DE102018120046B4 - Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Zylinderkopf (1) für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem durch ein Temperiermedium durchströmbaren Temperierbereich (15), wobei der Temperierbereich (15) ein Aderwerk (20) mit zumindest einer Temperierader (21-24, 26-29) umfasst, wobei das Aderwerk (20) einen Eintrittsbereich (11) umfasst, von dem mindestens eine Temperierader (21-23) ausgeht, wobei das Aderwerk (20) einen Austrittsbereich (12) umfasst, in den mindestens eine Temperierader (26-29) mündet, wobei einem Brennraum (2) des Verbrennungsmotors ein Einlasskanal (4) und ein Auslasskanal (5) zugeordnet sind, wobei das Temperiermedium über den Eintrittsbereich (11) zugeführt wird, der unterhalb des Auslasskanals (5) angeordnet ist, wobei das Temperiermedium über den Austrittsbereich (12) austritt, der unterhalb des Einlasskanals (4) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem durch ein Temperiermedium durchströmbaren Temperierbereich. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Zylinderkopfs.
• Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2017 112 216 A1 ist ein Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor bekannt, umfassend einen Kühlkanal, der durch ein Kühlmittel durchströmbar ist zum Kühlen bestimmter Bereiche des Zylinderkopfs, wobei der Kühlkanal zumindest bereichsweise als Gitterstruktur ausgebildet ist, wobei die Gitterstruktur zumindest bereichsweise durch das Kühlmittel durchströmbar ist, wobei die Gitterstruktur oder der Zylinderkopf durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird. Aus dem US-Patent US 8 256 114 B2 ist ein Kühlmantel-Gusskern für die Herstellung eines Zylinderkopfs eines Verbrennungsmotors bekannt. Die nachveröffentlichte deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2017 109 185 A1 offenbart ein Zylinderkopfgehäuse für einen Verbrennungsmotor, der mindestens zwei in Reihe angeordnete Zylinder ausbildet, mit Aufnahmeöffnungen für jeweils ein Auslassventil, die den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors zugeordnet sind, mit sich von diesen Auslassventil-Aufnahmeöffnungen erstreckenden Abgaskanälen, die in einen Abgasauslasskanal zusammengeführt sind, und mit Kühlkanälen, wobei ein längsaxiales Ende eines Dach-Verteilerkanals in einen Dach-Zu- oder Abströmkanal übergeht und/oder jeweils ein längsaxiales Ende der Dach-Sammelkanäle in einen Dach-Ab- oder Zuströmkanal übergeht.
• Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors, der einen Zylinderkopf mit mindestens einem durch ein Temperiermedium durchströmbaren Temperierbereich umfasst, zu verbessern.
• Die Aufgabe ist durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Zylinderkopf kann gegebenenfalls geheizt werden, um den mit dem Zylinderkopf ausgestatteten Verbrennungsmotor, zum Beispiel in einem Kaltstartbetrieb, schneller auf Temperatur zu bringen. Dadurch können unerwünschte Emissionen im Kaltstartbetrieb reduziert werden. Der Zylinderkopf wird im Betrieb des Verbrennungsmotors jedoch hauptsächlich gekühlt. Zum Kühlen wird ein Kühlmedium verwendet, das auch als Kühlmittel bezeichnet wird. Dann kann der Temperierbereich auch als Kühlbereich bezeichnet werden. Analog kann die zumindest eine Temperierader auch als Kühlader bezeichnet werden. Durch das Aderwerk kann mit einem im Vergleich zu herkömmlichen Zylinderköpfen geringeren Volumen überraschenderweise eine bessere Kühlwirkung erzielt werden. So können auf einfache Art und Weise kritische Stellen in dem Temperierbereich sehr effektiv temperiert, insbesondere gekühlt, werden. Der Eintrittsbereich und der Austrittsbereich können, abgesehen von den Temperieradern, so oder so ähnlich ausgeführt sein wie in herkömmlichen Zylinderköpfen.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Zylinderkopfs ist dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Temperierader in dem Temperierbereich jeweils einen sanft gekrümmten oder gebogenen Verlauf hat, mit gleichmäßigem Querschnitt für gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeiten. Das Aderwerk mit der zumindest einen Temperierader hat vorteilhaft keine Ecken. So können unerwünschte Totwassergebiete in dem Temperierbereich vermieden werden. Dadurch kann die Kühlwirkung weiter verbessert werden.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Zylinderkopfs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Aderwerk in dem Temperierbereich Verbindungsstellen aufweist, mittels derer eine oder mehrere Temperieradern miteinander verbunden sind. Durch die Anordnung und die Anzahl der Verbindungsstellen und/oder der Temperieradern kann das Aderwerk im Hinblick auf eine erwünschte Kühlwirkung optimal ausgelegt werden.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Zylinderkopfs ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Temperieradern zwischen mindestens zwei Einlasskanälen und/oder zwischen mindestens zwei Auslasskanälen hindurch verlaufen. So kann besonders vorteilhaft ein zentraler Bereich temperiert beziehungsweise gekühlt werden. In dem zentralen Bereich sind zum Beispiel eine Zündkerze und ein Injektor angeordnet, mit dem Kraftstoff in einen Brennraum eingespritzt wird, der von einer Brennraumkalotte begrenzt wird.
• Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Zylinderkopfs ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Zylinderkopf mit dem Aderwerk durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird. Der Zylinderkopf mit dem Aderwerk kann zum Beispiel aus einem geeigneten Aluminiummaterial generativ gefertigt werden. Als generatives Fertigungsverfahren eignet sich zum Beispiel selektives Lasersintern.
• Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Zylinderkopfs ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass mindestens ein Gusskern zur Darstellung des Aderwerks beim Gießen des Zylinderkopfs durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird. Der Gusskern zur Darstellung des Aderwerks kann zum Beispiel mit einem dreidimensionalen Druckverfahren für Sanddruck generativ gefertigt werden. Der Gusskern kann dann in ein Gusswerkzeug zum Gießen des Zylinderkopfs mit dem Aderwerk eingelegt und umgossen werden.
• Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computer-Programmprodukt mit einem Programmcode zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens. Das Computer-Programmprodukt umfasst zum Beispiel ein CAD-Modell des Aderwerks. Das CAD-Modell des Aderwerks wiederum wird bei der Durchführung des generativen Fertigungsverfahrens verwendet, um den Zylinderkopf mit dem Aderwerk oder den Gusskern zur Darstellung des Aderwerks zu erzeugen.
• Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Gusskern zum Gießen eines vorab beschriebenen Zylinderkopfs. Der Gusskern ist separat handelbar.
• Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Aderwerk für einen vorab beschriebenen Zylinderkopf.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
• Die einzige beiliegende 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines nur angedeuteten Zylinderkopfs für einen Verbrennungsmotor mit einem durch ein Temperiermedium durchströmbaren Temperierbereich, der ein Aderwerk mit Temperieradern umfasst.
• 1 zeigt einen nur angedeuteten Zylinderkopf 1 mit einem ebenfalls nur angedeuteten Brennraum 2 eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Der Brennraum 2 wird von einer Brennraumkalotte 3 begrenzt.
• Dem Brennraum 2 sind ein Einlasskanal 4 und ein Auslasskanal 5 zugeordnet. Der Einlasskanal 4 ist zum Brennraum 2 hin in zwei Einlassarme 6, 7 unterteilt. Der Auslasskanal 5 ist, ausgehend vom Brennraum 2, ebenfalls in zwei Auslassarme 8, 9 unterteilt.
• In einem zentralen Bereich 10 ist zum Beispiel mindestens ein (nicht dargestellter) Injektor angeordnet, über den Kraftstoff direkt in den Brennraum 2 eingespritzt wird. In dem zentralen Bereich 10 ist auch mindestens eine Zündkerze (ebenfalls nicht dargestellt) angeordnet, mit deren Hilfe ein Brennstoff-LuftGemisch in dem Brennraum 2 gezündet wird.
• Der zentrale Bereich 10 ist Teil eines Temperierbereichs 15, in welchem der Zylinderkopf 1 gezielt mit einem geeigneten Temperiermedium temperiert wird. Der Zylinderkopf 1 wird im Betrieb des Verbrennungsmotors hauptsächlich gekühlt. Daher wird der Temperierbereich 15 auch als Kühlbereich bezeichnet. Analog wird das Temperiermedium als Kühlmedium oder Kühlmittel bezeichnet.
• Das zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen, verwendete Medium wird über einen Eintrittsbereich 11 zugeführt, der in 1 unterhalb des Auslasskanals 5 angeordnet ist. Das Temperiermedium oder Kühlmedium tritt über einen Austrittsbereich 12 aus, der in 1 unterhalb des Einlasskanals 4 angeordnet ist.
• Das eintretende Temperiermedium oder Kühlmedium ist in 1 durch einen Pfeil 13 angedeutet. Das austretende Temperiermedium oder Kühlmedium ist in 1 durch einen Pfeil 14 angedeutet.
• Zwischen dem Eintrittsbereich 11 und dem Austrittsbereich 12 umfasst der Temperierbereich 15 ein Aderwerk 20 mit Temperieradern 21 bis 24 und 26 bis 29. Die Temperieradern 21 bis 24 und 26 bis 29 haben jeweils einen sanften gekrümmten oder gebogenen Verlauf zwischen dem Eintrittsbereich 11 und dem Austrittsbereich 12.
• Von dem Eintrittsbereich 11 gehen insgesamt vier Temperieradern 21 bis 24 aus. In den Austrittsbereich 12 münden ebenfalls insgesamt vier Temperieradern 26 bis 29. Die Temperieradern 21 bis 24 und 26 bis 29 laufen an verschiedenen Verbindungsstellen 25 zusammen, von denen in 1 nur die Verbindungsstelle 25 mit einem Bezugszeichen versehen ist. In der Verbindungsstelle 25 des Aderwerks 20 laufen die Temperieradern 21 bis 23 zusammen.

Claims (8)

1. Zylinderkopf (1) für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem durch ein Temperiermedium durchströmbaren Temperierbereich (15), wobei der Temperierbereich (15) ein Aderwerk (20) mit zumindest einer Temperierader (21-24, 26-29) umfasst, wobei das Aderwerk (20) einen Eintrittsbereich (11) umfasst, von dem mindestens eine Temperierader (21-23) ausgeht, wobei das Aderwerk (20) einen Austrittsbereich (12) umfasst, in den mindestens eine Temperierader (26-29) mündet, wobei einem Brennraum (2) des Verbrennungsmotors ein Einlasskanal (4) und ein Auslasskanal (5) zugeordnet sind, wobei das Temperiermedium über den Eintrittsbereich (11) zugeführt wird, der unterhalb des Auslasskanals (5) angeordnet ist, wobei das Temperiermedium über den Austrittsbereich (12) austritt, der unterhalb des Einlasskanals (4) angeordnet ist.
2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Temperierader (21-24,26-29) in dem Temperierbereich (15) einen jeweils sanft gekrümmten oder gebogenen Verlauf hat.
3. Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aderwerk (20) in dem Temperierbereich (15) Verbindungsstellen (25) aufweist, mittels derer eine oder mehrere Temperieradern (21-24,26-29) miteinander verbunden sind.
4. Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Temperieradern (26,27; 23,24) zwischen zwei Einlassarmen (6,7) und/oder zwischen zwei Auslassarmen (8,9) hindurch verlaufen.
5. Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1) mit dem Aderwerk (20) durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird.
6. Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gusskern zur Darstellung des Aderwerks (20) beim Gießen des Zylinderkopfs (1) durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird.
7. Computer-Programmprodukt mit einem Programmcode zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6.
8. Gusskern zum Gießen eines Zylinderkopfs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

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