Wandabschnitt 9b bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform über die Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1 hinaus und bis in den Eintrittsbereich 11 der Turbine 12 hinein.
  • Der innenliegende Wandabschnitt 9b ist dabei modular aufgebaut, was von dem Schutzumfang des Hauptanspruchs nicht umfasst ist, wobei der Zylinderkopf 1 einen ersten Teilabschnitt 9b' ausbildet und der Eintrittsbereich 11 der Turbine 12 einen weiteren Teilabschnitt 9b" ausformt, der den ersten Teilabschnitt 9b' fortsetzt.
  • Auch bei dieser Ausführungsform tritt das Abgasabführsystem in Gestalt von zwei Austrittsöffnungen aus dem Zylinderkopf 1 aus. Die Abgasströme der Teilabgasleitungen 6 werden auch noch nach Verlassen des Zylinderkopfes 1 durch den innenliegenden Wandabschnitt 9b, 9b" voneinander getrennt. Die Gesamtabgasleitung 7 wird vorliegend durch das Eintrittsgehäuse 11 der Turbine 12 ausgebildet.
  • Das Ende des ersten Teilabschnitt 9b', welches in das Abgasabführsystem hineinragt, weist einen Abstand von der Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1 auf, weshalb der durch das Eintrittsgehäuse 11 ausgebildete Teilabschnitt 9b" in den Zylinderkopf 1 hineinragt, um den ersten Teilabschnitt 9b' fortsetzen zu können.
  • Figur 3 zeigt schematisch und im Schnitt eine von dem Schutzumfang des Hauptanspruchs nicht umfasste Ausführungsform des Zylinderkopfes 1. Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf Figur 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Im Unterschied zu der Ausführungsform der Figur 1 erstreckt sich der innenliegende Wandabschnitt 9b bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform nicht bis zur Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1. Vielmehr weist das freie Ende 9c des innenliegenden Wandabschnitts 9b einen Abstand Δd von der Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1 auf.
  • Folglich führen die Abgasleitungen 5 der Zylinder 3 unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers 10 bereits innerhalb des Zylinderkopfes 1 zu einer Gesamtabgasleitung 7 zusammen. Das Abgasabführsystem tritt in Gestalt einer einzelnen Öffnung aus dem Zylinderkopf 1 aus.
  • Das freie Ende 9c des innenliegenden Wandabschnitts 9b weist von einer Ebene A, die parallel zur Außenseite 8 des Zylinderkopfes 1 und durch die Auslaßöffnungen der Zylinder verläuft, einen senkrecht zur Ebene A verlaufenden Abstand ΔL auf.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Zylinderkopf
    2
    Längsachse des Zylinderkopfes
    3
    Zylinder
    3a
    außenliegender Zylinder
    3b
    innenliegender Zylinder
    4
    Auslaßöffnung
    5
    Abgasleitung
    6
    Teilabgasleitung
    7
    Gesamtabgasleitung
    8
    auslaßseitige Außenseite des Zylinderkopfes
    9a
    außenliegender Wandabschnitt
    9b
    innenliegender Wandabschnitt
    9b'
    Teilabschnitt des innenliegenden Wandabschnitts
    9b"
    weiterer Teilabschnitt des innenliegenden Wandabschnitts
    9c
    freies Ende des innenliegenden Wandabschnitts
    10
    Abgaskrümmer
    10a
    außerhalb des Zylinderkopfes liegender Abgaskrümmerabschnitt
    10b
    innerhalb des Zylinderkopfes liegender Abgaskrümmerabschnitt
    11
    Eintrittsgehäuse bzw. Eintrittsbereich der Turbine
    12
    Turbine
    °KW
    Grad Kurbelwinkel
    A
    Ebene, die parallel zur Außenseite und durch die Auslaßöffnungen der Zylinder verläuft
    D
    Durchmesser eines Zylinders
    Δd
    Abstand des freien Endes des innenliegenden Wandabschnitts von der Außenseite des Zylinderkopfes
    ΔL
    Abstand des freien Endes des innenliegenden Wandabschnitts von der Ebene A
    Δs
    Wegstrecke, die sich der innenliegende Wandabschnitt über einen außenliegenden Wandabschnitt hinaus erstreckt

Claims (7)

  1. Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf (1), der
    - vier entlang der Längsachse (2) des Zylinderkopfes (1) in Reihe angeordnete Zylinder (3) aufweist, wobei jeder Zylinder (3) mindestens eine Auslaßöffnung (4) zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder (3) via Abgasabführsystem aufweist, wozu sich an jede Auslaßöffnung (4) eine Abgasleitung (5) anschließt, wobei
    - die Abgasleitungen (5) der Zylinder (3) stufenweise zu einer Gesamtabgasleitung (7) zusammenführen, wobei jeweils die mindestens eine Abgasleitung (5) eines außenliegenden Zylinders (3a) und die mindestens eine Abgasleitung (5) des benachbarten innenliegenden Zylinders (3b) jeweils innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes (1) zu einer Teilabgasleitung (6) zusammenführen, bevor die beiden Teilabgasleitungen (6) der vier Zylinder (3, 3a, 3b) zu einer Gesamtabgasleitung (7) zusammenführen, wobei
    - das Abgasabführsystem an einer Außenseite (8) des Zylinderkopfes (1) austritt, und wobei
    - die außenliegenden Wandabschnitte (9a), die jeweils abschnittsweise die mindestens eine Abgasleitung (5) eines außenliegenden Zylinders (3a) und die mindestens eine Abgasleitung (5) des benachbarten innenliegenden Zylinders (3b) voneinander trennen und in das Abgasabführsystem hineinragen, sich in Richtung der Außenseite (8) des Zylinderkopfes (1) senkrecht zur Längsachse (2) des Zylinderkopfes (1) weniger weit erstrecken als der innenliegende Wandabschnitt (9b), der abschnittsweise die beiden Teilabgasleitungen (6) und die Abgasleitungen (5) der beiden innenliegenden Zylinder (3b) voneinander trennt und in das Abgasabführsystem hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass
    sowohl der innenliegende Wandabschnitt (9b) als auch die außenliegenden Wandabschnitte (9a) einteilig mit dem Zylinderkopf (1) ausgebildet sind, wobei die Teilabgasleitungen (6) außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes (1) zu einer Gesamtabgasleitung (7) zusammenführen, und wobei sich der innenliegende Wandabschnitt (9b), welcher in das Abgasabführsystem hineinragt, bis zur Außenseite (8) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) oder über die Außenseite (8) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) hinaus erstreckt.
  2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innenliegende Wandabschnitt (9b) sich in Richtung der Außenseite (8) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) senkrecht zur Längsachse (2) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) um eine Wegstrecke Δs weiter erstreckt als die außenliegenden Wandabschnitte (9a), wobei gilt: Δs ≥ 5 mm.
  3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: Δs ≥ 10 mm.
  4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (9c) des innenliegenden Wandabschnitts (9b), welches in das Abgasabführsystem hineinragt, von einer Ebene A, die parallel zur Außenseite (8) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) und durch die Auslaßöffnungen (4) der Zylinder (3) verläuft, einen senkrecht zur Ebene A verlaufenden Abstand ΔL aufweist mit ΔL ≥ D, wobei D der Durchmesser eines Zylinders (3) ist.
  5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: ΔL ≥ 1.2D.
  6. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einem Abgasturbolader, wobei die Turbine (12) des mindestens einen Abgasturboladers in der Gesamtabgasleitung (7) angeordnet ist und einen Eintrittsbereich (11) zum Zuführen der Abgase aufweist.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der innenliegende Wandabschnitt (9b), welcher in das Abgasabführsystem hineinragt, bis in den Eintrittsbereich (11) der Turbine (12) hinein erstreckt.
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