DE102012020381B4

DE102012020381B4 - Cylinder head with integrated exhaust manifold

Info

Publication number: DE102012020381B4
Application number: DE102012020381.0A
Authority: DE
Inventors: Nico Schreeck; Herman van Vlaardingen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: DE102012020381A1

Abstract

Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer (2), wobei der Abgaskrümmer (2) umfasst:einen ersten Kanal (11, 15) und einen zweiten Kanal (12, 16), die in dem Zylinderkopf (1) gebildet sind, wobei der erste Kanal (11, 15) eine erste Öffnung (13, 17) und der zweite Kanal (12, 16) eine zweite Öffnung (14, 18) aufweist, die positioniert sind, um Abgase von unterschiedlichen Auslassöffnungen (6, 7) desselben Zylinders zu empfangen;wobei sich der erste Kanal (11, 15) entlang einer ersten Leitkurve (41) erstreckt undwobei sich der zweite Kanal (12, 16) entlang einer zweiten Leitkurve (42) erstreckt,wobei die erste Leitkurve (41) und die zweite Leitkurve (42) unterschiedliche Verläufe aufweisen, wobei der erste Kanal (11, 15) und der zweite Kanal (12, 16) auf voneinander verschiedenen Höhenniveaus zu einer Vereinigungsstelle (21, 22), an der sich der erste Kanal (11, 15) und der zweite Kanal (12, 16) vereinigen, in dem Zylinderkopf (1) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitkurve (41) und die zweite Leitkurve (42) voneinander verschiedene Steigungen gegenüber einer Ebene (40), in der eine Abgasöffnung (20) des Abgaskrümmers (2) liegt, aufweisen, so dass eine wechselseitige Beeinflussung zwischen einer Strömung des ersten Kanals (11, 15) und einer Strömung des zweiten Kanals (12, 16) gering ist.Cylinder head with integrated exhaust manifold (2), wherein the exhaust manifold (2) comprises: a first channel (11, 15) and a second channel (12, 16) formed in the cylinder head (1), the first channel (11 , 15) has a first opening (13, 17) and the second channel (12, 16) has a second opening (14, 18) positioned to receive exhaust gases from different outlet openings (6, 7) of the same cylinder; the first channel (11, 15) extends along a first guide curve (41) and the second channel (12, 16) extends along a second guide curve (42), the first guide curve (41) and the second guide curve (42) different courses, wherein the first channel (11, 15) and the second channel (12, 16) at mutually different height levels to a junction (21, 22), at which the first channel (11, 15) and the second channel (12, 16) merge, run in the cylinder head (1), characterized in that the first Lei tureve (41) and the second guide curve (42) have mutually different slopes from a plane (40) in which an exhaust port (20) of the exhaust manifold (2) is located, so that an interaction between a flow of the first channel (11 , 15) and a flow of the second channel (12, 16) is low.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem eines Motors und insbesondere einen Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer, einen Motor, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Zylinderkopfes.The invention relates to an exhaust system of an engine, and more particularly to a cylinder head with an integrated exhaust manifold, an engine, a vehicle, and a method of manufacturing such a cylinder head.

In modernen Fahrzeugen ist ein Verbrennungsmotor mit einem Abgassystem zum Abführen von Abgas, das im Inneren eines Motors durch Verbrennung entsteht, ausgestattet. Öffnungen sind in dem Zylinderkopf ausgebildet, um Abgas von einem Zylinder abzuführen. Das aus der Auslassöffnung des Zylinders abgeführte Abgas wird durch den Abgaskrümmer hindurch einem Katalysator zugeführt. Dabei können die Abgaskanäle unterschiedlicher Zylinder zusammengeführt und über einen Abgasauslass des Abgaskrümmers das Abgas in Richtung des Katalysators geleitet werden.In modern vehicles, an internal combustion engine is equipped with an exhaust system for removing exhaust gas generated inside an engine by combustion. Openings are formed in the cylinder head to exhaust exhaust gas from a cylinder. The exhaust gas discharged from the exhaust port of the cylinder is supplied to a catalyst through the exhaust manifold. In this case, the exhaust ducts of different cylinders can be brought together and the exhaust gas can be directed in the direction of the catalyst via an exhaust gas outlet of the exhaust manifold.

In traditionellen Ausgestaltungen ist der Abgaskrümmer als eine separate Komponente hergestellt und beispielsweise mittels Bolzen oder dergleichen am Zylinderkopf montiert. Für eine kompaktere Ausgestaltung kann der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert sein. Dazu sind entsprechende Kanäle in dem Zylinderkopf gebildet. Die DE 10 2008 058 852 A1 und die DE 10 2009 001 542 A1 beschreiben Beispiele für Abgaskrümmer, die in den Zylinderkopf eines Motors integriert sind.In traditional embodiments, the exhaust manifold is made as a separate component and mounted to the cylinder head, for example, by bolts or the like. For a more compact design of the exhaust manifold may be integrated into the cylinder head. For this purpose, corresponding channels are formed in the cylinder head. The DE 10 2008 058 852 A1 and the DE 10 2009 001 542 A1 describe examples of exhaust manifolds integrated into the cylinder head of an engine.

Bei herkömmlichen Ausgestaltungen von derartigen Abgaskrümmern werden Kanäle, die mit unterschiedlichen Auslassöffnungen desselben Zylinders verbunden sind, so geführt, dass sie von den Auslassöffnungen im Wesentlichen symmetrisch zu einer Vereinigungsstelle verlaufen, an der sich die Kanäle, die die mit unterschiedlichen Auslassöffnungen desselben Zylinders verbunden sind, zu einem zusammengeführten Kanal vereinigen.In conventional embodiments of such exhaust manifolds, passages connected to different outlet ports of the same cylinder are routed so as to extend from the exhaust ports substantially symmetrically to a junction where the passages connected to different exhaust ports of the same cylinder communicate. consolidate into a merged channel.

7 zeigt ein Beispiel für eine Geometrie eines derartigen Abgaskrümmers 70. Mehrere Kanäle 71, 72 und 73, 74 sind jeweils mit unterschiedlichen Auslassöffnungen eines äußeren Zylinders verbunden. Die Kanäle 71, 72, die mit den Auslassöffnungen des ersten Zylinders verbunden sind, und die Kanäle 73, 74, die mit den Auslassöffnungen des vierten Zylinders verbunden sind, werden seitlich nebeneinander zu einer Vereinigungsstelle geführt, an der sich die Kanäle zu einem zusammengeführten Kanal vereinigen. Dabei verlaufen die Kanäle 71, 72 im Wesentlichen entlang gleich geformter und symmetrisch angeordneter Leitkurven. Die Kanäle 71, 72 verlaufen so, dass beide Kanäle 71, 72 jeweils auf demselben Höhenniveau gegenüber einer Referenzebene 75 geführt werden. Dies gilt entsprechend für die Kanäle 73, 74. An ihrer Vereinigungsstelle treffen die Kanäle 71 und 72 seitlich aufeinander. 8 illustriert die Kanalquerschnitte der Kanäle 71, 72 an der Vereinigungsstelle. Flächenmittelpunkte 76, 77 der Kanalquerschnitte der Kanäle 71, 72 weisen dieselbe Höhe gegenüber der Bezugsebene 75 auf, in der der Abgasauslass des Abgaskrümmers 70 liegen kann. 7 shows an example of a geometry of such exhaust manifold 70 , Several channels 71 . 72 and 73 . 74 are each connected to different outlet openings of an outer cylinder. The channels 71 . 72 , which are connected to the outlet openings of the first cylinder, and the channels 73 . 74 , which are connected to the outlet openings of the fourth cylinder, are guided laterally side by side to a junction where the channels merge into a merged channel. The channels are running 71 . 72 essentially along identically shaped and symmetrically arranged guide curves. The channels 71 . 72 run so that both channels 71 . 72 each at the same height level with respect to a reference plane 75 be guided. This applies accordingly to the channels 73 . 74 , At their junction the canals meet 71 and 72 laterally to each other. 8th illustrates the channel cross sections of the channels 71 . 72 at the association office. Centroids 76 . 77 the channel cross sections of the channels 71 . 72 have the same height relative to the reference plane 75 on, in which the exhaust outlet of the exhaust manifold 70 can lie.

Aus der DE 10 2008 035 957 A1 geht ein Zylinderkopf hervor, der eine besondere Anordnung von Ölrückführleitungen vorschlägt. Hier wird ein integrierter Abgaskrümmer vorgeschlagen, bei dem zwei Abgasleitungen eines Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammengeführt werden.From the DE 10 2008 035 957 A1 goes out a cylinder head, which proposes a special arrangement of oil return lines. Here, an integrated exhaust manifold is proposed, are brought together in the two exhaust pipes of a cylinder to a partial exhaust gas line.

Aus der DE 10 2011 078 929 A1 ist ein Zylinderkopf bekannt, der ebenfalls eine besondere Anordnung von Kühlmänteln und Verbindungskühlmittelkanälen aufweist. Es wird ein Auslasskrümmer beschrieben mit Auslasskrümmerrohren, wobei jeweils zwei Abgasleitungen eines Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammengeführt werden.From the DE 10 2011 078 929 A1 a cylinder head is known, which also has a special arrangement of cooling jackets and connecting coolant channels. An exhaust manifold is described with exhaust manifolds, wherein two exhaust pipes of a cylinder are merged into a partial exhaust gas line.

Die US 2010/0251704 A1 ist auf einen Zylinderkopf gerichtet, der ebenfalls eine aufgrund der Zusammenführung von Teilabgasleitungen besonders vorteilhafte Anordnung von Kühlmänteln aufweist. Es wird ein Auslasskrümmer beschrieben mit Auslasskrümmerrohren, wobei jeweils zwei Abgasleitungen eines Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammengeführt werden. Durch die Aufweitung des Abgasauslasses wird eine Vergleichmäßigung der Abgasströmung erreicht.The US 2010/0251704 A1 is directed to a cylinder head, which also has a particularly advantageous due to the merger of partial exhaust lines arrangement of cooling jackets. An exhaust manifold is described with exhaust manifolds, wherein two exhaust pipes of a cylinder are merged into a partial exhaust gas line. Due to the widening of the exhaust gas outlet, a homogenization of the exhaust gas flow is achieved.

Aus der US 2012/0037101 A1 ist ein Zylinderkopf bekannt, bei dem die Abgasleitungen von inneren Zylindern in bestimmten Bereichen kleinere Querschnitte aufweisen als die Abgasleitungen von außen angeordneten Zylindern. Dadurch soll ein Strömungswiderstand der Abgasströmung verringert werden.From the US 2012/0037101 A1 a cylinder head is known in which the exhaust pipes of inner cylinders in certain areas have smaller cross sections than the exhaust pipes from the outside arranged cylinders. This is intended to reduce a flow resistance of the exhaust gas flow.

Die EP 2 143 926 A1 betrifft eine Kombination von Zylinderkopf und Turbine. Auch hier werden Abgasleitungen der einzelnen Zylinder zu Gesamtabgasleitungen zusammengeführt. Hier wird die Umleitung der Abgasströmungen im Bereich der Sammelstellen diskutiert und die daher erforderliche besondere Kühlung des Zylinderkopfes.The EP 2 143 926 A1 concerns a combination of cylinder head and turbine. Here, too, exhaust pipes of the individual cylinders are combined to form total exhaust gas lines. Here the diversion of the exhaust gas flows in the area of the collection points is discussed and the therefore required special cooling of the cylinder head.

Aus der EP 2 172 635 A1 ist ein Zylinderkopf bekannt, der zwei Abgaskrümmer aufweist. Die Abgaskrümmer sind jeweils Gruppen von unterschiedlichen Zylindern zugeordnet. Es werden jeweils zwei Abgasleitungen eines Zylinders zu einer Teilabgasleitung zusammengeführt. Die Abgasleitungen eines jeden Krümmers sind jeweils auf gleichem Höhenniveau angeordnet.From the EP 2 172 635 A1 a cylinder head is known which has two exhaust manifolds. The exhaust manifolds are each assigned to groups of different cylinders. In each case, two exhaust gas lines of a cylinder are combined to form a partial exhaust gas line. The exhaust pipes of each manifold are each arranged at the same height level.

Aus der WO 2010/015654 A1 ist ein Zylinderblock mit Abgasleitungen bekannt, die bereits innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammengeführt werden. Dabei wird ein Großteil der Abgasleitungsflächen gekühlt.From the WO 2010/015654 A1 is a cylinder block with exhaust pipes known already be merged within the cylinder head to an overall exhaust line. In this case, a large part of the exhaust pipe surfaces is cooled.

Aus der DE 699 22 779 T2 ist ein Auspuffkrümmer einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, wobei eine Mehrzahl von Kanälen ein Abgas ausgehend von den einzelnen Motorzylindern hin zu einem Mischrohr führt.From the DE 699 22 779 T2 For example, an exhaust manifold of an internal combustion engine is known, wherein a plurality of ducts leads an exhaust gas from the individual engine cylinders to a mixing tube.

Herkömmliche Ausgestaltungen von Abgaskrümmern können dazu führen, dass es starke Verwirbelungen in der Umgebung der Vereinigungsstelle gibt. Die sprunghafte Änderung des Kanalquerschnitts an der Vereinigungsstelle kann zu einer Strömungsablösung von der Außenwand führen. Dies kann den Durchflusswiderstand wesentlich erhöhen. Insbesondere kann für die Kanäle, die jeweils Abgas von einem äußeren Zylinder in Richtung des Abgasauslasses führen, der Durchflusswiderstand deutlich größer sein als für die entsprechenden Kanäle der inneren Zylinder.Conventional exhaust manifold designs can cause strong turbulence around the junction. The abrupt change of the channel cross section at the junction can lead to a flow separation from the outer wall. This can significantly increase the flow resistance. In particular, for the channels which each lead exhaust gas from an outer cylinder in the direction of the exhaust gas outlet, the flow resistance can be significantly greater than for the corresponding channels of the inner cylinder.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgassystem, einen Motor, ein Fahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, bei welchen eine Charakteristik des Abgassystems im Hinblick auf den Durchflusswiderstand für Kanäle, die Abgas von äußeren Zylindern abführen, verbessert werden kann.It is an object of the present invention to provide an exhaust system, an engine, a vehicle, and a method in which a characteristic of the exhaust system can be improved in terms of flow resistance for ducts discharging exhaust gas from outer cylinders.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer und ein Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.This object is achieved by a cylinder head with integrated exhaust manifold and a method having the features specified in the independent claims. The subclaims define further embodiments.

Erfindungsgemäß wird ein Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer bereitgestellt. Der Abgaskrümmer umfasst einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, die in dem Zylinderkopf gebildet sind, wobei der erste Kanal eine erste Öffnung und der zweite Kanal eine zweite Öffnung aufweist, die positioniert sind, um Abgase von unterschiedlichen Auslassöffnungen desselben Zylinders zu empfangen. Der erste Kanal erstreckt sich entlang einer ersten Leitkurve und der zweite Kanal erstreckt sich entlang einer zweiten Leitkurve. Die erste Leitkurve und die zweite Leitkurve sind unterschiedlich. Durch die Führung der Kanäle entlang unterschiedlicher Leitkurven kann eine wechselseitige Beeinflussung zwischen einer Strömung des ersten Kanals und einer Strömung des zweiten Kanals gering gehalten werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass sich eine Strömung des ersten Kanals und eine Strömung des zweiten Kanals an einer Vereinigungsstelle, an der sich der erste Kanal und der zweite Kanal vereinigen, weitestgehend nicht beeinflussen.According to the invention, a cylinder head with integrated exhaust manifold is provided. The exhaust manifold includes a first channel and a second channel formed in the cylinder head, the first channel having a first opening and the second channel having a second opening positioned to receive exhaust gases from different outlet openings of the same cylinder. The first channel extends along a first track and the second channel extends along a second track. The first guide curve and the second guide curve are different. By guiding the channels along different guide curves, a mutual influence between a flow of the first channel and a flow of the second channel can be kept low. In particular, it can be achieved that a flow of the first channel and a flow of the second channel at a junction, where the first channel and the second channel unite, largely do not influence.

Eine geringe wechselseitige Beeinflussung der Strömungen kann durch die Kanalführung erreicht werden, indem die Ausbildung einer Sperrströmung unterbunden oder zumindest reduziert wird. Eine der Leitkurven kann einen größeren Krümmungsradius aufweisen als die andere der Leitkurven. Der erste Kanal und der zweite Kanal können so geführt sein, dass ein Strömungsfelds desjenigen Kanals, dessen Leitkurve einen kleineren Krümmungsradius aufweist (d.h. stärker gekrümmt ist), das Strömungsfeld des Kanals, dessen Leitkurve den größeren Krümmungsradius aufweist (d.h. weniger stark gekrümmt ist), nicht oder nur schwach einengt. An einer Vereinigungsstelle, an der sich der erste Kanal und der zweite Kanal vereinigen, kann die Kanalführung derart gewählt sein, dass ein Überlapp eines Strömungsfeldes des ersten Kanals und eines Strömungsfeldes des zweiten Kanals in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung kleiner oder maximal gleich 30% eines Querschnitts eines der Kanäle ist. Dadurch wird eine geringe wechselseitige Beeinflussung der Strömungen erreicht.A slight mutual influence of the flows can be achieved by the channel guide by the formation of a barrier flow is prevented or at least reduced. One of the guide curves may have a larger radius of curvature than the other of the guide curves. The first channel and the second channel may be guided such that a flow field of that channel whose lead curve has a smaller radius of curvature (ie, is more curved), the flow field of the channel whose lead curve has the greater radius of curvature (ie is less curved), not narrowly or narrowly. At a junction at which the first channel and the second channel unite, the channel guide may be selected such that an overlap of a flow field of the first channel and a flow field of the second channel in a plane transverse to the flow direction less than or equal to 30% of a Cross section of one of the channels is. As a result, a slight mutual influence of the currents is achieved.

Die erste Leitkurve und die zweite Leitkurve können asymmetrisch, insbesondere mit unterschiedlichen Steigungen und/oder unterschiedlichen Krümmungen, zu einer Vereinigungsstelle an der sich der erste Kanal und der zweite Kanal vereinigen, in dem Zylinderkopf verlaufen. Ein asymmetrischer Verlauf kann insbesondere dann vorliegen, wenn die erste Leitkurve und die zweite Leitkurve von der entsprechenden Öffnung des Zylinders so zur Vereinigungsstelle laufen, dass keine Symmetrieebene oder Symmetrieachse existiert, zu der die erste und zweite Leitkurve symmetrisch liegen. An der Stelle, an der die erste Leitkurve und die zweite Leitkurve aufeinandertreffen, kann eine Tangente an die erste Leitkurve einen Winkel mit einer Tangente an die zweite Leitkurve einschließen. Der Winkel zwischen der Tangente der ersten Leitkurve und der Tangente der zweiten Leitkurve an der Stelle, an der die ersten und zweiten Leitkurven aufeinandertreffen, kann mindestens 10° und höchstens 45° betragen .The first guide curve and the second guide curve can asymmetrically, in particular with different slopes and / or different curvatures, combine to form a junction at which the first channel and the second channel, run in the cylinder head. An asymmetric course can be present in particular when the first guide curve and the second guide curve run from the corresponding opening of the cylinder to the point of union in such a way that there is no plane of symmetry or symmetry axis to which the first and second guide curve are symmetrical. At the location where the first and second trajectories meet, a tangent to the first trajectory may include an angle tangent to the second trajectory. The angle between the tangent of the first guide curve and the tangent of the second guide curve at the point where the first and second guide curves meet can be at least 10 ° and at most 45 °.

Die erste Leitkurve und die zweite Leitkurve können voneinander verschiedene Steigungen gegenüber einer Ebene, in der ein Abgasauslass des Abgaskrümmers liegt, aufweisen. The first guide curve and the second guide curve may have mutually different slopes with respect to a plane in which an exhaust gas outlet of the exhaust manifold is located.

Eine Querschnittsfläche des ersten Kanals und/oder des zweiten Kanals kann sich entlang der entsprechenden Leitkurve von einer Kreisform zu einer Ellipsenform verändern. Eine Exzentrizität der Ellipsenform kann sich entlang der entsprechenden Leitkurve ändern. Dadurch kann die Bildung von Verwirbelungen weiter verringert werden.A cross-sectional area of the first channel and / or the second channel may change from a circular shape to an elliptical shape along the corresponding guide curve. An eccentricity of the ellipse shape can change along the corresponding guide curve. As a result, the formation of turbulences can be further reduced.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer bereitgestellt. Der Abgaskrümmer umfasst einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, die in dem Zylinderkopf gebildet sind, wobei der erste Kanal eine erste Öffnung und der zweite Kanal eine zweite Öffnung aufweist, die positioniert sind, um Abgase von unterschiedlichen Auslassöffnungen desselben Zylinders zu empfangen. Der erste Kanal und der zweite Kanal sind so geführt, dass sie auf voneinander unterschiedlichen Höhenniveaus zu einer Vereinigungsstelle, an der sich der erste Kanal und der zweite Kanal vereinigen, in dem Zylinderkopf verlaufen.According to another aspect of the invention, a cylinder head with integrated exhaust manifold is provided. The exhaust manifold includes a first channel and a second channel formed in the cylinder head, the first channel having a first port and the second port having a second port positioned to receive exhaust gases from different exhaust ports of the same cylinder. The first channel and the second channel are guided to extend in mutually different height levels to a junction where the first channel and the second channel merge in the cylinder head.

Bei einer derartigen Ausgestaltung wird durch die Zusammenführung des ersten Kanals und des zweiten Kanals auf unterschiedlichen Höhenniveaus erreicht, dass die äußeren Seitenwände der Kanäle länger eine Stützwirkung ausüben können. Eine Kanalführung wird möglich, bei der die in dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal geführten Strömungen schon vor dem Zusammentreffen weitgehend gleichgerichtet werden und sich gegenseitig weniger stark behindern. Dadurch kann der Durchflusswiderstand verringert werden. Der Volumenstrom kann entsprechend verbessert werden.In such an embodiment, the merging of the first channel and the second channel at different height levels ensures that the outer side walls of the channels can exert a supporting effect for a longer time. A channel guidance becomes possible, in which the flows conducted in the first channel and the second channel are largely rectified even before the meeting and hinder each other less. This can reduce the flow resistance. The volume flow can be improved accordingly.

Eine derartige Zusammenführung des ersten Kanals und des zweiten Kanals auf unterschiedlichen Höhenniveaus kann nur für die äußeren Zylinder, aber nicht für die inneren Zylinder verwendet werden. Auf diese Weise kann der Durchflusswiderstand gezielt für die Abgasströmung von den äußeren Zylindern zu einem Abgasauslass, beispielsweise einem Abgasflansch, des Abgaskrümmers verringert werden.Such merging of the first channel and the second channel at different height levels can be used only for the outer cylinders but not for the inner cylinders. In this way, the flow resistance for the exhaust gas flow from the outer cylinders to an exhaust gas outlet, for example an exhaust flange, of the exhaust gas manifold can be reduced in a targeted manner.

Der erste Kanal und der zweite Kanal können wenigstens teilweise in dem Zylinderkopf übereinander geführt sein. Dadurch kann ein Abgaskrümmer mit kompakter Bauweise und verringertem Durchflusswiderstand verwirklicht werden. Wenigstens ein Abschnitt des ersten Kanals kann so angeordnet sein, dass er zwischen einem Abschnitt des zweiten Kanals und einer Bezugsebene positioniert ist, die beispielsweise durch den Abgasauslass, beispielsweise einen Abgasflansch, des Abgaskrümmers definiert ist.The first channel and the second channel may be at least partially overlaid in the cylinder head. Thereby, an exhaust manifold with a compact construction and reduced flow resistance can be realized. At least a portion of the first channel may be arranged to be positioned between a portion of the second channel and a reference plane defined by, for example, the exhaust gas outlet, eg, an exhaust flange, of the exhaust manifold.

Ein Flächenmittelpunkt einer Querschnittsfläche des ersten Kanals und ein Flächenmittelpunkt einer Querschnittsfläche des zweiten Kanals können an der Vereinigungsstelle auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet sein. Der Flächenmittelpunkt der Querschnittsfläche des ersten Kanals und der Flächenmittelpunkt der Querschnittsfläche des zweiten Kanals an der Vereinigungsstelle können unterschiedliche Höhen gegenüber einer Ebene aufweisen, in der ein Abgasauslass, beispielsweise ein Abgasflansch, des Abgaskrümmers liegtA centroid of a cross-sectional area of the first channel and a centroid of a cross-sectional area of the second channel may be disposed at different points of height at the junction. The centroid of the cross-sectional area of the first channel and the centroid of the cross-sectional area of the second channel at the junction may have different heights from a plane in which an exhaust outlet, such as an exhaust flange, of the exhaust manifold is located

Nach der Vereinigungsstelle kann ein zusammengeführter Kanal in Richtung des Abgasauslasses des Abgaskrümmers weiterverlaufen, wobei der zusammengeführte Kanal einen Kanalquerschnitt aufweisen kann, dessen Form zwei miteinander überlappenden Ellipsen entspricht. Die Flächenmittelpunkte dieser beiden überlappenden Ellipsen können dabei auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sein.After the junction point, a merged channel can proceed in the direction of the exhaust gas outlet of the exhaust manifold, wherein the merged channel can have a channel cross section whose shape corresponds to two ellipses overlapping one another. The area centers of these two overlapping ellipses can be arranged at different heights.

Der Zylinderkopf kann eine entsprechende Kombination von einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal, die auf unterschiedlichen Höhenniveaus verlaufen, für beide äußere Zylinder aufweisen.The cylinder head may have a corresponding combination of a first channel and a second channel that are at different height levels for both outer cylinders.

Der Zylinderkopf kann aus einem Material bestehen, das Aluminium umfasst. Der Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer kann als Gussteil mit einem Aluminium-Gussverfahren hergestellt sein.The cylinder head may be made of a material comprising aluminum. The cylinder head with integrated exhaust manifold can be manufactured as a casting with an aluminum casting process.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Motor angegeben, der einen Zylinder mit einer ersten Auslassöffnung und einer zweiten Auslassöffnung und einen Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer nach einem Ausführungsbeispiele umfasst, wobei die erste Öffnung des ersten Kanals an der ersten Auslassöffnung des Zylinders und die zweite Öffnung des zweiten Kanals an der zweiten Auslassöffnung des Zylinders positioniert ist.According to another aspect of the invention, there is provided an engine comprising a cylinder having a first exhaust port and a second exhaust port and a cylinder head with integrated exhaust manifold according to an embodiment, wherein the first port of the first port is at the first exhaust port of the cylinder and the second port of the second channel is positioned at the second outlet opening of the cylinder.

Der Abgaskrümmer kann einen einzigen Abgasauslass umfassen, beispielsweise einen Abgasflansch, über den Abgase von allen Zylindern des Motors über Kanäle in dem Zylinderkopf in Richtung eines Katalysators geleitet werden.The exhaust manifold may include a single exhaust outlet, such as an exhaust flange, through which exhaust gases from all cylinders of the engine are directed through ducts in the cylinder head toward a catalytic converter.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug angegeben, bei dem der Motor einen Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer nach einem Ausführungsbeispiel umfasst. According to a further aspect of the invention, a vehicle is provided in which the engine comprises a cylinder head with integrated exhaust manifold according to an embodiment.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes mit integriertem Abgaskrümmer nach einem Ausführungsbeispiel angegeben, wobei der Zylinderkopf durch ein Gussverfahren hergestellt wird. Der Zylinderkopf kann in einem Aluminium-Gussverfahren hergestellt werden.According to another aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a cylinder head with an integrated exhaust manifold according to an embodiment, wherein the cylinder head is manufactured by a casting process. The cylinder head can be manufactured in an aluminum casting process.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen in einen Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Draufsicht,
2 eine isometrische Ansicht des Abgaskrümmers,
3 eine isometrische Detailansicht von Kanälen des Abgaskrümmers, zur Veranschaulichung eines Strömungsfeldes,
4 eine vergrößerte teilweise Draufsicht des Abgaskrümmers,
5 eine Schnittansicht entlang einer in 4 dargestellten Linie V-V,
6 eine schematische Blockdarstellung eines Fahrzeugs mit einem Abgaskrümmer nach einem Ausführungsbeispiel,
7 eine isometrische Ansicht eines Abgaskrümmers nach dem Stand der Technik und
8 eine Schnittansicht durch Kanäle des Abgaskrümmers von 7 an einer Vereinigungsstelle.

The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 an exhaust manifold integrated into a cylinder head according to an embodiment of the invention in a plan view,
2 an isometric view of the exhaust manifold,
3 an isometric detailed view of channels of the exhaust manifold, to illustrate a flow field,
4 an enlarged partial top view of the exhaust manifold,
5 a sectional view along an in 4 illustrated line VV .
6 1 is a schematic block diagram of a vehicle having an exhaust manifold according to an embodiment;
7 an isometric view of an exhaust manifold according to the prior art and
8th a sectional view through channels of the exhaust manifold of 7 at a union office.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detailliert erläutert. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen dabei lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung und sind nicht als den Bereich der Erfindung einschränkend auszulegen.Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments serve only to illustrate the invention and are not to be construed as limiting the scope of the invention.

Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen ist nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Ausführung der vorliegenden Erfindung notwendig sind, da andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale aufweisen können.Features of various embodiments may be combined with each other unless otherwise specified. A description of an embodiment having a plurality of features is not to be construed as requiring all of these features for practicing the present invention, as other embodiments may have fewer features and / or alternative features.

1 zeigt eine Kanalstruktur eines Abgaskrümmers 2 nach einem Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht und 2 zeigt eine isometrische Ansicht der Kanalstruktur. Der Abgaskrümmer 2 kann in einen (in 1 nur schematisch angedeuteten) Zylinderkopf 1 derart integriert sein, dass die Kanäle des Abgaskrümmers in dem Zylinderkopf 1 gebildet sind. Der Zylinderkopf 1 mit den Kanälen des Abgaskrümmers kann als Gussteil, beispielsweise in einem Aluminium-Gussverfahren, hergestellt werden. Die Kanalstruktur des Abgaskrümmers 2 weist mehrere Kanäle auf. Zumindest jedem äußeren Zylinder sind dabei ein Paar von Kanälen 11, 12 oder von Kanälen 15, 16 zugeordnet. Eine erste Öffnung 13 eines ersten Kanals 11 kann mit einer ersten Auslassöffnung eines äußeren Zylinders, beispielsweise des ersten Zylinders, verbunden sein. Eine zweite Öffnung 14 eines zweiten Kanals 12 kann mit einer zweiten Auslassöffnung desselben äußeren Zylinders, beispielsweise des ersten Zylinders, verbunden sein. Die Positionen der Öffnungen 13, 14 der Kanäle 11, 12 kann der Position von Auslassöffnungen des Zylinders entsprechen, so dass die Öffnungen 13, 14 direkt an den Auslassöffnungen des Zylinders anliegen. Der erste Kanal 11 und der zweite Kanal 12 werden an einer Vereinigungsstelle 21 zusammengeführt. Ein zusammengeführter Kanal 23 läuft von der Vereinigungsstelle 21 in Richtung eines Abgasauslasses 20, der als Abgasflansch ausgestaltet sein kann, weiter. Der zusammengeführte Kanal 23 transportiert die Abgase, die von dem äußeren Zylinder an unterschiedlichen Auslassöffnungen abgegeben werden, führt diese in Richtung der Abgasöffnung 20 des Abgaskrümmers und lenkt sie dabei um. Der zusammengeführte Kanal 23 kann dabei mit weiteren Kanälen zusammengeführt werden. Der zusammengeführte Kanal 23 kann zumindest für eine vorgegebene Länge nach der Vereinigungsstelle 21 eine Form aufweisen, die der Außeneinhüllenden zweier überlappender Ellipsen entspricht. Dabei können die Flächenmittelpunkte der beiden Ellipsen unterschiedliche Höhen aufweisen. 1 shows a channel structure of an exhaust manifold 2 according to an embodiment in a plan view and 2 shows an isometric view of the channel structure. The exhaust manifold 2 can in a (in 1 only schematically indicated) cylinder head 1 be integrated so that the channels of the exhaust manifold in the cylinder head 1 are formed. The cylinder head 1 with the channels of the exhaust manifold can be produced as a casting, for example in an aluminum casting process. The duct structure of the exhaust manifold 2 has several channels. At least each outer cylinder is a pair of channels 11 . 12 or channels 15 . 16 assigned. A first opening 13 a first channel 11 may be connected to a first outlet opening of an outer cylinder, for example the first cylinder. A second opening 14 a second channel 12 may be connected to a second outlet opening of the same outer cylinder, for example the first cylinder. The positions of the openings 13 . 14 of the channels 11 . 12 may correspond to the position of outlet openings of the cylinder, so that the openings 13 . 14 directly against the outlet openings of the cylinder. The first channel 11 and the second channel 12 be at a union office 21 merged. A merged channel 23 runs from the association office 21 in the direction of an exhaust outlet 20 , which can be configured as exhaust flange, continue. The merged channel 23 transports the exhaust gases, which are discharged from the outer cylinder at different outlet openings, this leads in the direction of the exhaust port 20 the exhaust manifold and deflects it. The merged channel 23 can be merged with other channels. The merged channel 23 may be at least for a given length after the union 21 have a shape corresponding to the outer envelope of two overlapping ellipses. The area centers of the two ellipses can have different heights.

Wie unter Bezugnahme auf 3 bis 5 noch ausführlicher beschrieben wird, werden der erste Kanal 11 und der zweite Kanal 12 entlang unterschiedlicher Leitkurven zu der Vereinigungsstelle 21 geführt. Der erste Kanal 11 und der zweite Kanal 12 können in unterschiedlichen Höhenniveaus zu der Vereinigungsstelle 21 geführt werden. Der erste Kanal 11 und der zweite Kanal 12 können wenigstens teilweise übereinander geführt sein, so dass ein Abschnitt des ersten Kanals 11 zwischen einem Abschnitt des zweiten Kanals 12 und einer Ebene liegt, in der der Abgasauslass 20 des Abgaskrümmers liegt. Insbesondere kann an der Vereinigungsstelle 21, an der sich der erste Kanal 11 und der zweite Kanal 12 vereinigen, ein Abschnitt des ersten Kanals 11 zwischen dem zweiten Kanal 12 und der Ebene, in der der Abgasauslass 20 des Abgaskrümmers liegt, angeordnet sein. Dabei kann der Kanal, der zumindest abschnittsweise unterhalb des anderen Kanals geführt werden, jeweils der äußere der Kanäle sein, d.h. der Kanal 11 oder der Kanal 16.As with reference to 3 to 5 will be described in more detail, the first channel 11 and the second channel 12 along different tracks to the junction 21 guided. The first channel 11 and the second channel 12 can at different elevation levels to the unification point 21 be guided. The first channel 11 and the second channel 12 may be at least partially guided over each other, so that a portion of the first channel 11 between a section of the second channel 12 and a plane in which the exhaust outlet 20 the exhaust manifold is located. In particular, at the association office 21 , where the first channel 11 and the second channel 12 unite, a section of the first channel 11 between the second channel 12 and the plane in which the exhaust outlet 20 the exhaust manifold is located, be arranged. In this case, the channel, which are at least partially guided below the other channel, in each case be the outer of the channels, ie the channel 11 or the channel 16 ,

Eine entsprechende Kanalführung, bei der die Kanäle 15, 16, die mit unterschiedlichen Auslassöffnungen desselben Zylinders verbunden sind, entlang unterschiedlicher Leitkurven zu einer Vereinigungsstelle 22 geführt werden, kann auch für den anderen äußeren Zylinder, beispielsweise den vierten Zylinder, vorgesehen sein. Die Kanäle 15, 16 können mit einer Höhendifferenz zu der Vereinigungsstelle 22 geführt werden . Die Kanäle 15, 16 weisen Öffnungen 17, 18 auf, die mit Auslassöffnungen des entsprechenden Zylinders verbunden sind. Die Ausgestaltung und Wirkungsweise der Kanalführung der Kanäle 15, 16 für den anderen äußeren Zylinder kann identisch zur Ausgestaltung und Wirkungsweise der Kanalführung der Kanäle 11, 12 sein.An appropriate channel guide, where the channels 15 . 16 , which are connected to different outlet openings of the same cylinder, along different Leitkurven to a junction point 22 can be guided, can also be provided for the other outer cylinder, for example, the fourth cylinder. The channels 15 . 16 can with a height difference to the junction 22 be guided. The channels 15 . 16 have openings 17 . 18 on, which are connected to outlet openings of the corresponding cylinder. The design and operation of the channel management of the channels 15 . 16 for the other outer cylinder may be identical to the design and operation of the channel guide of the channels 11 . 12 be.

Für die inneren Zylinder können jeweils ebenfalls zwei Kanäle 31, 32 oder zwei Kanäle 33, 34 vorgesehen sein, die Abgase von den Auslassöffnungen des entsprechenden Zylinders in Richtung der Abgasauslasses 20 des Abgaskrümmers 2 leiten. Andere Ausgestaltungen der Kanalführung können für die Kanäle, die Abgase von den inneren Zylindern leiten, gewählt werden. Die Kanäle für die inneren Zylinder müssen nicht die nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 bis 5 näher beschriebene Ausgestaltung aufweisen, bei der die demselben Zylinder zugeordneten Kanäle 11, 12 oder Kanäle 15, 16 auf unterschiedlichen Höhenniveaus geführt werden.For the inner cylinders can each also have two channels 31 . 32 or two channels 33 . 34 be provided, the exhaust gases from the outlet openings of the corresponding cylinder in the direction of the exhaust outlet 20 the exhaust manifold 2 conduct. Other configurations of the ducting may be selected for the ducts that conduct exhaust gases from the inner cylinders. The channels for the inner cylinders do not need to be the ones below with reference to 3 to 5 Having described in more detail embodiment, wherein the channels assigned to the same cylinder 11 . 12 or channels 15 . 16 be guided at different height levels.

Durch die Kanalführung, bei der die Kanäle 11, 12 entlang unterschiedlicher Leitkurven, teilweise übereinander und auf unterschiedlichen Höhenniveaus geführt werden, kann ein Strömungsfeld mit relativ geringer Verwirbelung im Bereich der Vereinigungsstelle 21 erzeugt werden. Dies gilt ebenso für die entsprechend ausgestalteten Kanäle 15, 16 für den anderen äußeren Zylinder. Bei der dargestellten Kanalstruktur des Abgaskrümmers 2 werden die Abgase aller Zylinder durch den Abgaskrümmer zu einer einzigen Abgasöffnung 20 des Abgaskrümmers geführt.Through the ducting, where the channels 11 . 12 along different guide curves, partly over each other and at different height levels can be performed, a flow field with relatively little turbulence in the region of the junction 21 be generated. This also applies to the appropriately designed channels 15 . 16 for the other outer cylinder. In the illustrated channel structure of the exhaust manifold 2 The exhaust gases of all cylinders through the exhaust manifold to a single exhaust port 20 the exhaust manifold out.

3 zeigt schematisch ein Strömungsfeld 3 in der Umgebung einer Vereinigungsstelle, an der der erste Kanal 15 und der zweite Kanal 16 zusammengeführt werden. Ebenfalls schematisch dargestellt sind eine erste Auslassöffnung 27 und eine zweite Auslassöffnung 26 des Zylinders sowie die entsprechenden Ventile 6, 7. Im zusammengeführten Kanal 25 sind die Strömungen aus den Kanälen 15, 16 schon weitgehend gleichgerichtet und behindern sich somit weniger. Der Durchflusswiderstand kann im Vergleich zu herkömmlichen Ausgestaltungen der Kanalführung verringert werden. Der Volumenstrom kann erhöht werden. 3 schematically shows a flow field 3 in the vicinity of a junction, where the first channel 15 and the second channel 16 be merged. Also shown schematically are a first outlet opening 27 and a second outlet opening 26 of the cylinder and the corresponding valves 6 . 7 , In the merged channel 25 are the currents from the channels 15 . 16 Already largely rectified and thus hinder less. The flow resistance can be reduced compared to conventional channel design. The volume flow can be increased.

Durch die Führung der Kanäle entlang unterschiedlicher Leitkurven kann eine wechselseitige Beeinflussung zwischen einer Strömung des ersten Kanals 15 und einer Strömung des zweiten Kanals 16 gering gehalten werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass sich eine Strömung des ersten Kanals 15 und eine Strömung des zweiten Kanals 16 an der Vereinigungsstelle 22 nur schwach oder nicht beeinflussen. Der erste Kanal 15, dessen Leitkurve einen kleineren Krümmungsradius als die Leitkurve des zweiten Kanals 16 aufweist, erzeugt ein Strömungsfeld S1, das ein Strömungsfeld S2 des zweiten Kanals 16 an der Vereinigungsstelle 22 nur schwach oder gar nicht beeinflusst.By guiding the channels along different guide curves, a mutual influence between a flow of the first channel 15 and a flow of the second channel 16 be kept low. In particular, it can be achieved that a flow of the first channel 15 and a flow of the second channel 16 at the association office 22 only weak or not influence. The first channel 15 , whose guide curve has a smaller radius of curvature than the guide curve of the second channel 16 has generated a flow field S1 that is a flow field S2 of the second channel 16 at the association office 22 only weakly or not at all influenced.

An der Vereinigungsstelle 22 kann ein Überlapp des Strömungsfeldes S1 des ersten Kanals 15 und des Strömungsfeldes S2 des zweiten Kanals 16, gemessen in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung, kleiner oder maximal gleich 30% eines Querschnitts eines der Kanäle 15, 16 sein. Dadurch wird eine geringe wechselseitige Beeinflussung der Strömungen erreicht. Das Strömungsfeld S1 des ersten Kanals 15 bildet nur eine schwache Sperrströmung oder keine Sperrströmung für das Strömungsfeld S2 des zweiten Kanals 16.At the association office 22 can be an overlap of the flow field S1 of the first channel 15 and the flow field S2 of the second channel 16 , measured in a plane perpendicular to the flow direction, less than or equal to 30% of a cross section of one of the channels 15 . 16 be. As a result, a slight mutual influence of the currents is achieved. The flow field S1 of the first channel 15 forms only a weak blocking flow or no blocking flow for the flow field S2 of the second channel 16 ,

Durch eine derartige Ausgestaltung kann erreicht werden, dass sich ein Durchflusswiderstand für die Abführung von Abgas für die äußeren Zylinder einem Durchflusswiderstand der Abführung für die inneren Zylinder annähert. Ein Volumenstrom durch die Kanäle 11, 12 und die Kanäle 15, 16 kann verbessert werden. Das Entstehen von Sperrströmungen kann unterdrückt werden.Such a configuration can be achieved that a flow resistance for the discharge of exhaust gas for the outer cylinder approaches a flow resistance of the discharge for the inner cylinder. A volume flow through the channels 11 . 12 and the channels 15 . 16 can be improved. The emergence of blocking flows can be suppressed.

4 illustriert beispielhaft die Führung der Kanäle 11, 12 entlang unterschiedlicher Leitkurven 41, 42 und auf unterschiedlichen Höhenniveaus. Der erste Kanal 11 erstreckt sich entlang einer ersten Leitkurve 41. Die erste Leitkurve 41 ist gekrümmt. Eine Querschnittsfläche des ersten Kanals 11 in einer Ebene jeweils senkrecht zur ersten Leitkurve 41 kann sich von einer Kreisform an der Öffnung 13 zu einer Ellipsenform ändern. An der Vereinigungsstelle 21 mit dem zweiten Kanal 12 kann die Querschnittsfläche 43 des ersten Kanals eine Ellipsenform aufweisen. Die Querschnittsfläche 43, bei der die Außenwand des ersten Kanals 11 die Außenwand des zweiten Kanals 12 erstmal berührt, weist einen Flächenmittelpunkt 45 auf. Der zweite Kanal 12 erstreckt sich entlang einer zweiten Leitkurve 42. Die zweite Leitkurve 42 ist gekrümmt. Eine Querschnittsfläche des zweiten Kanals 12 in einer Ebene jeweils senkrecht zur zweiten Leitkurve 42 kann sich von einer Kreisform an der Öffnung 14 zu einer Ellipsenform ändern. An der Vereinigungsstelle 21 mit dem ersten Kanal 11 kann die Querschnittsfläche 44 des zweiten Kanals 12 eine Ellipsenform aufweisen. Die Querschnittsfläche 44, bei der die Außenwand des zweiten Kanals 12 die Außenwand des ersten Kanals 11 erstmal berührt, weist einen Flächenmittelpunkt 46 auf. Eine erste Krümmungsachse, um die die erste Leitkurve 41 gekrümmt ist, kann von einer zweiten Krümmungsachse, um die die zweite Leitkurve 42 gekrümmt ist, verschieden sein. Es eine Verschiebung oder eine Asymmetrie der Kanäle 11, 12 zueinander erzeugt werden, die quer zu der ersten Krümmungsachse gerichtet ist. 4 exemplifies the leadership of the channels 11 . 12 along different bends 41 . 42 and at different height levels. The first channel 11 extends along a first guide curve 41 , The first guide curve 41 is curved. A cross-sectional area of the first channel 11 in a plane in each case perpendicular to the first guide curve 41 may be of a circular shape at the opening 13 to change to an ellipse shape. At the association office 21 with the second channel 12 can the cross-sectional area 43 of the first channel have an elliptical shape. The cross-sectional area 43 in which the outer wall of the first channel 11 the outer wall of the second channel 12 first touched, has a center of area 45 on. The second channel 12 extends along a second guide curve 42 , The second curve 42 is curved. A cross-sectional area of the second channel 12 in a plane in each case perpendicular to the second guide curve 42 may be of a circular shape at the opening 14 to change to an ellipse shape. At the association office 21 with the first channel 11 can the cross-sectional area 44 of the second channel 12 have an elliptical shape. The cross-sectional area 44 in which the outer wall of the second channel 12 the outer wall of the first channel 11 first touched, has a center of area 46 on. A first axis of curvature around which the first guide curve 41 is curved, from a second axis of curvature to the second leading curve 42 curved, be different. There is a shift or an asymmetry of the channels 11 . 12 are generated to each other, which is directed transversely to the first axis of curvature.

Die Kanäle 11, 12 sind auf unterschiedlichen Höhenniveaus in dem Zylinderkopf geführt. Entsprechend können der Flächenmittelpunkt 45 des Querschnitts des ersten Kanals 11 und der Flächenmittelpunkt 46 des Querschnitts des zweiten Kanals 12 auf unterschiedlichen Höhen gegenüber einer Referenzebene 40 liegen. Die Referenzebene 40 kann insbesondere durch die Horizontale im verbauten Zustand des Zylinderkopfes oder durch die Ebene, in der der Abgasauslass 20 des Abgaskrümmers angeordnet ist, definiert sein. Der Flächenmittelpunkt 45 des Querschnitts des ersten Kanals 11 kann in einer ersten Höhe 47 gegenüber der Referenzebene 40 positioniert sein. Der Flächenmittelpunkt 46 des Querschnitts des zweiten Kanals 12 kann in einer davon verschiedenen zweiten Höhe 48 gegenüber der Referenzebene 40 positioniert sein, die um eine Höhendifferenz 49 größer als die erste Höhe 47 ist. Die erste Höhe 48 des Flächenmittelpunkts 45 der Querschnittsfläche des ersten Kanals 11 an der Vereinigungsstelle 21 kann kleiner sein als die Höhe jedes Punkts der Querschnittsfläche 44 des zweiten Kanals 12, d.h. der Flächenmittelpunkt 45 kann unterhalb aller Punkte der Querschnittsfläche 44 des zweiten Kanals 12 liegen. An der Vereinigungsstelle 21 können alle Punkte des Querschnitts 43 des ersten Kanals 11 tiefer, d.h. näher an der Referenzebene 40, angeordnet sein als alle Punkte des Querschnitts 44 des zweiten Kanals 12. Die erste Leitkurve 41 und die zweite Leitkurve 42 können an den Flächenmittelpunkten 45 und 46 unterschiedliche Steigungen aufweisen, entsprechend der unterschiedlichen Führung der Kanäle zur Vereinigungsstelle 21.The channels 11 . 12 are guided at different height levels in the cylinder head. Accordingly, the center of area 45 of the cross section of the first channel 11 and the centroid 46 of the cross section of the second channel 12 at different heights compared to a reference plane 40 lie. The reference level 40 can in particular by the horizontal in the installed state of the cylinder head or by the plane in which the exhaust outlet 20 the exhaust manifold is arranged to be defined. The center of area 45 of the cross section of the first channel 11 can be at a first height 47 opposite the reference plane 40 be positioned. The center of area 46 of the cross section of the second channel 12 can be in a different second height 48 opposite the reference plane 40 be positioned around a height difference 49 greater than the first height 47 is. The first height 48 of the centroid 45 the cross-sectional area of the first channel 11 at the association office 21 may be less than the height of each point of the cross-sectional area 44 of the second channel 12 ie the area center 45 can be below all points of the cross-sectional area 44 of the second channel 12 lie. At the association office 21 can all the points of the cross section 43 of the first channel 11 deeper, ie closer to the reference plane 40 , be arranged as all points of the cross section 44 of the second channel 12 , The first guide curve 41 and the second guide 42 can at the area centers 45 and 46 have different slopes, according to the different leadership of the channels to the junction 21 ,

Eine Exzentrizität, d.h. die Proportion und insbesondere das Verhältnis der beiden Halbachsen einer ellipsenförmigen Querschnittsfläche, der Querschnittsfläche des ersten Kanals 11 und des zweiten Kanals 12 von der entsprechenden Öffnung 13, 14 bis zu der Vereinigungsstelle 21 kann sich kontinuierlich ändern. Die Lage und Exzentrizität der ellipsenförmigen Querschnittsflächen wird dabei so gewählt, dass eine weitgehende Gleichrichtung der Strömungen in dem ersten Kanal 11 und dem zweiten Kanal 12 an der Vereinigungsstelle 21 erreicht ist. Die Querschnittsfläche des Kanals 11, 12 kann dabei von der jeweiligen Öffnungen 13, 14 bis zu der Vereinigungsstelle 21 konstant bleiben. Die Vereinigungsstelle 21 kann beispielsweise allgemein als die Stelle, an der sich die Außenflächen des ersten Kanals 11 und des zweiten Kanals 12 erstmals berühren, oder als derjenige Punkt, der sowohl auf der Außenflächen des ersten Kanals 11 als auch auf der Außenfläche des zweiten Kanals 12 positioniert ist und der den größten Abstand von der Referenzebene 40 aufweist, definiert sein.An eccentricity, ie the proportion and in particular the ratio of the two semi-axes of an elliptical cross-sectional area, the cross-sectional area of the first channel 11 and the second channel 12 from the corresponding opening 13 . 14 to the point of association 21 can change continuously. The position and eccentricity of the elliptical cross-sectional areas is chosen so that a substantial rectification of the currents in the first channel 11 and the second channel 12 at the association office 21 is reached. The cross-sectional area of the channel 11 . 12 can from the respective openings 13 . 14 to the point of association 21 stay constant. The Association Office 21 For example, it can be used generally as the location at which the outer surfaces of the first channel 11 and the second channel 12 touch first, or as the point on both the outer surfaces of the first channel 11 as well as on the outer surface of the second channel 12 is positioned and the greatest distance from the reference plane 40 has to be defined.

Auch in dem Bereich, in dem sich der erste Kanal 11 und der zweite Kanal 12 vereinigen, kann ein Kanalquerschnitt die Form zweier sich überlappender Ellipsen aufweisen, ähnlich wie unten unter Bezugname auf 5 erläutert. Eine Schnittlinie der Außenfläche des Kanals kann der Außeneinhüllenden zweier miteinander überlappender Ellipsen entsprechen. Die sich überlappenden Ellipsen können die gleiche Fläche aufweisen. Ein Überdeckungsgrad der Ellipsen, der definiert ist als Quotient aus einer Schnittfläche der beiden Ellipsen und der Fläche der einzelnen Ellipse, kann sich kontinuierlich erhöhen. Kurz bevor die beiden Kanäle vollständig vereinigt sind, kann ein Überdeckungsgrad von 35% erreicht sein.Also in the area where the first channel 11 and the second channel 12 For example, a channel cross-section may take the form of two overlapping ellipses, similar to the reference below 5 explained. A section line of the outer surface of the channel may correspond to the outer envelope of two overlapping ellipses. The overlapping ellipses can have the same area. A degree of coverage of the ellipses, which is defined as the quotient of a sectional area of the two ellipses and the area of the individual ellipse, can increase continuously. Just before the two channels are fully united, a 35% coverage can be achieved.

Der zusammengeführte Kanal 23 kann zumindest in einem bestimmten Bereich nach der Zusammenführung der Kanäle 11, 12 einen Querschnitt aufweisen, der zwei miteinander überlappenden Ellipsen entspricht. Die Flächenmittelpunkte dieser sich überlappenden Ellipsen können ebenfalls in unterschiedlichen Höhen positioniert sein, wie in 5 illustriert.The merged channel 23 can at least in a certain area after merging the channels 11 . 12 have a cross section corresponding to two overlapping ellipses. The centroids of these overlapping ellipses may also be positioned at different heights, as in FIG 5 illustrated.

5 zeigt eine Schnittansicht des Abgaskrümmers 2 entlang einer Linie V-V in 4. Der zusammengeführte Kanal 23 weist eine Querschnittsfläche 50 auf. Die Querschnittsfläche 50 entspricht zwei miteinander überlappenden Ellipsen 51 und 52. Die Ellipse 51 weist einen Flächenmittelpunkt 53 auf, der in einer anderen Höhe liegt als ein Flächenmittelpunkt 54 der anderen Ellipse 52. Eine Exzentrizität der Ellipse 51 und/oder der Ellipse 52 kann sich entlang des zusammengeführten Kanals 23 ändern. Beispielsweise kann kurz nach der Vereinigungsstelle die Exzentrizität groß sein, so dass eine Ausbuchtung 24 gebildet wird. Dadurch kann der Durchflusswiderstand weiter verringert werden. 5 shows a sectional view of the exhaust manifold 2 along a line VV in 4 , The merged channel 23 has a cross-sectional area 50 on. The cross-sectional area 50 corresponds to two overlapping ellipses 51 and 52 , The ellipse 51 has a centroid 53 which is at a different altitude than a centroid 54 the other ellipse 52 , An eccentricity of the ellipse 51 and / or the ellipse 52 can move along the merged channel 23 to change. For example, shortly after the junction, the eccentricity may be large, leaving a bulge 24 is formed. As a result, the flow resistance can be further reduced.

6 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Fahrzeugs 60, das einen Abgaskrümmer nach einem Ausführungsbeispiel aufweist. Ein Motor 61 weist einen Abgaskrümmer 2 nach einem Ausführungsbeispiel auf. Der Abgaskrümmer 2 kann in einem Zylinderkopf integriert sein. Von der Abgasöffnung 20 des Abgaskrümmers werden die Abgase weiter zu einem (nur schematisch dargestellten) Katalysator 62 und zu einer Auspuffanlage geleitet. 6 shows a schematic block diagram of a vehicle 60 comprising an exhaust manifold according to an embodiment. An engine 61 has an exhaust manifold 2 according to one embodiment. The exhaust manifold 2 can be integrated in a cylinder head. From the exhaust port 20 of the exhaust manifold, the exhaust gases to a (only schematically illustrated) catalyst 62 and routed to an exhaust system.

Abwandlungen der detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiele können bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert sein. Beispielsweise kann die Kanalstruktur des Abgaskrümmers für die inneren Zylinder von der Kanalstruktur für die äußeren Zylinder verschieden sein. Der Abgaskrümmer weist zwar vorteilhaft nur einen Flansch zum Abgeben der Abgase in Richtung eines Auspuffsystems auf, kann aber auch mehrere entsprechende Öffnungen zum Ausgeben der Abgase aufweisen. Der Abgaskrümmer kann zusätzliche Kanäle für Fluide, beispielsweise Wasser oder Öl, umfassen.Modifications of the embodiments described in detail may be realized in further embodiments. For example, the channel structure of the exhaust manifold for the inner cylinder may be different from the channel structure for the outer cylinder. Although the exhaust manifold advantageously has only one flange for discharging the exhaust gases in the direction of an exhaust system, but may also have a plurality of corresponding openings for discharging the exhaust gases. The exhaust manifold may include additional channels for fluids, such as water or oil.

Verschiedene Wirkungen können durch den Abgaskrümmer nach Ausführungsbeispielen erzielt werden. Durch das Übereinanderführen von Kanälen, die Abgase von demselben Zylinder empfangen und in Richtung des Auspuffsystems weiterleiten, kann ein Strömungsfeld erreicht werden, bei dem sich die unterschiedlichen Strömungen weniger stark beeinflussen als bei herkömmlichen Kanalstrukturen. Der Durchflusswiderstand kann so für die äußeren Zylinder verringert werden.Various effects can be achieved by the exhaust manifold according to embodiments. By superimposing channels that receive exhaust gases from the same cylinder and pass them in the direction of the exhaust system, a flow field can be achieved in which the different flows affect less than in conventional channel structures. The flow resistance can be reduced so for the outer cylinder.

Die hier ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich als Beispiel zu verstehen, und die Erfindung kann auch anders als ausführlich beschrieben implementiert werden.The embodiments described in detail herein are to be understood as exemplary only, and the invention may be implemented otherwise than as specifically described.

Claims

Cylinder head with integrated exhaust manifold (2), wherein the exhaust manifold (2) comprises: a first channel (11, 15) and a second channel (12, 16) formed in the cylinder head (1), the first channel (11 , 15) a first opening (13, 17) and the second channel (12, 16) having a second opening (14, 18) positioned to receive exhaust gases from different outlet openings (6, 7) of the same cylinder; wherein the first channel (11, 15) extends along a first guide curve (41) and wherein the second channel (12, 16) extends along a second guide curve (42), the first guide curve (41) and the second guide curve (41). 42) have different courses, wherein the first channel (11, 15) and the second channel (12, 16) at mutually different height levels to a junction (21, 22), at which the first channel (11, 15) and the merge the second channel (12, 16), in the cylinder head (1) extend, characterized in that the first guide curve (41) and the second guide curve (42) from each other different slopes relative to a plane (40) in which an exhaust port (20 ) of the exhaust manifold (2), so that mutual influence between a flow of the first passage (11, 15) and a flow of the second passage (12, 16) is small.

Cylinder head after Claim 1 wherein a cross-sectional area of the first channel (11, 15) and / or the second channel (12, 16) along the corresponding guide curve (41, 42) changes from a circular shape to an ellipse shape (43, 44).

Cylinder head after Claim 2 , wherein a proportion of the ellipse shape changes along the corresponding guide curve (41, 42).

Cylinder head according to one of the preceding claims, wherein a center of area (45) of a cross-sectional area (43) of the first channel (11, 15) and a center of area (46) of a cross-sectional area (44) of the second channel (12, 16) at the junction (21 , 22) are arranged at different height levels (47, 48).

Cylinder head according to one of the preceding claims, wherein the first channel (11, 15) and the second channel (12, 16) at least partially in the cylinder head (1) are guided one above the other.

An engine comprising a cylinder having a first exhaust port (27) and a second exhaust port (26), and a cylinder head (1) with an integrated exhaust manifold (2) according to any one of Claims 1 to 5 wherein the first opening (13, 17) of the first channel (11, 15) at the first outlet opening (27) and the second opening (14, 18) of the second channel (12, 16) positioned at the second outlet opening (26) is.

A vehicle comprising a motor (60) Claim 7 ,

Method for producing a cylinder head (1) with integrated exhaust manifold (2) according to one of the Claims 1 to 5 wherein the cylinder head (1) is produced by a casting process.