DE102018129959A1

DE102018129959A1 - Exhaust manifold for an internal combustion engine of a vehicle

Info

Publication number: DE102018129959A1
Application number: DE102018129959.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schork; Andreas Kramer; Thorsten Wunsch; Nico Bieber; Detlev Hruschka; Dirk Bernhardt; Gabriel Dilmac
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Abgaskrümmer (10) für einen Verbrennungsmotor (200) eines Fahrzeugs, aufweisend einen Grundkörper (20) mit einem Abgaskanal (30) mit wenigstens zwei Abgaseinlässen (32) für einen Einlass von Abgas aus Brennkammern des Verbrennungsmotors (200) und einem Abgasauslass (34) für einen Auslass von gekühltem Abgas in eine Turboladervorrichtung (220) des Verbrennungsmotors (200), wobei der Grundkörper (20) zur Führung eines Kühlfluids wenigstens einen Kühlkanal (40) aufweist mit einem Kühleinlass (42) zur Verbindung mit einem Kühlvorlauf (110) und einem Kühlauslass (44) zur Verbindung mit einem Kühlrücklauf (120), wobei der Grundkörper (20) weiter eine erste Befestigungsschnittstelle (50) für eine Befestigung an einem Zylinderkörper (212) und eine zweite Befestigungsschnittstelle (60) für eine Befestigung an der Turboladervorrichtung (220) aufweist.Exhaust manifold (10) for an internal combustion engine (200) of a vehicle, comprising a base body (20) with an exhaust duct (30) with at least two exhaust gas inlets (32) for an inlet of exhaust gas from combustion chambers of the internal combustion engine (200) and an exhaust gas outlet (34) for an outlet of cooled exhaust gas into a turbocharger device (220) of the internal combustion engine (200), wherein the base body (20) for guiding a cooling fluid has at least one cooling channel (40) with a cooling inlet (42) for connection to a cooling flow (110) and a cooling outlet (44) for connection to a cooling return (120), the base body (20) further comprising a first fastening interface (50) for fastening to a cylinder body (212) and a second fastening interface (60) for fastening to the turbocharger device ( 220).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs sowie ein Krümmersystem für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens zwei solcher Abgaskrümmer.The present invention relates to an exhaust manifold for an internal combustion engine of a vehicle and a manifold system for an internal combustion engine with at least two such exhaust manifolds.

Es ist bekannt, dass Verbrennungsmotoren Abgaskrümmer aufweisen, um Abgas von den einzelnen Brennkammern abzuführen. Auch ist es bekannt, dass im Anschluss an einen solchen Abgaskrümmer eine Turboladervorrichtung sitzt, um das aufgenommene Abgas für eine Turboverdichtung für den nächsten Brennzyklus in den Brennkammern zur Verfügung stellen zu können.It is known that internal combustion engines have exhaust manifolds in order to discharge exhaust gas from the individual combustion chambers. It is also known that a turbocharger device is located after such an exhaust manifold in order to be able to make the exhaust gas received available for turbo compression for the next combustion cycle in the combustion chambers.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass ein hoher Aufwand betrieben werden muss, um das Abgas aus den Brennkammern auf eine gewünschte Maximaltemperatur herabzukühlen, bevor es in die Turboladervorrichtung eintritt. Bekannte Lösungen bieten dabei komplexe Turboladergehäuse an, welche mit entsprechenden Kühlvorrichtungen den Eingang der Turboladervorrichtung bzw. den Ausgang der Abgaskrümmervorrichtung kühlen, um auf diese Weise eine Kühlfunktion zu gewährleisten. Neben der geringen Einflussnahmemöglichkeit in diesem kurzen Abschnitt führt dies zu einer sehr hohen Bauteilkomplexität eines kombinierten Bauteils aus der Turboladervorrichtung und dem Abgaskrümmer.A disadvantage of the known solutions is that a great deal of effort is required to cool the exhaust gas from the combustion chambers to a desired maximum temperature before it enters the turbocharger device. Known solutions offer complex turbocharger housings which cool the inlet of the turbocharger device or the outlet of the exhaust manifold device with appropriate cooling devices in order to ensure a cooling function in this way. In addition to the low possibility of influencing in this short section, this leads to a very high component complexity of a combined component from the turbocharger device and the exhaust manifold.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise gekühltes Abgas einer Turboladervorrichtung eines Verbrennungsmotors zur Verfügung stellen zu können.It is an object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention to be able to provide cooled exhaust gas of a turbocharger device of an internal combustion engine in a cost-effective and simple manner.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Krümmersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Krümmersystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by an exhaust manifold with the features of claim 1 and a manifold system with the features of claim 8. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the exhaust manifold according to the invention apply, of course, also in connection with the manifold system according to the invention and vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always or can be made to one another.

Erfindungsgemäß ist ein Abgaskrümmer für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs vorgesehen. Dieser Abgaskrümmer weist einen Grundkörper mit einem Abgaskanal mit wenigstens zwei Abgaseinlässen für einen Einlass von Abgas aus den Brennkammern des Verbrennungsmotors auf. Der Grundkörper ist weiter mit einem Abgasauslass für einen Auslass von gekühltem Abgas in eine Turboladervorrichtung des Verbrennungsmotors ausgestattet. Dabei weist der Grundkörper zur Führung eines Kühlfluids wenigstens einen Kühlkanal auf mit einem Kühleinlass zur Verbindung mit einem Kühlvorlauf und einem Kühlauslass zur Verbindung mit einem Kühlrücklauf. Der Grundkörper ist weiter mit einer ersten Befestigungsschnittstelle für eine Befestigung an einem Zylinderkörper und einer zweiten Befestigungsschnittstelle für eine Befestigung an der Turboladervorrichtung ausgestattet.According to the invention, an exhaust manifold is provided for an internal combustion engine of a vehicle. This exhaust manifold has a base body with an exhaust duct with at least two exhaust gas inlets for an intake of exhaust gas from the combustion chambers of the internal combustion engine. The base body is further equipped with an exhaust gas outlet for an outlet of cooled exhaust gas into a turbocharger device of the internal combustion engine. The main body for guiding a cooling fluid has at least one cooling channel with a cooling inlet for connection to a cooling flow and a cooling outlet for connection with a cooling return. The base body is further equipped with a first fastening interface for fastening to a cylinder body and a second fastening interface for fastening to the turbocharger device.

Erfindungsgemäß ist die Abgaskrümmervorrichtung nun separat von der Turboladervorrichtung mit einem eigenen Grundkörper ausgestattet. Bei der Montage des Gesamtsystems des Verbrennungsmotors erfolgt nun eine Befestigung des Abgaskrümmers über die erste Befestigungsschnittstelle am Zylinderkörper, sodass auch eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen den wenigstens zwei Abgaseinlässen und den entsprechenden Ventilauslässen der jeweiligen Brennkammer zur Verfügung gestellt wird. Darüber hinaus wird an der zweiten Befestigungsschnittstelle ein entsprechender Abgaseingang der Turboladervorrichtung befestigt, sodass eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem Einlass der Turboladervorrichtung und dem Abgasauslass des Abgaskanals entsteht.According to the invention, the exhaust manifold device is now equipped with its own base body separately from the turbocharger device. When assembling the overall system of the internal combustion engine, the exhaust manifold is now attached to the cylinder body via the first attachment interface, so that a fluid-communicating connection between the at least two exhaust gas inlets and the corresponding valve outlets of the respective combustion chamber is also made available. In addition, a corresponding exhaust gas inlet of the turbocharger device is attached to the second fastening interface, so that a fluid-communicating connection is created between the inlet of the turbocharger device and the exhaust gas outlet of the exhaust gas duct.

Dadurch, dass der Abgaskrümmer nun als separates Bauteil ausgebildet ist, kann er im Kompletten mit einer Kühlfunktionalität ausgestaltet werden. Hier ist eine große Konstruktionsfreiheit gegeben, da innerhalb des Abgaskrümmers nur die Gegebenheiten des Abgaskrümmers aus mechanischen und thermischen Gesichtspunkten berücksichtigt werden müssen. Damit wird es möglich, einen Kühlkanal oder sogar mehrere Kühlkanäle innerhalb des Grundkörpers anzuordnen, welche über einen Kühleinlass Kühlfluid einbringen und über den Kühlauslass wieder ausbringen können. Der Abgaskrümmer selbst wird somit zum Teil eines Kühlkreislaufes, welcher in der Lage ist, wie dies später noch mit Bezug auf das Krümmersystem erläutert wird, über eine Kühlfluidpumpe mit kaltem Kühlfluid versorgt und mit der Abfuhr von warmem Kühlfluid ausgestattet zu werden. Insbesondere kann das Kühlfluid dabei dem Fahrzeugkühlkreislauf entnommen werden, sodass insbesondere eine Flüssigkeit, zum Beispiel Kühlwasser, welches zur Temperierung des Motors grundsätzlich eingesetzt wird, auch zum Teil in die Kühlfunktionalität des Abgaskrümmers fließt. Entsprechende Ventilsteuerungen und Pumpvorrichtungen sind hierfür vorteilhaft und bekannt. Bevorzugt ist es dabei, wie ebenfalls später noch erläutert wird, wenn die entsprechende Pumpvorrichtung für das Umlaufpumpen des Kühlfluids im Kühlrücklauf angeordnet ist, sodass sozusagen das warme Kühlfluid aus dem Kühlkanal heraus in den Kreislauf zurückgepumpt werden kann.Because the exhaust manifold is now designed as a separate component, it can be designed in its entirety with a cooling functionality. There is great freedom of design here, since within the exhaust manifold only the conditions of the exhaust manifold need to be taken into account from a mechanical and thermal point of view. This makes it possible to arrange a cooling duct or even a plurality of cooling ducts within the base body, which can introduce cooling fluid via a cooling inlet and can discharge it again via the cooling outlet. The exhaust manifold itself thus becomes part of a cooling circuit which, as will be explained later with reference to the manifold system, is able to be supplied with cold cooling fluid via a cooling fluid pump and to be equipped with the removal of warm cooling fluid. In particular, the cooling fluid can be removed from the vehicle cooling circuit, so that in particular a liquid, for example cooling water, which is basically used for temperature control of the engine, also partly flows into the cooling functionality of the exhaust manifold. Corresponding valve controls and pump devices are advantageous and known for this. It is preferred, as will also be explained later, if the corresponding pump device for circulating the cooling fluid in the cooling return is arranged so that the warm cooling fluid can be pumped out of the cooling channel back into the circuit.

Wie aus der voranstehenden Erläuterung ersichtlich wird, kann nun in konstruktiv sehr freier Weise der oder die Kühlkanäle in dem Grundkörper des Abgaskrümmers angeordnet werden. Insbesondere sind die Kühlkanäle dabei für eine wärmeübertragene Kommunikation mit dem Abgaskanal ausgestattet. Hierfür ist insbesondere Bezug zu nehmen auf das Wärmetransportphänomen der Wärmeleitung, sodass heißes Abgas den Grundkörper im Bereich der Wandungen des Abgaskanals erwärmt. Diese Wärme wird durch das Material des Grundkörpers geleitet bis zur entsprechenden Wandung des Kühlkanals. Dadurch, dass im Kühlkanal nur kühlendes Kühlfluid fließt, kann durch Wärmeübergang an den Kontaktflächen der Wandungen des Kühlkanals die Wärme aus dem Material des Grundkörpers in das Kühlfluid übertreten. Durch die Zwangskonvektion des Kühlfluids wird die Wärme mit dem Kühlfluid weitertransportiert und insbesondere über den Kühlrücklauf bzw. den Kühlausgang aus dem Abgaskrümmer heraustransportiert. Durch die Kreislaufförderung und eine Kühlung des erwärmten Kühlfluids wird es nun möglich, das gesamte Material des Grundkörpers des Abgaskrümmers mit einer Kühlfunktionalität auszustatten, und auf diese Weise vorzugsweise über einen großen Abschnitt, insbesondere über die gesamte Länge des Abgaskanals zwischen den Abgaseinlässen und dem Abgasauslass, eine entsprechende Kühlfunktion zur Verfügung zu stellen.As can be seen from the above explanation, the cooling channel or channels can now be arranged in the base body of the exhaust manifold in a structurally very free manner. In particular, the cooling channels are equipped for heat-transferred communication with the exhaust gas channel. For this purpose, reference should be made in particular to the heat transport phenomenon of heat conduction, so that hot exhaust gas heats the base body in the region of the walls of the exhaust gas duct. This heat is conducted through the material of the base body to the corresponding wall of the cooling channel. Because only cooling cooling fluid flows in the cooling duct, the heat from the material of the base body can pass into the cooling fluid through heat transfer at the contact surfaces of the walls of the cooling duct. Due to the forced convection of the cooling fluid, the heat is transported further with the cooling fluid and, in particular, is transported out of the exhaust manifold via the cooling return or the cooling outlet. The circulation promotion and cooling of the heated cooling fluid now makes it possible to provide the entire material of the base body of the exhaust manifold with a cooling functionality, and in this way preferably over a large section, in particular over the entire length of the exhaust gas duct between the exhaust gas inlets and the exhaust gas outlet, to provide an appropriate cooling function.

Ein entscheidender Vorteil durch diese deutlich komfortablere und vor allem effizientere Kühlung ist darin zu sehen, dass das Abgas besser gekühlt bzw. mit einer tieferen Temperatur bei der Turboladervorrichtung sowie des direkt nachgelagerten Katalysators ankommt. Dies führt dazu, dass die thermische Belastung der Turboladervorrichtung, insbesondere der bewegten Teile in der Turboladervorrichtung, deutlich reduziert werden kann. Hinsichtlich des Kostenaufwandes für die Turboladervorrichtung sowie der Konstruktionsfreiheit können hiermit weitere Vorteile erzielt werden. Ebenfalls wirkt sich die reduzierte Abgastemperatur positiv auf die Haltbarkeit des Katalysators aus.A decisive advantage of this significantly more convenient and, above all, more efficient cooling is that the exhaust gas is cooled better or arrives at a lower temperature in the turbocharger device and the catalytic converter directly downstream. This means that the thermal load on the turbocharger device, in particular on the moving parts in the turbocharger device, can be significantly reduced. With regard to the cost of the turbocharger device and the freedom of design, further advantages can hereby be achieved. The reduced exhaust gas temperature also has a positive effect on the durability of the catalytic converter.

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer der Kühleinlass und der Kühlauslass an unterschiedlichen Enden, insbesondere an entgegengesetzten Enden des Grundkörpers, angeordnet sind. Das bedeutet, dass der Grundkörper vollständig oder im Wesentlichen vollständig von dem Kühlfluid durchflossen wird. Sämtliche Wärme, welche durch das Abgas in das Material des Grundkörpers eingetragen wird, kann auf diese Weise schnell und effizient über das Kühlfluid aufgenommen und aus dem Grundkörper abgeführt werden. Lokale Hitzespitzen bzw. thermische Unterschiede innerhalb des Abgaskrümmers können auf diese Weise reduziert oder sogar minimiert werden. Auf diese Weise können thermische Spannungen, welche zu einer erhöhten Belastung des Materials des Grundkörpers führen würden, ebenfalls vermieden werden. Insbesondere ist dabei hinzuweisen auf das Vermeiden von ungleicher thermischer Ausdehnung.It can be advantageous if, in an exhaust manifold according to the invention, the cooling inlet and the cooling outlet are arranged at different ends, in particular at opposite ends of the base body. This means that the cooling fluid flows completely or substantially completely through the base body. In this way, all heat which is introduced into the material of the base body by the exhaust gas can be absorbed quickly and efficiently via the cooling fluid and can be removed from the base body. Local heat peaks or thermal differences within the exhaust manifold can be reduced or even minimized in this way. In this way, thermal stresses which would lead to an increased load on the material of the base body can also be avoided. In particular, it is important to point out the avoidance of unequal thermal expansion.

Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einem Abgaskrümmer der vorliegenden Erfindung sich der wenigstens eine Kühlkanal quer oder im Wesentlichen quer zu der Einlassrichtung der Abgaseinlässe und/oder quer oder im Wesentlichen quer zur Auslassrichtung des Abgasauslasses erstreckt. Diese Quererstreckung führt zum einen zu einem verbesserten Wärmeübergang. Somit wird es möglich, die Wärme vom Abgas noch effizienter und schneller in das Kühlfluid einzuleiten und mit diesem abzutransportieren. Die Erstreckung quer zum Eintritt des Abgases bzw. zum Austritt des Abgases führt darüber hinaus zu einer Vergleichmäßigung der Kühlsituation. Mit anderen Worten ist sozusagen eine Kreuzströmung des heißen Abgases und des Kühlfluids möglich. Mit diesem Prinzip lässt sich nun die gesamte Kühlung effizienter und effektiver gestalten.Further advantages can be achieved if, in an exhaust manifold of the present invention, the at least one cooling duct extends transversely or substantially transversely to the inlet direction of the exhaust gas inlets and / or transversely or essentially transversely to the outlet direction of the exhaust gas outlet. This transverse extension leads on the one hand to an improved heat transfer. This makes it possible to introduce the heat from the exhaust gas into the cooling fluid more efficiently and quickly and to remove it with it. The extension transverse to the inlet of the exhaust gas or to the outlet of the exhaust gas also leads to an evening of the cooling situation. In other words, a cross flow of the hot exhaust gas and the cooling fluid is possible, so to speak. With this principle, the entire cooling can now be designed more efficiently and effectively.

Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer wenigstens zwei Kühlkanäle mit einem gemeinsamen Kühleinlass und/oder einem gemeinsamen Kühlauslass im Grundkörper angeordnet sind. Diese zwei Kühlkanäle können dabei den gemeinsamen Einlass kombiniert aufweisen, oder aber bereits in oder nach dem gemeinsamen Kühleinlass und/oder dem gemeinsamen Kühlauslass eine entsprechende Trennung aufweisen. So ist es zum Beispiel denkbar, dass die Kühlkanäle das Kühlsystem sozusagen zweiteilig ausbilden. Einer der beiden Kühlkanäle, welcher selbstverständlich selbst eigene Verzweigungen oder Verästelungen mit Teilkühlkanälen aufweisen kann, ist dabei auf einer Seite des Abgaskrümmers angeordnet, während der zweite Teilkühlkanal mit seinen Verästelungen und Verzweigungen auf der anderen Seite des Grundkörpers angeordnet ist. Diese Kombination erlaubt es, insbesondere mit einer Trennung des Kühlfluidstroms in zwei Teilkühlfluidströme auf die beiden Teilkühlkanäle, eine effizientere und beidseitige Kühlung zu gewährleisten. Insbesondere wird der Abgaskanal sozusagen von beiden Seiten mit einer Kühlfunktionalität eingepackt, sodass auch beidseitig gleichmäßig gekühlt werden kann. Thermische Unterschiede, welche zu unerwünschten thermischen Spannungen zwischen den Seiten des Abgaskrümmers führen würden, können auf diese Weise wirkungsvoll vermieden werden. Auch Massedifferenzen hinsichtlich des Grundkörpers und hinsichtlich der Menge an Kühlfluid können auf diese Weise reduziert werden.It can also be advantageous if, in the case of an exhaust manifold according to the invention, at least two cooling channels with a common cooling inlet and / or a common cooling outlet are arranged in the base body. These two cooling channels can have the common inlet combined, or they can already have a corresponding separation in or after the common cooling inlet and / or the common cooling outlet. For example, it is conceivable that the cooling channels form the cooling system in two parts, so to speak. One of the two cooling channels, which can of course have its own branches or branches with partial cooling channels, is arranged on one side of the exhaust manifold, while the second partial cooling channel with its branches and branches is arranged on the other side of the base body. This combination makes it possible to ensure more efficient cooling on both sides, in particular by separating the cooling fluid flow into two partial cooling fluid flows onto the two partial cooling channels. In particular, the flue gas duct is packed with cooling functionality from both sides, so that cooling can be carried out uniformly on both sides. Thermal differences, which would lead to undesirable thermal stresses between the sides of the exhaust manifold, can be effectively avoided in this way. Also differences in mass with regard to the base body and the amount of cooling fluid can be reduced in this way.

Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer die wenigstens zwei Kühlkanäle auf unterschiedlichen Seiten der Abgaseinlässe, des Abgasauslasses und/oder des Abgaskanals angeordnet sind. Wie dies bereits im voranstehenden Absatz erläutert worden ist, lässt sich auf diese Weise die Kühlfunktionalität von beiden Seiten um den Strom des heißen Abgases platzieren. Damit wird eine beidseitige Kühlung sowohl im Bereich des Abgasauslasses, des Abgaskanals und im Bereich der Abgaseinlässe möglich. Die Effizienz und die Effektivität der Kühlung mit dem Kühlfluid werden auf diese Weise gesteigert. Insbesondere führt dies dazu, dass zwischen den Kühlkanälen insbesondere den Kühlkanalwandungen und den entsprechenden Wandungen des Abgaskanals ein gleicher oder im Wesentlichen gleicher Abstand vorherrscht, sodass die thermische Barriere durch das Material des Grundkörpers für den Wärmeübergang in das Kühlfluid im Wesentlichen über den gesamten Verlauf des Abgaskanals gleich oder im Wesentlichen gleich ausgebildet ist. Der thermische Widerstand der Wärmeleitung im Grundkörper bzw. Material des Grundkörpers wird somit vereinheitlicht und wiederum der thermische Ausgleich verbessert bzw. thermische Unterschiede und Hitzespitzen im Material des Grundkörpers vermieden.It is a further advantage if, in an exhaust manifold according to the invention, the at least two cooling channels are arranged on different sides of the exhaust gas inlets, the exhaust gas outlet and / or the exhaust gas duct. As already explained in the previous paragraph, the cooling functionality can be placed around the flow of the hot exhaust gas from both sides. This enables cooling on both sides in the area of the exhaust gas outlet, the exhaust gas duct and in the area of the exhaust gas inlets. The efficiency and effectiveness of cooling with the cooling fluid are increased in this way. In particular, this means that between the cooling channels, in particular the cooling channel walls and the corresponding walls of the exhaust gas channel, there is an identical or essentially the same distance, so that the thermal barrier through the material of the base body for heat transfer into the cooling fluid essentially over the entire course of the exhaust gas channel is identical or essentially the same. The thermal resistance of the heat conduction in the base body or material of the base body is thus standardized and in turn the thermal compensation is improved or thermal differences and heat peaks in the material of the base body are avoided.

Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem Abgaskrümmer gemäß der voranstehenden Absätze die wenigstens zwei Kühlkanäle zwischen dem gemeinsamen Kühleinlass und dem gemeinsamen Kühlauslass wenigstens einen Querkanal aufweisen für eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen den wenigstens zwei Kühlkanälen. Dies kann der Fall sein auf einer Seite des Abgaskrümmers, um zum Beispiel einen oberen Teilkühlkanal mit einem unteren Teilkühlkanal fluidkommunizierend zu verbinden. Jedoch ist es auch denkbar, dass zum Beispiel zwischen zwei Abgaseinlässen ein solcher Querkanal die beiden Seitenteile, also zwei seitliche Teilkühlkanäle miteinander verbindet. Die Fluidströmung kann auf diese Weise verbessert werden und gleichzeitig auch die Vergleichmäßigung der Wärmeverteilung im Kühlfluid sowie im Material des Grundkörpers. Dies führt unter anderem dazu, dass auch weniger Material für den Grundkörper eingesetzt werden muss, sodass die Volumenverteilung bzw. die Masseverteilung im Material des Grundkörpers vereinheitlicht und damit die Wärmeverteilung ebenfalls verbessert werden kann.A further advantage can be achieved if, in the case of an exhaust manifold according to the preceding paragraphs, the at least two cooling channels between the common cooling inlet and the common cooling outlet have at least one transverse channel for a fluid-communicating connection between the at least two cooling channels. This can be the case on one side of the exhaust manifold, for example in order to fluidly communicate an upper partial cooling duct with a lower partial cooling duct. However, it is also conceivable that, for example, between two exhaust gas inlets, such a transverse duct connects the two side parts, that is to say two side partial cooling ducts, to one another. The fluid flow can be improved in this way and at the same time the uniformity of the heat distribution in the cooling fluid and in the material of the base body. Among other things, this means that less material has to be used for the base body, so that the volume distribution or the mass distribution in the material of the base body is standardized and thus the heat distribution can also be improved.

Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Abgaskrümmer der Grundkörper aus einem metallischen Material, insbesondere als ein Gusskörper ausgebildet ist. Ein solches metallisches Material ist insbesondere aus Leichtmetall ausgebildet oder weist Leichtmetall auf. Hier kann zum Beispiel Aluminium oder eine entsprechende Legierung eingesetzt werden. Die Verwendung eines metallischen Werkstoffes, insbesondere als Gusskörper, führt zu einer einfachen und kostengünstigen Fertigungsweise. Gleichzeitig bringt eine solche Materialwahl eine gewünschte thermische Stabilität mit sich, sodass die thermische Ausdehnung zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi im heißen und im kalten Zustand sich in definierten Grenzen hält und die mechanische Belastbarkeit des Materials nicht übersteigt. Nicht zuletzt wird durch die Verwendung eines metallischen Materials die Wärmeleitung verbessert, sodass schneller und mit weniger Wärmeleitwiderstand die Wärme aus dem heißen Abgas in das Kühlfluid übertragen werden kann. Dies führt zu geringeren Kühlfluidmengen und geringeren Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlfluids in den Kühlkanälen, um eine effiziente und effektive Kühlung erreichen zu können.It is a further advantage if the base body of an exhaust manifold according to the invention is made of a metallic material, in particular as a cast body. Such a metallic material is in particular made of light metal or has light metal. For example, aluminum or an appropriate alloy can be used here. The use of a metallic material, in particular as a cast body, leads to a simple and inexpensive method of production. At the same time, such a choice of material brings with it a desired thermal stability, so that the thermal expansion between the different operating modes in the hot and in the cold state is within defined limits and does not exceed the mechanical strength of the material. Last but not least, the use of a metallic material improves the heat conduction, so that the heat can be transferred from the hot exhaust gas into the cooling fluid faster and with less heat conduction resistance. This leads to lower amounts of cooling fluid and lower flow rates of the cooling fluid in the cooling channels in order to be able to achieve efficient and effective cooling.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Krümmersystem, aufweisend wenigstens zwei erfindungsgemäße Abgaskrümmer, wobei die wenigstens zwei Abgaskrümmer zwei unterschiedliche Seiten des Verbrennungsmotors kühlen. So sind beispielsweise Verbrennungsmotoren mit sechs, acht oder mehr Zylindern bekannt, welche in V-Anordnung oder W-Anordnung mehrere Brennkammern in Reihe sowie mehrere Reihen von Brennkammern nebeneinander anordnen. Die Reihen von Brennkammern nebeneinander werden nun mit einem solchen Krümmersystem mit zwei oder mehr unterschiedlichen Abgaskrümmern gekühlt. Dabei können die erfindungsgemäßen Vorteile, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Abgaskrümmer erläutert worden sind, entsprechend auch für ein erfindungsgemäßes Krümmersystem erzielt werden.The present invention also relates to a manifold system comprising at least two exhaust manifolds according to the invention, the at least two exhaust manifolds cooling two different sides of the internal combustion engine. For example, internal combustion engines with six, eight or more cylinders are known, which arrange a plurality of combustion chambers in a row and a plurality of rows of combustion chambers next to one another in a V arrangement or W arrangement. The rows of combustion chambers next to one another are now cooled with such a manifold system with two or more different exhaust manifolds. The advantages according to the invention, as have been explained in detail with reference to an exhaust manifold according to the invention, can accordingly also be achieved for a manifold system according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes Krümmersystem lässt sich dahingehend weiterbilden, dass ein gemeinsamer Kühlrücklauf und ein gemeinsamer Kühlvorlauf die Kühlkanäle mit einer gemeinsamen Kühlfluidpumpe im gemeinsamen Kühlrücklauf im Kreislauf verbinden. Wie bereits eingangs angesprochen, ist also die Kühlfluidpumpe vorzugsweise in einem gemeinsamen Kühlrücklauf angeordnet. Dies führt dazu, dass erwärmtes bzw. heißes Kühlfluid sozusagen aus den Kühlausgängen der einzelnen Abgaskrümmer herausgesaugt wird, um anschließend über den Kühler des Fahrzeugs wieder abgekühlt und dem Kühleingang in gekühlter Weise zur Verfügung gestellt zu werden. Insbesondere ist dabei die Kühlfluidpumpe, der Kühlvorlauf und/oder der Kühlrücklauf als gemeinsames Bauteil für alle Abgaskrümmer ausgebildet, um Kosten und Komplexität sowie Gewicht am Fahrzeug zu reduzieren.A manifold system according to the invention can be developed in such a way that a common cooling return and a common cooling flow connect the cooling channels with a common cooling fluid pump in the common cooling return in the circuit. As already mentioned at the beginning, the cooling fluid pump is therefore preferably arranged in a common cooling return. This leads to the fact that heated or hot cooling fluid is sucked out of the cooling exits of the individual exhaust manifolds, so to speak, and then cooled again via the radiator of the vehicle and made available to the cooling entrance in a cooled manner. In particular, the cooling fluid pump, the cooling flow and / or the cooling return is designed as a common component for all exhaust manifolds in order to reduce costs and complexity as well as weight on the vehicle.

Ein erfindungsgemäßes Krümmersystem ist dahingehend weiterzuverbessern, indem der gemeinsame Kühlvorlauf einen Kühlverteiler für ein Aufteilen des Kühlfluids auf die beiden Abgaskrümmer und/oder der gemeinsame Kühlrücklauf einen Kühlverteiler für ein Zusammenführen des Kühlfluids von den beiden Abgaskrümmern aufweist. Dies führt dazu, dass insbesondere anschließend ein gemeinsamer Kühlrücklauf und ein gemeinsamer Kühlvorlauf verwendet werden können. Der Anschluss an ein Fahrzeugkühlsystem, insbesondere an eine entsprechende Kühlfluidpumpe, wird auf diese Weise vereinfacht und verbessert. Die Komplexität des Gesamtsystems wird bei gleicher Funktionalität zum Erreichen der Vorteile der vorliegenden Erfindung reduziert. A manifold system according to the invention can be further improved in that the common cooling flow has a cooling distributor for distributing the cooling fluid to the two exhaust manifolds and / or the common cooling return has a cooling distributor for combining the cooling fluid from the two exhaust manifolds. This means that a common cooling return and a common cooling flow can be used in particular subsequently. The connection to a vehicle cooling system, in particular to a corresponding cooling fluid pump, is simplified and improved in this way. The complexity of the overall system is reduced with the same functionality in order to achieve the advantages of the present invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers,
2 die Kühlkanäle bei der Ausführungsform gemäß 1,
3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Krümmersystems von einer Seite des Verbrennungsmotors,
4 die Ausführungsform der 3 von der anderen Seite des Verbrennungsmotors,
5 die Ausführungsform der 1 und 2 in einer ersten Ansicht,
6 die Ausführungsformen der 1, 2 und 5 in einer zweiten Ansicht,
7 die Ausführungsformen der 1, 2, 5 und 6 in einer weiteren Ansicht und
8 die Ausführungsformen der 1, 2, 5, 6 und 7 in einer weiteren Ansicht.

Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. They show schematically:

1 one embodiment of an exhaust manifold according to the invention,
2nd the cooling channels in the embodiment according to 1 ,
3rd an embodiment of a manifold system according to the invention from one side of the internal combustion engine,
4th the embodiment of the 3rd from the other side of the internal combustion engine,
5 the embodiment of the 1 and 2nd in a first view
6 the embodiments of the 1 , 2nd and 5 in a second view,
7 the embodiments of the 1 , 2nd , 5 and 6 in another view and
8th the embodiments of the 1 , 2nd , 5 , 6 and 7 in another view.

In den 1, 2, 5, 6, 7 und 8 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers 10 näher dargestellt. Hier ist gut zu erkennen, dass es sich um einen Grundkörper 20 aus einem Gussmaterial handelt. Hier ist vorzugsweise eine Aluminiumlegierung bzw. reines Aluminium verwendet worden. Jedoch sind auch andere Legierungen oder andere Metalle, insbesondere Leichtmetalle, einsetzbar.In the 1 , 2nd , 5 , 6 , 7 and 8th is an embodiment of an exhaust manifold according to the invention 10th shown in more detail. Here you can clearly see that it is a basic body 20th is made from a cast material. An aluminum alloy or pure aluminum has preferably been used here. However, other alloys or other metals, especially light metals, can also be used.

Um die primäre Funktionalität der Abgasführung zur Verfügung stellen zu können, sind insbesondere in den 7 und 8 gut die Abgaseinlässe 32 sowie der Abgasauslass 34 zu erkennen. Durch die Abgaseinlässe 32 und den Abgasauslass 34 kann Einblick genommen werden in den Abgaskanal 30, welcher zur Führung des Abgases innerhalb des Grundkörpers 20 angeordnet ist.In order to be able to provide the primary functionality of the exhaust gas routing, in particular in the 7 and 8th well the exhaust gas inlets 32 and the exhaust outlet 34 to recognize. Through the exhaust gas inlets 32 and the exhaust outlet 34 can be seen in the exhaust duct 30th , which is used to guide the exhaust gas within the base body 20th is arranged.

In den 3 und 4 ist die Korrelation der Abgaskrümmer 10 in Form eines Krümmersystems 100 am Verbrennungsmotor 200 zu erkennen. Die beiden Seiten des Verbrennungsmotors 200 weisen dabei jeweils eine Reihe von Brennkammern jeweils in einem Zylinderkörper 212 auf. Auf der Oberseite sind zwei Turboladervorrichtungen 220 angeordnet. Wie nun ebenfalls in der 7 und 8 gut zu erkennen ist, weist der Grundkörper 20 der Abgaskrümmer 10 zum einen eine erste Befestigungsschnittstelle 50 auf, wobei hier mit mechanischen Befestigungsmitteln eine mechanische Befestigung am Zylinderkörper 212 gemäß der 3 und 4 möglich ist. Damit wird nicht nur die Befestigung, sondern auch eine fluiddynamische Kopplung mit den entsprechenden Ventilauslässen der Brennkammern des Zylinderkörpers 212 gegeben. Zusätzlich ist der Grundkörper 20 gemäß 8 noch mit einer zweiten Befestigungsschnittstelle 60 ausgestattet. Auf diese Weise ist eine fluiddynamische und mechanische Kopplung mit den beiden Turboladervorrichtungen 220 des Verbrennungsmotors möglich.In the 3rd and 4th is the correlation of the exhaust manifold 10th in the form of a manifold system 100 on the internal combustion engine 200 to recognize. The two sides of the internal combustion engine 200 each have a row of combustion chambers in a cylinder body 212 on. On the top are two turbocharger devices 220 arranged. As now also in the 7 and 8th the body is clearly visible 20th the exhaust manifold 10th on the one hand a first mounting interface 50 on, here with mechanical fasteners a mechanical attachment to the cylinder body 212 according to the 3rd and 4th is possible. This not only provides the attachment, but also a fluid dynamic coupling with the corresponding valve outlets of the combustion chambers of the cylinder body 212 given. In addition, the basic body 20th according to 8th with a second mounting interface 60 fitted. In this way there is a fluid dynamic and mechanical coupling with the two turbocharger devices 220 of the internal combustion engine possible.

Um bei einer voranstehend beschriebenen fluiddynamischen Kopplung nun das Abgas vor Eintritt und Erreichen der Turboladervorrichtung 220 kühlen zu können, ist der Grundkörper 20 mit einem System aus Kühlkanälen 40 versehen. Die Kühlkanäle sind in allen 1, 2, 5, 6, 7 und 8 dargestellt, jedoch insbesondere in der 2 isoliert gut zu erkennen. So ist auf der einen Seite des Grundkörpers 20 der Kühlkanal 40 mit einem Kühleinlass 42 versehen, während am anderen Ende des Grundkörpers 20 ein Kühlauslass 44 zur Verfügung gestellt ist. Auf diese Weise kann das Kühlfluid durch die Kühlkanäle 40 den Grundkörper 20 durchströmen und eine Kühlung des Abgases im Abgaskanal 30 zur Verfügung stellen.In order in a fluid dynamic coupling described above, the exhaust gas before entering and reaching the turbocharger device 220 The basic body is to be able to cool 20th with a system of cooling channels 40 Mistake. The cooling channels are in all 1 , 2nd , 5 , 6 , 7 and 8th shown, but especially in the 2nd well recognized in isolation. So is on one side of the body 20th the cooling channel 40 with a cooling inlet 42 provided while at the other end of the body 20th a cooling outlet 44 is provided. In this way, the cooling fluid can pass through the cooling channels 40 the basic body 20th flow through and a cooling of the exhaust gas in the exhaust duct 30th provide.

Wie ebenfalls insbesondere der 2 gut zu entnehmen ist, handelt es sich bei dem Kühlkanal 40 des Kühlkanalsystems um eine zweiteilige Ausgestaltung mit einer linken Seite des Kühlkanals 40 und einer rechten Seite des Kühlkanals 40, in 2 vorne und hinten dargestellt. Damit wird ein beidseitiges Umgreifen des Abgaskanals 30 sowie der Abgaseinlässe 32 und des Abgasauslasses 34 auch mit komplexen Formen des Kühlkanals 40 möglich. Eine verbesserte Wärmeabfuhr und ein effizienteres und effektiveres Kühlsystem sind auf diese Weise zur Verfügung stellbar. Das Aufteilen des Kühlfluids auf die einzelnen Kühlkanäle 40 erfolgt hierbei bereits im Kühleinlass 42 bzw. im Kühlauslass 44. Um eine verbesserte Verteilung des Kühlfluids innerhalb der Kühlkanäle 40 zur Verfügung zu stellen, sind hier noch Querkanäle 46 ausgebildet.Like the one in particular 2nd can be seen well, it is the cooling channel 40 the cooling channel system around a two-part configuration with a left side of the cooling channel 40 and a right side of the cooling channel 40 , in 2nd shown in front and back. This will allow the exhaust duct to be gripped on both sides 30th as well as the exhaust gas inlets 32 and the exhaust outlet 34 even with complex forms of the cooling duct 40 possible. Improved heat dissipation and a more efficient and effective cooling system can be provided in this way. The distribution of the cooling fluid between the individual cooling channels 40 this takes place in the cooling inlet 42 or in the cooling outlet 44 . To improve the distribution of the cooling fluid within the cooling channels 40 Cross channels are still available here 46 educated.

Der 3 und 4 ist darüber hinaus zu entnehmen, dass die einzelnen Abgaskrümmer 10 in ein großes Kühlkonzept des Fahrzeugs integriert sind. Hierfür sind Kühlverteiler 140 im Kühlrücklauf 120 und im Kühlvorlauf 110 vorgesehen, um einen gemeinsamen Anschluss an weitere Bauteile, insbesondere die Kühlfluidpumpe 130 gewährleisten zu können.The 3rd and 4th it can also be seen that the individual exhaust manifold 10th are integrated into a large cooling concept of the vehicle. There are cooling distributors for this 140 in the cooling return 120 and in the cooling flow 110 provided for a common connection to other components, in particular the cooling fluid pump 130 to be able to guarantee.

Die Schaltbarkeit (an/aus) der Kühlkanäle 40 vor Kühleinlass 42 ist für eine Anforderung im Kaltstartbetrieb möglich. Ebenso ist für das Abstellen eines warmen Fahrzeugmotors eine Nachlaufpumpe (nicht dargestellt) im Kühlvorlauf 110 vorsehbar.The switchability (on / off) of the cooling channels 40 before cooling inlet 42 is possible for a request in cold start mode. A stop pump (not shown) is also in the cooling flow for switching off a warm vehicle engine 110 predictable.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, if technically meaningful, individual features of the embodiments can be freely combined with one another without departing from the scope of the present invention.

Claims

Exhaust manifold (10) for an internal combustion engine (200) of a vehicle, comprising a base body (20) with an exhaust gas duct (30) with at least two exhaust gas inlets (32) for an inlet of exhaust gas from combustion chambers (210) of the internal combustion engine (200) and an exhaust gas outlet (34) for an outlet of cooled exhaust gas into a turbocharger device (220) of the internal combustion engine (200), wherein the base body (20) for guiding a cooling fluid has at least one cooling channel (40) with a cooling inlet (42) for connection to a cooling flow ( 110) and a cooling outlet (44) for connection to a cooling return (120), the base body (20) further comprising a first fastening interface (50) for fastening to a cylinder body (212) and a second fastening interface (60) for fastening of the turbocharger device (220).

Exhaust manifold (10) after Claim 1 , characterized in that the cooling inlet (42) and the cooling outlet (44) are arranged at different ends, in particular at opposite ends of the base body (20).

Exhaust manifold (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one cooling channel (40) extends transversely or substantially transversely to the inlet direction of the exhaust gas inlets (32) and / or transversely or substantially transversely to the outlet direction of the exhaust gas outlet (34) extends.

Exhaust manifold (10) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two cooling channels (40) with a common cooling inlet (42) and / or a common cooling outlet (44) are arranged in the base body (20).

Exhaust manifold (10) after Claim 4 , characterized in that the at least two cooling channels (40) are arranged on different sides of the exhaust gas inlets (32), the exhaust gas outlet (34) and / or the exhaust gas channel (30).

Exhaust manifold (10) according to one of the Claims 4 or 5 , characterized in that the at least two cooling channels (40) between the common cooling inlet (42) and the common cooling outlet (44) have at least one transverse channel (46) for a fluid-communicating connection between the at least two cooling channels (40).

Exhaust manifold (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the base body (20) is formed from a metallic material, in particular as a cast body.

Exhaust manifold (100) for an internal combustion engine (200), comprising at least two exhaust manifolds (10) with the features of one of the Claims 1 to 7 , wherein the at least two exhaust manifolds (10) cool two different sides of the internal combustion engine (200).

Manifold system (100) Claim 8 , characterized in that a common cooling return (110) and a common cooling flow (120) connect the cooling channels (40) with a common cooling fluid pump (130) in the common cooling return (120) in the circuit.

Manifold system (100) Claim 9 , characterized in that the common cooling flow (110) a cooling distributor (140) for distributing the cooling fluid between the two exhaust manifolds (10) and / or the common cooling return (120) a cooling distributor (140) for combining the cooling fluid from the two Exhaust manifold (10).