EP3847355B1 - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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EP3847355B1
EP3847355B1 EP19761862.2A EP19761862A EP3847355B1 EP 3847355 B1 EP3847355 B1 EP 3847355B1 EP 19761862 A EP19761862 A EP 19761862A EP 3847355 B1 EP3847355 B1 EP 3847355B1
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EP
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cylinder head
duct
fluid conducting
main body
material cutout
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Steffen Hirschmann
Thomas Malischewski
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MAN Truck and Bus SE
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    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for covering a combustion chamber of an internal combustion engine and a method for manufacturing a cylinder head.
  • the DE 100 39 790 A1 discloses a cylinder head of an internal combustion engine with exhaust ports arranged therein, which have an inner port frame formed from at least one sheet metal layer.
  • the DE 10 2005 025 731 A1 discloses an exhaust gas duct for an internal combustion engine, the exhaust gas duct containing at least one exhaust gas duct running in the cylinder head of the internal combustion engine and an exhaust gas system adjoining the cylinder head on the outlet side.
  • An air-gap insulated element is arranged in the exhaust gas duct at least over the area of the exhaust gas outlet.
  • the member is a thin-walled sleeve-like insert secured within the exhaust duct and having means by which the insert is radially spaced from the duct wall.
  • the element can be formed by an exhaust gas pipe of the exhaust system that protrudes freely into the exhaust gas duct, with the exhaust gas duct being widened in the area into which the exhaust gas pipe protrudes, forming a stepped shoulder, and the element covering the shoulder edge radially outwards circumferentially.
  • the known devices can have a heat-insulating effect with respect to the exhaust gas duct, they are complicated to manufacture and/or assemble.
  • the object of the invention is to create an alternative and/or improved cylinder head for an internal combustion engine.
  • the invention provides a cylinder head (e.g. single-cylinder cylinder head or multi-cylinder cylinder head) for covering a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the cylinder head has a fluid duct for supplying a fluid (e.g. intake air, charge air and/or air-fuel mixture) to the combustion chamber or for discharging a fluid (e.g. exhaust gas or compressed air) from the combustion chamber.
  • the cylinder head has a cooling channel for a cooling fluid (e.g. water, water-coolant mixture or oil) for cooling the cylinder head.
  • the cylinder head has at least one material recess Heat insulation formed in a main body of the cylinder head (e.g. by casting the cylinder head).
  • the at least one material recess is arranged between the fluid duct and the cooling duct.
  • the at least one material recess is arranged by the main body separated from the fluid conducting channel (e.g. by a support area of the main body for supporting the fluid conducting channel in the main body).
  • the at least one material recess can easily, for. e.g. directly during the primary forming (e.g. casting) of the main body of the cylinder head and/or subsequently thereto.
  • the material recess can offer different advantages. The advantages are based in each case on a (partial) thermal decoupling of the fluid-guiding channel and the cooling channel through the at least one heat-insulating material recess. For example, in the case in which the exhaust gas is routed through the fluid duct, there can be a significantly lower heat input from the hot exhaust gas into the cooling fluid. This leads to a reduction in the cooling requirement, which enables an improved design of the cooling system.
  • the thermal decoupling means that the hot exhaust gas cools down less in the fluid duct.
  • more exhaust gas enthalpy is available for an exhaust gas turbocharger and/or an exhaust gas aftertreatment device that may be arranged downstream. This enables improved design and efficiency of these components and a reduction in fuel consumption.
  • material cutout used here can be understood in such a way that it refers to a material cutout deliberately provided by a corresponding production step and not to cavities or the like that occur unintentionally during casting or printing.
  • the fluid duct without an insert z. B. a tube insert formed.
  • the at least one material recess can be radially spaced through the main body from a channel wall or an outer contour of the fluid conducting channel.
  • the at least one material recess is produced by primary shaping, reshaping and/or cutting.
  • the main body is cast or printed (e.g., using a 3D printer).
  • the at least one material recess is formed during the primary shaping, preferably during casting and/or printing (e.g. using a 3D printer), of the main body or subsequently thereto, preferably by a separating manufacturing process (e.g. drilling, milling or similar).
  • the fluid duct is designed as an exhaust gas duct, an intake duct (eg air intake duct or air-fuel mixture intake duct) or a compressed air extraction duct.
  • an intake duct eg air intake duct or air-fuel mixture intake duct
  • a compressed air extraction duct e.g., a compressed air extraction duct.
  • the intake air which should preferably have a temperature between 30°C and 50°C, can be heated less by the cooling fluid, which typically has a temperature above 90°C. This can, for example, enable an improved design of intercoolers etc.
  • fluid ducts e.g. two exhaust ducts and/or two intake ducts
  • the at least one material recess for thermal insulation is arranged between the several fluid ducts on the one hand and the cooling duct on the other.
  • the cylinder head has a valve, preferably a poppet valve, which is arranged for sealing off the fluid duct on the combustion chamber side.
  • the at least one material cutout is designed to reduce, preferably significantly, heat transfer between the cooling channel and the fluid conducting channel.
  • the at least one material cutout is designed in such a way that it at least partially thermally insulates the fluid conducting channel and the cooling channel from one another.
  • the at least one material recess is filled and/or traversed by air, preferably ambient air.
  • the at least one material recess forms a (for example thermally insulating) air gap (e.g. with a gap size greater than or equal to 5 mm and/or smaller than or equal to 15 mm) between the fluid duct and the cooling duct.
  • a thermally insulating air gap e.g. with a gap size greater than or equal to 5 mm and/or smaller than or equal to 15 mm
  • the at least one material recess is filled (eg partially or completely) with a thermal insulation material.
  • an outer contour of the at least one material recess follows an outer contour of the fluid duct and/or the cooling duct at least in sections, preferably at a substantially constant distance.
  • the at least one material recess surrounds the fluid duct in sections or completely.
  • the at least one material recess has a cross section in the form of a ring segment and/or is designed in the form of a sleeve segment.
  • the at least one material recess follows the fluid duct along at least 50%, 60%, 70%, 80% or 90% of a length of the fluid duct, preferably at a substantially constant distance.
  • the at least one material relief terminates adjacent to a cylinder head base portion of the main body.
  • the at least one material cutout opens into an outer surface (for example the lateral surface) of the cylinder head, preferably to enable air to circulate through the at least one material cutout.
  • the at least one material recess can extend from an opening in a lateral surface of the main body to adjacent to the cylinder head base area of the main body, for example in a curved shape, through the main body.
  • the at least one material recess essentially completely encloses the fluid duct, with the exception of a cylinder head base area of the main body and/or a support area of the main body required to support the fluid duct.
  • the at least one material recess at least partially encloses the fluid duct.
  • the at least one material cutout has a plurality of cutout areas.
  • the plurality of recessed areas are in fluid communication with one another, preferably through passages in the main body. It is possible that the plurality of cut-out areas are arranged symmetrically around the fluid guiding channel. It is also possible for the plurality of cut-out regions to each have a ring-segment-shaped cross-section and/or to surround the fluid-guiding channel together in a ring-shaped manner. It is also possible that the plurality of cut-out areas are each formed in the shape of a sleeve segment and/or together surround the fluid conducting channel in the shape of a sleeve.
  • the material thickness of the main body between the fluid duct and the at least one material recess is greater than or equal to 5 mm and/or less than or equal to 10 mm.
  • a material cutout thickness of the at least one material cutout is preferably greater than or equal to 5 mm and/or less than or equal to 15 mm in a radial direction of the fluid duct.
  • the fluid duct has an opening on an outside of the cylinder head and the at least one material recess has an opening on the outside of the cylinder head.
  • the opening of the at least one material recess surrounds the opening of the fluid duct at least partially, preferably in the form of a ring segment.
  • a preferably ring-shaped web section is formed between the opening of the fluid conducting channel and the opening of the at least one material recess.
  • the web section preferably has at least one fastening device, preferably a threaded hole, for attaching a fluid line in fluid communication with the fluid conducting channel.
  • the main body has a support area that is arranged (e.g. with respect to a radial direction of the fluid duct) between the fluid duct and the at least one material recess for supporting the fluid duct in the main body.
  • the at least one material cutout is designed to be fluidically separate from the fluid conducting channel, for example by means of the support area.
  • the cooling duct is arranged for cooling a cylinder head base area of the main body and/or adjacent to a cylinder head base area of the main body.
  • the invention also relates to a motor vehicle, preferably a commercial vehicle (e.g. truck or bus, with a cylinder head as disclosed herein.
  • a motor vehicle preferably a commercial vehicle (e.g. truck or bus, with a cylinder head as disclosed herein.
  • the present disclosure also relates to a method of manufacturing a cylinder head, preferably configured as disclosed herein.
  • the method includes primary shaping (e.g. casting and/or printing) of the main body of the cylinder head, the at least one material recess being produced in the main body directly during primary shaping of the main body and/or subsequent to the primary shaping of the main body.
  • the Figures 1 to 8 12 show a region of a cylinder head 10, shown schematically.
  • the cylinder head 10 can be designed as a single-cylinder cylinder head or as a multi-cylinder cylinder head.
  • the cylinder head 10 can cover one or more combustion chambers 12 of an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can be included, for example, in a motor vehicle, preferably a commercial vehicle (for example a truck or bus).
  • the cylinder head 10 is cast.
  • the cylinder head 10 has a main body 14 which is suitably metallic.
  • the main body 14 can be manufactured by any known method.
  • the main body 14 can be cast, for example as a GJV cast body (cast iron with compacted graphite). It is also possible for the main body 14 to be printed using a 3D printer, for example.
  • Various structures are formed in the main body 14 by, for example, the casting process or the printing process. These include a cooling duct 16, a fluid duct 18 and preferably one or more cutouts or material recesses 20.
  • the cylinder head 10 has other areas, preferably with one or more additional fluid ducts, one or more additional cooling ducts and /or valves, etc.
  • the main body 14 can also be formed, for example, a receptacle 28, for example, for a fuel injector.
  • the cooling duct 16 carries a cooling fluid, for example water, a water-coolant mixture or oil, for cooling the cylinder head 10.
  • the cooling duct 16 can be designed as part of a water jacket of the cylinder head 10, for example.
  • the illustrated cooling passage 16 is disposed adjacent to a cylinder head head portion 14A of the main body 14 of the cylinder head 10 for cooling the combustion chamber side of the cylinder head 10.
  • the fluid duct 18 serves to supply a fluid to the combustion chamber 12 or to discharge a fluid from the combustion chamber 12.
  • the fluid duct 18 is particularly preferably designed as an exhaust gas duct for discharging exhaust gas from the combustion chamber 12.
  • the material recess 20 also has advantageous effects if the fluid duct 18 is designed, for example, as an inlet duct for supplying inlet air to the combustion chamber 12 or as a compressed air extraction duct for discharging compressed air from the combustion chamber 12.
  • the fluid duct 18 has an opening 22 on the combustion chamber side.
  • the fluid duct 18 has an opening 24 in an outer side, preferably a lateral surface, of the cylinder head 10 .
  • the fluid duct 18 extends, preferably curved, between the opening 22 and the opening 24.
  • the fluid duct 18 can be sealed on the combustion chamber side by means of a valve 26, preferably a poppet valve, of the cylinder head 10.
  • the material recess 20 is arranged between the fluid duct 18 and the cooling duct 16 .
  • the material recess 20 thermally decouples the fluid duct 18 from the cooling duct 16.
  • the material recess 20 significantly reduces heat transfer between the fluid duct 18 and the cooling duct 16, i. H. significant.
  • the fluid duct 18 designed as an exhaust gas duct
  • this makes it possible for the heat transfer between the exhaust gas and the cooling fluid in the cooling duct 16 to be greatly reduced.
  • a lower heat input into the cooling fluid leads to a reduction in the cooling requirement, which enables an improved design of the cooling system.
  • This makes it possible, for example, to reduce fuel consumption by the internal combustion engine, for example also by saving energy when driving a coolant pump.
  • the thermal decoupling means that the exhaust gas flowing through the fluid duct 18, which has a temperature of around 600° C., for example, cools less severely. As a result, more exhaust gas enthalpy is available for an exhaust gas turbocharger that may be arranged downstream.
  • more exhaust gas enthalpy may be available for an exhaust gas aftertreatment device that may be arranged downstream.
  • the exhaust aftertreatment device may require a certain high temperature range to operate effectively (for example, with an SCR catalyst). This enables improved design and efficiency of these components and a reduction in fuel consumption.
  • the material recess 20 can also be used, for example, for the thermal decoupling of a fluid-guiding channel 18 designed as an inlet channel.
  • the material recess 20 reduces heat transfer from the cooling fluid in the cooling channel 16, which has a temperature above 90° C., for example, to the inlet air flowing through the fluid duct 18, which preferably has a low temperature, for example below 40° C. or 50 °C.
  • the material recess 20 is formed as a material recess directly during primary molding (e.g., printing or casting) of the main body 14, e.g. B. as casting material recess.
  • the material recess 20 it is also possible for the material recess 20 to be formed in the main body 14 only after the primary shaping of the main body 14, for example by means of a machining manufacturing process.
  • several bores surrounding the fluid duct 18 can be made in the main body 14 .
  • a support area 30 is arranged between the material recess 20 and the fluid duct 18 .
  • the support portion 30 is part of the main body 14.
  • the support portion 30 is cast.
  • the support area 30 supports the fluid guide channel 18 in the main body 14.
  • the support area 30 fluidly separates the material recess 20 and the fluid guide channel 18 from one another.
  • a material thickness of the support area 30 between the fluid duct 18 and the material recess 20 can be in a range between 5 mm and 10 mm, for example.
  • the support area 30 is to be designed in such a way that it is as stiff as necessary to support the fluid duct 18 and as flexible as possible to compensate for, for example, temperature-related material expansions.
  • the material recess 20 is filled with air, preferably ambient air.
  • the material recess 20 forms a heat-insulating air gap between the fluid duct 18 and the cooling duct 16.
  • the size of the air gap can be in a range between 5 mm and 15 mm, for example. It can also be possible that the material recess 20 is at least partially filled with a thermal insulation material.
  • the material recess 20 may be open to an outside of the main body 14 . This enables the air in the material saving 20 to be exchanged with the ambient air and air circulation results. However, it is also possible for the material recess 20 to be arranged as a cavity in the main body 14 without opening to the outside.
  • the outer contour or wall contour of the material recess 20 is adapted to an outer contour or wall contour of the fluid duct 18 and follows this, for example, at least partially at a constant distance.
  • the outer contour of the material cutout 20 can be formed at least partially as a cylinder jacket segment, on the inside of which the fluid duct 18 runs. It is also possible that the outer contour of the material cutout 20 is additionally or alternatively adapted to the cooling channel 16 and, for example, follows it at least partially at a constant distance.
  • Material recess 20 follows fluid duct 18 from an exterior of cylinder head 10 along a substantial portion of a length of fluid duct 18. As illustrated, material recess 20 may follow fluid duct 18 for between 80% and 90% of the length of fluid duct 18, for example.
  • the material recess 20 encloses the fluid duct 18, with the exception of the cylinder head base area 14A of the main body 14 and the support area 30 of the main body 14, substantially completely.
  • the material cutout 20 has two cutout areas 32 , 34 .
  • the relief areas 32, 34 are in fluid communication with each other via a plurality of passages 36, as shown. It is also possible to provide more or fewer relief areas, which may or may not be in fluid communication with each other.
  • the recess areas 32, 34 are arranged in a ring around the fluid duct 18 around.
  • the recess areas 32, 34 can surround the fluid duct 18 symmetrically, for example.
  • the recess areas 32, 34 each have a ring-segment-shaped cross-section.
  • the cross sections in the form of ring segments can, for example, each comprise an angular range of approximately 180°.
  • the recess areas 32, 34 follow a course of the fluid duct 18 in the form of sleeve segments.
  • the relief portions 32, 34 end adjacent to the cylinder head bottom portion 14A of the main body 14.
  • the relief portions 32, 34 open to an outside of the main body 14.
  • the relief portions 32, 34 have an opening 38, 40, respectively.
  • the openings 38, 40 are arranged around the opening 24 around.
  • the openings 38, 40 have a ring segment shape. Air can flow into and out of the recess areas 32 , 34 through the openings 38 , 40 , so that air can circulate in the recess areas 32 , 34 and thus in the material recess 20 .
  • a web section 42 of the support area 30 is arranged between the opening 24 on the one hand and the openings 38, 40 on the other hand.
  • the land portion 42 may be annular.
  • the web portion 42 surrounds the opening 24.
  • the web portion 42 may include one or more fasteners 44 (only in figure 2 shown schematically) which are designed to connect a fluid line to the fluid duct 18 .
  • the fastening devices 44 can be designed as threaded holes for screwing in fastening screws.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf zum Abdecken einer Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes.
  • Die DE 100 39 790 A1 offenbart einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit darin angeordneten Auslasskanälen, die einen aus mindestens einer Blechlage geformten Kanalinnenrahmen aufweisen.
  • Die DE 10 2005 025 731 A1 offenbart eine Abgasführung einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgasführung zumindest einen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verlaufenden Abgaskanal und eine sich an den Zylinderkopf austrittsseitig anschließende Abgasanlage enthält. Im Abgaskanal ist zumindest über den Bereich des Abgasaustritts hinweg ein luftspaltisoliertes Organ angeordnet ist. Das Organ ist ein dünnwandiger hülsenförmiger Einsatz, der im Abgaskanal befestigt ist und Mittel aufweist, durch die der Einsatz radial von der Kanalwandung beabstandet ist. Alternativ kann das Organ durch ein frei in den Abgaskanal ragendes Abgasrohr der Abgasanlage gebildet sein, wobei der Abgaskanal in dem Bereich, in den das Abgasrohr hineinragt, unter Ausbildung eines stufigen Absatzes erweitert ist, und dass das Organ den Absatzrand radial nach außen umlaufend überdeckt.
  • Die bekannten Vorrichtungen können zwar eine wärmeisolierende Wirkung bezüglich des Abgaskanals entfalten, sind allerdings kompliziert zu fertigen und/oder zu montieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen alternativen und/oder verbesserten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmal des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
  • Die Erfindung schafft einen Zylinderkopf (z. B. Einzylinder-Zylinderkopf oder Mehrzylinder-Zylinderkopf) zum Abdecken einer Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine. Der Zylinderkopf weist einen Fluidführungskanal zum Zuführen eines Fluids (z. B. Einlassluft, Ladeluft und/oder Luft-Kraftstoff-Gemisch) zu der Verbrennungskammer oder zum Abführen eines Fluids (z. B. Abgas oder Druckluft) aus der Verbrennungskammer auf. Der Zylinderkopf weist einen Kühlkanal für ein Kühlfluid (z. B. Wasser, Wasser-Kühlmittel-Gemisch oder Öl) zum Kühlen des Zylinderkopfes auf. Der Zylinderkopf weist mindestens eine Materialaussparung zur Wärmeisolation auf, die in einem Hauptkörper des Zylinderkopfes (z. B. durch Gießen des Zylinderkopfes) gebildet ist. Die mindestens eine Materialaussparung ist zwischen dem Fluidführungskanal und dem Kühlkanal angeordnet ist. Die mindestens eine Materialaussparung ist durch den Hauptkörper getrennt von dem Fluidführungskanal angeordnet (z. B. durch einen Stützbereich des Hauptkörpers zum Stützen des Fluidführungskanals im Hauptkörper).
  • Die mindestens eine Materialaussparung kann einfach, z. B. direkt beim Urformen (z. B. Gießen) des Hauptkörpers des Zylinderkopfes und/oder anschließend daran, gefertigt werden. Die Materialaussparung kann je nach Ausführung des Fluidführungskanals unterschiedliche Vorteile bieten. Die Vorteile beruhen jeweils auf einer (teilweisen) thermischen Entkoppelung des Fluidführungskanals und des Kühlkanals durch die mindestens eine wärmeisolierende Materialaussparung. Bspw. kann in dem Fall, in dem Abgas durch den Fluidführungskanal geführt wird, ein deutlich geringerer Wärmeeintrag vom heißen Abgas in das Kühlfluid erfolgen. Dies führt zu einer Verringerung des Kühlbedarfs, was eine verbesserte Auslegung des Kühlsystems ermöglicht. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringern, zum Beispiel auch durch Energieeinsparungen beim Antreiben einer Kühlmittelpumpe. Daneben führt die thermische Entkopplung dazu, dass das heiße Abgas weniger stark im Fluidführungskanal abkühlt. Dadurch steht mehr Abgasenthalpie für einen gegebenenfalls stromabwärts angeordneten Abgasturbolader und/oder eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Verfügung. Dies ermöglicht eine verbesserte Auslegung und verbesserte Wirkungsgrade dieser Komponenten sowie eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs.
  • Zweckmäßig kann der hierin verwendete Begriff "Materialaussparung" derart verstanden werden, dass er sich auf eine durch einen entsprechenden Fertigungsschritt bewusst vorgesehene Materialaussparung bezieht und nicht etwa auf ungewollt beim Gießen oder Drucken entstehende Lunker o.ä.
  • Zweckmäßig kann der Fluidführungskanal ohne einen Einsatz, z. B. einen Rohreinsatz, gebildet sein.
  • Beispielsweise kann die mindestens eine Materialaussparung durch den Hauptkörper radial von einer Kanalwandung bzw. einer Außenkontur des Fluidführungskanals beabstandet sein.
  • In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung durch Urformen, Umformen und/oder Trennen gefertigt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Hauptkörper gegossen oder gedruckt (z. B. mittels 3D-Drucker).
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung beim Urformen, vorzugsweise beim Gießen und/oder Drucken (z. B. mittels 3D-Drucker), des Hauptkörpers oder anschließend daran gebildet, vorzugsweise durch ein trennendes Fertigungsverfahren (z. B. Bohren, Fräsen o.ä.).
  • In einem Ausführungsbeispiel ist der Fluidführungskanal als ein Abgaskanal, ein Einlasskanal (z. B. Luft-Einlasskanal oder Luft-Kraftstoff-Gemisch-Einlasskanal) oder ein Druckluftentnahmekanal ausgebildet. Bspw. kann im Fall des Einlasskanals die Einlassluft, die vorzugsweise eine Temperatur zwischen 30°C und 50°C aufweisen soll, weniger stark durch das Kühlfluid, das typischerweise eine Temperatur oberhalb von 90°C aufweist, aufgewärmt werden. Dies kann bspw. eine verbesserte Auslegung von Ladeluftkühlern usw. ermöglichen.
  • Es ist möglich, dass mehrere Fluidführungskanäle (z. B. zwei Abgaskanäle und/oder zwei Einlasskanäle) im Zylinderkopf umfasst sind und die mindestens eine Materialaussparung zur Wärmeisolation zwischen den mehrere Fluidführungskanälen einerseits und dem Kühlkanal andererseits angeordnet ist.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Zylinderkopf ein Ventil, vorzugsweise ein Tellerventil, auf, das zum brennraumseitigen Abdichten des Fluidführungskanals angeordnet ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Materialaussparung dazu ausgebildet, dass sie eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkanal und dem Fluidführungskanal, vorzugsweise wesentlich, verringert.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Materialaussparung dazu ausgebildet, dass sie den Fluidführungskanal und den Kühlkanal zumindest teilweise voneinander thermisch isoliert.
  • In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung mit Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, gefüllt und/oder durchströmt.
  • In einer weiteren Ausführungsform bildet die mindestens eine Materialaussparung einen (zum Beispiel thermisch isolierenden) Luftspalt (z. B. mit einer Spaltgröße größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 15 mm) zwischen dem Fluidführungskanal und dem Kühlkanal.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung mit einem Wärmedämmmaterial gefüllt (z. B. teilweise oder vollständig).
  • In einer Ausführungsvariante folgt eine Außenkontur der mindestens einen Materialaussparung einer Außenkontur des Fluidführungskanals und/oder des Kühlkanals zumindest abschnittweise, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante umgibt die mindestens eine Materialaussparung den Fluidführungskanal abschnittsweise oder vollständig.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante weist die mindestens eine Materialaussparung einen ringsegmentförmigen Querschnitt auf und/oder ist hülsensegmentförmig ausgebildet.
  • In einem Ausführungsbeispiel folgt die mindestens eine Materialaussparung dem Fluidführungskanal entlang von mindestens 50 %, 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % einer Länge des Fluidführungskanals, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel endet die mindestens eine Materialaussparung angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich des Hauptkörpers.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel mündet die mindestens eine Materialaussparung in eine Außenfläche (zum Beispiel Mantelfläche) des Zylinderkopfes, vorzugsweise zum Ermöglichen einer Luftzirkulation durch die mindestens eine Materialaussparung.
  • Beispielsweise kann sich die mindestens eine Materialaussparung von einer Öffnung in einer Mantelfläche des Hauptkörpers bis angrenzend an den Zylinderkopfbodenbereich des Hauptkörpers, zum Beispiel in gebogener Form, durch den Hauptkörper erstrecken.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umhüllt die mindestens eine Materialaussparung den Fluidführungskanal mit Ausnahme eines Zylinderkopfbodenbereichs des Hauptkörpers und/oder eines zum Stützen des Fluidführungskanals erforderlichen Stützbereichs des Hauptkörpers im Wesentlichen vollständig.
  • In einer Ausführungsform umhüllt die mindestens eine Materialaussparung den Fluidführungskanal zumindest teilweise.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Materialaussparung mehrere Aussparungsbereiche auf. Vorzugsweise sind die mehreren Aussparungsbereiche miteinander in Fluidverbindung, vorzugsweise durch Kanäle im Hauptkörper. Es ist möglich, dass die mehreren Aussparungsbereiche symmetrisch um den Fluidführungskanal herum angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die mehreren Aussparungsbereiche jeweils einen ringsegmentförmigen Querschnitt aufweisen und/oder den Fluidführungskanal zusammen ringförmig umgeben. Es ist ferner möglich, dass die mehreren Aussparungsbereiche jeweils hülsensegmentförmig ausgebildet sind und/oder den Fluidführungskanal zusammen hülsenförmig umgeben.
  • In einer Ausführungsvariante ist eine Materialstärke des Hauptkörpers zwischen dem Fluidführungskanal und der mindestens einen Materialaussparung größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 10 mm.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante ist eine Materialaussparungsdicke der mindestens einen Materialaussparung vorzugsweise in einer Radialrichtung des Fluidführungskanals größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 15 mm.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Fluidführungskanal eine Öffnung an einer Außenseite des Zylinderkopfes auf und die mindestens eine Materialaussparung weist eine Öffnung an der Außenseite des Zylinderkopfes auf. Vorzugsweise umgibt die Öffnung der mindestens einen Materialaussparung die Öffnung des Fluidführungskanals zumindest teilweise, vorzugsweise ringsegmentförmig.
  • In einer Weiterbildung ist ein, vorzugsweise ringförmiger, Stegabschnitt zwischen der Öffnung des Fluidführungskanals und der Öffnung der mindestens einen Materialaussparung gebildet. Vorzugsweise weist der Stegabschnitt mindestens eine Befestigungseinrichtung, vorzugsweise ein Gewindeloch, zur Anbringung einer Fluidleitung in Fluidverbindung mit dem Fluidführungskanal auf.
  • In einer Ausführungsform weist der Hauptkörper einen Stützbereich auf, der (z. B. bezüglich einer Radialrichtung des Fluidführungskanals) zwischen dem Fluidführungskanal und der mindestens einen Materialaussparung zum Stützen des Fluidführungskanals im Hauptkörper angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist die mindestens eine Materialaussparung fluidisch getrennt von dem Fluidführungskanal ausgebildet, zum Beispiel mittels des Stützbereichs.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlkanal zum Kühlen eines Zylinderkopfbodenbereichs des Hauptkörpers und/oder angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich des Hauptkörpers angeordnet.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug (zum Beispiel Lastkraftwagen oder Omnibus, mit einem Zylinderkopf wie hierin offenbart.
  • Es ist auch möglich, die Vorrichtung wie hierin offenbart für Personenkraftwagen, geländegängige Fahrzeuge, Großmotoren, stationäre Motoren, Marinemotoren usw. zu verwenden.
  • Die vorliegenden Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes, der vorzugsweise wie hierin offenbart ausgebildet ist. Das Verfahren weist ein Urformen (z. B. Gießen und/oder Drucken) des Hauptkörpers des Zylinderkopfes auf, wobei die mindestens eine Materialaussparung direkt beim Urformen des Hauptkörpers und/oder anschließend an das Urformen des Hauptkörpers im Hauptkörper gefertigt wird.
  • Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht eines Bereichs eines schematisch dargestellten Zylinderkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
    Figur 2
    eine Seitenansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes;
    Figur 3
    eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Linie A-A in Figur 2;
    Figur 4
    eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Linie B-B in Figur 2;
    Figur 5
    eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Linie C-C in Figur 4;
    Figur 6
    eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Linie D-D in Figur 2;
    Figur 7
    eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Linie E-E in Figur 2; und
    Figur 8
    eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Linie F-F in Figur 2.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
  • Die Figuren 1 bis 8 zeigen einen Bereich eines schematisch dargestellten Zylinderkopfes 10. Der Zylinderkopf 10 kann als ein Einzylinder-Zylinderkopf oder ein Mehrzylinder-Zylinderkopf ausgebildet sein. Der Zylinderkopf 10 kann eine oder mehrere Verbrennungskammern 12 einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, abdecken. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug (zum Beispiel Lastkraftwagen oder Omnibus) umfasst sein.
  • Der Zylinderkopf 10 ist gegossen. In anderen Worten, der Zylinderkopf 10 weist einen zweckmäßig metallischen Hauptkörper 14 auf. Der Hauptkörper 14 kann mit jeglichem bekannten Verfahren hergestellt sein. Beispielsweise kann der Hauptkörper 14 gegossen sein, zum Beispiel als GJV-Gusskörper (Gusseisen mit Vermiculargraphit). Es ist auch möglich, dass der Hauptkörper 14 bspw. mittels eines 3D-Druckers gedruckt ist.
  • In dem Hauptkörper 14 sind verschiedene Strukturen bspw. durch den Gießprozess oder den Druckprozess gebildet. Dazu gehören ein Kühlkanal 16, ein Fluidführungskanal 18 und vorzugsweise eine oder mehrere Freistellungen oder Materialaussparungen 20. Neben dem dargestellten Bereich des schematisch dargestellten Zylinderkopfes 10 weist der Zylinderkopf 10 weitere Bereiche auf, vorzugsweise mit einem oder mehreren weiteren Fluidführungskanälen, einem oder mehreren weiteren Kühlkanälen und/oder Ventilen usw. Im Hauptkörper 14 kann ferner beispielsweise eine Aufnahme 28 zum Beispiel für einen Kraftstoff-Injektor ausgebildet sein.
  • Der Kühlkanal 16 führt ein Kühlfluid, zum Beispiel Wasser, ein Wasser-Kühlmittel-Gemisch oder Öl, zum Kühlen des Zylinderkopfes 10. Der Kühlkanal 16 kann beispielsweise als ein Teil eines Wassermantels des Zylinderkopfes 10 ausgebildet sein. Der dargestellte Kühlkanal 16 ist angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich 14A des Hauptkörpers 14 des Zylinderkopfes 10 zur Kühlung der Brennraumseite des Zylinderkopfes 10 angeordnet.
  • Der Fluidführungskanal 18 dient zum Zuführen eines Fluids zu der Verbrennungskammer 12 oder zum Abführen eines Fluids aus der Verbrennungskammer 12. Besonders bevorzugt ist der Fluidführungskanal 18 als ein Abgaskanal zum Abführen von Abgas aus der Verbrennungskammer 12 ausgebildet. Es wurde allerdings erkannt, dass sich ebenfalls vorteilhafte Wirkungen durch die Materialaussparung 20 ergeben, wenn der Fluidführungskanal 18 beispielsweise als ein Einlasskanal zum Zuführen von Einlassluft zu der Verbrennungskammer 12 oder als ein Druckluftentnahmekanal zum Abführen von Druckluft aus der Verbrennungskammer 12 ausgebildet ist.
  • Der Fluidführungskanal 18 weist eine brennraumseitige Öffnung 22 auf. Der Fluidführungskanal 18 weist eine Öffnung 24 in einer Außenseite, vorzugsweise einer Mantelfläche, des Zylinderkopfes 10 auf. Der Fluidführungskanal 18 erstreckt sich, vorzugsweise gebogen, zwischen der Öffnung 22 und der Öffnung 24. Der Fluidführungskanal 18 kann brennraumseitig mittels eines Ventils 26, vorzugsweise eines Tellerventils, des Zylinderkopfes 10 abgedichtet werden.
  • Die Materialaussparung 20 ist zwischen dem Fluidführungskanal 18 und dem Kühlkanal 16 angeordnet. Die Materialaussparung 20 entkoppelt den Fluidführungskanal 18 thermisch von dem Kühlkanal 16. Die Materialaussparung 20 verringert einen Wärmeübergang zwischen dem Fluidführungskanal 18 und den Kühlkanal 16 wesentlich, d. h. signifikant.
  • Im besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel mit dem als Abgaskanal ausgebildeten Fluidführungskanal 18 ermöglicht dies, dass der Wärmeübergang zwischen dem Abgas und dem Kühlfluid im Kühlkanal 16 stark gemindert werden kann. Ein geringerer Wärmeeintrag in das Kühlfluid führt zu einer Verringerung des Kühlbedarfs, was eine verbesserte Auslegung des Kühlsystems ermöglicht. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringern, zum Beispiel auch durch Energieeinsparungen beim Antreiben einer Kühlmittelpumpe. Daneben führt die thermische Entkopplung dazu, dass das durch den Fluidführungskanal 18 strömende Abgas, das beispielsweise eine Temperatur von rund 600°C aufweist, weniger stark abkühlt. Dadurch steht mehr Abgasenthalpie für einen gegebenenfalls stromabwärts angeordneten Abgasturbolader zur Verfügung. Alternativ oder zusätzlich kann mehr Abgasenthalpie für eine gegebenenfalls stromabwärts angeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Verfügung. Beispielsweise kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen bestimmten hohen Temperaturbereich zum wirksamen Betrieb benötigen (zum Beispiel bei einem SCR-Katalysator). Dies ermöglicht eine verbesserte Auslegung und verbesserte Wirkungsgrade dieser Komponenten sowie eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs.
  • Die Materialaussparung 20 kann allerdings beispielsweise auch zur thermischen Entkopplung eines als Einlasskanal ausgebildeten Fluidführungskanals 18 verwendet werden. Die Materialaussparung 20 verringert in diesem Fall einen Wärmeübergang vom Kühlfluid im Kühlkanal 16, das beispielsweise eine Temperatur oberhalb von 90°C aufweist, auf die durch den Fluidführungskanal 18 strömende Einlassluft, die bevorzugt eine niedrige Temperatur, zum Beispiel unterhalb von 40°C oder 50°C, aufweist.
  • Vorzugsweise wird die Materialaussparung 20 direkt beim Urformen (z. B. Drucken oder Gießen) des Hauptkörpers 14 als Materialaussparung gebildet, z. B. als Gussmaterialaussparung. Es ist allerdings auch möglich, dass die Materialaussparung 20 erst nach dem Urformen des Hauptkörpers 14 im Hauptkörper 14 14 ausgebildet wird, zum Beispiel durch ein spanabhebendes Fertigungsverfahren. Beispielsweise können mehrere, den Fluidführungskanal 18 umgebenden Bohrungen in den Hauptkörper 14 eingebracht werden.
  • Zwischen der Materialaussparung 20 und dem Fluidführungskanal 18 ist ein Stützbereich 30 angeordnet. Der Stützbereich 30 ist Teil des Hauptkörpers 14. Der Stützbereich 30 ist gegossen. Der Stützbereich 30 stützt den Fluidführungskanal 18 im Hauptkörper 14. Der Stützbereich 30 trennt die Materialaussparung 20 und den Fluidführungskanal 18 fluidisch voneinander. Eine Materialstärke des Stützbereichs 30 zwischen dem Fluidführungskanal 18 und der Materialaussparung 20 kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 mm und 10 mm liegen. Der Stützbereich 30 ist so auszuführen, dass er so steif wie nötig zum Stützen des Fluidführungskanals 18 und so flexibel wie möglich zum Ausgleichen von bspw. temperaturbedingten Materialausdehnungen ist.
  • Die Materialaussparung 20 ist mit Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, gefüllt. Dadurch bildet die Materialaussparung 20 einen wärmeisolierenden Luftspalt zwischen dem Fluidführungskanal 18 und dem Kühlkanal 16. Die Spaltgröße des Luftspalts kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 mm und 15 mm liegen. Es kann auch möglich sein, dass die Materialaussparung 20 zumindest teilweise mit einem Wärmedämmmaterial gefüllt ist.
  • Die Materialaussparung 20 kann zu einer Außenseite des Hauptkörpers 14 hin offen sein. Dies ermöglicht, dass die Luft in der Materialeinsparung 20 mit der Umgebungsluft ausgetauscht werden kann und sich eine Luftzirkulation ergibt. Es ist allerdings auch möglich, dass die Materialaussparung 20 ohne Öffnung nach außen als Hohlraum in dem Hauptkörper 14 angeordnet ist.
  • Die Außenkontur bzw. Wandkontur der Materialaussparung 20 ist an eine Außenkontur bzw. Wandkontur des Fluidführungskanals 18 angepasst und folgt dieser beispielsweise zumindest teilweise in gleichbleibenden Abstand. Beispielsweise kann die Außenkontur der Materialaussparung 20 zumindest teilweise als Zylindermantelsegment ausgebildet sein, auf dessen Innenseite der Fluidführungskanal 18 verläuft. Es ist auch möglich, dass die Außenkontur der Materialaussparung 20 zusätzlich oder alternativ an den Kühlkanal 16 angepasst ist und diesen beispielsweise zumindest teilweise in gleichbleibenden Abstand folgt.
  • Die Materialaussparung 20 folgt dem Fluidführungskanal 18 ausgehend von einer Außenseite des Zylinderkopfes 10 entlang eines wesentlichen Teils einer Länge des Fluidführungskanals 18. Wie dargestellt ist, kann die Materialaussparung 20 dem Fluidführungskanal 18 beispielsweise zwischen 80 % und 90 % der Länge des Fluidführungskanals 18 folgen. Die Materialaussparung 20 umhüllt den Fluidführungskanal 18, ausgenommen den Zylinderkopfbodenbereich 14A des Hauptkörpers 14 und den Stützbereich 30 des Hauptkörpers 14, im Wesentlichen vollständig.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Materialaussparung 20 zwei Aussparungsbereiche 32, 34 auf. Die Aussparungsbereiche 32, 34 stehen über mehrere Kanäle 36 miteinander in Fluidverbindung, wie dargestellt ist. Es ist auch möglich, mehr oder weniger Aussparungsbereiche vorzusehen, die in Fluidverbindung miteinander stehen können oder nicht.
  • Die Aussparungsbereiche 32, 34 sind ringförmig um den Fluidführungskanal 18 herum angeordnet. Die Aussparungsbereiche 32, 34 können den Fluidführungskanal 18 beispielsweise symmetrisch umgeben. Die Aussparungsbereiche 32, 34 weisen jeweils einen ringsegmentförmigen Querschnitt auf. Die ringsegmentförmigen Querschnitte können beispielsweis jeweils einen Winkelbereiche von annährend 180° umfassen. Die Aussparungsbereiche 32, 34 folgen einem Verlauf des Fluidführungskanals 18 in Form von Hülsensegmenten.
  • Die Aussparungsbereiche 32, 34 enden angrenzend an den Zylinderkopfbodenbereich 14A des Hauptkörpers 14. Andererseits münden die Aussparungsbereiche 32, 34 in einer Außenseite des Hauptkörpers 14. Die Aussparungsbereiche 32, 34 weisen jeweils eine Öffnung 38, 40 auf. Die Öffnungen 38, 40 sind um die Öffnung 24 herum angeordnet. Die Öffnungen 38, 40 weisen eine Ringsegmentform auf. Durch die Öffnungen 38, 40 kann Luft in die Aussparungsbereiche 32, 34 einströmen und ausströmen, sodass sich eine Luftzirkulation in den Aussparungsbereiche 32, 34 und damit in der Materialaussparung 20 ergeben kann.
  • Ein Stegabschnitt 42 des Stützbereichs 30 ist zwischen der Öffnung 24 einerseits und den Öffnungen 38, 40 andererseits angeordnet. Der Stegabschnitt 42 kann ringförmig sein. Der Stegabschnitt 42 umgibt die Öffnung 24. Der Stegabschnitt 42 kann eine oder mehrere Befestigungseinrichtungen 44 (nur in Figur 2 schematisch dargestellt) aufweisen, die zum Anbinden einer Fluidleitung an den Fluidführungskanal 18 ausgebildet sind. Beispielsweise können die Befestigungseinrichtungen 44 als Gewindelöcher zum Einschrauben von Befestigungsschrauben ausgebildet sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Umfang der Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Zylinderkopf
    12
    Verbrennungskammer
    14
    Hauptkörper
    14A
    Zylinderkopfbodenbereich
    16
    Kühlkanal
    18
    Fluidführungskanal
    20
    Materialaussparung
    22
    Öffnung
    24
    Öffnung
    26
    Ventil
    28
    Aufnahme
    30
    Stützbereich
    32
    Aussparungsbereich
    34
    Aussparungsbereich
    36
    Kanal
    38
    Öffnung
    40
    Öffnung
    42
    Stegabschnitt
    44
    Befestigungseinrichtung

Claims (15)

  1. Zylinderkopf (10) zum Abdecken einer Verbrennungskammer (12) einer Brennkraftmaschine, aufweisend:
    einen Fluidführungskanal (18) zum Zuführen eines Fluids zu oder Abführen eines Fluids aus der Verbrennungskammer (12); und
    einen Kühlkanal (16) für ein Kühlfluid zum Kühlen des Zylinderkopfes (10); gekennzeichnet durch:
    mindestens eine Materialaussparung (20) zur Wärmeisolation, die in einem Hauptkörper (14) des Zylinderkopfes (10) gebildet und zwischen dem Fluidführungskanal (18) und dem Kühlkanal (16) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Materialaussparung (20) durch den Hauptkörper (14) getrennt von dem Fluidführungskanal (18) angeordnet ist.
  2. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1, wobei:
    die mindestens eine Materialaussparung (20) durch Urformen, Umformen und/oder Trennen gefertigt ist; und/oder
    der Hauptkörper (14) gegossen oder gedruckt ist; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) beim Urformen, vorzugsweise beim Gießen oder Drucken, des Hauptkörpers (14) oder anschließend daran gebildet ist, vorzugsweise durch ein trennendes Fertigungsverfahren.
  3. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei:
    der Fluidführungskanal (18) als ein Abgaskanal, ein Einlasskanal oder ein Druckluftentnahmekanal ausgebildet ist; und/oder
    der Zylinderkopf (10) ein Ventil (16), vorzugsweise ein Tellerventil, aufweist, das zum brennraumseitigen Abdichten des Fluidführungskanals (18) angeordnet ist; und/oder
    der Kühlkanal (16) zum Kühlen eines Zylinderkopfbodenbereichs (14A) des Hauptkörpers (14) angeordnet ist; und/oder
    der Kühlkanal (16) angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich (14B) des Hauptkörpers (14) angeordnet ist.
  4. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Materialaussparung (20) dazu ausgebildet ist, dass sie:
    eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkanal (16) und dem Fluidführungskanal (18), vorzugsweise wesentlich, verringert; und/oder
    den Fluidführungskanal (18) und den Kühlkanal (16) zumindest teilweise voneinander thermisch isoliert.
  5. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    die mindestens eine Materialaussparung (20) mit Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, gefüllt und/oder durchströmt ist; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) einen Luftspalt zwischen dem Fluidführungskanal (18) und dem Kühlkanal (16) bildet; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) mit einem Wärmedämmmaterial gefüllt ist.
  6. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    eine Außenkontur der mindestens einen Materialaussparung (20) einer Außenkontur des Fluidführungskanals (18) und/oder des Kühlkanals (16) zumindest abschnittweise folgt, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) den Fluidführungskanal (18) abschnittsweise oder vollständig umgibt; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) einen ringsegmentförmigen Querschnitt aufweist und/oder hülsensegmentförmig ausgebildet ist.
  7. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    die mindestens eine Materialaussparung (20) dem Fluidführungskanal (18) entlang von mindestens 50 %, 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % einer Länge des Fluidführungskanals (18) folgt, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich (14A) des Hauptkörpers (14) endet; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) in eine Außenfläche des Zylinderkopfes (10) mündet, vorzugsweise zum Ermöglichen einer Luftzirkulation durch die mindestens eine Materialaussparung (20).
  8. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    die mindestens eine Materialaussparung (20) den Fluidführungskanal (18) mit Ausnahme eines Zylinderkopfbodenbereichs (14A) des Hauptkörpers (14) und eines zum Stützen des Fluidführungskanals (18) erforderlichen Stützbereichs (30) des Hauptkörpers (14) im Wesentlichen vollständig umhüllt; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) den Fluidführungskanal (18) zumindest teilweise umhüllt.
  9. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Materialaussparung (20) mehrere Aussparungsbereiche (32, 34) aufweist, die:
    miteinander in Fluidverbindung sind, vorzugsweise durch Kanäle (36) im Hauptkörpers (14), und/oder
    symmetrisch um den Fluidführungskanal (18) herum angeordnet sind; und/oder
    jeweils einen ringsegmentförmigen Querschnitt aufweisen und den Fluidführungskanal (18) zusammen ringförmig umgeben; und/oder
    jeweils hülsensegmentförmig ausgebildet sind und den Fluidführungskanal (18) zusammen hülsenförmig umgeben.
  10. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    eine Materialstärke des Hauptkörpers (14) zwischen dem Fluidführungskanal (18) und der mindestens einen Materialaussparung (20) größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 10 mm ist; und/oder
    eine Materialaussparungsdicke der mindestens einen Materialaussparung (20) in einer Radialrichtung des Fluidführungskanals (18) größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 15 mm ist.
  11. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    der Fluidführungskanal (18) eine Öffnung (24) an einer Außenseite des Zylinderkopfes (10) aufweist; und
    die mindestens eine Materialaussparung (20) eine Öffnung (38, 40) an der Außenseite des Zylinderkopfes (10) aufweist, die die Öffnung (24) des Fluidführungskanals (18) zumindest teilweise, vorzugsweise ringsegmentförmig, umgibt.
  12. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 11, wobei:
    ein, vorzugsweise ringförmiger, Stegabschnitt (42) zwischen der Öffnung (24) des Fluidführungskanals (18) und der Öffnung (38, 40) der mindestens einen Materialaussparung (20) gebildet ist, der mindestens eine Befestigungseinrichtung (44), vorzugsweise ein Gewindeloch, zur Anbringung einer Fluidleitung in Fluidverbindung mit dem Fluidführungskanal (18) aufweist.
  13. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    der Hauptkörper (14) einen Stützbereich (30) aufweist, der zwischen dem Fluidführungskanal (18) und der mindestens einen Materialaussparung (20) zum Stützen des Fluidführungskanals (18) im Hauptkörper(14) angeordnet ist; und/oder
    die mindestens eine Materialaussparung (20) fluidisch getrennt von dem Fluidführungskanal (18) ausgebildet ist.
  14. Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, mit einem Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend:
    Urformen, vorzugsweise Gießen oder Drucken, des Hauptkörpers (14) des Zylinderkopfes (10), wobei die mindestens eine Materialaussparung (20) direkt beim Urformen des Hauptkörpers (14) und/oder anschließend an das Urformen des Hauptkörpers (14) im Hauptkörper (14) gefertigt wird.
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