DE102018112836A1

DE102018112836A1 - Cylinder head of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102018112836A1
Application number: DE102018112836.3A
Authority: DE
Inventors: Christof Schernus
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2018-07-12
Also published as: DE102019114161A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (10) einer Verbrennungskraftmaschine (12), wobei der Zylinderkopf (10), wenigstens zwei Abschnitte einer Brennkammer (20), jeweils wenigstens einen Einlasskanal (24), welcher über einen Brennkammereinlass (28) mit der Brennkammer (20) fluidisch verbunden ist, wenigstens einen in den Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer (32), welcher über Brennkammerauslässe (36) mit den Brennkammern (20) fluidisch verbunden ist, und wenigstens einen innerhalb des Abgaskrümmers (32) angeordneten Katalysator (40), umfasst, wobei der Katalysator (40) derart angeordnet ist, dass er von Abgas mehrerer Brennkammern (20) durchströmt ist.The invention relates to a cylinder head (10) of an internal combustion engine (12), the cylinder head (10), at least two sections of a combustion chamber (20), each having at least one inlet channel (24), which via a combustion chamber inlet (28) with the combustion chamber (20 ) is fluidly connected, at least one integrated into the cylinder head exhaust manifold (32) which is fluidly connected via Brennkammerauslässe (36) to the combustion chambers (20), and at least one within the exhaust manifold (32) arranged catalyst (40) comprises the catalyst (40) is arranged such that it is flowed through by exhaust gas of a plurality of combustion chambers (20).

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine.

Aus der DE4137105A1 ist eine Anordnung eines Katalysators bekannt, bei welchem der Katalysator im Eingangsbereich, eines sich an den Zylinderkopf anschließenden Abgaskrümmers, angeordnet ist.From the DE4137105A1 an arrangement of a catalyst is known, in which the catalyst in the input area, an adjoining the cylinder head exhaust manifold, is arranged.

Für eine optimale Wirksamkeit des Katalysators ist es notwendig, dass dieser eine bestimmte Arbeitstemperatur aufweist. Diese Arbeitstemperatur ist besonders bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine noch nicht gegeben, so dass die Schadstoffemission während der Aufheizphase erhöht ist. Bei einer üblichen Anordnung der Katalysatoren stromabwärts der Verbrennungskraftmaschine ergibt sich zusätzlich das Problem, dass in einem Leerlauf oder einer hohen Verdünnung des Brenngases durch Luftüberschuss oder Zurückführung des Abgases, die Katalysatortemperatur unter die Arbeitstemperatur fällt. Ein stromaufwärts des Katalysators angeordneter Abgasturbolader führt zu einer zusätzlichen Abkühlung des Abgases und erhöht das Risiko, die Anspringtemperatur des Katalysators nicht zu erreichen. Um die Wirksamkeit des Katalysators zu verbessern und dadurch die Emissionen zu senken ist es somit notwendig, dass sich der Katalysator schnell aufheizt und dauerhaft im Bereich der Arbeitstemperatur ist.For optimum efficiency of the catalyst, it is necessary that it has a certain working temperature. This working temperature is not yet given, especially at a cold start of the internal combustion engine, so that the pollutant emission is increased during the heating phase. In a conventional arrangement of the catalysts downstream of the internal combustion engine, there is the additional problem that in an idle or a high dilution of the fuel gas by excess air or recirculation of the exhaust gas, the catalyst temperature falls below the working temperature. An exhaust gas turbocharger arranged upstream of the catalytic converter leads to an additional cooling of the exhaust gas and increases the risk of not reaching the light-off temperature of the catalytic converter. Thus, in order to improve the efficiency of the catalyst and thereby reduce emissions, it is necessary for the catalyst to heat up quickly and be permanently within the working temperature range.

Die vorliegend Erfindung löst diese Probleme durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, der wenigstens zwei Abschnitte einer Brennkammer, jeweils wenigstens einen Einlasskanal, welcher über einen Brennkammereinlass mit der Brennkammer fluidisch verbunden ist, wenigstens einen Abgaskrümmer, welcher über Brennkammerauslässe mit den Brennkammern fluidisch verbunden ist, und wenigstens einen innerhalb des Abgaskrümmers angeordneten Katalysator, umfasst, wobei der Katalysator derart angeordnet ist, dass er von Abgas mehrerer Brennkammern durchströmt ist.The present invention solves these problems by a cylinder head of an internal combustion engine according to the invention, the at least two sections of a combustion chamber, at least one inlet channel, which is fluidly connected via a combustion chamber inlet to the combustion chamber, at least one exhaust manifold, which is fluidly connected via Brennkammerauslässe with the combustion chambers, and at least one arranged within the exhaust manifold catalyst, wherein the catalyst is arranged such that it is traversed by exhaust gas of a plurality of combustion chambers.

Durch eine Anordnung des Katalysators in einem im Zylinderkopf angeordneten Abgaskrümmer ist der Katalysator, an der heißestmöglichen Position im Abgasstrang angeordnet, welche das Abgas mehrerer Brennkammern führt, so dass eine schnelle Aufheizung des Katalysators erzielt wird. Dadurch kann dauerhaft eine hohe Temperatur im Katalysator sichergestellt werden, so dass der Katalysator die meiste Zeit im Bereich seiner Arbeitstemperatur arbeitet, und dadurch eine wirksame Reduktion der Schadstoffe erzielt werden kann.By arranging the catalytic converter in an exhaust manifold arranged in the cylinder head, the catalytic converter is arranged at the hottest possible position in the exhaust line, which carries the exhaust gas of a plurality of combustion chambers, so that rapid heating of the catalytic converter is achieved. This can permanently ensure a high temperature in the catalyst, so that the catalyst works most of the time in the range of its working temperature, and thereby an effective reduction of the pollutants can be achieved.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Zylinderkopf einen Befestigungsabschnitt auf, an dem ein Abgasturbolader befestigbar ist, so dass ein Auslass des Abgaskrümmers fluidisch mit dem Abgasturbolader verbunden ist. Als Befestigungsabschnitt wird dabei jedes strukturelles Element mit vorzugsweise Verschraubungsmöglichkeiten verstanden, an dem der Abgasturbolader befestigbar ist. Der Vorteil einer solchen Anordnung ist, dass der in dem Abgaskrümmer angeordnete Katalysator als Strömungsgleichverteiler wirkt, so dass eine Anströmung des nachgelagerten Abgasturboladers verbessert ist.In a preferred embodiment of the invention, the cylinder head has a fastening portion, on which an exhaust gas turbocharger can be fastened, so that an outlet of the exhaust manifold is fluidly connected to the exhaust gas turbocharger. In this case, the term "attachment section" is understood as meaning any structural element with preferably screw connection possibilities to which the exhaust-gas turbocharger can be fastened. The advantage of such an arrangement is that the catalyst arranged in the exhaust manifold acts as a flow equalizer, so that an onflow of the downstream exhaust gas turbocharger is improved.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Zylinderkopf einen Befestigungsabschnitt auf, an dem ein zweiter Katalysator befestigbar ist, so dass ein Auslass des Abgaskrümmers fluidisch mit dem zweiten Katalysator verbunden ist. Der Katalysator in dem Abgaskrümmer wirkt dabei in Form eines Vorkatalysators und der zweite Katalysator als Hauptkatalysator. Der Vorteil einer solchen Anordnung ist, dass der in dem Abgaskrümmer angeordnete Katalysator als Strömungsgleichverteiler wirkt, so dass eine Anströmung des zweiten Katalysators verbessert ist.In a further preferred embodiment of the invention, the cylinder head has a fastening portion, on which a second catalyst can be fastened, so that an outlet of the exhaust manifold is fluidically connected to the second catalyst. The catalyst in the exhaust manifold acts in the form of a precatalyst and the second catalyst acts as a main catalyst. The advantage of such an arrangement is that the catalyst arranged in the exhaust manifold acts as a flow equalizer, so that an influx of the second catalyst is improved.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Befestigungsabschnitt Halteabschnitte auf, mittels welchen der Katalysator im Bereich des Auslasses des Abgaskrümmers gehalten ist. Als Halteabschnitte werden dabei strukturelle Mittel verstanden, so dass der Katalysator in einer axialen Richtung im Abgaskrümmer gehalten ist. Vorzugsweise ist der Befestigungsabschnitt dabei als separates Teil mit dem Zylinderkopf verbunden. Dies hat den Vorteil, dass der Katalysator bei einem Defekt einfach demontiert werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, the attachment portion has holding portions, by means of which the catalyst is held in the region of the outlet of the exhaust manifold. As holding sections are understood structural means, so that the catalyst is held in an axial direction in the exhaust manifold. Preferably, the attachment portion is connected as a separate part with the cylinder head. This has the advantage that the catalyst can be easily disassembled in the event of a defect.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren der bevorzugten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt

1 Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel, und
2 Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Further advantages of the invention will become apparent from the following description of the figures of the preferred embodiments. It shows

1 Cylinder head of an internal combustion engine according to a first embodiment, and
2 Cylinder head of an internal combustion engine according to a second embodiment,

1 zeigt einen Zylinderkopf 10 einer Verbrennungskraftmaschine 12 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Zylinderkopf 10, der auf einem Motorblock (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet ist bildet mit dem Motorblock mehrere Brennkammern 20 aus, wobei ein Abschnitt der Brennkammern 20 durch den Zylinderkopf 10 gebildet ist. Im Zylinderkopf 10 sind Einlasskanäle 24 ausgebildet, die über Brennkammereinlässe 28 in die Brennkammer 20 münden, so dass ein Brenngas in die Brennkammern 20 einleitbar ist. Der Zylinderkopf 10 bildet zusätzlich einen Abgaskrümmer 32 aus, der über Brennkammerauslässe 36 fluidisch mit den Brennkammern 20 verbunden ist, so dass ein Abgas aus den Brennkammern 20 abführbar ist. In dem Abgaskrümmer 32 ist ein Katalysator 40 angeordnet, der eine Schadstoffemission des Abgases reduziert. An einem Auslass 44 des Abgaskrümmers 32 ist ein als Flansch ausgeformter Befestigungsabschnitt 48 angeordnet. Der Befestigungsabschnitt 48 weist zusätzlich Halteabschnitte 52 auf, mittels welchen der Katalysator 40 im Bereich des Auslasses 44 des Abgaskrümmers 32 gehalten ist. An dem Befestigungsabschnitt 48 ist ein Abgasturbolader 56 befestigt, so dass ein den Abgaskrümmer 32 verlassendes Abgas direkt in den Abgasturbolader 56 geleitet wird. Durch die Anordnung des Katalysators 40 in dem Abgaskrümmer 32 wird eine verbesserte Anströmung des stromabwärts angeordneten Abgasturboladers 56 erzielt. 1 shows a cylinder head 10 an internal combustion engine 12 according to a first embodiment. The cylinder head 10 on an engine block (not shown) of the internal combustion engine 12 is arranged forms with the engine block several combustion chambers 20 out, with a section of the combustion chambers 20 through the cylinder head 10 is formed. In the cylinder head 10 are inlet channels 24 Trained over the combustion chamber inlets 28 into the combustion chamber 20 open, leaving a fuel gas in the combustion chambers 20 can be introduced. The cylinder head 10 additionally forms an exhaust manifold 32 out, over the combustion chamber outlets 36 fluidic with the combustion chambers 20 is connected, leaving an exhaust gas from the combustion chambers 20 is deductible. In the exhaust manifold 32 is a catalyst 40 arranged, which reduces a pollutant emission of the exhaust gas. At an outlet 44 the exhaust manifold 32 is a mounting portion formed as a flange 48 arranged. The attachment section 48 also has holding sections 52 on, by means of which the catalyst 40 in the area of the outlet 44 the exhaust manifold 32 is held. At the attachment section 48 is an exhaust gas turbocharger 56 attached so that the exhaust manifold 32 leaving exhaust gas directly into the exhaust gas turbocharger 56 is directed. By the arrangement of the catalyst 40 in the exhaust manifold 32 is an improved flow of the downstream exhaust gas turbocharger 56 achieved.

2 zeigt einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle des Abgasturboladers 56 ein zweiter Katalysator 60 am Befestigungsabschnitt 48 angeordnet ist. 2 shows a cylinder head for an internal combustion engine according to a second embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that instead of the exhaust gas turbocharger 56 a second catalyst 60 at the attachment section 48 is arranged.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4137105 A1 [0002]

Claims

Cylinder head (10) of an internal combustion engine (12), wherein the cylinder head (10), at least two sections of a combustion chamber (20), in each case at least one inlet channel (24) which is fluidically connected to the combustion chamber (20) via a combustion chamber inlet (28), at least one exhaust manifold (32) fluidly connected to the combustion chambers (20) via combustion chamber outlets (36) and at least one catalyst (40) disposed within the exhaust manifold (32), comprising, wherein the catalyst (40) is arranged such that it is traversed by exhaust gas of a plurality of combustion chambers (20).

Cylinder head (10) of an internal combustion engine (12) according to Claim 1 comprising an attachment portion (48) to which an exhaust gas turbocharger (56) is attachable such that an outlet (44) of the exhaust manifold (32) is fluidically connected to the exhaust gas turbocharger (56).

Cylinder head (10) of an internal combustion engine (12) according to Claim 1 comprising an attachment portion (48) to which a second catalyst (60) is attachable such that an outlet (44) of the exhaust manifold (32) is fluidly connected to the second catalyst (60).

Cylinder head (10) of an internal combustion engine (12) according to Claim 2 or 3 , characterized in that the fastening portion (48) is formed as a flange.

Cylinder head (10) of an internal combustion engine (12) according to one of Claims 2 to 4 , characterized in that the fastening portion (48) holding portions (52), by means of which the catalyst (40) in the region of the outlet (44) of the exhaust manifold (32) is held.