DE102011084222A1

DE102011084222A1 - Zylinderkopf-kühlsystem

Info

Publication number: DE102011084222A1
Application number: DE102011084222A
Authority: DE
Inventors: Ted Beyer; Jody Michael Slike; John Christopher Riegger
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2012-04-19
Also published as: RU114095U1; CN202468049U; US8474251B2; US20120090565A1

Abstract

Es wird ein Zylinderkopf mit einem integrierten Abgaskrümmer bereitgestellt, wobei der integrierte Abgaskrümmer einen Abgaskrümmerflansch umfasst. In einem Beispiel umfasst der Zylinderkopf einen gekühlten Flansch zur Regelung der Wärme des Abgassystems. Der Zylinderkopf kann den Betrieb eines integrierten Zylinderkopf zumindest unter einigen Betriebsbedingungen verbessern.

Description

HINTERGRUND/ZUSAMMENFASSUNG
Abgaskrümmer für interne Verbrennungsmotoren können hohen thermischen Lasten ausgesetzt sein. Abgaskrümmer, die in Zylinderköpfe integriert sind, können wegen der Wärmeübertragungseigenschaften der integrierten Bauweise eine besonders hohe thermische Belastung erfahren. Die thermische Belastung eines integrierten Abgaskrümmers und benachbarter Komponenten kann durch Integration von Kühlmänteln im Zylinderkopf verringert werden. Die Kühlmäntel können die thermische Belastung des Zylinderkopfes verringern, die durch die Wärme verursacht wird, die während des Motorbetriebs erzeugt wird. Ein Zylinderkopf mit einem integrierten Abgaskrümmer wird zum Beispiel in US 7.367.294 offenbart. Ein oberer und ein unterer Kühlmantel umfassen einen wichtigen Teil des Zylinderkopfes, um die Wärme vom Zylinderkopf abzuleiten.
Die Erfinder haben hierbei jedoch Probleme mit der oben beschriebenen Methode erkannt. Zum Beispiel kann es sein, dass die oberen und unteren Kühlmäntel keine einheitliche Kühlung für den Zylinderkopf liefern. Außerdem kann aufgrund der Strömungsmuster der Abgase im Krümmer der Flansch am Auslass des Abgaskrümmers höhere Temperaturen erfahren als andere Teile des Zylinderkopfes. Und es scheint, dass die oberen und unteren Kühlmäntel der früheren Methode begrenzte Kühlung des Flanschbereichs bieten. Des Weiteren kann es sein, dass der Kühlmantel der früheren Methode keine ausreichende Kühlung bietet, um die Gefahr einer thermischen Verschlechterung eines Turboladers oder von Komponenten zu verringern, die sich dem Abgaskrümmer nachgeschaltet befinden. Außerdem kann es sein, dass die Kühlmäntel nicht genug Kühlung bieten, um die Katalysatorfunktion in einem Emissionskontrollsystem zu fördern, das sich dem Abgaskrümmer nachgeschaltet befindet.
Daher werden hierin verschiedene beispielhafte Systeme und Verfahren beschrieben. In einem Beispiel wird ein Zylinderkopf mit einem integrierten Abgaskrümmer bereitgestellt, wobei der integrierte Abgaskrümmer einen Abgaskrümmerflansch umfasst. Der Zylinderkopf umfasst einen Kühlmitteleinlass, der mit einem Kanal mit höherem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems kommuniziert, einen Kühlmittelauslass, der mit einem Kanal mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems kommuniziert, und einen Abgasflansch-Kühlkanal, der zumindest teilweise den Abgaskrümmerflansch quert und mit dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass kommuniziert.
So kann die Temperatur des Flansches über das Flanschkühl-Teilsystem reduziert werden, um die thermische Belastung des Zylinderkopfes zu verringern. Das Flanschkühl-Teilsystem kann die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Verschlechterung des Zylinderkopfes und nachgeschalteter Komponenten, wie Turbolader, Emissionskontrollsystem usw., verringern. Deshalb kann die Leistung des Motors, des Turboladers und des Emissionskontrollsystems verbessert werden, wenn der oben beschriebene Zylinderkopf verwendet wird.
Diese Zusammenfassung soll eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorstellen, die in der folgenden detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht dafür gedacht, wichtige Merkmale oder unerlässliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren. Sie ist auch nicht dafür gedacht, den Geltungsbereich des beanspruchten Gegenstands zu beschränken. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht beschränkt auf Implementierungen, die irgendwelche Nachteile lösen, die in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines internen Verbrennungsmotors;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinderkopfes und eines damit verbundenen -Kühlsystems, die im internen Verbrennungsmotor enthalten sein können, der in 1 dargestellt ist.
3 zeigt eine Veranschaulichung eines beispielhaften Zylinderkopfes.
4 zeigt eine Querschnittdarstellung des Zylinderkopfes, der in 3 dargestellt ist, wobei der Zylinderkopf Überleitungskühlkanäle umfasst.
5 zeigt eine Seitenansicht eines Abgaskrümmerflansches, der im Zylinderkopf enthalten ist, der in 3 dargestellt ist.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abgaskrümmerflansches, der im Zylinderkopf enthalten ist, der in 3 dargestellt ist.
7 zeigt eine Explosionsansicht eines beispielhaften Abgaskrümmerflansches, einer Flanschdichtung und eines zweiten Flansches.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Flanschdichtung.
9 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Flansches, der in 7 dargestellt ist.
10 zeigt eine Querschnittdarstellung des Abgaskrümmerflansches, der Flanschdichtung und des zweiten Flansches sowie den entsprechenden Kältemitteleinlass, Kältemittelauslass und Abgasflansch-Kühlkanal.
11 zeigt einen Verbundwerkstoffkern für das Gießen des Zylinderkopfes, der in 3 dargestellt ist.
12 zeigt eine Querschnittdarstellung des Abgasläufers, der im Zylinderkopf enthalten ist, der in 3 dargestellt ist.
13 zeigt einen Abgaskrümmer-Einlasskern, der im Verbundwerkstoffkern enthalten ist, der in 11 dargestellt ist.
14 zeigt eine Querschnittdarstellung der Eintrittsleitungen, die im Zylinderkopf enthalten sind, der in 3 dargestellt ist.
15 zeigt eine Querschnittdarstellung eines ersten äußeren Abgasläufers, der im Zylinderkopf enthalten ist, der in 3 dargestellt ist.
16 zeigt eine Querschnittdarstellung eines weiteren Teils des ersten äußeren Abgasläufers, der im Zylinderkopf enthalten ist, der in 3 dargestellt ist.
17 zeigt eine Querschnittdarstellung eines zweiten inneren Abgasläufers, der im Zylinderkopf enthalten ist, der in 3 dargestellt ist.
18 zeigt ein Verfahren für den Betrieb eines Zylinderkopf-Kühlsystems in einem Zylinderkopf eines Motors.
19 zeigt ein Verfahren für den Betrieb eines Zylinderkopf-Kühlsystems in einem Zylinderkopf eines Motors.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Zylinderkopf mit einem integrierten Abgaskrümmer wird hierin beschrieben. Der Zylinderkopf umfasst einen Abgasflansch-Kühlkanal, der mit einem Kühlmitteleinlass und einem Kühlmittelauslass kommuniziert. Der Kühlmitteleinlass und der Kühlmittelauslass können mit einem Teil mit höherem und einem Teil mit niedrigerem Druck eines Zylinderkopf-Kühlsystems kommunizieren. Das Zylinderkopf-Kühlsystem kann so konfiguriert werden, dass Kühlmittel durch die Kanäle in den Zylinderkopf fließt. So kann für eine Kühlung des Abgasflansches gesorgt werden, der aufgrund der Strömungseigenschaften im integrierten Abgaskrümmer höhere Temperaturen erfahren kann. Darüber hinaus kann der Abgaskühlkanal auch für eine Kühlung benachbarter Komponenten sorgen, zum Beispiel eines Turboladers. So können thermische Belastungen des Abgasflansches und der dem integrierten Abgaskrümmer nachgeschalteten Komponenten reduziert werden. Deshalb kann die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Verschlechterung des Abgasflansches, des Zylinderblocks oder benachbarter Komponenten, zum Beispiel eines Turboladers, reduziert und damit die Langlebigkeit der Komponenten erhöht werden.
Unter Bezugnahme auf 1 kann Verbrennungsmotor 10 eine Vielzahl von Zylindern umfassen, von denen ein Zylinder in 1 dargestellt ist, der vom elektronischen Motorcontroller 12 gesteuert wird. Motor 10 umfasst den Brennraum 30 und die Zylinderwände 32 mit dem Kolben 36, der darin positioniert und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Brennraum 30 ist in Kommunikation mit dem Ansaugkrümmer 44 und Abgaskrümmer 48 über das entsprechende Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 dargestellt. Jedes Einlass- und Auslassventil kann über eine Einlassnocke 51 und eine Auslassnocke 53 betrieben werden. Alternativ können ein oder mehrere Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und Ankeranordnung betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnocken-Sensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnocken-Sensor 57 bestimmt werden.
Ansaugkrümmer 44 ist ebenfalls zwischen dem Einlassventil 52 und dem Lufteinlass-Zip-Rohr 42 dargestellt. Der Kraftstoff wird von einer Kraftstoffanlage (nicht dargestellt), die einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (nicht dargestellt) umfasst, an das Kraftstoffeinspritzventil 66 geliefert. Der Motor 10 von 1 ist so konfiguriert, dass der Kraftstoff direkt in den Motorzylinder eingespritzt wird, was Fachleuten als Direkteinspritzung bekannt ist. Dem Einspritzventil 66 wird Betriebsstrom vom Treiber 68 zugeführt, der auf den Controller 12 reagiert. Außerdem ist Ansaugkrümmer 44 in Kommunikation mit der optionalen elektronischen Drosselklappe 62 mit Drosselplatte 64 dargestellt. In einem Beispiel kann ein Direkteinspritzsystem mit niedrigem Druck verwendet werden, bei dem der Kraftstoffdruck auf ungefähr 20–30 bar erhöht werden kann. Alternativ kann ein zweistufiges Hochdruck-Kraftstoffsystem verwendet werden, um einen höheren Kraftstoffdruck zu erzeugen.
Das verteilerlose Zündsystem 88 liefert als Reaktion auf Controller 12 einen Zündfunken über Zündkerze 92 zu Brennraum 30. Der Universal Exhaust Gas Oxygen(UEGO)-Sensor 126 ist gekoppelt an den Abgaskrümmer 48 dem Katalysator 70 nachgeschaltet dargestellt. Alternativ kann der UEGO-Sensor 126 durch einen zweistufigen Abgassauerstoffsensor ersetzt werden.
Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysator-Bricks umfassen. Bei einem weiteren Beispiel können mehrere Abgasemissionssysteme, jedes mit mehreren Bricks, verwendet werden. Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Drei-Wege-Katalysator sein.
Controller 12 ist in 1 als ein konventioneller Mikrocomputer gezeigt, der umfasst: Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabe-Ports 104, Read Only Memory 106, RAM 108, Erhaltungsspeicher 110 und einen konventionellen Datenbus. Controller 12 ist beim Empfang verschiedener Signale von Sensoren dargestellt, die mit Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den Signalen, die vorher beschrieben wurden, zum Beispiel: Kühlmitteltemperatur (ECT) von Temperaturfühler 112 gekoppelt mit Kühlhülse 114; Positionssensor 134 gekoppelt mit einem Gaspedal 130 für die Erkennung der vom Fuß aufgewandten Kraft 132; Messung des Ladedrucks (MAP) von Drucksensor 122 gekoppelt mit Ansaugkrümmer 44; Motorpositionssensor von Halleffekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erkennt; Messung der Luftmasse, die in den Motor einströmt, von Sensor 120; und Messung der Drosselklappenposition von Sensor 58. Der Atmosphärendruck kann zur Verarbeitung durch Controller 12 auch erfasst werden (Sensor nicht dargestellt). Bei einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung produziert der Motorpositionssensor 118 eine festgelegte Anzahl an Impulsen in gleichem Abstand für jede Umdrehung der Kurbelwelle, wodurch die Motordrehzahl (U/min) bestimmt werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Elektromotor/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, serielle Konfiguration oder eine Variante oder Kombination davon haben.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus umfasst Ansaughub, Kompressionshub, Arbeitshub und Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt generell das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet. Luft wird in den Brennraum 30 durch Ansaugkrümmer 44 eingeführt und der Kolben 36 bewegt sich zur Unterseite des Zylinders, um das Volumen innerhalb des Brennraums 30 zu vergrößern. Die Position, an der Kolben 36 sich nahe der Unterseite des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (z. B. wenn Brennraum 30 bei seinem größten Volumen ist) wird typischerweise vom Fachmann als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Kompressionshubs wird das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft innerhalb des Brennraums 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem Kolben 36 sich am Ende seines Hubs und am nahesten am Zylinderkopf befindet (z. B. wenn Brennraum 30 bei seinem kleinsten Volumen ist) wird typischerweise vom Fachmann als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. Bei einem Prozess, der im Folgenden als Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in den Brennraum eingeführt. Bei einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch Zündung mit bekannten Zündungsmitteln, wie beispielsweise Zündkerze 92, gezündet, was in einer Verbrennung resultiert. Während des Arbeitshubs schieben die sich ausdehnenden Gase Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Welle um. Während des Auslasshubs öffnet schließlich das Auslassventil 54, um das verbrannte Luft-Kraftstoffgemisch in den Abgaskrümmer 48 freizugeben, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Zu beachten ist, dass das oben genannte lediglich als ein Beispiel beschrieben wird und dass Einlass- und Auslassventilöffnungs- und/oder -Schließzeitsteuerungen variieren können, um beispielsweise positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
In einer Ausführungsform hat der Positionssensor für das Stoppen/Starten der Kurbel sowohl null Geschwindigkeit als auch bidirektionale Fähigkeit. In einigen Anwendungen kann ein bidirektionaler Hall-Sensor verwendet werden, in anderen können Magneten am Ziel montiert werden. Magneten können am Ziel platziert werden und der „fehlende Zahnabstand” kann möglicherweise beseitigt werden, wenn der Sensor eine Veränderung bei der Signalamplitude erkennen kann (z. B. Verwendung eines stärkeren oder schwächeren Magneten, um eine spezifische Position am Rad zu finden). Das Weiteren kann die Motorposition bei Verwendung eines bidirektionalen Hall-Sensors oder eines gleichwertigen Sensors durch Abschalten beibehalten werden, aber während des Neustarts kann eine alternative Strategie eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass sich der Motor vorwärts dreht.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinderkopf-Kühlsystems 200 für einen Motor Es ist offensichtlich, dass das Kühlsystem in Motor 10 enthalten sein kann, der in 1 dargestellt ist. Das Kühlsystem kann so konfiguriert sein, dass es Wärme vom Motor ableitet. Wie hierin genauer beschrieben, kann Controller 12 so konfiguriert sein, dass er die Wärmemenge regelt, die über den Kühlmittelkreislauf 250 vom Motor abgeleitet wird. So kann die Temperatur des Motors geregelt werden, was eine Steigerung des Verbrennungswirkungsgrads sowie einer Reduzierung der thermischen Belastung des Motors ermöglicht.
Kühlsystem 200 umfasst Kühlmittelkreislauf 250 der durch einen oder mehrere Zylinderblock-Kühlkanäle 251 in einem Zylinderblock 252 geht. Wasser und andere geeignete Kühlmittel können als Betriebsflüssigkeit im Kühlmittelkreislauf verwendet werden. Der Zylinderblock kann einen Teil von einem oder mehreren Brennräumen umfassen. Es ist offensichtlich, dass der Kühlmittelkreislauf neben den Teilen der Brennräume verlaufen kann. So kann überschüssige Wärme, die während des Motorbetriebs erzeugt wird, zum Kühlmittelkreislauf übertragen werden. Ein Zylinderkopf 253 kann mit dem Zylinderblock gekoppelt werden, um eine Zylinderbaugruppe zu bilden. Nach der Montage kann die Zylinderbaugruppe eine Vielzahl von Brennräumen enthalten. Brennraum 30, der in 1 dargestellt ist, kann in der Vielzahl der Brennräume enthalten sein.
Das Zylinderkopf-Kühlsystem umfasst weiter einen oberen Kühlmantel 254 und einen unteren Kühlmantel 256. Es ist offensichtlich, dass der obere und der untere Kühlmantel in den Zylinderkopf integriert sind. Der obere Kühlmantel umfasst eine Vielzahl von Kühlkanälen 258. Ebenso umfasst der untere Kühlmantel eine Vielzahl von Kühlkanälen 260. Wie dargestellt, umfasst der obere Kühlmantel einen Kühlmitteleinlass 262 und der untere Kühlmantel umfasst einen Kühlmitteleinlass 264. Es ist jedoch offensichtlich, dass die oberen und/oder unteren Kühlmäntel in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Einlässen enthalten können. Zum Beispiel kann der obere Kühlmantel einen einzigen Einlass und der untere Kühlmantel eine Vielzahl von Einlässen umfassen. Es ist offensichtlich, dass die Einlässe der oberen und unteren Kühlmäntel bei einigen Ausführungsformen mit einem gemeinsamen Kühlkanal im Zylinderblock gekoppelt sein können. So erhalten die oberen und unteren Kühlmäntel Kühlmittel über ihre jeweiligen Einlässe von einer gemeinsamen Quelle, die in einem Motorblock eines Motors enthalten ist. In einigen Ausführungsformen können jedoch die Einlässe der oberen und unteren Kühlmäntel mit getrennten Kühlkanälen im Zylinderblock gekoppelt sein.
Ein erster Satz Überleitungskühlkanäle 266 kann den oberen Kühlmantel 254 mit dem unteren Kühlmantel 256 strömungstechnisch koppeln. Ähnlich kann ein zweiter Satz Überleitungskühlkanäle 268 den oberen Kühlmantel mit dem unteren Kühlmantel strömungstechnisch koppeln.
Jeder Überleitungskühlkanal, der im ersten Satz Überleitungskühlkanäle enthalten ist, kann eine Verengung 270 umfassen. Ebenso kann jeder Überleitungskühlkanal, der im zweiten Satz Überleitungskühlkanäle enthalten ist, eine Verengung 271 umfassen. Verschiedene Eigenschaften (z. B. Größe, Form usw.) der Verengungen können während der Konstruktion des Zylinderkopfes 253 angepasst werden. Daher können sich die Verengungen 270, die im ersten Satz Überleitungskühlkanäle enthalten sind, in Größe, Form usw. von den Verengungen 271 unterscheiden, die im zweiten Satz Überleitungskühlkanäle enthalten sind. So kann der Zylinderkopf für eine Vielzahl von Motoren angepasst werden, was die Anwendbarkeit des Zylinderkopfes erhöht. Auch wenn zwei Überleitungskühlkanäle sowohl im ersten als auch in den zweiten Sätzen der Überleitungskühlkanäle dargestellt sind, kann die Anzahl der Überleitungskühlkanäle, die im ersten Satz und in den zweiten Sätzen der Überleitungskühlkanäle enthalten sind, in anderen Ausführungsformen geändert sein.
Die Überleitungskühlkanäle ermöglichen das Fließen des Kühlmittels zwischen den Kühlmänteln an verschiedenen Punkten zwischen den Einlässen und den Auslässen sowohl der oberen als auch der unteren Kühlmäntel. So kann das Kühlmittel in einem komplexen Strömungsmuster fließen, wobei sich das Kühlmittel zwischen den oberen und unteren Kühlmänteln, in der Mitte des Kühlmantels und an verschiedenen anderen Stellen im Kühlmantel bewegt. Das gemischte Strömungsmuster reduziert die Temperaturschwankung innerhalb des Zylinderkopfes während des Motorbetriebs und erhöht die Wärmeenergiemenge, die vom Zylinderkopf abgeleitet werden kann, was die Motorleistung verbessert.
Das Zylinderkopf-Kühlsystem kann mit mindestens einem Kühlkanal 272 gekoppelt sein, der in einem Abgaskrümmerflansch 273 enthalten ist. Der Abgaskrümmerflansch ist in einem Abgaskrümmer 48 enthalten. Der Kühlkanal 272 umfasst einen Kühlmitteleinlass 274 und einen Kühlmittelauslass 275. Der Kühlmitteleinlass kann mit einem Kühlmittelkanal mit höherem Druck im Zylinderkopf-Kühlsystem gekoppelt sein, und der Kühlmittelauslass kann mit einem Kühlkanal mit niedrigerem Druck im Zylinderkopf-Kühlsystem gekoppelt sein. Es ist offensichtlich, dass der Kühlkanal mit höherem Druck im oberen oder unteren Kühlmantel enthalten sein kann. Ebenso kann der Kühlkanal mit niedrigerem Druck im oberen oder unteren Kühlmantel enthalten sein. In einem speziellen Beispiel ist der Kühlkanal mit höherem Druck im unteren Kühlmantel enthalten und der Kühlkanal mit niedrigerem Druck ist im oberen Kühlmantel enthalten. So kann Kühlmitte rund um den Flansch zirkulieren, was eine Wärmeableitung vom Flansch mithilfe des Kühlsystems im Fahrzeug ermöglicht. Deshalb ist offensichtlich, dass die Herstellungskosten im Vergleich zu anderen Systemen, die möglicherweise unabhängige Kühlsysteme für die Kühlung eines Abgassystems verwenden, niedriger sein können. Darüber hinaus kann die thermische Belastung des Zylinderkopfflansches sowie benachbarter Komponenten verringert sein, was die Langlebigkeit der Komponenten erhöht. Der Abgaskrümmer-Kühlkanal wird hierin in Bezug auf 3 und 5–10 genauer beschrieben.
Der obere Kühlmantel umfasst einen Auslass 276. Auslass 276 kann eine Verengung 277 umfassen. Außerdem umfasst der untere Kühlmantel einen Auslass 278. Es ist offensichtlich, dass in anderen Ausführungsformen Auslass 278 ebenfalls eine Verengung umfassen kann. Die Auslässe der oberen und unteren Kühlmäntel können kombiniert und strömungstechnisch verbunden sein. Der Kühlmittelkreislauf kann dann durch ein oder mehrere Kühler-Kühlkanäle 280 erfolgen, die in einem Kühler 282 enthalten sind. Der Kühler ermöglicht die Übertragung der Wärme vom Kühlmittelkreislauf an die Umgebungsluft. So kann Wärme vom Kühlmittelkreislauf abgeleitet werden.
Eine Pumpe 284 kann ebenfalls im Kühlmittelkreislauf enthalten sein. Ein Thermostat 286 kann am Auslass 276 des oberen Kühlmantels positioniert sein. Ein Thermostat 288 kann außerdem am Einlass des einen oder der mehreren Kühlkanäle 251 des Zylinderblocks 252 positioniert sein. Zusätzliche Thermostate können in anderen Ausführungsformen an anderen Stellen im Kühlmittelkreislauf positioniert sein, zum Beispiel am Einlass oder am Auslass des einen oder der mehreren Kühlmittelkanäle im Kühler, am Einlass oder am Auslass des unteren Kühlmantels, am Einlass des oberen Kühlmantels usw. Die Thermostate können zur Regelung der Flüssigkeitsmenge verwendet werden, die je nach Temperatur durch den Kühlmittelkreislauf fließt. In einigen Beispielen können die Thermostate durch Controller 12 gesteuert werden. In anderen Beispielen können die Thermostate jedoch passiv betätigt werden.
Es ist offensichtlich, dass Controller 12 die Druckhöhe regelt, die von der Pumpe 284 geliefert wird, um die Durchflussmenge des Kühlmittels durch den Kreislauf und damit die Wärmemenge einzustellen, die vom Motor abgeleitet wird. Des Weiteren kann in einigen Beispielen Controller 12 so konfiguriert sein, dass er die Menge des Kühlmittelflusses durch den oberen Kühlmantel über Thermostat 286 anpasst. Insbesondere kann die Durchflussmenge des Kühlmittels durch den oberen Kühlmantel verringert werden, wenn die Motortemperatur unter einem Schwellenwert liegt. So kann die Dauer des Aufwärmens des Motors beim Starten verringert werden, wodurch der Verbrennungswirkungsgrad gesteigert wird und die Emissionen verringert werden. Es ist offensichtlich, dass die Systeme und Komponenten in 2 schematisch dargestellt sind und nicht den relativen Ort der Komponenten darstellen sollen.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Zylinderkopfes 253. Der Zylinderkopf kann so konfiguriert sein, dass er an einem Zylinderblock (nicht dargestellt) angebracht ist, der eine oder mehrere Brennräume definiert, in denen sich ein Kolben reziprok bewegt. Der Zylinderkopf kann aus einem geeigneten Material gegossen sein, zum Beispiel Aluminium. Andere Komponenten des montierten Zylinderkopfes wurden ausgelassen. Die ausgelassenen Komponenten umfassen Nockenwellen, Ventildeckel, Einlass- und Auslassventile, Zündkerzen usw.
Wie dargestellt, umfasst Zylinderkopf 253 vier Umschließungswände. Die Wände umfassen eine erste und eine zweite Seitenwand, 302 bzw. 304. Die vier Umschließungswände können weiter eine vordere Endwand 306 und eine hintere Endwand 308 umfassen.
Eine untere Wand 312 kann so konfiguriert werden, dass sie an den Zylinderkopf (nicht dargestellt) gekoppelt ist und dadurch die Motorbrennräume bildet, wie vorher beschrieben. Der Zylinderkopf kann weiter eine Entlüftungsöffnung 314 mit einem Ventil umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Gas vom oberen Kühlmantel ableitet. So kann die Menge des Gases sowohl im oberen als auch im unteren Kühlmantel verringert werden. Die Entlüftungsöffnung befindet sich in einem Bereich neben einer oberen Fläche des oberen Kühlmantels. In einigen Beispielen kann sich die Entlüftungsöffnung auf einer Kuppe (d. h. dem im Wesentlichen höchsten vertikalen Punkt) im oberen Kühlmantel befinden. In einigen anderen Beispielen kann sich jedoch die Entlüftungsöffnung an einer anderen geeigneten Stelle befinden. Die Entlüftungsöffnung kann die Menge des Gases (z. B. Luft und/oder Wasserdampf) sowohl im oberen als auch im unteren Kühlmantel verringern und dadurch den Betriebswirkungsgrad der oberen und unteren Kühlmäntel erhöhen.
Zylinderkopf 253 umfasst weiter Abgaskrümmer 48, an den eine Vielzahl von Abgasläufern gekoppelt sind. Die Abgasläufer werden in Bezug auf 12–17 veranschaulicht und näher beschrieben. Die Abgasläufer können mit den Auslassventilen für jeden Brennraum gekoppelt sein. So können der Abgaskrümmer und die Abgasläufer in das Zylinderkopf-Gussstück integriert werden. Die integrierten Abgasläufer haben eine Reihe von Vorteilen, zum Beispiel Verringerung der Anzahl der Teile im Motor, wodurch die Kosten während des gesamten Entwicklungszyklus des Motors verringert werden. Des Weiteren können die Bestands- und Montagekosten ebenfalls reduziert werden, wenn ein integrierter Abgaskrümmer verwendet wird.
Der Zylinderkopf umfasst weiter Abgaskrümmerflansch 273, der Abgaskrümmer 48 umgibt. Der Flansch umfasst Bolzennaben 310 oder andere geeignete Befestigungselemente, die so konfiguriert sind, dass sie an einer nachgeschalteten Abgaskomponente befestigt werden, zum Beispiel einer Abgasleistung oder am Einlass einer Turbine, die in einem Turbolader enthalten ist. So kann der Turbolader direkt am Zylinderkopf montiert werden, was Verluste im Motor reduziert. Der Turbolader kann eine Abgasturbine umfassen, die über eine Antriebswelle mit einem Kompressor gekoppelt ist. Der Kompressor kann so konfiguriert sein, dass der den Druck im Ansaugkrümmer erhöht.
Außerdem umfasst der Zylinderkopf weiter Kühlmitteleinlass 274 in Kommunikation mit einem Kanal mit höherem Druck im Zylinderkopf-Kühlsystem 200, das in 2 gezeigt wird, und einen Kühlmittelauslass 275 in Kommunikation mit einem Kanal mit niedrigerem Druck im Zylinderkopf-Kühlsystem. Wie dargestellt, erstrecken sich die Kanäle mit höherem und niedrigerem Druck bis in den Zylinderkopf. Die Kanäle mit höherem und niedrigerem Druck sind in 10 dargestellt. Es ist offensichtlich, dass die Kanäle mit höherem und/oder niedrigerem Druck im Zylinderkopf-Kühlsystem sich entweder im oberen oder im unteren Kühlmantel befinden. Wie dargestellt, umfasst der Abgaskrümmerflansch weiter einen Abgaskrümmerflanschkanal 315, der den Abgaskrümmerflansch quert. Der Flanschkanal kann gegossen oder gefräst werden, nachdem der Zylinderkopf gegossen wurde. Wie dargestellt, erstreckt sich der Abgaskrümmerflanschkanal rund um den gesamten Abgaskrümmerflansch. In anderen Worten, der Abgaskrümmerflanschkanal umschließt den Abgasauslass 316. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der Flanschkanal den Abgaskrümmerflansch teilweise queren. Der Flanschkanal kann eine Grenze eines Abgasflansch-Kühlkanals definieren, der zumindest teilweise den Abgaskrümmerflansch quert. Der Abgasflansch-Kühlkanal kann mit dem Kühlmitteleinlass 274 und dem Kühlmittelauslass 275 gekoppelt sein. So kann Kühlmittel durch den Abgasflansch-Kühlkanal zirkulieren. Der Abgasflansch-Kühlkanal kann zwischen dem Abgaskrümmerflansch und einem Flansch einer nachgeschalteten Komponente liegen, zum Beispiel einem Turbolader, einem Abgaskanal, einem Emissionskontrollgerät usw., die hierin näher beschrieben werden. Schnittebene 320 definiert den Querschnitt, der in 4 abgebildet ist. Schnittebene 322 definiert den Querschnitt, der in 10 abgebildet ist. Schnittebene 324 definiert den Querschnitt, der in 12 abgebildet ist. Schnittebene 326 definiert den Querschnitt, der in 14 abgebildet ist. Schnittebene 328 definiert den Querschnitt, der in 15 abgebildet ist. Schnittebene 330 definiert den Querschnitt, der in 16 abgebildet ist. Schnittebene 332 definiert den Querschnitt, der in 17 abgebildet ist.
4 zeigt eine abgeschnittene Ansicht des Zylinderkopfes 253, der in 3 abgebildet ist. Ein erster Überleitungskühlkanal 410 ist abgebildet. Der erste Überleitungskühlkanal 410 kann im ersten Satz Überleitungskühlkanäle 266 enthalten sein, der in 2 dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 4 bezeichnet Pfeil 412 den allgemeinen Pfad der Flüssigkeit, die durch den ersten Überleitungskühlkanal vom unteren Kühlmantel zum oberen Kühlmantel fließt. Wie dargestellt, fließt das Kühlmittel in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung durch einen vertikal ausgerichteten Kanal, relativ zur vertikalen Kolbenbewegung der Kolben im Zylinder. Es ist offensichtlich, dass die Breite des ersten Überleitungskühlkanals während der Konstruktion durch maschinelle Bearbeitung geändert werden kann. So kann der Überleitungskühlkanal an eine gewünschte Spezifikation angepasst werden.
Der erste Satz Überleitungskühlkanäle kann radial an zwei oder mehr Zylindern ausgerichtet sein, die im Motor enthalten sind. Es ist offensichtlich, dass die Ausrichtung rund um eine einzelne Symmetrielinie erfolgen kann. Der erste Satz Überleitungskühlkanäle kann ebenfalls in einem Abstand von den Einlass- und/oder Auslassöffnungen im Motor platziert sein. Die Positionierung des ersten Satzes Überleitungskühlkanäle in Ausrichtung mit zwei oder mehr Zylindern und von den Einlass- und/oder Auslassöffnungen entfernt ermöglicht eine Verbesserung der strukturellen Integrität des Zylinders im Vergleich zu Überleitungskühlkanälen, die möglicherweise neben den Einlass- oder Auslassöffnungen positioniert sind, was die Dicke des Metalls rund um das Auslassventil verringern und damit die Wahrscheinlichkeit einer Verschlechterung oder eines Ausfalls des Auslass- oder Einlassventils erhöhen kann. Des Weiteren kann bei einer solchen Anordnung der Überleitungsströmungskanäle ein Strömungskanal mit einem größeren Durchmesser verwendet werden, im Vergleich zu Überleitungskühlkanälen, die neben den Einlass- oder Auslassventilen positioniert sind.
Ein zweiter Überleitungskühlkanal 414 ist ebenfalls abgebildet. Der zweite Überleitungskühlkanal 414 kann im zweiten Satz Überleitungskühlkanäle 268 enthalten sein, der in 2 dargestellt ist. Der zweite Überleitungskühlkanal befindet sich neben einer Peripherie des Zylinderkopfes und vom Abgasauslass 316 entfernt. Deshalb ist offensichtlich, dass der zweite Satz Überleitungskühlkanäle sich neben einer Peripherie des Zylinderkopfes und vom Abgaskrümmer entfernt befinden kann. Pfeil 416 bezeichnet den allgemeinen Pfad der Flüssigkeit, die durch den ersten Überleitungskühlkanal vom unteren Kühlmantel zum oberen Kühlmantel fließt. Wie abgebildet, leitet Becher 418 den Fluss durch den ersten Überleitungskühlkanal und schränkt ihn ein. Das Strömungsmuster des Kühlmittels durch den zweiten Satz Überleitungskühlkanäle folgt einem Bogen. Wenn ein Becher verwendet wird, um den Fluss des Kühlmittels durch den zweiten Überleitungskühlkanal zu leiten, ermöglicht dies eine Vereinfachung des Konstruktionsprozesses (z. B. maschinelle Bearbeitung) des Zylinderkopfes.
5 zeigt eine Seitenansicht des Abgaskrümmerflansches 273 und des Abgasauslasses 316 des Abgaskrümmers 48, der in 3 dargestellt ist. Ähnliche Teile sind entsprechend gekennzeichnet.
6 zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform von Abgaskrümmerflansch 273. Wie dargestellt, umfasst der Abgaskrümmerflansch einen ersten Kühlmitteleinlass 602 und einen ersten Kühlmittelauslass 604. Wie vorher beschrieben, sind der erste Kühlmitteleinlass und -auslass mit einem Kanal mit höherem Druck im Zylinderkopf-Kühlsystem und einem Kanal mit niedrigerem Druck im Zylinderkopf-Kühlsystem gekoppelt. Ein erster Flanschkanal 606 erstreckt sich zwischen dem ersten Kühlmitteleinlass und dem ersten Kühlmittelauslass. Außerdem umfasst der Abgaskrümmerflansch einen zweiten Kühlmitteleinlass 608 und einen zweiten Kühlmittelauslass 610. Ein zweiter Flanschkanal 612 erstreckt sich zwischen dem zweiten Kühlmitteleinlass und dem zweiten Kühlmittelauslass. Weiter können sich in einigen Ausführungsformen Kanäle auch zwischen den ersten und zweiten Kühlmitteleinlässen und den ersten und zweiten Kühlmittelauslässen erstrecken. Die ersten und zweiten Kühlmittelkanäle können eine Grenze eines Abgasflansch-Kühlmittelkanals definieren, die hierin in Bezug auf 7–10 näher beschrieben ist.
7 zeigt eine Explosionsansicht eines Abgaskrümmerflansches 273, einer Flanschdichtung 702 und eines zweiten Flansches 704. Bei der Montage können Bolzen 706 oder andere geeignete Befestigungselemente die vorher erwähnten Komponenten koppeln. Deshalb wird bei Montage die Flanschdichtung zwischen den Abgaskrümmerflansch und den zweiten Flansch eingesetzt.
Flanschdichtung 702 kann eine innere Dichtung 708 und eine äußere Dichtung 710 umfassen. Die inneren und äußeren Dichtungen definieren eine Grenze des Abgasflansch-Kühlkanals. Daher können die innere und die äußere Dichtung eine Zirkulation des Kühlmittels um den Abgaskrümmerflansch ermöglichen und im Wesentlichen ein Auslaufen von Kühlmittel in den Abgasstrom oder das Äußere des Zylinderkopfs verhindern.
In einigen Beispielen können die äußeren Dichtungen mehrschichtige Metallprägungen sein. Daher müssen die Dichtungen erhaben sein. In anderen Worten, die Dichtungen können eine größere laterale Dicke als andere Teile der Flanschdichtung haben. Jedoch können in anderen Beispielen andere geeignete Dichtungen verwendet werden. Zum Beispiel können zusätzlich oder als Alternative Gummidichtungen verwendet werden. Auch wenn Metalldichtungen aufgrund ihrer Fähigkeit, höhere Temperaturen als Gummidichtungen auszuhalten, u. U. bevorzugt werden. Die innere Dichtung kann im Flächenkontakt sowohl mit dem Abgaskrümmerflansch als auch mit Flansch 704 sein. Außerdem kann die äußere Dichtung im Flächenkontakt sowohl mit dem Abgaskrümmerflansch als auch mit Flansch 704 sein.
Die Flanschdichtung umfasst weiter Durchführungsöffnungen 712. Wie dargestellt, sind die Durchführungsöffnungen mit dem Kühlmitteleinlass 274 und dem Kühlmittelauslass 275 ausgerichtet. Jedoch sind auch andere Ausrichtungen möglich. So kann Kühlmittel rund um den Abgaskrümmerflansch und Flansch 704 zirkulieren. Es ist offensichtlich, dass dies nicht nur die Temperatur des Abgaskrümmerflansches reduziert, was die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Verschlechterung des Zylinderkopfes verringert, sondern auch die Temperatur benachbarter Komponenten, zum Beispiel eines Turboladers, und damit die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Verschlechterung der benachbarten Komponente reduziert.
In anderen Ausführungsformen kann jedoch Flanschdichtung 702 keine Durchführungsöffnungen 712 enthalten und die inneren und äußeren Dichtungen (708 und 710) können nur im Flächenkontakt mit dem Abgaskrümmerflansch sein. Daher kann es sein, dass Kühlmittel rund um den Abgaskrümmerflansch zirkuliert. Jedoch kann Wärme vom Flansch 704 zum Kühlmittel über Flanschdichtung 702 übertragen werden.
8 zeigt eine alternative Ausführungsform von Flanschdichtung 702. Wie dargestellt, erstreckt sich eine Öffnung 802 rund um die Flanschdichtung. In anderen Worten, die Öffnung umschließt den inneren Rand 804 der Flanschdichtung. Wie dargestellt, erstrecken sich die Steckverbinder 806 über Öffnung 802. Es ist offensichtlich, dass, wenn die Steckverbinder genutzt werden, die relative Position der inneren Dichtung zur äußeren Dichtung im Wesentlichen fixiert ist, was die Wahrscheinlichkeit einer falschen Montage, zum Beispiel einer falschen Platzierung (d. h. eines falschen Abstands) der inneren und äußeren Dichtung verringert. In einigen Bespielen kann es sein, dass der seitliche Abstand von einem oder mehreren der Steckverbinder nicht gleich ist. Es ist offensichtlich, dass, wenn die Steckverbinder so positioniert sind, ein Kühlmittelströmungsmuster erzeugt werden kann, das Verluste innerhalb des Abgasflansch-Kühlkanals reduziert. So kann der Wirkungsgrad des Abgaskrümmer-Kühlsystems im Vergleich zu einem Kühlsystem gesteigert werden, bei dem die Steckverbinder in gleichmäßigen seitlichen Abständen positioniert sind.
9 zeigt Flansch 704. Der Flansch kann in einer nachgeschalteten Komponente enthalten sein, zum Beispiel einem Turbolader oder einer Abgasleitung. Flansch 704 umfasst einen Kanal 902. Kanal 902 kann gefräst oder gegossen sein. In anderen Ausführungsformen kann es jedoch sein, dass Kanal 902 nicht in Flansch 704 enthalten ist. Kanal 902 kann eine Grenze des Abgasflansch-Kühlkanals definieren. Kanal 902 ermöglicht die Zirkulation einer größeren Menge Kühlmittel rund um Flansch 704, was die Wärmemenge erhöht, die vom Flansch und den damit verbundenen Komponenten abgeleitet werden kann.
10 zeigt eine Querschnittdarstellung eines Abgaskrümmerflansches 273, einer Flanschdichtung 702 und eines zweiten Flansches 704. Die allgemeine Richtung der Abgasströmung durch den Abgasauslass 316 wird durch Pfeil 1002 bezeichnet. Kühlmittel im Zylinderkopf-Kühlsystem fließt von einem Kanal mit höherem Druck 1004 über Kühlmitteleinlass 274 in den Abgaskrümmer-Kühlkanal 1006. Wie vorher beschrieben, definieren die innere Dichtung 708 und die äußere Dichtung 710 eine Grenze des Abgasflansch-Kühlkanals 1006. Des Weiteren können Abgaskrümmerflanschkanal 315 und Kanal 902 ebenfalls eine Grenze des Abgasflansch-Kühlkanals 1006 definieren. In anderen Beispielen kann es jedoch sein, dass Flanschkanal 315 nicht im Abgaskrümmerflansch enthalten ist und/oder dass Kanal 902 nicht in Flansch 704 enthalten ist. Es ist offensichtlich, dass Kühlmittel durch die Durchführungsöffnungen 712 geht, die in 7 dargestellt sind. Daher fließt während des Betriebs des Zylinderkopf-Kühlsystems Kühlmittel rund um einen Teil des Abgaskrümmerflansches 273 sowie des Flansches 704. Das Kühlmittel kann den Abgasflansch-Kühlkanal 1006 über Kühlmittelauslass 275 (dargestellt in 3, 4, 5 und 7) verlassen und mit einem Kanal mit niedrigerem Druck 1008 im Zylinderkopf-Kühlsystem gekoppelt sein. So wird die Wärme sowohl vom Abgaskrümmerflansch 273 als auch von Flansch 704 abgeleitet, was die thermische Belastung des Zylinderkopfes sowie nachgeschalteter Komponenten, wie eines Turboladers, reduziert.
11 zeigt einen Verbundwerkstoffkern 1100 einschließlich eines oberen Kerns 1102, eines unteren Kerns 1104 und eines Abgaskrümmer-Einlasskerns 1106. Diese Gussstückkerne sind wie dargestellt positioniert und würden während des Gießvorgangs zusammen in einem Formmantel platziert werden. Metall, das in die Form gegossen wird, kann dann die Form der Gießformen annehmen, aushärten und Zylinderkopf 253 bilden. Ein solcher Gießvorgang ist Fachleuten gut bekannt.
Wie dargestellt, können vertikal ausgerichtete hervorstehende Teile 1150, die sowohl im oberen als auch im unteren Kern enthalten sind, den ersten Satz Überleitungskühlkanäle 266 definieren. Es ist offensichtlich, dass die Überleitungskühlkanäle in Bezug auf die Kolbenbewegung vertikal ausgerichtet sein können. Die seitlich ausgerichteten Verlängerungen 1152 sowohl im oberen als auch im unteren Kern können den zweiten Satz Überleitungskühlkanäle 268 definieren. Es ist offensichtlich, dass die horizontal ausgerichteten Verlängerungen 1103 den Auslass 276 des oberen Kühlmantels einschließlich Verengung 277 definieren können.
Wie dargestellt, umfasst das Gussstück hervorstehende Teile 1154 und 1156, die Kühlkanäle bilden, die sich vom Flansch in den Zylinderkopf erstrecken. Die Enden der hervorstehenden Teile bilden Kühlmitteleinlass 274 und Kühlmittelauslass 275. Es ist jedoch offensichtlich, dass in anderen Beispielen die Kühlkanäle nach Gießen des Zylinderkopfs gefräst werden können. Die oberen und unteren Kühlmäntel definieren eine Vielzahl von Kühlkanälen, wie vorher beschrieben. Des Weiteren definiert der Abgaskrümmer-Einlasskern einen Abgaskrümmer umfassend eine Vielzahl von Abgasläufern, die mit einem Abgasauslass strömungstechnisch gekoppelt sind.
12 zeigt eine Querschnittdarstellung von Abgaskrümmer 48, der im Zylinderkopf 253 enthalten ist, der in 3 dargestellt ist. Abgasauslass 316, der im Abgaskrümmer enthalten ist, ist mit einem ersten inneren Abgasläufer 1210 für einen Zylinder gekoppelt, der zwischen den zwei anderen Zylindern positioniert ist. Der erste innere Abgasläufer 1210 umfasst eine erste Eintrittsleitung 1212 und eine zweite Eintrittsleitung 1214, die sich in einem Zusammenflussbereich 1216 treffen. Die ersten und zweiten Eintrittsleitungen umfassen einen ersten und zweiten Ventilführungseintrittspunkt (1410 und 1412), der in 14 dargestellt ist. Es ist offensichtlich, dass die Ventilführungseintrittspunkte so konfiguriert werden können, dass sie jeweils einen Teil eines Auslassventils erhalten. Abgasauslass 316 ist außerdem mit einem zweiten inneren Abgasläufer 1218 gekoppelt. Der zweite innere Abgasläufer 1218 umfasst eine erste Eintrittsleitung 1220 und eine zweite Eintrittsleitung 1222, die sich in einem Zusammenflussbereich 1224 treffen. Die erste und zweite Eintrittsleitung umfasst einen ersten und zweiten Ventilführungseintrittspunkt (1414 und 1416), der in 14 dargestellt ist. Die Abgasläufer erhalten während des Motorbetriebs Abgase von einem Zylinder. Die Ventilführungseintrittspunkte ermöglichen die Positionierung der Auslassventile im Zylinderkopf so, dass die Auslassventile die Gasströmung vom Zylinder zu den Abgasläufern einschränken können. Deshalb umfasst jeder innere Abgasläufer zwei Eintrittsleitungen, die mit zwei Auslassventilen gekoppelt sind. In andere Beispielen kann es jedoch sein, dass der erste und der zweite innere Abgasläufer jeweils einen einzigen Ventilführungseintrittspunkt umfassen. Deshalb umfassen in einem solchen Beispiel der erste innere Abgasläufer und der zweite innere Abgasläufer jeweils eine einzige Eintrittsleitung.
Es ist offensichtlich, dass beide innere Abgasläufer mit Zylindern gekoppelt sein können, die zwischen zwei anderen Zylindern positioniert sind. Der erste und der zweite innere Abgasläufer können sich im Zusammenflussbereich 1226 für das Mischen der Abgase von den inneren Zylindern treffen. Wie dargestellt, können der erste und der zweite innere Abgasläufer in einem im Wesentlichen geraden Pfad zum Abgasauslass 316 verlaufen.
Der Abgaskrümmer umfasst weiter einen ersten äußeren Abgasläufer 1228 und einen zweiten äußeren Abgasläufer 1230, die mit Abgasauslass 316 gekoppelt sind. Der erste und der zweite äußere Abgasläufer sind mit Zylindern gekoppelt, die sich jeweils am Ende einer Zylinderbank befinden. In anderen Worten, der erste und der zweite äußere Abgasläufer sind mit den äußeren Zylindern in einer Zylinderbank in einer Reihenkonfiguration gekoppelt. Der erste äußere Abgasläufer umfasst eine erste Eintrittsleitung 1232 und eine zweite Eintrittsleitung 1234, die sich in einem Zusammenflussbereich 1236 treffen. Die ersten und zweiten Eintrittsleitungen (1232 und 1234) umfassen eine erste Ventilführungseintrittsöffnung und eine zweite Ventilführungseintrittsöffnung (1418 und 1420), die in 14 dargestellt ist. Ebenso umfasst der zweite äußere Abgasläufer eine erste Eintrittsleitung 1238 und eine zweite Eintrittsleitung 1240, die sich in einem Zusammenflussbereich 1242 treffen. Die ersten und zweiten Eintrittsleitungen (1238 und 1240) umfassen einen ersten Ventilführungseintrittspunkt und einen zweiten Ventilführungseintrittspunkt (1422 und 1424), die in 14 dargestellt sind.
Der zweite äußere Abgasläufer 1230 und der zweite innere Abgasläufer 1218 können sich im Zusammenflussbereich 1244 für das Mischen der Abgase von den inneren und äußeren Zylindern treffen. Ebenso können der erste äußere Abgasläufer 1228 und der erste innere Abgasläufer 1210 sich im Zusammenflussbereich 1246 für das Mischen der Abgase von den inneren und äußeren Zylindern treffen.
Der erste äußere Abgasläufer hat einen Zuleitungswinkel 1248. Zuleitungswinkel 1248 kann als Schnittpunkt einer Linie definiert werden, die parallel zu einem geraden Teil der Außenwand 1250 des ersten äußeren Abgasläufers 1228 und einer Ebene verläuft, die sich über Abgasauslass 316 erstreckt. Die Außenwand der ersten äußeren Abgasläufer kann eine vertikal ausgerichtete Wand neben Seitenwand 302 sein, die in 3 dargestellt ist. Aufgrund der Symmetrie des Abgaskrümmers ist offensichtlich, dass der zweite äußere Abgasläufer einen identischen Zuleitungswinkel hat.
Unerwarteterweise wurde entdeckt, dass, wenn die äußeren Abgasläufer einen Zuleitungswinkel zwischen 15 und 17 haben, das Abreißen der Strömung in den Abgasen während des Motorbetriebs reduziert werden kann, was Verluste im Abgaskrümmer verringert. Insbesondere kann ein Zuleitungswinkel von 15,5 Grad eingesetzt werden, um das Abreißen der Strömung im Abgaskrümmer zu verringern. Ein Zuleitungswinkel innerhalb dieses Bereichs kann außerdem ein Aufprallen der Abgase an den Wänden des Abgaskrümmers reduzieren. Des Weiteren kann ein Zuleitungswinkel innerhalb dieses Bereichs auch den Umfang einer gegenseitigen Störung zwischen den Abgasventilen reduzieren. Zum Beispiel können sich Reaktionswellen, die während des Abgasventilbetriebs in den äußeren Abgasläufern erzeugt werden, dem Abgaskrümmer nachgeschaltet ausbreiten, im Gegensatz zu anderen Abgasläufern. Daher werden Auslassventile mit einem Zuleitungswinkel zwischen 15 und 17 Grad eingesetzt. So kann der Motorbetrieb über die Verringerung der gegenseitigen Störung zwischen den Abgasventilen verbessert werden.
13 zeigt den Abgaskrümmer-Einlasskern des Abgaskrümmers, der in 12 dargestellt ist. Obwohl eine Kernmarke dargestellt ist, ist offensichtlich, dass Abgase durch die Kanäle strömen können, die vom Abgaskrümmer-Einlasskern definiert werden. Daher sind die entsprechenden Teile dementsprechend gekennzeichnet.
Linie 1318 gibt eine Schnittebene eines Orts zu Beginn einer Region des Abgaskrümmer-Einlasskerns eines ersten äußeren Abgasläufers 1228 an, an dem der Querschnittsbereich des ersten äußeren Abgasläufers 1228 gemessen wird. Linie 1320 gibt eine Schnittebene eines beispielhaften Orts auf dem gebogenen Teil des ersten äußeren Abgasläufers 1228 an, an dem der Querschnittsbereich des gebogenen Teils des ersten äußeren Abgasläufers 1228 gemessen werden kann. Linien 1326 und 1328 geben Schnittebenen beispielhafter Orte auf dem geraden Teil des ersten äußeren Abgasläufers 1228 an, an denen der Querschnittsbereich des geraden Teils des ersten äußeren Abgasläufers 1228 gemessen werden kann. Bei Linie 1318 hat der erste äußere Abgasläufer 1228 einen ersten Querschnittsbereich. Bei Linie 1320 hat der erste äußere Abgasläufer 1228 einen zweiten Querschnittsbereich. Bei Linie 1326 und 1328 hat der erste äußere Abgasläufer 1228 einen dritten Querschnittsbereich. Der erste äußere Abgasläufer 1228 dehnt sich vom ersten Querschnittsbereich zum zweiten Querschnittsbereich aus und verkürzt sich vom zweiten Querschnittsbereich zum dritten Querschnittsbereich. Ähnlich gibt Linie 1322 des zweiten äußeren Abgasläufers 1230 eine Schnittebene eines Orts zu Beginn einer Region des Abgaskrümmer-Einlasskerns an, an dem der Querschnittsbereich des Abgasläufers gemessen wird. Linie 1324 gibt eine Schnittebene eines beispielhaften Orts auf dem gebogenen Teil des zweiten äußeren Abgasläufers 1230 an, an dem der Querschnittsbereich des gebogenen Teils des zweiten äußeren Abgasläufers 1230 gemessen werden kann.
Linie 1310 gibt einen Schnittbereich eines beispielhaften Orts zu Beginn einer Region des Abgaskrümmer-Einlasskerns des ersten inneren Abgasläufers 1210 an, an dem der Querschnittsbereich des inneren Abgasläufers 1210 gemessen wird. Linie 1312 gibt einen Schnittbereich eines beispielhaften Orts des ersten inneren Abgasläufers 1210 an, an dem der Querschnittsbereich des inneren Abgasläufers 1210 gemessen wird. Bei Linie 1310 hat der erste innere Abgasläufer 1210 einen ersten Querschnittsbereich. Bei Linie 1312 hat der erste innere Abgasläufer 1210 einen zweiten Querschnittsbereich. Der erste Querschnittsbereich ist größer als der zweite Querschnittsbereich. Ähnlich gibt Linie 1314 einen Schnittbereich eines beispielhaften Orts zu Beginn einer Region des Abgaskrümmer-Einlasskerns des zweiten inneren Abgasläufers 1218 an, an dem der Querschnittsbereich des inneren Abgasläufers 1218 gemessen wird. Linie 1316 gibt einen Schnittbereich eines beispielhaften Orts des zweiten inneren Abgasläufers 1218 an, an dem der Querschnittsbereich des inneren Abgasläufers 1218 gemessen wird. Linie 1330 gibt einen Schnittbereich eines weiteren beispielhaften Orts des zweiten inneren Abgasläufers 1218 an, an dem der Querschnittsbereich des inneren Abgasläufers 1218 gemessen wird.
14 zeigt eine Querschnittdarstellung des ersten Ventilführungseintrittspunkts 1410 und des zweiten Ventilführungseintrittspunkts 1412 und die entsprechenden Eintrittsleitungen (1212 und 1214) für den ersten inneren Abgasläufer 1210. Außerdem zeigt 14 den ersten Ventilführungseintrittspunkt 1414 und den zweiten Ventilführungseintrittspunkt 1416 und die entsprechenden Eintrittsleitungen (1220 und 1222) für den zweiten inneren Abgasläufer 1218. 14 zeigt weiter den ersten Ventilführungseintrittspunkt 1418 und den zweiten Ventilführungseintrittspunkt 1420 und die entsprechenden Eintrittsleitungen (1232 und 1234) für den ersten äußeren Abgasläufer 1228. 14 zeigt außerdem den ersten Ventilführungseintrittspunkt 1422 und den zweiten Ventilführungseintrittspunkt 1424 und die entsprechenden Eintrittsleitungen (1238 und 1240) für den zweiten äußeren Abgasläufer 1430. Der Querschnittsbereich des ersten inneren Abgasläufers zwischen den beiden Ventilführungseintrittspunkten (1410 und 1412) kann im Wesentlichen 716 mm² sein. Als Referenz werden die vordere Grenze, Linie 1310, und die hintere Grenze, Linie 1312, der Abschnitte des ersten inneren Abgasläufers 1210 in 13 dargestellt. Es ist offensichtlich, dass der Querschnittsbereich über eine Ebene gemessen wird, die sich über den Abgasläufer und rechtwinklig bis zu einer Linie 1450 erstreckt, die die Mittelachse des Abgasläufers berührt. Ebenso kann der Querschnittsbereich des zweiten inneren Abgasläufers 1218 zwischen den beiden Ventilführungseintrittspunkten (1414 und 1416) im Wesentlichen 716 mm² sein. Als Referenz werden die vordere Grenze, Linie 1314, und die hintere Grenze, Linie 1316, der Abschnitte des zweiten inneren Abgasläufers 1218 in 13 dargestellt. Der Querschnittsbereich des ersten äußeren Abgasläufers zwischen den beiden Ventilführungseintrittspunkten (1418 und 1420) kann im Wesentlichen 716 mm² sein. Als Referenz wird die vordere Grenze, Linie 1318, mit einem Querschnittsbereich, der im Wesentlichen 716 mm² sein kann, in 13 dargestellt. Ebenso kann der Querschnittsbereich des zweiten äußeren Abgasläufers 1230 zwischen den beiden Ventilführungseintrittspunkten (1422 und 1424) im Wesentlichen 716 mm² sein. Als Referenz wird die vordere Grenze, Linie 1322, mit einem Querschnittsbereich, der im Wesentlichen 716 mm² sein kann, in 13 dargestellt.
15 zeigt eine Querschnittdarstellung des ersten äußeren Abgasläufers 1228 in einem gebogenen Teil des Abgasläufers den Ventilführungseintrittspunkten (1418 und 1420) nachgeschaltet und einem Zusammenflussbereich 1246 in Richtung der Abgasströmung des Zylinders vorgeschaltet, wie in 12 dargestellt. Wie vorher beschrieben, beginnt der Querschnittsbereich des ersten äußeren Abgasläufers am ersten Bereich und dehnt sich aus, während der Abgasläufer sich krümmt, und zieht sich zusammen, während der Abgasläufer einen Zusammenflussbereich erreicht, in dem die Abgase von einem Zylinder mit den Abgasen eines anderen Zylinders gemischt werden. Der erste äußere Abgasläufer 1228 startet im ersten Bereich von im Wesentlichen 716 mm² an einem Ort den Ventilführungseintrittspunkten (1418 und 1420) in Richtung der Abgasströmung nachgeschaltet.
Der Querschnittsbereich des ersten äußeren Abgasläufers im gebogenen Teil des Abgasläufers, der in 15 dargestellt ist, kann 716 mm² sein. Als Referenz werden die vordere Grenze, Linie 1320, und die hintere Grenze, Linie 1326, des gebogenen Teils des ersten äußeren Abgasläufers in 13 dargestellt. Wie vorher beschrieben, kann der Querschnittsbereich über eine Ebene gemessen werden, die sich über den Abgasläufer und rechtwinklig bis zu einer Linie erstreckt, die die Mittelachse des Abgasläufers berührt. Aufgrund der Symmetrie im Abgaskrümmer ist der zweite äußere Abgasläufer in Geometrie und Größe dem ersten äußeren Abgasläufer ähnlich.
16 zeigt eine Querschnittdarstellung des ersten äußeren Abgasläufers 1228 in einem geraden Teil des Abgasläufers den Ventilführungseintrittspunkten (1418 und 1420) in Richtung der Abgasströmung nachgeschaltet und dem Zusammenflussbereich 1246 vorgeschaltet. Als Referenz werden die vordere Grenze, Linie 1326, und die hintere Grenze, Linie 1328, des geraden Teils des ersten äußeren Abgasläufers in 13 dargestellt.
Der Querschnittsbereich des geraden Teils des ersten äußeren Abgasläufers kann kleiner als der Querschnittsbereich des gebogenen Teils des ersten äußeren Abgasläufers sein. Deshalb verkürzt sich der Querschnittsbereich entlang der Länge des ersten äußeren Abgasläufers in einem geraden Teil des Abgasläufers. Insbesondere kann der Querschnittsbereich des geraden Teils des Abgasläufers 651 mm² sein. Aufgrund der Symmetrie im Abgaskrümmer ist der zweite äußere Abgasläufer in Geometrie und Größe dem ersten äußeren Abgasläufer ähnlich. Deshalb kann der zweite äußere Abgasläufer ebenfalls eine Ausdehnung und eine nachgeschaltete Verkürzung erfahren.
Unerwarteterweise wurde entdeckt, dass die Ausdehnung und nachfolgende Verkürzung im ersten und zweiten äußeren Abgasläufer das Abreißen der Strömung der Abgase in den äußeren Abgasläufern reduzieren und damit Verluste im Abgaskrümmer verringern kann. Wenn Verluste im Abgaskrümmer reduziert werden, wird die Energie, die der Turbine des Turboladers bereitgestellt wird, der sich dem Abgaskrümmer nachgeschaltet befindet, erhöht, was den Wirkungsgrad des Motors und die potenzielle Leistungsabgabe erhöht.
17 zeigt eine Querschnittdarstellung des zweiten inneren Abgasläufers 1218 in einem Teil des Abgasläufers den Ventilführungseintrittspunkten (1414 und 1416) in Richtung der Abgasströmung nachgeschaltet und dem Zusammenflussbereich 1244 vorgeschaltet. Der Querschnittsbereich dieses Teils kann kleiner sein als der Querschnittsbereich des Abgasläufers, der den Ventilführungseintrittspunkten in Richtung der Abgasströmung nachgeschaltet ist. Insbesondere kann der Querschnittsbereich 660 mm² sein. Als Referenz werden die vordere Grenze, Linie 1316, und die hintere Grenze, Linie 1330, des Teils des zweiten inneren Abgasläufers, der oben beschrieben wurde, in 13 dargestellt. So verkürzt sich der Querschnittsbereich des zweiten inneren Abgasläufers entlang der Länge des Abgasläufers. Aufgrund der Symmetrie des Abgaskrümmers ist offensichtlich, dass der erste innere Abgaskrümmer dem zweiten inneren Abgaskrümmer in Geometrie und Größe ähnlich ist.
Die Verkürzung beim ersten und zweiten inneren Abgaskrümmer konzentriert die Abgase in der Mitte des Abgasauslasses 316, was das Aufprallen von Abgasen an den Wänden des Abgasauslasses 316 verringert. Daher können Verluste beim Abgaskrümmer verringert werden. Deshalb kann die Energie, die der Turbine über die Abgase bereitgestellt wird, im Vergleich zu anderen Abgaskrümmern erhöht werden, die keine Verkürzung aufweisen. So kann der Wirkungsgrad des Turboladers und damit des Motors erhöht werden.
Der in 2–17 dargestellt Zylinderkopf stellt einen Zylinderkopf mit einem integrierten Abgaskrümmer bereit, wobei der integrierte Abgaskrümmer einen Abgaskrümmerflansch umfasst. Der Zylinderkopf umfasst einen Kühlmitteleinlass, der mit einem Kanal mit höherem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems kommuniziert, einen Kühlmittelauslass, der mit einem Kanal mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems kommuniziert, und einen Abgasflansch-Kühlkanal, der zumindest teilweise den Abgaskrümmerflansch quert und mit dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass kommuniziert. Weiter umfasst in einigen Beispielen besagter Abgasflansch-Kühlkanal mindestens einen Abgaskrümmerflanschkanal im Abgaskrümmerflansch und einen Kanal in einem zweiten Flansch, der in einer nachgeschalteten Komponente enthalten ist. In einigen Beispielen kann die nachgeschaltete Komponente ein Turbolader sein. Der Zylinderkopf kann weiter eine Flanschdichtung zwischen dem Abgaskrümmerflansch und einem zweiten Flansch umfassen, der in einer nachgeschalteten Komponente enthalten ist. Die Flanschdichtung kann eine innere Dichtung und eine äußere Dichtung umfassen, die mit dem Abgaskrümmerflansch und dem zweiten Flansch gekoppelt sind und eine Grenze des Abgaskrümmerflansch-Kühlkanals definieren. Außerdem können die inneren und äußeren Dichtungen über Steckverbinder gekoppelt sein. Die inneren und äußeren Dichtungen können Metallprägungen sein. Der Kühlmitteleinlass und -auslass können mit Kühlkanälen gekoppelt sein, die sich in den Zylinderkopf erstrecken. Der Zylinderkopf kann weiter einen zweiten Abgasflansch-Kühlkanal umfassen, der zumindest teilweise den Abgaskrümmerflansch quert, umfassend einen zweiten Kühlmitteleinlass, der mit einer zweiten Region mit höherem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems gekoppelt ist, und einen zweiten Kühlmittelauslass, der mit einer zweiten Region mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems gekoppelt ist. In einigen Beispielen umfasst das Zylinderkopf-Kühlsystem einen oberen und einen unteren Kühlmantel und mindestens einen Überleitungskühlkanal, der den oberen Kühlmantel mit dem unteren Kühlmantel koppelt. In einigen Beispielen umfasst der integrierte Abgaskrümmer eine Vielzahl von Abgasläufern, wobei jeder Abgasläufer einen Ventilführungseintrittspunkt und einen Zusammenflussbereich hat, wo mindestens einer aus einer Vielzahl von Abgasläufern einen Querschnittsbereich hat, der sich zwischen dem Ventilführungseintrittspunkt und dem Zusammenflussbereich verkürzt, und mindestens einer aus einer Vielzahl von Abgasläufern einen Querschnittsbereich hat, der sich in einen gebogenen Teil des Abgasläufers ausdehnt und der sich in einem geraden Teil des Abgasläufers verkürzt.
18 zeigt ein Verfahren 1800 für den Betrieb eines Zylinderkopf-Kühlsystems in einem Zylinderkopf eines Motors, wobei der Zylinderkopf einen integrierten Abgaskrümmer hat. Verfahren 1800 kann durch die oben beschriebenen Systeme und Komponenten ausgeführt werden. Jedoch kann Verfahren 1800 in anderen Ausführungsformen auch durch andere geeignete Systeme und Komponenten implementiert werden.
Zuerst umfasst das Verfahren bei 1802 die Strömung von Kühlmittel in ein Zylinderkopf-Kühlsystem, das in den Zylinderkopf integriert ist, von mindestens einem Zylinderblock-Kühlkanal aus. Wie vorher beschrieben, kann das Zylinderkopf-Kühlsystemeine Vielzahl integrierter Kühlkanäle umfassen und der Zylinderkopf, der mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist, kann mindestens einen Brennraum bilden.
In einigen Beispielen kann Kühlmittel, das von mindestens einem Zylinderkopfkühlkanal in ein Zylinderkopf-Kühlsystem strömt, Kühlmittel umfassen, das von mindestens einem Zylinderblockkühlkanal bei 1804 in einen oberen Kühlmantel strömt, der in einem Zylinderkopf-Kühlsystem enthalten ist. Weiter kann in einigen Beispielen Kühlmittel, das von mindestens einem Zylinderkopfkühlkanal in ein Zylinderkopf-Kühlsystem strömt, Kühlmittel umfassen, das von mindestens einem Zylinderblockkühlkanal bei 1806 in einen unteren Kühlmantel strömt, der in einem Zylinderkopf-Kühlsystem enthalten ist.
Sodann umfasst das Verfahren bei 1808 Kühlmittel, das von einer Region mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems in einen Abgasflansch-Kühlkanal strömt. Wie vorher beschrieben, kann der Abgasflansch-Kühlkanal zwischen einem Abgaskrümmerflansch eines Abgasauslasses eines Abgaskrümmers, der in den Zylinderkopf integriert ist, und einem zweiten Flansch liegen, der in einer Komponente enthalten ist, die dem integrierten Abgaskrümmer nachgeschaltet ist. In einigen Beispielen kann der Flansch-Kühlkanal den Abgasauslass umschließen. In anderen Beispielen kann jedoch der Flansch-Kühlkanal den Abgaskrümmerflansch nur teilweise queren. Wie vorher beschrieben, kann der Zylinderkopf eine Flanschdichtung zwischen dem Abgaskrümmerflansch und einem zweiten Flansch umfassen, wobei die Flanschdichtung eine innere Dichtung und eine äußere Dichtung umfasst, die mit dem ersten Flansch und dem zweiten Flansch gekoppelt sind und eine Grenze des Flansch-Kühlkanals definieren.
Sodann kann das Verfahren bei 1810 Kühlmittel umfassen, das von einer Region mit höherem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems in einen zweiten Abgasflansch-Kühlkanal strömt. In anderen Beispielen kann es jedoch sein, dass Schritt 1810 nicht in Verfahren 1800 enthalten ist. Sodann umfasst das Verfahren bei 1812 Kühlmittel, das von einem Abgasflansch-Kühlkanal in eine Region mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems strömt.
Bei 1814 kann das Verfahren Kühlmittel umfassen, das vom zweiten Abgasflansch-Kühlkanal in eine Region mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems strömt. In anderen Beispielen kann es jedoch sein, dass Schritt 1814 nicht in Verfahren 1800 enthalten ist. Sodann ist bei 1816 Kühlmittel, das zwischen dem oberen und unteren Kühlmantel fließt, mit dem oberen und unteren Kühlmantel über mindestens einen Überleitungskühlkanal strömungstechnisch gekoppelt. Es ist offensichtlich, dass in einigen Ausführungsformen Schritt 1816 nach Schritt 1802 und vor Schritt 1806 implementiert werden kann.
Sodann umfasst das Verfahren bei 1818 Kühlmittel, das vom Zylinderkopf-Kühlsystem zu einer Kühlmittelleitung fließt, die mit einem Kühler gekoppelt ist. In einigen Beispielen kann Kühlmittel, das vom Zylinderkopf-Kühlsystem zu einer Kühlmittelleitung fließt, die mit einem Kühler gekoppelt ist, bei 1820 Kühlmittel umfassen, das von einem Auslass des unteren Kühlmantels in eine Kühlmittelleitung fließt, die mit einem Kühler gekoppelt ist. Noch weiter kann in einigen Beispielen Kühlmittel, das vom Zylinderkopf-Kühlsystem zu einer Kühlmittelleitung fließt, die mit einem Kühler gekoppelt ist, bei 1822 Kühlmittel umfassen, das von einem Auslass des oberen Kühlmantels in eine Kühlmittelleitung fließt, die mit einem Kühler gekoppelt ist.
19 zeigt ein Verfahren 1900 für den Betrieb eines Zylinderkopf-Kühlsystems in einem Zylinderkopf eines Motors. Verfahren 1900 kann durch die oben beschriebenen Systeme und Komponenten ausgeführt werden. Jedoch kann Verfahren 1900 in anderen Ausführungsformen auch durch andere geeignete Systeme und Komponenten implementiert werden.
Zuerst umfasst das Verfahren bei 1902 die Feststellung, ob der Motor unter einer Schwellenwerttemperatur ist. Die Schwellenwerttemperatur kann auf Basis der Materialeigenschaften der Art des im Motor verwendeten Kraftstoffs, der Art des Emissionskontrollsystems, das mit dem Motor gekoppelt ist, usw. berechnet werden. Wenn festgestellt wird, dass der Motor nicht unter einer Schwellenwerttemperatur ist (NEIN bei 1902), fährt Verfahren 1900 mit 1904 fort, wobei Verfahren 1800 implementiert wird. Nach 1904 endet das Verfahren. Wenn jedoch festgestellt wird, dass der Motor unter einer Schwellenwerttemperatur ist (JA bei 1902), fährt das Verfahren mit 1906 fort, wobei das Verfahren Kühlmittel umfasst, das von einem nachgeschalteten Wärmetauscher in einen Abgasflansch-Kühlkanal fließt. So kann Kühlmittel auf Basis der Motortemperatur von einem nachgeschalteten Wärmetauscher selektiv in den Abgasflansch-Kühlkanal strömen. Der nachgeschaltete Wärmetauscher kann so konfiguriert werden, dass er Abgaswärme von einem Abgassystem, das mit einem Abgaskrümmer gekoppelt ist, zurückgewinnt. Daher kann Abgaswärme von den Abgasen zum Abgasflansch während eines Kaltstarts des Motors übertragen werden, um die Zeit für das Aufwärmen der Abgassystemkomponenten zu verringern. Das Verfahren kann weiter in einigen Beispielen nach Schritt 1906 eine erhebliche Verhinderung des Kühlmittelflusses vom Zylinderblock zum Zylinderkopf umfassen. Nach 1906 endet das Verfahren. So kann Wärme während eines Kaltstarts vom Abgasflansch-Kühlsystem übertragen werden, was die Temperatur des Abgassystems erhöht und dadurch den Betrieb eines Emissionskontrollsystems verbessert, das dem Abgaskrümmerflansch nachgeschaltet ist.
Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren ermöglichen die Einbeziehung des Flansches in einen Abgaskrümmer, was die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Verschlechterung des Abgaskrümmers (z. B. Flansch) verringert und damit die Langlebigkeit des Abgaskrümmers erhöht. Des Weiteren ist offensichtlich, dass der Abgasflansch-Kühlkanal über die Modifizierung eines vorhandenen Teils in einem Zylinderkopf konstruiert werden kann, was die Größe und die Kosten des Zylinderkopfes verringern kann.
Es ist offensichtlich, dass die hier beschriebenen Konfigurationen und/oder Verfahren Beispielcharakter haben und dass diese spezifischen Ausführungsformen oder Beispiele nicht als einschränkend anzusehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Subkombinationen der verschiedenen Merkmale, Funktionen und/oder hier offenbarte Eigenschaften sowie jegliche Entsprechungen davon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7367294 [0001]

Claims

Ein Zylinderkopf mit einem integrierten Abgaskrümmer, wobei der integrierte Abgaskrümmer einen Abgaskrümmerflansch umfasst, der Zylinderkopf umfassend: einen Kühlmittelauslass in Kommunikation mit einem Kanal mit höherem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems; einen Kühlmittelauslass in Kommunikation mit einem Kanal mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems; und einen Abgasflansch-Kühlkanal, der zumindest teilweise den Abgaskrümmerflansch quert und in Kommunikation mit dem Kühlmitteleinlass und Kühlmittelauslass ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei besagter Abgasflansch-Kühlkanal mindestens einen Abgaskrümmerflanschkanal im Abgaskrümmerflansch und einen Kanal in einem zweiten Flansch umfasst, der in einer nachgeschalteten Komponente enthalten ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 2, wobei die nachgeschaltete Komponente ein Turbolader ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Flanschdichtung zwischen dem Abgaskrümmerflansch und einem zweiten Flansch, der in einer nachgeschalteten Komponente enthalten ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 4, wobei die Flanschdichtung eine innere Dichtung und eine äußere Dichtung umfasst, die mit dem Abgaskrümmerflansch und dem zweiten Flansch gekoppelt sind und eine Grenze des Abgaskrümmerflansch-Kühlkanals definieren.
Zylinderkopf nach Anspruch 5, wobei die inneren und äußeren Dichtungen über Steckverbinder gekoppelt sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 5, wobei die inneren und äußeren Dichtungen Metallprägungen sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei der Kühlmitteleinlass und -auslass mit Kühlmittelkanälen gekoppelt sind, die sich in den Zylinderkopf erstrecken.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, weiter umfassend einen zweiten Abgasflansch-Kühlkanal, der zumindest teilweise den Abgaskrümmerflansch quert, umfassend einen zweiten Kühlmitteleinlass, der mit einer zweiten Region mit höherem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems gekoppelt ist, und einen zweiten Kühlmittelauslass, der mit einer zweiten Region mit niedrigerem Druck des Zylinderkopf-Kühlsystems gekoppelt ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, wobei das Zylinderkopf-Kühlsystem einen oberen und einen unteren Kühlmantel und mindestens einen Überleitungskühlkanal umfasst, der den oberen Kühlmantel mit dem unteren Kühlmantel koppelt.