DE102009019327A1

DE102009019327A1 - Cylinder head for direct injecting diesel engine of motor vehicle, has gas collecting channel connected with exhaust gas channels and discharge pipe, and path arrangement enclosing gas collecting channel

Info

Publication number: DE102009019327A1
Application number: DE102009019327A
Authority: DE
Inventors: Frank Haubner
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-04

Abstract

The head (1) has a path arrangement (6) for guiding a coolant (15) e.g. water, for cooling the head. The path arrangement has an inlet path guided to a deflecting path and a return path attached to a cylinder. An overcurrent path passes to another inlet path that is attached to another cylinder. An exhaust gas collecting channel (13) is connected with exhaust gas channels of the cylinders. The exhaust gas collecting channel is connected with a discharge pipe (14). The path arrangement encloses the exhaust gas collecting channel. The coolant is a water-glycol mixture, oil or a gas. Independent claims are also included for the following: (1) a method for cooling a cylinder head (2) a casting mold for manufacturing the cylinder head.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Kolbenbrennkraftmaschine, ein Verfahren zur Kühlung eines Zylinderkopfes und eine Gießform zur Herstellung eines Zylinderkopfes.The The invention relates to a cylinder head of a reciprocating internal combustion engine, a method for cooling a cylinder head and a Casting mold for the production of a cylinder head.

Aus der EP 1 516 113 B1 ist ein Kühlkonzept bekannt, welches einen thermisch hoch belasteten Auslassbereich eines Zylinderkopfes mittels einer Pfadanordnung zur Führung eines Kühlmittels effizient kühlt. Die Pfadanordnung ermöglicht dabei eine U-förmige Umströmung der Abgaskanäle eines Zylinderkopfes quer zu dessen Längsrichtung.From the EP 1 516 113 B1 a cooling concept is known, which efficiently cools a thermally highly loaded outlet region of a cylinder head by means of a path arrangement for guiding a coolant. The path arrangement allows a U-shaped flow around the exhaust passages of a cylinder head transversely to its longitudinal direction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Kühlkonzept weiter zu entwickeln und zu verbessern.Of the Invention is the object of this cooling concept continue to develop and improve.

Diese Aufgabe wird mit einem Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einer Gießform zur Herstellung eines Zylinderkopfs mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind Gegenstand von bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen. In der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren werden weitere vorteilhafte Merkmale angegeben, die Gegenstand weiterer Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung sein können. Diese weiteren Merkmale können dabei untereinander und/oder mit ein oder mehreren Merkmalen aus den Ansprüchen kombiniert werden.These Task is with a cylinder head with the features of the claim 1, with a method having the features of claim 12 and a Casting mold for the production of a cylinder head with the features of claim 17 solved. The in the subclaims specified features are the subject of preferred embodiments and further education. In the following description and the figures further advantageous features are specified, the subject of further Embodiments and developments of the solution can be. These further features can be with each other and / or combined with one or more features of the claims become.

Es wird ein Zylinderkopf für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit in mindestens einer Reihe angeordneten Zylindern vorgeschlagen, wobei der Zylinderkopf zumindest einen Luftkanal und zumindest einen Abgaskanal pro Zylinder und eine Pfadanordnung zur Führung eines Kühlmittels zur Kühlung des Zylinderkopfes aufweist. Die Pfadanordnung umfasst dabei einen ersten Zulaufpfad, der zu einem ersten Umlenkpfad führt, und einen ersten Rücklaufpfad, die jeweils einem ersten Zylinder zugeordnet sind. Der erste Rücklaufpfad führt von dem ersten Umlenkpfad kommend zumindest teilweise entgegen gesetzt zu dem ersten Zulaufpfad bis zu einem ersten Überströmpfad, der in einen zweiten Zulaufpfad übergeht, der einem zweiten Zylinder zugeordnet ist.It becomes a cylinder head for a reciprocating internal combustion engine with cylinders arranged in at least one row, wherein the cylinder head at least one air duct and at least one Exhaust gas channel per cylinder and a path arrangement for guidance a coolant for cooling the cylinder head having. The path arrangement comprises a first feed path, which leads to a first deflection path, and a first Return path, each associated with a first cylinder. The first return path leads from the first deflection path Coming at least partially opposed to the first Zulaufpfad to a first Überströmpfad, in a second feed path passes, the second cylinder assigned.

Für den Zylinderkopf ist ferner zumindest ein Abgassammelkanal vorgesehen, der mit den Abgaskanälen zumindest zweier Zylinder der Reihe verbunden ist, wobei der Abgassammelkanal mit zumindest einem Austragungsrohr verbindbar ist, über welches der Abgassammelkanal an eine Abgasanlage anschließbar ist. Der Abgassammelkanal ist dabei derart zu der Pfadanordnung angeordnet, dass die Pfadanordnung den Abgassammelkanal zumindest teilweise umschließt.For the cylinder head is further provided at least one exhaust gas collection channel, with the exhaust ducts at least two cylinders of the Row is connected, wherein the exhaust gas collection channel with at least one Discharge pipe is connectable, via which the exhaust gas collection channel can be connected to an exhaust system. The exhaust collection channel is arranged in such a way to the path arrangement that the path arrangement at least partially encloses the exhaust gas collection channel.

Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung des Zylinderkopfes ist, dass der Abgassammelkanal in das Kühlkonzept eingebunden ist. Dadurch wird eine Temperaturbelastung des Abgassammelkanals während eines Betriebes einer Kolbenbrennkraftmaschine vorteilhafterweise reduziert. Ferner wird nach diesem Kühlkonzept auch eine Temperaturbelastung des dem Abgassammelkanal nachgeschalteten Austragungsrohres reduziert. Das Austragungsrohr als solches kann auch einen Abgaskrümmer ganz oder teilweise darstellen. Gemäß einer Ausgestaltung ist das Austragungsrohr gegenüber einem konventionellen, an einem Zylinderkopf angebrachten Abgaskrümmer vorteilhafterweise so, dass das vorgeschlagene Kühlkonzept auch zu einer Reduktion eines Bauraumes beiträgt.Advantageous in this embodiment of the cylinder head is that the exhaust gas collection channel is integrated in the cooling concept. This will cause a temperature load the exhaust gas collection channel during operation of a reciprocating internal combustion engine advantageously reduced. Further, according to this cooling concept also a temperature load of the exhaust gas collection channel downstream Discharge tube reduced. The spreader tube as such can also represent an exhaust manifold in whole or in part. According to one embodiment, the discharge pipe compared to a conventional, on a cylinder head mounted exhaust manifold advantageously so that the proposed cooling concept also to a reduction of space contributes.

Gemäß einer Ausgestaltung erstreckt sich der erste Überströmpfad von dem ersten Rücklaufpfad bis zu dem zweiten Zulaufpfad, in dem er sich dabei zumindest teilweise um den Abgassammelkanal herum erstreckt. Je nach Anforderung kann der Überströmpfad derart ausgestaltet sein, der er den Abgassammelkanal auch gänzlich oder sogar mehrfach umschließt. So kann der Überströmpfad zum Beispiel einen bogenförmigen, bevorzugt kreisförmig verlaufenden Abschnitt aufweisen, in dessen Mittelraum der Abgassammelkanal verläuft. Eine Umschließung kann beispielsweise einen zumindest spiral- oder schraubenförmigen Abschnitt aufweisen.According to one Embodiment, the first overflow path extends from the first return path to the second inlet path, in which he is doing at least partially to the exhaust gas collection channel extends around. Depending on the requirement, the overflow path be designed in such a way that he also the exhaust manifold completely or even multiple encloses. So the overflow path can for example, an arcuate, preferably circular Section have in the central space of the exhaust gas collection channel. For example, an enclosure may contain an at least spiral or helical section.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann sich der erste Umlenkpfad von dem ersten Zulaufpfad bis zu dem ersten Rücklaufpfad so erstrecken, dass der Umlenkpfad sich dabei zumindest teilweise um den Abgassammelkanal herum erstreckt. Dabei kann auch der Umlenkpfad derart ausgestaltet sein, der er den Abgassammelkanal auch gänzlich oder sogar mehrfach umschließt. Hierbei kann der Abgassammelkanal ebenfalls spiral- oder schraubenförmig vom Umlenkpfad umgeben sein.additionally or alternatively, the first deflection path may be from the first Extend inlet path to the first return path so that the deflection path is at least partially around the exhaust gas collection channel extends around. In this case, the deflection path can also be designed in this way He also used the exhaust collection channel entirely or even several times encloses. Here, the exhaust gas collection channel also be spirally or helically surrounded by the deflection path.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Zulaufpfad zumindest teilweise unterhalb eines ersten Abgaskanals, der dem ersten Zylinder zugeordnet ist, angeordnet, wo hingegen der erste Rücklaufpfad zumindest teilweise oberhalb des ersten Abgaskanals angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch der erste Zulaufpfad zumindest teilweise oberhalb und der erste Rücklaufpfad zumindest teilweise unterhalb des ersten Abgaskanals angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine Umströmung des Abgaskanals je nach Auslegung zuerst von oben nach unten geführt werden oder aber andersherum.According to one In another embodiment, the first inlet path is at least partially below a first exhaust passage associated with the first cylinder is arranged, where, however, the first return path at least is arranged partially above the first exhaust passage. additionally or alternatively, the first feed path may also be at least partially above and the first return path at least partially be arranged below the first exhaust passage. In this way can be a flow around the exhaust duct depending on the design be guided first from top to bottom or vice versa.

Vorzugsweise sind pro Zylinder zumindest ein erster Abgaskanal und ein zweiter Abgaskanal vorgesehen, wobei der erste Umlenkpfad vorzugsweise zwischen dem ersten Abgaskanal und dem zweiten Abgaskanal angeordnet ist. Dabei können der erste Auslasskanal und der zweite Auslasskanal zu einem Kanal zusammenlaufen, der in den Abgassammelkanal übergeht.Preferably, at least one first exhaust passage and a second exhaust passage are provided per cylinder, wherein the first deflection path preferably between the first exhaust passage and the second exhaust duct is arranged. In this case, the first outlet channel and the second outlet channel can converge to form a channel, which merges into the exhaust gas collection channel.

Der Zylinderkopf ist beispielsweise derart ausgestaltet, dass die Pfadanordnung an zumindest einen Kühlkreislauf anschließbar ist. Vorzugsweise ist die Pfadanordnung derart konzipiert, dass ein erster Bereich der Pfadanordnung den Abgaskanälen der Zylinder der Reihe zugeordnet ist, wohingegen ein zweiter Bereich der Pfadanordnung den Luftkanälen der Zylinder der Reihe zugeordnet ist. Der erste Bereich der Pfadanordnung umschließt dabei den Abgassammelkanal zumindest teilweise. So kann die Pfadanordnung eine Längs- wie auch eine Querdurchströmung des Zylinderkopfes aufweisen, zentrale Verteilerleitungen, von denen Kühlströme weg- oder zuströmen, verschiedene Ebenen wie zum Beispiel Flamm- und Öldeck wie auch unterschiedliche Kühlungskonzepte für den Zylinderkopf verwirklichen.Of the Cylinder head is designed, for example, such that the path arrangement connectable to at least one cooling circuit is. Preferably, the path arrangement is designed such that a first portion of the path arrangement the exhaust ducts of the Cylinder is assigned to the row, whereas a second area Path arrangement air channels of cylinders of a row assigned. The first area of the path arrangement encloses while the exhaust manifold at least partially. So can the path arrangement a longitudinal as well as a transverse flow of the Have cylinder head, central distribution lines, of which Cooling currents flow away or different Layers such as flame and oil deck as well as different cooling concepts realize for the cylinder head.

Der Abgassammelkanal verläuft gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung zumindest teilweise im Zylinderkopf. Vorzugsweise ist der Abgassammelkanal gänzlich in dem Zylinderkopf angeordnet. Eine Weiterbildung sieht vor, dass das an den Abgassammelkanal anschließbare Austragungsrohr auch teilweise im Zylinderkopf angeordnet sein kann. Der Abgassammelkanal kann zum Beispiel gießtechnisch im Zylinderkopf erzeugt worden sein. Der Abgassammelkanal ist bevorzugt im Zylinderkopf eingegossen. Gemäß einer Ausgestaltung ist zumindest die einem ersten und einem zweiten Zylinder zugeordnete Pfadanordnung vollständig im Zylinderkopf eingegossen. Auch besteht die Möglichkeit, dass in einem Anbauteil an dem Zylinderkopf der Abgassammelkanal zumindest teilweise enthalten ist und die Pfadanordnung sich bis in das Anbauteil erstreckt. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Abgassammelkanal zumindest teilweise im Zylinderkopf verläuft.Of the Exhaust collection channel runs according to a preferred embodiment at least partially in the cylinder head. Preferably the exhaust gas collection channel is arranged entirely in the cylinder head. A further embodiment provides that the connectable to the exhaust gas collection channel Austragungsrohr may also be partially arranged in the cylinder head. The exhaust gas collection channel can, for example, by casting in the Cylinder head produced. The exhaust gas collection channel is preferred cast in the cylinder head. According to one embodiment is at least the one associated with a first and a second cylinder Path arrangement completely cast in the cylinder head. Also, there is a possibility that in an attachment to the cylinder head, the exhaust gas collection channel at least partially included is and the path arrangement extends into the attachment. Furthermore, can be provided that the exhaust gas collection channel at least partially in Cylinder head runs.

Es wird ferner ein Verfahren zur Kühlung eines Zylinderkopfes bevorzugt der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen, bei dem mittels einer Pfadanordnung zur Führung eines Kühlmittels neben einer Kühlung und zumindest eines Abgaskanals pro Zylinder auch eine Kühlung zumindest eines Abgassammelkanals betrieben wird, der mit den Abgaskanälen zumindest zweier Zylinder der Reihe verbunden ist. Das Kühlmittel wird dabei entlang der Pfadanordnung zumindest teilweise um den Abgassammelkanal herum geführt.It Further, a method for cooling a cylinder head preferably proposed of the type described above, in which means a path arrangement for guiding a coolant in addition to cooling and at least one exhaust duct per Cylinder also cooling at least one exhaust gas collection channel is operated, with the exhaust ducts of at least two Cylinder of the series is connected. The coolant is thereby along the path arrangement at least partially around the exhaust gas collection duct guided around.

Die Pfadanordnung wird an mindestens einen Kühlkreislauf angeschlossen. In der Pfadanordnung ist dabei vorzugsweise ein erster Bereich zur Kühlung der Abgaskanäle und ein zweiter Bereich zur Kühlung beispielsweise der Luftkanäle der Zylinder der Reihe vorgesehen, wobei das Kühlmittel in dem ersten Bereich zumindest teilweise um den Abgassammelkanal herum geführt wird. Der zweite Bereich kann insbesondere auch entlang eines Flammdecks wie auch eines Domes im Zylinderkopf verlaufen. Gemäß einer Ausgestaltung kann die Pfadanordnung einen Bereich umfassen, der im Wesentlichen eine Längsströmung des Kühlmediums verwirklicht. Ein anderer Bereich kann beispielsweise in Form einer Helix-U-Kühlung den Abgassammelkanal kühlen.The Path arrangement is connected to at least one cooling circuit. In the path arrangement is preferably a first area for cooling the exhaust ducts and a second area for cooling for example, the air ducts of the cylinders of the series provided wherein the coolant in the first region at least partially is guided around the exhaust manifold. The second In particular, area can also be along a fire deck as well of a dome in the cylinder head. According to one In one embodiment, the path arrangement may include an area that essentially a longitudinal flow of the cooling medium realized. Another area can be in the form of a Helix-U cooling cool the exhaust gas collection channel.

Als ein zirkulierendes inneres Kühlmittel wird vorzugsweise eine Flüssigkeit genutzt, bevorzugt Wasser, ein Wasser-Glykol-Gemisch oder Öl verwendet. Zur Wärmeübertragung wird beispielsweise auch ein Phasenwechsel des Kühlmittels genutzt. Zusätzlich oder alternativ zu einer Flüssigkeit als Kühlmittel kann auch ein gasförmiges Kühlmittel verwendet werden. Unterstützt werden kann eine Kühlung durch eine äußere Kühlung, beispielsweise durch eine gezielte Zu- und Abführung von Luft. Diese Luftströmung kann durch eine Fahrtgeschwindigkeit hervorgerufen werden und/oder durch eine Zwangskühlung mittels eines Ventilators und zugeordneter Belüftungspfade.When a circulating internal coolant is preferred used a liquid, preferably water, a water-glycol mixture or oil used. For heat transfer For example, a phase change of the coolant used. Additionally or alternatively to a liquid as coolant can also be a gaseous coolant be used. Can be supported cooling by an external cooling, for example by a targeted supply and removal of air. This air flow can be caused by a driving speed and / or by forced cooling by means of a fan and associated ventilation paths.

Es wird ferner eine Gießform zur Herstellung eines Zylinderkopfes der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen, wobei die Gießform eine Kanalgeometrie aufweist, die beim Gießen eines flüssigen Gießmaterials zumindest eine Kühlmittelpfadanordnung bildet, die einen Abgassammelkanal der zuvor beschriebenen Art zumindest teilweise umschließt.It Further, a mold for producing a cylinder head proposed the type described above, wherein the mold has a channel geometry when casting a liquid casting material forms at least one coolant path arrangement, the one Exhaust manifold of the type described above, at least partially encloses.

An dieser Stelle wird auf die eingangs zum Stand der Technik genannte Druckschrift EP 1 516 113 B1 verwiesen, zu der diese Erfindung eine Weiterentwicklung darstellt, wobei die Druckschrift EP 1 516 113 B1 hiermit vollumfänglich zum Offenbarungsgehalt der Erfin dung gemacht wird. Aus dieser geht eine Kühlmittelpfadanordnung hervor, die im Bereich der Auslasskanäle zur besseren Verdeutlichung als Helix-U-Konzept bezeichnet werden kann. Ebenso geht dort eine Ausgestaltung eines Zylinderkopfes mit einem oberen und einem unteren Wassermantel hervor. Die vorgeschlagene Kühlung lässt sich bevorzugt in ein System einbringen, wie es aus dieser Druckschrift hervorgeht, ist aber vorzugsweise nicht auf dieses beschränkt.At this point, the publication mentioned at the beginning of the prior art EP 1 516 113 B1 referenced, to which this invention represents a further development, wherein the document EP 1 516 113 B1 is hereby fully made to the disclosure content of the invention. From this, a coolant path arrangement emerges, which in the region of the outlet channels can be referred to as Helix-U concept for better clarity. Likewise, there is an embodiment of a cylinder head with an upper and a lower water jacket out. The proposed cooling can preferably be introduced into a system, as it appears from this document, but is preferably not limited to this.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine folgende Strömung eines Kühlmittels vor, wobei diese Ausgestaltung auch als ein unabhängiger Gedanke des Vorschlags weiter verfolgbar ist. Eine Zuströmung eines Kühlmittels erfolgt bevorzugt an jedem Zylinder des Verbrennungsmotors mittig von einer Auslassseite in einem unteren Wassermantel. Das Kühlmittel strömt sodann in Richtung einer Motormitte der Verbrennungskraftmaschine und wird dabei um zumindest einen, bevorzugt zwei Auslasskanäle und einen Ventilsitz geführt, so dass ein Auslasskanal und ein Flammdeck des Zylinderkopfes komplett von Wasser ummantelt sind. In einer Nähe zu einem Injektor steigt das Kühlmittel im Wesentlichen vertikal auf aus dem unteren Wassermantel in einem davon durch eine Zwischenwand getrennten oberen Wassermantel. Im oberen Wassermantel strömt das Kühlmittel von Innen nach außen in Richtung einer Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine. Diese Strömung im oberen und unteren Wassermantel entspricht einem U bei einer vorderen oder hinteren Ansicht des Zylinderkopfes auf die Wassermäntel. Der obere Wassermantel ist wiederum mit dem unteren Wassermantel verbunden, so dass das Kühlmittel vertikal vom oberen in den unteren Wassermantel zurücklaufen kann. Dabei ist der obere Wassermantel eines Zylinders an den unteren Wassermantel des jeweils folgenden Zylinders angebunden. Eine Strömung des Kühlmittels schraubt sich hierbei helixartig um den Auslasssammelkanal und die bevorzugt um die jeweiligen Kanäle des jeweiligen Zylinders. Auf diese Weise kommt eine Helix-U-Strömung zustande. Bevorzugt hierbei ist, wenn die Auslasskanäle jeden Zylinders innerhalb des Zylinderkopfes zusammen geführt und durch einen längs verlaufenden Kanal miteinander verbunden werden. Dieser längs verlaufende Kanal bildet bevorzugt den Auslasssammelkanal. Der längs verlaufende Kanal hat darüber hinaus mindestens einen Austritt zu einem Anschluss an das weitere Auslasssystem.A further preferred embodiment of the invention provides for a following flow of a coolant, this embodiment also being traceable as an independent idea of the proposal. An inflow of a coolant preferably takes place centrally on each cylinder of the internal combustion engine from an outlet side in a lower water jacket. The coolant then flows toward a motor center of the internal combustion engine ne and is thereby performed by at least one, preferably two outlet channels and a valve seat, so that an outlet channel and a flame deck of the cylinder head are completely sheathed in water. In a vicinity of an injector, the coolant rises substantially vertically from the lower water jacket in one of them separated by an intermediate wall upper water jacket. In the upper water jacket, the coolant flows from the inside to the outside in the direction of an outlet side of the internal combustion engine. This flow in the upper and lower water jacket corresponds to a U at a front or rear view of the cylinder head on the water jackets. The upper water jacket is in turn connected to the lower water jacket, so that the coolant can run back vertically from the upper into the lower water jacket. In this case, the upper water jacket of a cylinder is connected to the lower water jacket of each subsequent cylinder. A flow of the coolant screws helically around the outlet collection channel and preferably around the respective channels of the respective cylinder. In this way, a helix-U-flow comes about. It is preferred here if the outlet channels of each cylinder are guided together within the cylinder head and connected to each other by a longitudinal channel. This longitudinal channel preferably forms the outlet collection channel. The longitudinal channel also has at least one outlet to a port to the further exhaust system.

Des Weiteren wird bevorzugt, wenn der Längsverlauf der Auslasskanäle, bevorzugt auch als Auslasssammelkanal, in einer unteren Hälfte vom unteren Wassermantel und in einer oberen Hälfte vom oberen Wassermantel umschlossen und damit gekühlt wird. Eine Ver bindung des oberen Wassermantels mit dem nachfolgenden unteren Wassermantel erfolgt im Wesentlichen außen auf einer Auslassseite, so dass ein in den Zylinderkopf integrierter Sammelkanal der Auslasskanäle umströmt wird. Auf diese Weise wird ein Helix-U-Konzept einer Kühlung mit integriertem Auslasskrümmer ermöglicht.Of It is further preferred if the longitudinal profile of the outlet channels, preferably also as outlet collection channel, in a lower half from the bottom water jacket and in an upper half of Enclosed upper water jacket and is cooled with it. A compound of the upper water jacket with the lower one below Water jacket takes place substantially on the outside on an outlet side, such that a collecting channel of the outlet channels integrated in the cylinder head is flowed around. This is how a Helix U concept works a cooling with integrated exhaust manifold allows.

Des Weiteren ist gemäß einer Ausgestaltung bevorzugt, dass Wände vorhanden sind, die zu einer Trennung der Wassermäntel für die jeweiligen Zylinder dienen. Diese Wände können darüber hinaus gemäß einer Weiterbildung einen oder mehrere Durchtritte aufweisen. Mittels dieser Durchtritte kann eine Stabilität eines Kernes während der Herstellung des Zylinderkopfes, während eines Handling wie auch während eines Gießprozesses verbessert werden. Der Durchtritt ist hierbei so bemessen, dass damit eine im Wesentlichen Helix-U-förmige Durchströmung des Zylinderkopfes unter Einbindung des Abgassammelkanals, zumindest als eine Strömung, bevorzugt als eine Hauptströmung zumindest in diesem Bereich sich ausbildet.Of Further, according to one embodiment, that walls are present, leading to a separation of the water jackets serve for the respective cylinders. These walls In addition, according to a Training have one or more passages. through These passages can be a core during a stability the production of the cylinder head, during a handling as well as improved during a casting process become. The passage is dimensioned in this case so that a essentially helix-U-shaped flow the cylinder head with integration of the exhaust gas collection channel, at least as a flow, preferably as a main flow at least in this area is forming.

Bei der Herstellung eines Zylinderkopfes, der vorzugsweise einen Helix-U-Kühlmittelverlauf kombiniert mit einer Integration eines Abgassammelrohrs, insbesondere einen Krümmer in dem Zylinderkopf vorsieht, erfolgt eine Kernerstellung zum Beispiel wie folgt:
Ausgegangen wird vorzugsweise von einem zweiteiligen Wassermantel, wie er auch aus der obigen Druckschrift schon hervorgeht. Eine untere Schale eines Kerns wird in einem Bereich eines späteren unteren Wassermantels unterhalb eines zu integrierenden Abgassammelohrs, insbesondere eines Auslasskrümmers angeordnet. Diese untere Schale wird mit dem unteren Wassermantel unmittelbar verbunden, beispielsweise dadurch, dass bei der Kernherstellung dieser für diesen Bereich einteilig ausgeführt wird. Eine obere Schale wird mit einem zu erzeugenden oberen Wassermantel oberhalb des zu integrierenden Abgassammelrohrs ebenfalls unmittelbar verbunden, beispielsweise ebenfalls dadurch, dass eine entsprechende Kernherstellung in diesem Bereich einteilig ist. Der obere und untere Wassermantelkern werden im Bereich der Aussenwand des Zylinderkopfs zusammengeführt in einem Kernlager. In diesem Bereich erfolgt bevorzugt die vertikale für das Helix-U-Konzept erforderliche Verbindung vom oberen zum unteren Wassermantel.In the production of a cylinder head, which preferably provides a helix-U coolant flow combined with an integration of an exhaust manifold, in particular a manifold in the cylinder head, nucleation is carried out, for example, as follows:
The starting point is preferably a two-part water jacket, as already apparent from the above document. A lower shell of a core is placed in an area of a later lower water jacket below an exhaust manifold to be integrated, in particular an exhaust manifold. This lower shell is directly connected to the lower water jacket, for example, that in the core production of this is carried out in one piece for this area. An upper shell is also directly connected to an upper water jacket to be produced above the exhaust manifold to be integrated, for example also in that a corresponding core production in this area is in one piece. The upper and lower water jacket core are brought together in the area of the outer wall of the cylinder head in a core bearing. In this area, the vertical connection required for the Helix U concept preferably takes place from the upper to the lower water jacket.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehend erläutert. Die aus den Zeichnungen und der Beschreibung her vorgehenden Merkmale beschränken sich dabei nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele. Auch sind diese Merkmale nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr dienen diese Merkmale zur Veranschaulichung einer beispielhaften Umsetzung. Darüber hinaus sind die einzelnen Merkmale im Hinblick auf mögliche weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung untereinander wie auch mit Merkmalen aus der obigen Beschreibung zu weiteren Ausgestaltungen kombinierbar, die im einzelnen nicht dargestellt sind. Es zeigen:in the Below are embodiments of the invention below Referring to the drawings explained in detail. The Restrict from the drawings and the description forth ago features not on the respective embodiments. Nor are these features to be construed restrictively. Rather, these features serve to exemplify an example Implementation. In addition, the individual features are in the With regard to possible further refinements and developments the solution among themselves as well as with features from the above description can be combined to form further embodiments, the are not shown in detail. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen Zylinderkopfs, 1 a schematic representation of a proposed cylinder head,

2 eine nähere schematische Ansicht eines möglichen Kühlmittelverlaufs im Zylinderkopf, 2 a closer schematic view of a possible coolant flow in the cylinder head,

3 einen weiteren, schematisch angedeuteten Kühlmittelverlauf, 3 a further, schematically indicated coolant flow,

4 eine Querschnittsansicht durch einen vorgeschlagenen Zylinderkopf, und 4 a cross-sectional view through a proposed cylinder head, and

5 einen schematisch angedeuteten weiteren Kühlmittelverlauf. 5 a schematically indicated further coolant flow.

Im Folgenden zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile, wobei die Bauteile gleichartig sein können, zum Beispiel die gleiche Funktion bewirken.in the Below, the same reference numerals indicate the same or similar Components, wherein the components may be similar, for Example, cause the same function.

1 zeigt in schematischer Ansicht einen Zylinderkopf 1 einer Kolbenbrennkraftmaschine 2. Die Kolbenbrennkraftmaschine 2 weist zumindest einige Zylinder 3 in Reihe angeordnet auf. Vorzugsweise ist die Kolbenbrennkraftmaschine als Reihenmotor gebaut. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass die Kolbenbrennkraftmaschine als V-Motor gebaut worden ist, wobei zwei Zylinderbänke vorhanden sind. Bei jeder dieser Zylinderbank sind die jeweiligen Zylinder in Reihe angeordnet. In 1 sind die Zylinder 3 selbst nur jeweils schematisch angedeutet in Form von gestrichelten Linien. Um die Zylinder herum kann beispielsweise ein Wassermantel angeordnet sein. Dieser Wassermantel ist angedeutet durch den ersten Pfeil 4. Das Wasser oder ein sonstiges Kühlmedium kann aus einem Zylindergehäuse 5 der Kolbenbrennkraftmaschine 2 daher zu einem Wassermantel des Zylinderkopfes 1 strömen und umgekehrt. Der Verlauf eines Kühlmittels innerhalb der Kolbenbrennkraftmaschine 2 wird insgesamt als Pfadanordnung 6 bezeichnet. Der Zylinderkopf weist gemäß dieser Ausgestaltung einen zweiteiligen Wassermantel mit einem oberen Wassermantelbereich 7 und einem unteren Wassermantelbereich 8. Dazwischen ist ein Zwischendeck 9 angeordnet. Einem ersten Zylinder 10 sind jeweils zumindest ein erster Luftkanal 11 und ein erster Abgaskanal 12 zugeordnet. Beide sind gestrichelt angedeutet. Der erste Abgaskanal 12 mündet in einem Abgassammelkanal 13, der im Zylin derkopf 1 verläuft, vorzugsweise zumindest mit einer Vertikalkomponente, die entlang einer Kurbelwellenachsrichtung annähernd parallel verläuft. Der Abgassammelkanal 13 ist ebenfalls gestrichelt angedeutet. Der Abgassammelkanal 13 weist vorzugsweise eine Einmündung von jeden in Serie angeordneten Abgaskanal des Zylinderkopfes 2 auf. es können jedoch auch zwei Abgassammelkanäle angeordnet sein, in die jeweils verschiedne Abgaskanäle übergehen. Dieses kann insbesondere bei 6- oder Mehr-Zylinder-Kolbenbrennkraftmaschinen vorgesehen sein. Durch die Vorgabe der Zündung der einzelnen Zylinder kann es für die Strömungsführung des Abgases zur Erzeugung von einem gleichmäßigem Durchströmen oder aus sonstigen Gründen vorteilhaft sein, zwei oder sogar mehr derartiger Abgassammelkanäle im oder am Zylinderkopf 2 vorzusehen. Der Abgassammelkanal 13 wiederum wird mit einem Austragungsrohr 14 gekoppelt. Das Austragungsrohr 14 führt den Abgasstrom bis zu einer Abgasbehandlungseinrichtung, zum Beispiel einem Katalysator. Auch kann das Austragungsrohr bis zu einer Turbine führen, in der die im Abgas enthaltene Enthalpie weiter ausgenutzt wird. Eine dem Austragungsrohr 14 nachfolgende Komponente ist gestrichelt angedeutet. Der Abgassammelkanal 13 kann gemäß einer Ausgestaltung eine Funktion eines Krümmers aufweisen, das bedeutet, dass der gesammelte Abgasstrom richtungsweisend umgelenkt wird in Richtung zu einer dem Austragungsrohr nachfolgenden Komponente wie der Turbine, einem Katalysator, einem Partikelfilter oder einer sonstigen Einrichtung. Hierzu kann der Abgassammelkanal 13 zum Beispiel einen Bereich mit einer Krümmung aufweisen, die annähernd senkrecht zur Vertikalen des Abgassammelrohrs verläuft und eine Umlenkung des gesammelten Abgases von zumindest 90°, vorzugsweise zwischen 100° und 180° ermöglicht. An diesen Umlenkbereich kann sodann zum Beispiel das Austragungsrohr 14 angeschlossen werden. Ein Kühlmittel 15, angedeutet durch einen zweiten Pfeil, kann nun gemäß einer Helix-U-Geometrie durch den Zylinderkopf strömen und dabei die Abgaskanäle kühlen, wobei hierbei der Abgassammelkanal 13 ebenfalls mitumströmt wird. Das Kühlmittel 15 strömt hierbei vorzugsweise von Innen nach Außen in Bezug auf den Zylinderkopf und wieder zurück, wobei das Kühlmittel 15 hierbei nach oben bzw. nach unten geleitet wird, den Abgassammelkanal 13 umströmt, bevor es zum nächsten Zylindergeleitet wird. 1 shows a schematic view of a cylinder head 1 a reciprocating internal combustion engine 2 , The piston internal combustion engine 2 has at least some cylinders 3 arranged in series on. Preferably, the reciprocating internal combustion engine is constructed as a series engine. There is also the possibility that the reciprocating internal combustion engine has been built as a V-type engine with two cylinder banks. In each of these cylinder banks, the respective cylinders are arranged in series. In 1 are the cylinders 3 even only schematically indicated in the form of dashed lines. For example, a water jacket can be arranged around the cylinders. This water jacket is indicated by the first arrow 4 , The water or other cooling medium may consist of a cylinder housing 5 the reciprocating internal combustion engine 2 therefore to a water jacket of the cylinder head 1 stream and vice versa. The course of a coolant within the reciprocating internal combustion engine 2 is altogether as a path arrangement 6 designated. The cylinder head according to this embodiment has a two-part water jacket with an upper water jacket area 7 and a lower water jacket area 8th , In between is a tween deck 9 arranged. A first cylinder 10 are each at least a first air duct 11 and a first exhaust passage 12 assigned. Both are indicated by dashed lines. The first exhaust duct 12 flows into an exhaust gas collection channel 13 who is the head of the cylin 1 runs, preferably at least with a vertical component, which runs approximately parallel along a Kurbelwellenachsrichtung. The exhaust collection channel 13 is also indicated by dashed lines. The exhaust collection channel 13 preferably has an opening of each series-arranged exhaust passage of the cylinder head 2 on. However, it can also be arranged two exhaust gas collection ducts, in which pass each different exhaust gas ducts. This may be provided in particular in the case of six-cylinder or multi-cylinder piston internal combustion engines. By specifying the ignition of the individual cylinders, it may be advantageous for the flow guidance of the exhaust gas to generate a uniform flow or for other reasons, two or even more such exhaust manifolds in or on the cylinder head 2 provided. The exhaust collection channel 13 in turn will be with a spreader tube 14 coupled. The discharge pipe 14 guides the exhaust gas flow to an exhaust gas treatment device, for example a catalyst. Also, the Austragungsrohr can lead to a turbine in which the enthalpy contained in the exhaust gas is further exploited. A the discharge pipe 14 the following component is indicated by dashed lines. The exhaust collection channel 13 According to one embodiment, it may have a function of a manifold, which means that the collected exhaust gas flow is deflected directionally toward a downstream of the discharge pipe component such as the turbine, a catalyst, a particulate filter or other device. For this purpose, the exhaust gas collection channel 13 For example, have a region with a curvature which is approximately perpendicular to the vertical of the exhaust manifold and a deflection of the collected exhaust gas of at least 90 °, preferably allows between 100 ° and 180 °. At this deflection can then, for example, the discharge pipe 14 be connected. A coolant 15 Indicated by a second arrow can now flow according to a helical U-geometry through the cylinder head and thereby cool the exhaust channels, in which case the exhaust gas collection channel 13 is also mitumströmt. The coolant 15 flows preferably from inside to outside with respect to the cylinder head and back again, the coolant 15 in this case is directed upwards or downwards, the exhaust gas collection channel 13 flows around before it is passed to the next cylinder.

2 veranschaulicht schematisch mittels Pfeilen angedeutet in vergrößerter Ansicht einen Teil der Pfadanordnung 6 zur Führung des Kühlmittels 15 innerhalb des Zylinderkopfes 1 der Kolbenbrennkraftmaschine 2 aus 1 mit beispielsweise in einer Reihe angeordneten Zylindern. Die Pfadanordnung 6 umfasst dabei einen ersten Pfadbereich 16, der den Abgaskanälen 18 des Zylinderkopfes 1 zugeordnet ist, und einen zweiten Pfadbereich 17, der den Luftkanälen 19 des Zylinderkopfes 1 zugeordnet ist. Der erste Pfadbereich 16 beschreibt dabei einen Pfadweg, welcher das Kühlmittel 15, gestrichelt angedeutet, sowohl abschnittsweise in Querrichtung als auch abschnittsweise in Längsrichtung des Zylinderkopfes führt. Der zweite Pfadbereich 17 hingegen beschreibt vorzugsweise zwei im Wesentlichen in Längsrichtung des Zylinderkopfes verlaufende ersten und zweiten Kühlmittelweg 19, 20. Die Pfadanordnung 6 ist dabei derart ausgestaltet, dass der erste Bereich 16 vorzugsweise den Abgassammelkanal 13, der für den Zylinderkopf 1 vorgesehen ist, zumindest teilweise umschließt. Der Abgassammelkanal 13 kann dabei vorzugsweise gänzlich oder aber nur zum Teil innerhalb der Zylinderkopfes 1 angeordnet sein. Auch kann sich dabei ein mit dem Zylinderkopf 1 verbindbares Austragungsrohr, welches mit dem Abgassammelkanal 13 und einer Abgasanlage verbindbar ist, zum Teil in den Zylinderkopf 1 erstrecken. 2 schematically illustrates by arrows indicated in enlarged view a part of the path arrangement 6 for guiding the coolant 15 inside the cylinder head 1 the reciprocating internal combustion engine 2 out 1 with, for example, arranged in a row cylinders. The path arrangement 6 includes a first path area 16 , the exhaust ducts 18 of the cylinder head 1 is assigned, and a second path area 17 , the air ducts 19 of the cylinder head 1 assigned. The first path area 16 describes a path path, which the coolant 15 indicated by dashed lines, both sections in the transverse direction as well as sections leads in the longitudinal direction of the cylinder head. The second path area 17 however, preferably describes two substantially in the longitudinal direction of the cylinder head extending first and second coolant path 19 . 20 , The path arrangement 6 is designed such that the first area 16 preferably the exhaust gas collection channel 13 for the cylinder head 1 is provided, at least partially encloses. The exhaust collection channel 13 can preferably completely or only partially within the cylinder head 1 be arranged. Also can be one with the cylinder head 1 connectable discharge pipe, which with the exhaust gas collection channel 13 and an exhaust system is connectable, partly in the cylinder head 1 extend.

Nach einer alternativen Ausgestaltung werden vorzugsweise ein erster und ein zweiter Abgassammelkanal vorgesehen, wobei die beiden Abgassammelkanäle jeweils vorzugsweise mit den Abgaskanälen zweier vorzugsweise benachbarter Zylinder der Reihe verbunden sind.To an alternative embodiment are preferably a first and a second exhaust manifold, wherein the two exhaust manifolds preferably each with the exhaust ducts of two preferably adjacent cylinder of the series are connected.

Die Pfadanordnung 6 gemäß 2 umfasst einen Verteilungspfad 21, der in die einzelnen Pfade des ersten und zweiten Pfadbereiches 16, 17 mündet, und einen Sammelpfad 22, in den die einzelnen Pfade der beiden Pfadbereiche 16, 17 münden. Wie aus der 2 ersichtlich ist, erstreckt sich von einem dritten Kühlmittelweg 23, der vorzugsweise auch seine Quelle im Verteilungspfad 21 hat, ein erster Zulaufpfad 24 im Wesentlichen in Querrichtung des Zylinderkopfes 1 bis zu einem ersten Umlenkpfad 25, der in einen ersten Rücklaufpfad 26 übergeht. Dieser erste Rücklaufpfad 26 erstreckt sich dabei zumindest teilweise entgegen gesetzt zu dem ersten Zulaufpfad 24 bis zu einem ersten Überströmpfad 27. Der erste Zulaufpfad 24, der erste Umlenkpfad 25 und der erste Rücklaufpfad 26 sind dabei einem ersten Zylinder zugeordnet und beschreiben einen im Wesentlichen U-förmigen Pfadverlauf. Der erste Überströmpfad 27 geht in einen zweiten Zulaufpfad 28 über, der einem zweiten Zylinder zugeordnet ist, der in der Zylinderreihenfolge vorzugsweise auf den ersten Zylinder folgt. Der erste Überströmpfad 27, der sich von dem ersten Rücklaufpfad 26 bis zum zweiten Zulaufpfad 28 erstreckt, umschließt dabei teilweise schraubenförmig den Abgassammelkanal 8. In gleicher Weise erstreckt sich dieser soeben beschriebene Pfadverlauf vorzugsweise über den gesamten ersten Pfadbereich 16 entsprechend der Anzahl der Zylinder bis in den Sammelpfad 22, der an vorzugsweise einen Kühlkreislauf der Kolbenbrennkraftmaschine anschließbar ist.The path arrangement 6 according to 2 includes a distribution path 21 which is in the individual paths of the first and second path area 16 . 17 flows, and a collection path 22 in which the individual paths of the two path areas 16 . 17 lead. Like from the 2 can be seen extends from a third coolant path 23 , preferably also its source in the distribution path 21 has, a first Zulaufpfad 24 essentially in the transverse direction of the cylinder head 1 up to a first deflection path 25 in a first return path 26 passes. This first return path 26 extends at least partially opposite to the first inlet path 24 to a first overflow path 27 , The first inlet path 24 , the first deflecting path 25 and the first return path 26 are assigned to a first cylinder and describe a substantially U-shaped trail. The first overflow path 27 goes into a second Zulaufpfad 28 over, which is associated with a second cylinder, which preferably follows in the cylinder order to the first cylinder. The first overflow path 27 coming from the first return path 26 to the second inlet path 28 extends, while partially enclosing helical the exhaust gas collection channel 8th , In the same way, this pathway just described preferably extends over the entire first path area 16 according to the number of cylinders in the collection path 22 which is connectable to preferably a cooling circuit of the reciprocating internal combustion engine.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann sich nach einer weiteren – hier dargestellten – Ausgestaltung der erste Umlenkpfad von dem ersten Zulaufpfad bis zu dem ersten Rücklaufpfad und dabei zumindest teilweise um den Abgassammelkanal herum erstrecken.alternative or in addition, after another - here illustrated embodiment of the first deflection of the first feed path to the first return path and thereby at least partially extend around the exhaust gas collection channel.

Aus 2 geht des Weiteren hervor, dass nicht nur ein sondern auch zwei oder mehr Zulaufpfade, Umlenkpfade und/oder Rücklaufpfade einem Zylinder zugeordnet sein können. So kann bei zwei Auslasskanälen wie dargestellt jeweils ein Teilstrom entlang eines der beiden Auslasskanäle fließen und ein dritter Teilstrom kann zwischen den beiden Auslasskanälen angeordnet sein. Auch ist beispielhaft schematisch dargestellt, dass gemäß einer Ausgestaltung ein Teil des Kühlmittels 15 einen Helix-Verlauf mit Umschließung des Abgassammelrohrs 5 vollzieht, während ein anderer Teil des Kühlmittels 15 vor dem Abgassammelkanal 13 aber entlang diesem zum nachfolgenden Zylinder und dem oder den dort vorhandenen Zulaufpfaden geführt wird. So kann gemäß einer Ausgestaltung eine Kanalgestaltung derart sein, dass ein erster Volumenteilstrom 29 an Kühlmittel 15, welches den Abgassammelkanal 13 umströmt, größer ist als ein zweiter Volumenteilstrom 30, der entlang des Abgassammelkanals 13 strömt. Beide Volumenteilströme 29, 30 können sich anschließend gemäß einer Weiterbildung wieder verbinden und den nachfolgenden Zylinder kühlen. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass beide Volumenteilströme getrennt verlaufen, dabei jedoch jeweils eine Helix-U-Konfiguration aufweisen. Eine weitere Ausgestaltung kann vorsehen, dass zumindest ein Volumenteilstrom des Kühlmittels 15 im ersten Pfadbereich 16 vorgesehen ist, der ähnlich zum ersten und zweiten Kühlmittelweg 19, 20 verläuft, während ein anderer Volumenteilstrom gleichzeitig einer Helix-U-Geometrie folgt, bei der der Abgassammelkanal 13 zumindest zum Teil mitumschlossen wird.Out 2 goes further, that not only one but also two or more inlet paths, deflection paths and / or return paths can be assigned to a cylinder. Thus, in the case of two outlet channels, as shown, in each case a partial flow can flow along one of the two outlet channels and a third partial flow can be arranged between the two outlet channels. Also, by way of example schematically illustrated that according to one embodiment, a portion of the coolant 15 a helical course with enclosure of the exhaust manifold 5 completes while another part of the coolant 15 in front of the exhaust collection duct 13 but is guided along this to the subsequent cylinder and the one or more existing there Zulaufpfaden. Thus, according to one embodiment, a channel design may be such that a first volume partial flow 29 on coolant 15 , which the exhaust gas collection channel 13 flows around, is greater than a second volume partial flow 30 that goes along the exhaust collection duct 13 flows. Both volume partial flows 29 . 30 can then connect again according to a development and cool the next cylinder. Another embodiment provides that both volume partial flows run separately, but in each case have a helix-U configuration. A further embodiment may provide that at least a partial volume flow of the coolant 15 in the first path area 16 is provided, which is similar to the first and second coolant path 19 . 20 runs while another volumetric flow at the same time follows a helical U-geometry at which the exhaust gas collection channel 13 is at least partially enclosed.

Gemäß der in 2 dargestellten Ausgestaltung, nach der pro Zylinder vorzugsweise ein erster Abgaskanal und ein zweiter Abgaskanal vorgesehen sind, besteht die Möglichkeit, dass der erste Umlenkpfad zwischen dem ersten Abgaskanal und dem zweiten Abgaskanal angeordnet ist. Die beiden Auslasskanäle laufen dabei zu einem gemeinsamen Kanal zusammen, der in den Abgassammelkanal übergeht.According to the in 2 illustrated embodiment, according to the per cylinder preferably a first exhaust passage and a second exhaust passage are provided, there is the possibility that the first deflection path between the first exhaust passage and the second exhaust passage is arranged. The two exhaust ports run together to form a common channel, which merges into the exhaust gas collection channel.

3 zeigt eine weitere schematische Ausgestaltung, wie ein Zylinderkopf 1 gekühlt werden kann. Hierzu sind schematisch angedeutet Abgaskanäle 31 dargestellt, die jeweils in einen Abgassammelkanal 32 münden. Der Abgassammelkanal 32 führt das Abgas aus dem Zylinderkopf heraus, wobei der Abgasstrom als gepunktete Linie dargestellt ist. Der Kühlmittelstrom 33 ist hingegen gestrichelt dargestellt. Der Kühlmittelstrom 33 folgt beispielhaft gemäß dieser Ausgestaltung ausschließlich einem Helix-U-Verlauf und umschließt hierbei den Abgassammelkanal 32. Wie dargestellt, erfolgt gemäß einer Möglichkeit eine Strömung entlang des Abgaskanals 31 an dessen oberer Seite von Innen nach Außen des Zylinderkopfs 1. In einem äußeren Bereich wird der Kühlmittelstrom 33 umgelenkt und wieder ins Innere des Zylinderkopfs 1 geführt, entlang einer Unterseite des Abgaskanals 31. Sodann wird er von unten nach oben geführt, wobei hierbei der Kühlmittelstrom 33 von einem Zylinder zum nächsten benachbarten Zylinderüberströmt. 3 shows a further schematic embodiment, such as a cylinder head 1 can be cooled. For this purpose, schematically indicated exhaust gas channels 31 shown, each in an exhaust gas collection channel 32 lead. The exhaust collection channel 32 leads the exhaust gas out of the cylinder head, the exhaust stream is shown as a dotted line. The coolant flow 33 is shown in dashed lines. The coolant flow 33 follows by way of example according to this embodiment exclusively a helical U-course and encloses this case the exhaust gas collection channel 32 , As shown, according to one possibility, a flow takes place along the exhaust gas duct 31 on the upper side from inside to outside of the cylinder head 1 , In an outer area, the coolant flow 33 redirected and back into the interior of the cylinder head 1 guided, along a bottom of the exhaust passage 31 , Then it is guided from bottom to top, in which case the coolant flow 33 from one cylinder to the next adjacent cylinder.

4 zeigt einen U-förmigen Pfadverlauf in Querrichtung eines weiteren Zylinderkopfes 1. Dabei ist ein Zulaufpfad 34 vorzugsweise im Wesentlichen unterhalb eines Abgaskanals 35 und eines Abgassammelkanals 36 angeordnet, wobei der Zulaufpfad 34 einem Zylinder zugeordnet ist. Der Rücklaufpfad 37 hingegen ist nach dieser Ausgestaltung im Wesentlichen oberhalb des Abgaskanals 35 und des Abgassammelkanals 36 angeordnet. Er verläuft entgegengesetzt zum Zulaufpfad 34. Eine U-förmige Kühlungsströmung startet gemäß dieser Ausgestaltung bevorzugt unterhalb eines integrierten Krümmer in Form des Abgassammelkanals 36. Von dort strömt das Kühlmittel, angedeutet durch den Pfeilverlauf, zu einer Motormitte im Zylinderkopf, wo eine vertikale Aufwärtsströmung einsetzt. Bei Aufteilung des Wassermantels in einen oberen und einen unteren Wassermantelbereich, getrennt vorzugsweise durch ein einzelnes Zwischendeck 38, erfolgt sodann im oberen Wassermantelbereich eine Strömung von Innen nach Außen. Das Kühlmittel strömt hierbei auch über den in den Zylinderkopf 1 integrierten Krümmer in Form des Abgassammelkanals 36. Diese U-Form der Strömung wird ergänzt um eine Helix-Struktur, indem vorzugsweise das Kühlmittel aus dem oberen Wassermantelbereich in den unteren Wassermantelbereich strömt, wobei das Kühlmittel vertikal-diagonal zum nächsten Zylinder strömt, für den eine U-Umströmung sich wieder anschließen kann. 4 shows a U-shaped path in the transverse direction of another cylinder head 1 , This is a Zulaufpfad 34 preferably substantially below an exhaust passage 35 and an exhaust collection channel 36 arranged, the inlet path 34 associated with a cylinder. The return path 37 by contrast, according to this embodiment, essentially above the exhaust gas duct 35 and the exhaust collection channel 36 arranged. It runs opposite to the inlet path 34 , A U-shaped cooling flow starts according to this embodiment preferably below an integrated manifold in the form of the exhaust gas collection channel 36 , From there flows the coolant, indicated by the arrow, to a center of the engine in the cylinder head, where a vertical Upward flow begins. When dividing the water jacket in an upper and a lower water jacket area, preferably separated by a single intermediate deck 38 , Then takes place in the upper water jacket area, a flow from inside to outside. The coolant flows in this case over the in the cylinder head 1 integrated manifold in the form of the exhaust manifold 36 , This U-shape of the flow is supplemented by a helix structure, preferably by the coolant flows from the upper water jacket area in the lower water jacket area, the coolant flows vertically-diagonal to the next cylinder, for a U-flow can reconnect.

Mittels der Pfadanordnung wird bevorzugt neben einer Kühlung der Abgaskanäle und einer Kühlung des Abgassammelkanals 8 insbesondere auch eine Kühlung der Luftkanäle 4 betrieben, wobei das Kühlmittel in dem ersten Bereich vorzugsweise abschnittsweise teilweise um den Abgassammelkanal herum geführt wird. So kann beispielsweise eine U-förmige Umströmung nicht nur die Abgaskanäle sondern auch die Luftkanäle umfassen.By means of the path arrangement is preferred in addition to a cooling of the exhaust gas channels and a cooling of the exhaust gas collection channel 8th in particular, a cooling of the air ducts 4 operated, wherein the coolant in the first region, preferably in sections partially guided around the exhaust gas collection channel around. For example, a U-shaped flow around not only the exhaust channels but also the air ducts.

5 zeigt einen weiteren Helix-U-artigen Verlauf eines Kühlmittelsstroms 39 durch einen ausschnittartig und vereinfacht dargestellten Zylinderkopf 40. Im dargestellten Ausschnitt des Zylinderkopfes 40 verläuft die Pfadanordnung 41 gemäß diesem Ausführungsbeispiels wie folgt:
In einem unteren Wassermantel ist ein erster Zulaufpfad 42 verlaufend. Dieser strömt von Außen nach Innen und kühlt hierbei schematisch angedeutet die Abgaskanäle 41 eines ersten Zylinders. Hierbei erfolgt die Zuströmung des ersten Zulaufpfades 42 in etwa mittig, wodurch das Kühlmittel an die Auslasskanäle wie auch Ventilsitze geführt werden kann. In einer Nähe zu einem Injektor steigt sodann das Kühlmittel über einen Übergang vom ersten Zulaufpfad 42 in einen ersten Umlenkpfad 43 im Wesentlichen vertikal in einen oberen Wassermantel an. Im oberen Wassermantel wiederum strömt das Kühlmittel von Innen nach Außen in Richtung einer Auslassseite, wobei der erste Umlenkpfad 44 in einen ersten Rücklaufpfad 45 über geht. Sodann wird das Kühlmittel entlang des Abgassammelkanals 46 geführt, wodurch das Kühlmittel vom ersten Zylinder zum zweiten Zylinder gelangt. Das Kühlmittel wird hierbei bevorzugt vom oberen wieder in den unteren Wassermantel übergeleitet, wobei hierbei ein erster Überströmpfad 47 genutzt wird. Hierbei erfolgt vorzugsweise eine Kühlmittelströmung entgegen einer Abströmung des Abgases entlang des Abgassammelkanals 46, so dass auf diese Weise ein Gegenstromkonzept von Kühlmittel und dem Abgas sich einstellt. Es besteht jedoch gemäß einer anderen Ausgestaltung die Möglichkeit, dass auch ein Gleichstromkonzept hierbei in Bezug auf die Strömung des Kühlmittels entlang des Abgassammelkanals 46 und der im Abgassammelkanal 46 strömenden Abgase sich einstellt. Des Weiteren bleibt bei der hier vorgeschlagenen Anordnung des Strömungspfades 6 ein Abschnitt als Gleichstromkonzept zwischen Abgasströmung und Kühlmittelströmung ausgelegt, nämlich zumindest ein Teil, der bis zum Abgassammelkanal 46 verläuft. Es besteht hier auch ebenfalls die Möglichkeit, dass die Strömung umgekehrt und damit für diesen Bereich auch ein Gegenstromkonzept vorliegt. Der erste Überströmpfad 47 wiederum geht bevorzugt über in den zweiten Zulaufpfad 48, der im unteren Wassermantel den zweiten Zylinder und die dazugehörigen Abgaskanäle sowie den zugehörigen Injektor anströmt, bevor über einen zweiten Umlenkpfad 49 das Kühlmittel vom unteren zum oberen Wassermantel geführt wird und dann entsprechend der Strömungsführung am ersten Zylinder weiter zum dritten Zylinder ge führt wird. Sowie der Ausschnitt dargestellt ist, kann es sich hierbei um die Zylinderbank eines V-Motors handeln, in diesem Falle beispielsweise um einen 6-Zylinder in V-Anordnung. In diesem Falle würde entsprechend der Abgassammelkanal 46 nach dem dritten Zylinder beispielsweise in einen gemeinsamen Krümmer mit der zweiten Zylinderbank übergehen, so dass anschließen das Abgas weiterbehandelt werden kann. Es besteht hier auch ebenfalls die Möglichkeit, dass der Abgassammelkanal 46 direkt zu einem Abgasturbolader geführt wird und sich daran anschließend eine Abgasnachbehandlung und/oder ein Krümmer anschließt. 5 shows a further helix-U-like course of a coolant flow 39 by a cutout and simplified cylinder head shown 40 , In the illustrated section of the cylinder head 40 the path arrangement runs 41 according to this embodiment as follows:
In a lower water jacket is a first Zulaufpfad 42 Gradient. This flows from outside to inside and cools this schematically indicated the exhaust gas channels 41 a first cylinder. In this case, the inflow of the first inlet path takes place 42 approximately in the middle, whereby the coolant can be guided to the outlet channels as well as valve seats. In the vicinity of an injector, the coolant then rises via a transition from the first feed path 42 in a first deflection path 43 essentially vertically in an upper water jacket. In the upper water jacket, in turn, the coolant flows from the inside to the outside in the direction of an outlet side, the first deflection path 44 in a first return path 45 goes over. Then, the coolant along the exhaust gas collection channel 46 guided, whereby the coolant passes from the first cylinder to the second cylinder. The coolant is in this case preferably transferred from the upper back into the lower water jacket, in which case a first Überströmpfad 47 is being used. In this case, a coolant flow preferably takes place counter to an outflow of the exhaust gas along the exhaust gas collecting channel 46 , so that in this way a countercurrent concept of coolant and the exhaust gas sets. However, it is according to another embodiment, the possibility that a DC concept here in relation to the flow of the coolant along the exhaust gas collection channel 46 and in the exhaust collection channel 46 flowing exhaust gas sets. Furthermore, in the arrangement of the flow path proposed here, it remains 6 a section designed as a DC concept between exhaust gas flow and coolant flow, namely at least a part of the exhaust gas collection channel 46 runs. There is also the possibility here that the flow is reversed and thus there is also a counterflow concept for this area. The first overflow path 47 in turn, it is preferably transferred into the second feed path 48 which flows in the lower water jacket, the second cylinder and the associated exhaust gas channels and the associated injector, before via a second deflection path 49 the coolant is passed from the lower to the upper water jacket and then according to the flow guidance on the first cylinder continues to the third cylinder GE leads. As well as the detail is shown, this may be the cylinder bank of a V-engine, in this case, for example, a 6-cylinder in V-arrangement. In this case, according to the exhaust manifold 46 after the third cylinder, for example, go into a common manifold with the second cylinder bank, so that then the exhaust gas can be further treated. There is also the possibility here that the exhaust gas collection channel 46 is passed directly to an exhaust gas turbocharger and then followed by an exhaust aftertreatment and / or a manifold connects.

Eine bevorzugte Anwendung des vorgeschlagenen Kühlverfahrens ergibt sich an einem HSDI (High Speed Direct Injection) Dieselmotor.A preferred application of the proposed cooling method results from a HSDI (High Speed Direct Injection) diesel engine.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1516113 B1 [0002, 0018, 0018]

Claims

Cylinder head ( 1 ) of a reciprocating internal combustion engine ( 2 ) with cylinders arranged in at least one row ( 3 ), with at least one air channel and at least one exhaust channel per cylinder ( 3 ) and a path arrangement ( 6 ) for guiding a coolant ( 15 ) for cooling the cylinder head ( 1 ), the path arrangement ( 6 ): a first feed path ( 24 ) leading to a first deflection path ( 25 ) and a first return path ( 26 ), each one a first cylinder ( 10 ), the first return path ( 26 ) from the first deflection path ( 25 ) at least partially opposed to the first feed path ( 24 ) to a first overflow path ( 27 ) leading into a second feed path ( 28 ), which is assigned to a second cylinder, characterized in that at least one exhaust gas collection channel ( 13 ) is provided, which is connected to the exhaust ducts of at least two cylinders of the series and with at least one discharge pipe ( 14 ), the path arrangement ( 6 ) the exhaust gas collection channel ( 13 ) at least partially encloses.

Cylinder head ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first overflow path ( 27 ) from the first return path ( 26 ) to the second feed path ( 28 ) runs such that in this case the first overflow path ( 27 ) extends at least partially around the exhaust manifold.

Cylinder head according to claim 1 or 2, characterized in that the first deflection path ( 25 ) from the first feed path ( 24 ) to the first return path ( 26 ) such that in this case the first deflection path ( 25 ) at least partially around the exhaust gas collection channel ( 13 ) extends around.

Cylinder head ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first inlet path is at least partially disposed below a first exhaust gas passage, which is associated with the first cylinder, whereas the first return path is at least partially disposed above the first exhaust gas passage.

Cylinder head ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one first exhaust passage and a second exhaust passage are provided per cylinder, wherein the first deflection path between the first exhaust passage and the second exhaust passage is arranged.

Cylinder head ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the first exhaust passage and the second exhaust passage converge to a common channel, which merges into the exhaust gas collection passage.

Cylinder head ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the path arrangement ( 6 ) is connectable to at least one cooling circuit.

Cylinder head ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a first path area ( 16 ) of the path arrangement ( 6 ) is assigned to the exhaust ports of the cylinders of the series, whereas a second path region ( 17 ) of the path arrangement ( 6 ) is associated with the air passages of the cylinders of the series, the first region of the path arrangement ( 6 ) the exhaust gas collection channel ( 13 ) at least partially encloses.

Cylinder head ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas collection channel ( 13 ) at least partially in the cylinder head ( 1 ) runs.

Cylinder head ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas collection channel ( 1 ) in the cylinder head ( 1 ) is poured.

Cylinder head ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the path arrangement assigned to the first and the second cylinder ( 6 ) completely in the cylinder head ( 1 ) is poured.

Method for cooling a cylinder head ( 1 ) of a reciprocating internal combustion engine ( 2 ) with cylinders arranged in at least one row ( 3 ), in which by means of a path arrangement ( 6 ) for guiding a coolant ( 15 ) in addition to a cooling of at least one exhaust gas passage per cylinder, a cooling of at least one exhaust gas collection channel ( 13 ), which is connected to the exhaust ducts of at least two cylinders of the series, wherein the coolant ( 15 ) along the path arrangement ( 6 ) at least partially around the exhaust gas collection channel ( 13 ) is guided around.

Method according to claim 12, characterized in that in the path arrangement ( 6 ) a first region for cooling the exhaust gas ducts and a second region for cooling preferably the air ducts of the cylinders of the series are provided, wherein the coolant ( 15 ) is guided in the first region at least partially around the exhaust gas collecting duct.

Method according to one of claims 12 or 13, characterized in that as coolant water, a Water-glycol mixture or oil is used.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that a gaseous medium as a coolant ( 15 ) is used.

Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that a phase change of the coolant ( 15 ) is used for heat transfer.

Casting mold for producing a cylinder head of a reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims with cylinders arranged in at least one row ( 3 ), wherein the mold has a channel geometry, which forms at least one coolant path arrangement when casting a liquid casting material, which at least partially encloses an exhaust gas collection channel.

Use of a cooled exhaust gas collection channel in a direct injection diesel engine of a motor vehicle.