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HINTERGRUND
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Gebiet der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Wassermantel für einen Zylinderkopf eines Motors.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen, wenn ein Motor angetrieben wird, erhöht sich die Motortemperatur drastisch durch Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemischs. Um eine geeignete Motorbetriebstemperatur durch Kühlen des Motors aufrechtzuerhalten, wird ein Wassermantel, ein Raum, um es einem Kühlmittel zu gestatten hindurchzufließen und zu zirkulieren, in einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf vorgesehen.
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In anderen Worten zirkuliert das Kühlmittel auf die folgende Weise. Das Kühlmittel, welches Wärme von dem Motor absorbiert hat, während es durch den Wassermantel zirkuliert, wird durch Wärmetausch verarbeitet, wenn das Kühlmittel durch einen Kühler strömt. Das Kühlmittel strömt anschließend von dem Kühler zurück zu dem Wassermantel und kühlt den Zylinderblock und den Zylinderkopf. Anschließend strömt das Kühlmittel zurück zu dem Kühler.
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Jedoch sind bekannte Wassermäntel von Zylinderköpfen mit Kühlmitteleinlässen versehen, die voneinander getrennt sind.
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In anderen Worten, da eine Strömungsbahn des Kühlmittels, das in dem Wassermantel strömt, unterteilt ist und an vielen Orten ausgebildet ist, ist es schwierig ein Kühlmittel einzuführen, um sich auf ein vorgegebenes Gebiet zu konzentrieren. Auch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels verringert sich und die Temperatur des Kühlmittels steigt rapide an.
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Demgemäß können heiße Stellen, die durch einen lokalen Temperaturanstieg der Abgasöffnungen des Zylinders hervorgerufen werden, auftreten. Als ein Ergebnis tritt ein Klopfen oft an dem heißen Ort auf und die Kraftstoffverbrauchseffizienz wird durch eine Verbrennungsinstabilität gesenkt. Zylinderköpfe mit Wassermantel sind zudem bekannt aus der
US 2016 / 0 102 595 A1 , die die Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, und der
DE 102 27 690 A1 .
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Das vorgenannte ist nur dazu gedacht das Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Es ist nicht dazu gedacht, um anzudeuten, dass die vorliegende Offenbarung in den Bereich des Stands der Technik fällt, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung ist auf einen Wassermantel für einen Zylinderkopf gerichtet. Der offenbarte Wassermantel gestattet es einem Kühlmittel, das in einem Zylinderkopf strömt, um die Abgasöffnungen zu strömen, wodurch der Zylinderkopf gekühlt wird, um die Temperatur davon auszugleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Wassermantel für einen Zylinderkopf: einen Kühlmitteleinlass, der um die Abgasöffnungen eines Zylinderkopfs vorgesehen ist, um eine Strömung eines Kühlmittels auf den Kühlmitteleinlass zu konzentrieren; und eine Kühlmittelleitung, die ausgebildet ist, um es dem Kühlmittel zu gestatten, das durch den Kühlmitteleinlass einströmt, um die Abgasanschlusslöcher zu strömen, eine erste Trennwand, die zwischen den Abgasanschlussöffnungen eines Zylinders und angrenzenden Abgasanschlussöffnungen eines benachbarten Zylinders vorgesehen ist; eine zweite Trennwand, die zwischen Einlassanschlussöffnungen des Zylinders und benachbarten Einlassanschlussöffnungen des benachbarten Zylinders vorgesehen ist; und einen Durchgang, der mit der Kühlmittelleitung in Verbindung steht, wobei der Durchgang zwischen einem Endabschnitt der ersten Trennwand und einem Endabschnitt der zweiten Trennwand vorgesehen ist, sodass das Kühlmittel durch den Durchgang strömt. Die erste und die zweite Trennwand (15, 17) beginnen entlang eines Randes des Zylinderkopfes (1) und erstrecken sich zueinander und zu einer Mitte des Wassermantels (3) hin, wobei der Durchgang (19) nur ein kleiner Raum zwischen den beiden Trennwänden (15, 17) in der Mitte ist.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Kühlmittelleitung eine erste Leitung umfassen, die ausgebildet ist, um es dem Kühlmittel zu gestatten, das durch den Kühlmitteleinlass eingeströmt ist, um Abgasanschlusslöcher zu strömen. Die Abgasanschlusslöcher können ausgebildet sein, um mit einer Brennkammer zu verbinden.
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Die erste Leitung kann ausgebildet sein, um von dem Kühlmitteleinlass abzuzweigen, um jedes der Abgasanschlusslöcher zu umgeben.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Kühlmittelleitung ferner eine zweite Leitung umfassen, die ausgebildet ist, um ausgehend von der ersten Leitung zu einem oberen Abschnitt der Brennkammer zu queren.
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Die zweite Leitung kann ausgebildet sein, um ein Zündkerzenloch, das in dem Zylinderkopf vorgesehen ist, zu umgeben.
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Die zweite Leitung kann ausgebildet sein, um Randbereiche der Einlassanschlusslöcher zu umgeben. Die Endabschnitte der Einlassanschlusslöcher können ausgebildet sein, um mit der Brennkammer zu verbinden.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Kühlmittelleitung ferner umfassen: eine dritte Leitung, die sich von einer zweiten Leitung zu einem Randbereich eines Ölmantels erstreckt, der in dem Zylinderkopf vorgesehen ist; und einen Kühlmittelauslass, der mit der dritten Leitung verbunden ist, um es dem Kühlmittel zu gestatten von dort aus abzufließen.
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Die dritte Leitung kann ausgebildet sein, um an einer Stelle in der Umgebung des Ölmantels abzuzweigen. Der Kühlmittelauslass kann an einem Ort vorgesehen sein, an dem die abgezweigten dritten Leitungen aufeinander treffen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Kühlmitteleinlass ausgebildet sein, um es dem Kühlmittel zu gestatten von einem unteren Abschnitt des Zylinderkopfs aus einzuströmen. Die erste Leitung kann an dem unteren Abschnitt des Zylinderkopfs so vorgesehen sein, dass das Kühlmittel von dem Kühlmitteleinlass in Richtung der Abgasanschlusslöcher strömt. Die zweite Leitung kann an dem unteren Abschnitt des Zylinderkopfs so vorgesehen sein, dass das Kühlmittel von den Abgasanschlusslöchern in Richtung der Einlassanschlusslöcher strömt. Die dritte Leitung kann an einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs vorgesehen sein, sodass das Kühlmittel von den Einlassanschlusslöchern in Richtung der Abgasanschlusslöcher strömt. Der Kühlmittelauslass kann ausgebildet sein, um es dem Kühlmittel zu gestatten von dem oberen Abschnitt des Zylinderkopfes entladen zu werden.
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Wie oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung so ausgebildet, dass das gesamte Kühlmittel, das in den Wassermantel eines Zylinderkopfes strömt, um die Abgasanschlüsse strömt, wobei die Metalloberflächentemperatur davon die größte des Zylinderkopfs ist. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das um die Abgasanschlüsse strömt, wird erhöht, und somit verringert sich die Metalloberflächentemperatur der Abgasanschlüsse. Demgemäß werden durch Ausgleichen der Metalloberflächentemperaturen der Brennkammer eines Zylinderkopfs irgendwelche heißen Stellen, die durch lokale Temperaturanstiege hervorgerufen werden, entfernt, wodurch der Kraftstoffverbrauch durch Verringern des Risikos des Klopfens verbessert wird.
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Figurenliste
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Die obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, in welchen:
- 1 eine Seitenansicht eines Wassermantels darstellt, der in einem Zylinderkopf vorgesehen ist, aufzeigend eine Strömung eines Kühlmittels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
- 2 eine Ansicht von unten eines Wassermantels von 1 ist, die die Strömung des Kühlmittels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt,
- 3 eine Ansicht von oben des Wassermantels von 1 ist, die die Strömung des Kühlmittels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen und der Beschreibungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Teile.
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Ein Wassermantel für einen Zylinderkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ausgebildet, um eine Strömung eines Kühlmittels dazu zu veranlassen auf einen vorgegebenen Bereich fokussiert zu werden.
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Im Speziellen wird bezugnehmend auf die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 ein Wassermantel 3 gemäß einer Ausführungsform offenbart, der es einem Kühlmittel gestattet in einen und durch einen Zylinderkopf 1 zu strömen. Der offenbarte Wassermantel 3 umfasst eine Kühlmittelleitung, um es dem Kühlmittel zu gestatten darin zu strömen.
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Im Speziellen umfasst der offenbarte Wassermantel 3 zumindest einen Kühlmitteleinlass in der Nähe der Abgasanschlusslöcher 5 des Zylinderkopfs 1, um die Strömung des Kühlmittels auf den Kühlmitteleinlass 3a zu konzentrieren. Die Kühlmittelleitung ist ausgebildet, um es dem Kühlmittel zu gestatten, das durch den Kühlmitteleinlass 3a einströmt, um die Abgasanschlusslöcher 5 zu strömen.
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In anderen Worten, da all das Kühlmittel, das in den Wassermantel 3 des Zylinderkopfs 1 strömt, auf einen Bereich um die Abgasanschlüsse fokussiert wird, die eine relativ hohe Temperatur aufweisen und in den Bereich einströmt und um den Bereich strömt, steigt die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das an den Abgasanschlusslöchern 5 vorbeiströmt, an. Demgemäß wird die Metalloberflächentemperatur der Abgasanschlüsse gesenkt, wodurch die Klopffestigkeit und Kraftstoffverbrauchseffizienz verbessert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die vorliegende Offenbarung ausgebildet sein, um eine erste Trennwand 15 aufzuweisen, die zwischen Abgasanschlusslöchern 5 eines Zylinders und benachbarten Abgasanschlusslöchern eines benachbarten Abgasanschlusslöchern eines benachbarten Zylinders vorgesehen ist. Die vorliegende Offenbarung einer Ausführungsform kann auch ausgebildet sein, um eine zweite Trennwand 17 zu umfassen, die zwischen den Einlassanschlusslöchern 7 des Zylinders und benachbarten Einlassanschlusslöchern des benachbarten Zylinders vorgesehen ist.
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In dieser Ausführungsform kann beispielsweise die erste Trennwand 15 zwischen den Abgasanschlusslöchern 5, die einem Zylinder entsprechen, und Abgasanschlusslöchern 5, die einem benachbarten Zylinder entsprechen, vorgesehen sein. Die zweite Trennwand 17 kann zwischen den Einlassanschlusslöchern 7, die dem Zylinder entsprechend, und Einlassanschlusslöchern 7, die dem benachbarten Zylinder entsprechen, vorgesehen sein.
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In dieser Ausführungsform wird ein Durchgang 19, der mit der Kühlmittelleitung in Verbindung steht, zwischen einem Endabschnitt der ersten Trennwand 15 und einem Endabschnitt des zweiten Trennwand 17 vorgesehen, sodass das Kühlmittel durch den Durchgang 19 strömt.
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In dieser Ausführungsform können die erste Trennwand 15 und die zweite Trennwand 17 durch Vorstehen eines Abschnittes der Metallstruktur des Zylinderkopfes 1 in Richtung des Wassermantels 3 vorgesehen sein.
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In anderen Worten, wenn das Kühlmittel durch jeden Kühlmitteleinlass 3a einströmt, der in dem Zylinderkopf 1 vorgesehen ist, strömt nahezu das gesamte Kühlmittel in einen Abschnitt des Wassermantels 3 des Zylinderkopfes 1, der jeden Zylinder ausbildet, durch Strukturen der Trennwände und durch den Durchgang 19 ein. Demgemäß strömt ein Teil des Kühlmittels auch in einen benachbarten Abschnitt des Wassermantels 3 ein.
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Demgemäß wird ein Kühlmittel dazu gebracht intensiv in jeden Abschnitt des Wassermantels 3 in dem Zylinderkopf 1 zu strömen, wodurch ein lokaler Temperaturanstieg der Abgasanschlüsse verhindert wird. Ferner strömt das Kühlmittel, das in jeden Abschnitt des Wassermantels 3 des Zylinderkopfes 1 geströmt ist, durch den Durchgang 19 in einen benachbarten Abschnitt des Wassermantels 3, wodurch eine Verstopfung der Strömung des Kühlmittels verhindert wird und eine Kühlleistung des Zylinderkopfes 1 verbessert wird.
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In dieser Ausführungsform kann der Endabschnitt der ersten Trennwand 15 in einer Form ausgebildet sein, die in Richtung eines Kühlmittelauslasses 3e der Kühlmittelleitung gebogen ist.
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In anderen Worten wird bei dem Vorgang, bei dem das Kühlmittel, das in den Wassermantel 3 des Zylinderkopfs 1 geströmt ist, in Richtung des Kühlmittelauslasses 3e strömt, das Kühlmittel entlang der Form des Endabschnittes der gebogenen ersten Trennwand 15 geführt, wodurch der Widerstand auf die Geschwindigkeit des Kühlmittels reduziert wird. Demgemäß ist es möglich, effektiv einen Anstieg der Temperatur der Abgasanschlüsse durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu verhindern.
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In dieser Ausführungsform kann die Kühlmittelleitung eine erste Leitung 3b umfassen.
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In dieser Ausführungsform kann Bezugnehmend auf 1 und 2 das Kühlmittel in den Zylinderkopf 1 über den Kühlmitteleinlass 3a einströmen.
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Beispielsweise kann der Kühlmitteleinlass 3a ausgebildet sein, um es dem Kühlmittel zu gestatten von dem unteren Abschnitt des Zylinderkopfes 1 einzuströmen. Ferner kann die erste Leitung ausgebildet sein, um es dem Kühlmittel zu gestatten, das durch den Kühlmitteleinlass 3a eingeströmt ist, in Endabschnitte der Abgasanschlusslöcher 5 einzuströmen und um die Abgasanschlusslöcher 5 zu strömen, die mit der Brennkammer 11 verbunden sind. In dieser Ausführungsform ist ein erstes Ende der ersten Leitung mit dem Kühlmitteleinlass 3a verbunden.
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Beispielsweise kann in dieser Ausführungsform die erste Leitung 3b von dem Kühlmitteleinlass 3a abzweigen und ausgebildet sein, um die Abgasanschlusslöcher 5 zu umgeben, wodurch es dem Kühlmittel gestattet wird, an den Abgasanschlusslöchern 5 vorbei und um diese zu strömen.
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In dieser Ausführungsform kann die erste Leitung 3b an dem unteren Abschnitt des Zylinderkopfs 1 vorgesehen sein, sodass das Kühlmittel von dem Kühlmitteleinlass 3a in Richtung der Abgasanschlusslöcher 5 strömt.
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In anderen Worten, da das gesamte Kühlmittel, das durch den Kühlmitteleinlass 3a von jedem Abschnitt des Zylinderkopfes 1 einströmt, dazu gebracht wird intensiv in der ersten Leitung 3b zu strömen, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das um die Abgasanschlusslöcher 5 strömt, und die Metalloberflächentemperatur der Abgasanschlüsse wird gesenkt, wodurch irgendwelche heißen Stellen entfernt werden, die durch einen lokalen Temperaturanstieg hervorgerufen werden. Folglich ist es möglich, die Kraftstoffverbrauchseffizienz zu verbessern, indem das Risiko des Klopfens verringert wird.
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Ferner kann in dieser Ausführungsform die Kühlmittelleitung der vorliegenden Offenbarung eine zweite Leitung 3c umfassen, die ausgebildet ist, um von dem ersten Endabschnitt der ersten Leitung 3b zu einem oberen Abschnitt der Brennkammer 11 zu queren.
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Beispielsweise kann die zweite Leitung 3c ausgebildet sein, sodass ein erstes Ende davon mit einem zweiten Ende der ersten Leitung 3b verbunden ist, wobei die zweite Leitung ausgebildet sein kann, um ein Zündkerzenloch 9 zu umgeben, das in dem Zylinderkopf 1 vorgesehen ist, sodass das Kühlmittel vorbei und um das Zündkerzenloch 9 strömt.
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Ferner kann in dieser Ausführungsform die zweite Leitung 3c ausgebildet sein, um die Umgebungen von Endabschnitten der Einlasslöcher 7 zu umgeben, die mit der Brennkammer 11 in Verbindung stehen, sodass das Kühlmittel vorbei und um die Einlassanschlusslöcher 7 strömt.
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In dieser Ausführungsform kann die zweite Leitung 3c an dem unteren Abschnitt des Zylinderkopfs 1 vorgesehen sein, sodass das Kühlmittel von den Abgasanschlusslöchern 5 in Richtung der Einlassanschlusslöcher 7 strömt.
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In anderen Worten kühlt das Kühlmittel, das durch die erste Leitung 3b strömt, die hohe Temperatur des oberen Abschnitts der Brennkammer 11, während es dort in der Umgebung vorbeiströmt. Daher werden in dem Zylinderkopf 1 irgendwelche heißen Stellen, die durch einen lokalen Temperaturanstieg hervorgerufen werden, entfernt, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird, indem das Risiko des Klopfens verringert wird.
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Ferner kann in dieser Ausführungsform die Kühlmittelleitung der vorliegenden Offenbarung eine dritte Leitung 3d aufweisen, die sich von einem Endabschnitt der zweiten Leitung 3c zu einer Umgebung eines Ölmantels 13 erstreckt, der in dem Zylinderkopf 1 vorgesehen ist.
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In dieser Ausführungsform kann beispielsweise ein erstes Ende der dritten Leitung 3d ausgebildet sein, um mit einem zweiten Ende der zweiten Leitung 3c verbunden zu sein.
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Insbesondere kann die dritte Leitung 3d ausgebildet sein, um an einem Ort in der Umgebung des Ölmantels 13 abzuzweigen. In dieser Ausführungsform kann die dritte Leitung 3d an einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 1 vorgesehen sein, sodass das Kühlmittel von einem Umfang der Einlassanschlusslöcher 7 in Richtung eines Umfangs der Abgasanschlusslöcher 5 strömt.
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In anderen Worten wird das Kühlmittel, das Wärme absorbiert hat, während es um die Abgasanschlusslöcher 5 und die Brennkammer 11 verläuft, durch Wärmetausch mit Öl bearbeitet, während es um den Ölmantel 13 verläuft, wodurch Reibungsverluste durch Reduzieren der Ölaufwärmzeit verringert werden und die Kraftstoffverbrauchseffizienz verbessert wird.
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Ferner kann in dieser Ausführungsform die Kühlmittelleitung der vorliegenden Offenbarung einen Kühlmittelauslass 3e umfassen, der mit der dritten Leitung 3d verbunden ist und folglich das Kühlmittel von dort entlädt.
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Beispielsweise kann ein zweites Ende der dritten Leitung 3d ausgebildet sein, um mit dem Kühlmittelauslass 3e verbunden zu werden, wobei der Kühlmittelauslass 3e an einem Ort vorgesehen sein kann, an dem die abgezweigten dritten Leitungen 3d aufeinander treffen.
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In dieser Ausführungsform kann der Kühlmittelauslass 3e an einer Seite des oberen Abschnitts des Zylinderkopfes 1 vorgesehen sein.
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Wie oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung gemäß einer Ausführungsform ausgebildet, sodass all das kalte Kühlmittel, das von dem Wassermantel 3 des Zylinderkopfes 1 ausströmt, um die Abgasanschlüsse strömt, wobei die Metalloberflächentemperatur davon die größte an dem Zylinderkopf 1 ist. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das um die Abgasanschlüsse strömt, ist erhöht und verringert somit die Metalloberflächentemperatur der Abgasanschlüsse. Demgemäß können durch Ausgleichen der Metalloberflächentemperaturen der Brennkammer 11 des Zylinderkopfes 1 irgendwelche heißen Stellen, die durch lokale Temperaturanstiege hervorgerufen werden, entfernt werden, wodurch die Kraftstoffeffizienz durch Verringern des Risikos des Klopfens verbessert wird.
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Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zum Zwecke der Darstellung beschrieben wurden, erkennt es der Fachmann, dass verschiedene Modifizierungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Schutzumfang und Geiste der angehängten Ansprüche abzuweichen.
