WO2019036738A1 - Zylinderkopf - Google Patents

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WO2019036738A1
WO2019036738A1 PCT/AT2018/060193 AT2018060193W WO2019036738A1 WO 2019036738 A1 WO2019036738 A1 WO 2019036738A1 AT 2018060193 W AT2018060193 W AT 2018060193W WO 2019036738 A1 WO2019036738 A1 WO 2019036738A1
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cooling jacket
cylinder head
cylinder
lower cooling
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PCT/AT2018/060193
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Inventor
Christof Knollmayr
Robert Pöschl
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Avl List Gmbh
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    • F02F1/24—Cylinder heads
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N13/001—Gas flow channels or gas chambers being at least partly formed in the structural parts of the engine or machine
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine with at least two cylinders - in particular four cylinders in series - and at least one exhaust valve with integrated exhaust manifold, which has at least one upper cooling jacket and a lower cooling jacket for cooling, wherein the upper cooling jacket substantially via outlet channels, the are flow-connected with the outlet valve, is arranged and the lower cooling jacket is arranged substantially below outlet channels.
  • cooling jackets are usually provided in the cylinder head and in the cylinder block.
  • cores are inserted into the mold, which serve as placeholders and are enclosed by the casting material.
  • the cooling jackets form coolant circuits, wherein water is usually used as the coolant. The heat from the combustion chamber is removed from the water and discharged elsewhere, outside of the cylinder head or the cylinder block.
  • DE 10 2013 221 231 AI also shows a cylinder head with integrated exhaust manifold. Again, two cores are provided for the production of water chambers. Again, a core is provided for forming the upper and the lower water space. The cores are each one-piece.
  • Object of the present invention is to prevent these disadvantages and to provide a cylinder head, which allows sufficient heat dissipation.
  • This object is achieved by a cylinder head mentioned above according to the invention that at least one cooling jacket has a first region and a second region, wherein the first region and second region form substantially independent flow sections and are separated by a wall.
  • a cooling jacket core is formed as a single core, wherein the single core has two sections to form a first region and a second region and the two regions form two independent flow sections and the single core are inserted to form a cooling jacket.
  • a particularly simply constructed cylinder head results when the first region and the second region extend substantially along a plane parallel to a cylinder head gasket plane.
  • the wall is arranged in a plane parallel to a cylinder head sealing surface and between the first and the second region.
  • the wall is thus arranged longitudinally to the cylinder head in the cooling jacket. It is particularly advantageous if exactly one wall is provided for separating the first and second regions.
  • the lower cooling jacket has the first region and the second region or if the method provides that the lower cooling jacket core has two regions and the cooling jacket core is inserted to form the lower cooling jacket.
  • the first region is arranged essentially in the region of outlet channels of at least one first cylinder, and for the second region to cover at least a second region over an area of outlet channels Cylinder extends and / or when the second region extends over a flange portion of the cylinder head.
  • the thermally critical loaded flange can be flowed around so targeted and with higher flow velocities of the coolant and the thermal load on the accumulation of material in this area can be reduced. Stagnation and the associated additional thermal stress can thus be prevented.
  • the single core with the first section is substantially inserted around outlet channels of a first cylinder and with the second section substantially around outlet channels of at least one second cylinder and the second section extends over a flange region of the cylinder head.
  • the amount of coolant passed to the heater, or in recirculation in the cylinder block recycled coolant flow and the required flow rates can be adjusted.
  • first region and the second region are connectable via at least one connecting channel, which is closed by a lid and if after casting at least one connecting channel between the first region and the second region is closed with a lid.
  • the lids are made of steel, for example.
  • the connecting channel results when the cores are connected to each other during insertion for ease of handling.
  • the at least one connecting channel is advantageously arranged so as to cut through the wall, wherein the latter breaks through the wall, in particular approximately at right angles, and thereby connects the first and the second region through the wall in a flowing manner. It is particularly favorable if two connection channels are provided, these closing the wall at each end. That the wall extends between the two connecting channels, wherein the first and the second region and the broad side of the wall in each case adjoins a connecting channel on the longitudinal side of the wall.
  • an envelope is provided and when this bypass channel is drilled next to the connecting channel in the wall along a receiving seat of an inner lid between the first area and the second area.
  • the bypass channel can either be co-molded or subsequently made by, for example, drilling.
  • the second area is connected to a heater for heat dissipation.
  • the amount of coolant that is transported to the heater can be adapted exactly to the temperature conditions in the second range.
  • the first area is flow-connected to a cooling jacket in the cylinder block, a favorable circulation of the coolant is created.
  • FIG. 1 shows a cylinder head according to the invention in a side view.
  • Figure 2 shows the cylinder head in a section along the line II-II in Fig. 1.
  • Fig. 6 shows the lower cooling jacket in a view from below.
  • FIG. 1 an inventive cylinder head 1 of an internal combustion engine is shown.
  • a top 2 of the cylinder head 1 is remote from cylinders, not shown.
  • a bottom 3 of the cylinder head 1 faces the cylinders.
  • On the underside 3 of the cylinder head 1 extends a Zyiinderkopfdichtungsebene A, wherein the Zyiinderkopfdichtungsebene A represents a normal plane to axes of rotation of the cylinder.
  • a cylinder head gasket and then a cylinder block with the cylinders are arranged on the Zyiinderkopfdichtungsebene A.
  • the cylinders delimit with the cylinder head and each a piston a combustion chamber in the fuel is burned explosively.
  • the cylinder head 1 has an integrated exhaust manifold 4, wherein exhaust ports 5 are merged by two inner cylinders in the sectional plane along line II-II.
  • the outlet channels 5 are over Outlet valves 6 each fluidly connected to a combustion chamber of the respective cylinder.
  • four cylinders are arranged in series and each cylinder two exhaust valves 6 are assigned.
  • the exhaust manifold 4 carries the exhaust gas on an exhaust side 8 from the cylinder head 1. At an inlet side 7, gas is introduced into the combustion chambers via inlet channels 9.
  • the cylinder head 1 has a flange region 10 on the outlet side 8. About this flange portion 10 of the cylinder head 1 is connected, for example, with the turbine housing of an exhaust gas turbocharger to which the exhaust gas is passed. In the flange portion 10, two covers 11 are arranged around the integrated exhaust manifold 4, which are arranged from the outside in a connecting channel 12 and close it. To bypass a lid is a bypass channel 13th
  • the lower cooling jacket 14 is essentially a fissured cavity in the cylinder head 1. It is divided by a wall 15 into a first region 16 and a second region 17.
  • the first region 16 extends over three first cylinders and the first region 16 of the lower cooling jacket 14 is connected to a cooling jacket in the cylinder block or a lower cooling jacket.
  • Arrows 18 represent the possible flows of the coolant.
  • the second area 17 extends from a second cylinder over the flange area 10. The flow of the second area 17 goes in the direction of a heater. The heat is removed from the second area 17 and released to the heater, whereby the heat can be used meaningfully.
  • the wall 15 is arranged between the first region 16 and the second region 17 along the cylinder head.
  • Connecting channels 12 between the first region 16 and the second region 17 are closed by means of lids 11.
  • each lid 11 has an inner lid I Ia and an outer lid I Ib.
  • the inner lid 11a separates the first area 16 from the second area 17, and the second area 17 is closed by the outer lid 11b to the vicinity of the cylinder head 1.
  • the first region 16 and the second region 17 are thus two substantially independent flow sections.
  • the bypass channel 13 forms a bypass over which small quantities of the coolant can flow if required, wherein the bypass channel 13 has a small flow cross-section in comparison to the connecting channel 12 has.
  • only one connecting channel 12 with a bypass channel 13 is bypassed.
  • no bypass channel 13 is provided for the second connection channel 12.
  • the bypass channel 13 is arranged closer to the second cylinder whose outlet channels 5 are cooled by the second region 17.
  • the second region 17 has, between the two covers 11 in the flange region 10, a bulge 20 (FIGS. 3 to 6) around the integrated exhaust manifold 4 (FIG. 2).
  • the first region 16 and the second region 17 are both at least partially in a plane B, which is arranged parallel to the cylinder head gasket plane A. This means that the lower cooling jacket 14 penetrates the plane B in the first region 16 and in the second region 17 at least once each.
  • the wall 15 is at least partially in a plane B parallel to the cylinder head gasket level A.
  • the first region 15 and the second region 16 are separated by wall 15 from each other.
  • a casting mold which essentially has the outer contour of the cylinder head 1 in the negative. Interior areas, such as the exhaust ducts 5 and the integrated exhaust manifold 4 are formed by cores. For this, outlet channels, etc. are inserted into the mold.
  • the lower cooling jacket core has a first section, which forms the first region 16 of the lower cooling jacket 14, and a second section, which images the second region 17 of the lower cooling jacket 14, on.
  • the lower cooling jacket core is also inserted into the mold.
  • the first portion and the second portion which constitute a single core, are interconnected by a core portion for the connection channel 12. Through this core section, the connecting channel 12 can be post-machined in a further step.
  • An upper cooling jacket is formed by inserting and "casting around" a lower cooling jacket core.
  • connection channels 12 are machined and the bypass channel 13 is excavated, for example by drilling.
  • the bypass channel 13 may be formed as an eccentric bore.
  • lids 11 After processing the connecting channels 12, they are closed with lids 11, each having an inner lid I Ia and an outer lid I Ib.
  • lids 11 each having an inner lid I Ia and an outer lid I Ib.
  • bypass channels 13 is not limited to those shown in the figures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern - insbesondere vier Zylinder in Reihe - und je zumindest einem Auslassventil (6) mit integriertem Abgaskrümmer (4), der zur Kühlung zumindest einen oberen Kühlmantel und einen unteren Kühlmantel (14) aufweist, wobei der obere Kühlmantel im Wesentlichen über Auslasskanälen (5), die mit dem Auslassventil (6) strömungsverbunden sind, angeordnet ist und der untere Kühlmantel (14) im Wesentlichen unter Auslasskanälen (5) angeordnet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Kühlung. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest ein Kühlmantel (14) einen ersten Bereich (16) und einen zweiten Bereich (17) aufweist, wobei erster Bereich (16) und zweiter Bereich (17) im Wesentlichen unabhängige Strömungsabschnitte bilden und durch eine Wand (15) voneinander getrennt sind.

Description

Zylinderkopf
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern - insbesondere vier Zylinder in Reihe - und je zumindest einem Auslassventil mit integriertem Abgaskrümmer, der zur Kühlung zumindest einen oberen Kühlmantel und einen unteren Kühlmantel aufweist, wobei der obere Kühlmantel im Wesentlichen über Auslasskanälen, die mit dem Auslassventil strö- mungsverbunden sind, angeordnet ist und der untere Kühlmantel im Wesentlichen unter Auslasskanälen angeordnet ist.
Zur Kühlung von Auslasskanälen einer Brennkraftmaschine sind üblicherweise Kühlmäntel im Zylinderkopf und im Zylinderblock vorgesehen. Zur Bildung von solchen Kühlmänteln werden Kerne in die Gussform eingelegt, die als Platzhalter dienen und von dem Gussmaterial umschlossen werden. Die Kühlmäntel bilden Kühlmittelkreisläufe, wobei als Kühlmittel üblicherweise Wasser eingesetzt wird. Die Wärme aus dem Brennraum wird vom Wasser abtransportiert und an anderer Stelle, außerhalb des Zylinderkopfes oder des Zylinderblockes abgegeben.
Die Richtungsangaben oben und unten sollen nicht auf eine bestimmte Verwendungslage hinweisen, sondern nur dem leichteren Verständnis dienen. Mit der Angabe oben ist eine von einem Zylinder in Richtung Zylinderkopf gehende Richtung zu verstehen. Mit unten ist eine dem entgegengesetzte Richtung zu verstehen.
Aus der US 2011/0315098 AI ist ein Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer bekannt. Zur Herstellung dieses Zylinderkopfes sind zwei separate Kerne für Wasserräume vorgesehen. Durch einen ersten Kern wird ein oberer Wasserraum freigehalten und durch einen zweiten Kern ein unterer Wasserraum.
Die DE 10 2013 221 231 AI zeigt ebenfalls einen Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer. Auch hier sind zwei Kerne zur Herstellung der Wasserräume vorgesehen. Wiederum ist zur Bildung des oberen und des unteren Wasserraums je ein Kern vorgesehen. Die Kerne sind dabei je einteilig.
Nachteilig daran ist insbesondere, dass bei Abführung des Kühlmittels aus dem Zylinderkopf weiter zu z.B. einer Kabinenheizung aufgrund der dort benötigten geringen Kühlmittelmenge die Strömungsgeschwindigkeiten im Zylinderkopf sehr klein sind und es zu Stagnation insbesondere in thermisch kritischen Bereichen kommen kann. Auch die Kühlung der Abgasstränge auf dem Weg zur Auslassöffnung kann nicht optimal sichergestellt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu verhindern und einen Zylinderkopf anzugeben, der eine ausreichende Wärmeabfuhr zulässt. Diese Aufgabe wird durch einen eingangs erwähnten Zylinderkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Kühlmantel einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei erster Bereich und zweiter Bereich im Wesentlichen unabhängige Strömungsabschnitte bilden und durch eine Wand voneinander getrennt sind.
Dadurch sind die Strömungsquerschnitte von erstem und zweitem Bereich reduziert und dadurch erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit im jeweiligen Bereich. Der Wärmetransport wird in der Folge verbessert und Überhitzung und dadurch verursachtes Materialversagen kann vermieden werden.
Der gleiche Vorteil ergibt sich bei einem Verfahren zur Fertigung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern - insbesondere vier Zylinder in Reihe - und je zumindest einem Auslassventil, wobei zur Bildung eines oberen und eines unteren Kühlmantels ein unterer Kühlmantelkern und ein oberer Kühlmantelkern eingelegt werden und zur Bildung der Auslasskanäle werden Auslasskanalkerne eingelegt. Dabei entsteht der Vorteil dadurch, dass ein Kühlmantelkern als Einzelkern ausgebildet ist, wobei der Einzelkern zwei Abschnitte zur Bildung eines ersten Bereiches und eines zweiten Bereiches aufweist und die zwei Bereiche zwei unabhängige Strömungsabschnitte bilden und der Einzelkern zur Bildung eines Kühlmantels eingelegt werden.
Ein besonders einfach aufgebauter Zylinderkopf ergibt sich, wenn sich der erste Bereich und der zweite Bereich im Wesentlichen entlang einer Ebene parallel zu einer Zylinderkopfdichtungsebene erstrecken.
Es ist besonders von Vorteil, wenn sich die Wand in einer Ebene parallel zu einer Zylinderkopfdichtfläche und zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich angeordnet ist. Die Wand ist also längs zum Zylinderkopf im Kühlmantel angeordnet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn genau eine Wand zur Trennung des ersten und zweiten Bereichs vorgesehen ist.
Für die Abfuhr der Wärme ist es besonders günstig, wenn der untere Kühlmantel den ersten Bereich und den zweiten Bereich aufweist oder wenn das Verfahren vorsieht, dass der untere Kühlmantelkern zwei Bereiche aufweist und zur Bildung des unteren Kühlmantels der Kühlmantelkern eingelegt werden.
Um vor allem die Kühlung von thermisch hoch belasteten Bereichen gezielt sicherzustellen, ist es günstig, wenn der erste Bereich im Wesentlichen im Bereich von Auslasskanälen von zumindest einem ersten Zylinder angeordnet ist, und dass sich der zweite Bereich über einen Bereich von Auslasskanälen von zumindest einem zweiten Zylinder erstreckt und/oder wenn sich der zweite Bereich über einen Flanschbereich des Zylinderkopfes erstreckt. Der thermisch kritisch belastete Flanschbereich kann so gezielt und mit größeren Strömungsgeschwindigkeiten vom Kühlmittel umströmt werden und die thermische Belastung auf die Materialansammlung in diesem Bereich kann reduziert werden. Stagnation und die damit verbundene zusätzliche thermische Belastung kann damit verhindert werden.
Die gleichen Vorteile ergeben sich, wenn der Einzelkern mit dem ersten Abschnitt im Wesentlichen um Auslasskanalkerne von einem ersten Zylinder und mit dem zweiten Abschnitt im Wesentlichen um Auslasskanalkerne von zumindest einem zweiten Zylinder eingelegt wird und der zweite Abschnitt über einen Flanschbereich des Zylinderkopfes reicht. Je nach Querschnittsverlauf von dem zweiten Zylinder, der außen angeordnet ist, zu dem Flanschbereich mit einer Ausbuchtung, können die zur Heizung geleitete, beziehungsweise in Kreisströmung in den Zylinderblock rückgeführte Kühlmittelmenge und die benötigten Strömungsgeschwindigkeiten eingestellt werden.
Zur einfacheren Fertigung ist es günstig, wenn der erste Bereich und der zweite Bereich über zumindest einen Verbindungskanal verbindbar sind, der mit einem Deckel verschlossen ist und wenn nach dem Guss zumindest ein Verbindungskanal zwischen erstem Bereich und zweitem Bereich mit einem Deckel verschlossen wird. Die Deckel bestehen beispielsweise aus Stahl . Der Verbindungskanal ergibt sich, wenn die Kerne beim Einlegen zur leichteren Handhabung miteinander verbunden sind. Der zumindest eine Verbindungskanal ist mit Vorteil die Wand durchtrennend angeordnet, wobei dieser die Wand insbesondere etwa im rechten Winkel durchbricht und dadurch den ersten und den zweiten Bereich durch die Wand strö- mungsverbindet. Besonders günstig ist es, wenn zwei Verbindungskanäle vorgesehen sind, wobei diese die Wand jeweils endseitig abschließen. D.h. die Wand erstreckt sich zwischen den beiden Verbindungskanälen, wobei an die Längsseite der Wand der erste und der zweite Bereich und an die Breitseite der Wand jeweils ein Verbindungskanal anschließt.
Dadurch lassen sich im ersten Bereich je Zylinder Kreisströmungen vom Zylinderblock in den Zylinderkopf, um die Auslasskanäle und zurück in den Zylinderblock realisieren, die mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten die Wärme an den Auslasskanälen abtransportieren.
Um das Einpassen des Deckels zu erleichtern und den Gießvorgang zu vereinfachen, ist es günstig, wenn nach dem Guss zumindest ein Verbindungskanal zwischen erstem Bereich und zweitem Bereich maschinell nachbearbeitet wird.
Um einen geringen Austausch zwischen erstem Bereich und zweitem Bereich zuzulassen, ist es vorteilhaft, wenn im Bereich des zumindest einen Deckels ein Um- gehungskanal vorgesehen ist und wenn dieser Umgehungskanal neben dem Verbindungskanal in die Wand entlang eines Aufnahmesitzes eines inneren Deckels zwischen erstem Bereich und zweitem Bereich gebohrt wird. Der Umgehungskanal kann entweder mitgegossen oder im Nachhinein durch beispielsweise Bohren hergestellt werden.
Um die Abwärme von den Auslasskanälen nutzen zu können, ist es von Vorteil, wenn der zweite Bereich mit einer Heizung zur Wärmeabgabe verbunden ist. Dadurch kann die Menge des Kühlmittels, das zur Heizung transportiert wird, genau an die Temperaturverhältnisse im zweiten Bereich angepasst werden.
Wenn der erste Bereich mit einem Kühlmantel im Zylinderblock strömungsverbun- den ist, entsteht eine günstige Zirkulation des Kühlmittels.
In der Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer Seitenansicht;
Fig. 2 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen unteren Kühlmantel des Zylinderkopfes in einer Schrägansicht von oben;
Fig. 4 den unteren Kühlmantel in einer Schrägansicht von unten;
Fig. 5 den unteren Kühlmantel in einer weiteren Schrägansicht; und
Fig. 6 den unteren Kühlmantel in einer Ansicht von unten.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine gezeigt. Eine Oberseite 2 des Zylinderkopfes 1 ist von nicht gezeigten Zylindern abgewandt. Eine Unterseite 3 des Zylinderkopfs 1 ist den Zylindern zugewandt. An der Unterseite 3 des Zylinderkopfes 1 verläuft eine Zyiinderkopfdichtungsebene A, wobei die Zyiinderkopfdichtungsebene A eine Normalebene auf Drehachsen der Zylinder darstellt. Unter dem Zylinderkopf 1 ist an der Zyiinderkopfdichtungsebene A eine Zylinderkopfdichtung und anschließend ein Zylinderblock mit den Zylindern angeordnet. Die Zylinder begrenzen mit dem Zylinderkopf und jeweils einem Kolben einen Brennraum in dem Kraftstoff explosionsartig verbrannt wird.
Nähere Details des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 sind in dem in Fig. 2 gezeigten Schnitt zu erkennen. Der Zylinderkopf 1 weist einen integrierten Abgaskrümmer 4 auf, wobei Auslasskanäle 5 von zwei inneren Zylindern in der Schnittebene gemäß Linie II-II zusammengeführt werden. Die Auslasskanäle 5 sind über Auslassventile 6 jeweils mit einem Brennraum des jeweiligen Zylinders strömungs- verbunden. Dabei sind vier Zylinder in Reihe angeordnet und jedem Zylinder sind zwei Auslassventile 6 zugeordnet. Der Abgaskrümmer 4 führt das Abgas auf einer Auslassseite 8 aus dem Zylinderkopf 1. An einer Einlassseite 7 wird über Einlasskanäle 9 Gas in die Brennräume eingebracht.
Der Zylinderkopf 1 weist an der Auslassseite 8 einen Flanschbereich 10 auf. Über diesen Flanschbereich 10 ist der Zylinderkopf 1 beispielsweise mit dem Turbinengehäuse eines Abgasturboladers zu dem das Abgas geleitet wird verbunden. In dem Flanschbereich 10 sind um den integrierten Abgaskrümmer 4 zwei Deckel 11 angeordnet, die von außen in einem Verbindungskanal 12 angeordnet werden und diesen verschließen. Zur Umgehung eines Deckels dient ein Umgehungskanal 13.
Durch einen in den Fig. 3 bis Fig. 6 gezeigten unteren Kühlmantel 14 ist die Kontur eines unteren Kühlmantelkerns vorgegeben. Der untere Kühlmantel 14 ist im Wesentlichen ein zerklüfteter Hohlraum im Zylinderkopf 1. Er ist durch eine Wand 15 in einen ersten Bereich 16 und einen zweiten Bereich 17 geteilt.
Der erste Bereich 16 reicht über drei erste Zylinder und der erste Bereich 16 des unteren Kühlmantels 14 ist mit einem Kühlmantel im Zylinderblock oder einem unteren Kühlmantel verbunden. Pfeile 18 stellen die möglichen Strömungen des Kühlmittels dar. Der zweite Bereich 17 reicht von einem zweiten Zylinder über den Flanschbereich 10. Die Strömung des zweiten Bereich 17 geht in Richtung einer Heizung. Die Wärme wird von dem zweiten Bereich 17 abtransportiert und an die Heizung abgegeben, wodurch die Wärme sinnvoll genutzt werden kann.
Die Wand 15 ist zwischen dem ersten Bereich 16 und dem zweiten Bereich 17 längs zum Zylinderkopf angeordnet. Die Wand 15 erstreckt so wie der erste Bereich 16 und der zweite Bereich 17 in einer Ebene parallel zu einer Zylinderkopf- dichtfläche.
Verbindungskanäle 12 zwischen dem ersten Bereich 16 und dem zweiten Bereich 17 werden mithilfe von Deckeln 11 verschlossen. Wobei jeder Deckel 11 einen inneren Deckel I Ia und einen äußeren Deckel I Ib aufweist. Der innere Deckel I Ia trennt den ersten Bereich 16 von dem zweiten Bereich 17 und der zweite Bereich 17 wird durch den äußeren Deckel I Ib zur Umgebung des Zylinderkopfes 1 abgeschlossen. Der erste Bereich 16 und der zweite Bereich 17 sind somit zwei voneinander im Wesentlichen unabhängige Strömungsabschnitte. Durch den Umgehungskanal 13 (Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 6) sind der erste Bereich 16 und der zweite Bereich 17 miteinander verbunden. Der Umgehungskanal 13 bildet einen Bypass über den bei Bedarf kleine Mengen des Kühlmittels strömen können, wobei der Umgehungskanal 13 einen kleinen Strömungsquerschnitt im Vergleich zu dem Ver- bindungskanal 12 aufweist. Es ist in der gezeigten Ausführung nur ein Verbindungskanal 12 mit einem Umgehungskanal 13 umgangen. Für den zweiten Verbindungskanal 12 ist kein Umgehungskanal 13 vorgesehen. Der Umgehungskanal 13 ist dabei dem zweiten Zylinder, dessen Auslasskanäle 5 vom zweiten Bereich 17 gekühlt werden näher angeordnet.
Für die Auslasskanäle 5 sind im unteren Kühlmantel 14 Zwischenräume 19 vorgesehen. Die Auslasskanäle 5 in den Zwischenräumen 19 werden den Pfeilen 18 entsprechend von Kühlmittel umströmt.
Der zweite Bereich 17 weist zwischen den zwei Deckeln 11 im Flanschbereich 10 eine Ausbuchtung 20 (Fig. 3 bis Fig. 6) um den integrierten Abgaskrümmer 4 (Fig. 2) auf. Der erste Bereich 16 und der zweite Bereich 17 liegen beide zumindest teilweise in einer Ebene B, die parallel zur Zylinderkopfdichtungsebene A angeordnet ist. Das heißt, dass der untere Kühlmantel 14 die Ebene B im ersten Bereich 16 und im zweiten Bereich 17 zumindest je einmal durchdringt. Ebenso liegt die Wand 15 zumindest teilweise in einer Ebene B parallel zur Zylinderkopfdichtungsebene A. Der erste Bereich 15 und der zweite Bereich 16 sind durch Wand 15 voneinander getrennt.
Zur Herstellung des Zylinderkopfes 1 wird eine Gussform bereitgestellt, die im Wesentlichen die Außenkontur des Zylinderkopfes 1 im Negativ aufweist. Innenbereiche, wie die Auslasskanäle 5 und der integrierte Abgaskrümmer 4 werden durch Kerne gebildet. Dazu werden Auslasskanalkerne usw. in die Gussform eingelegt. Der untere Kühlmantelkern weist einen ersten Abschnitt, der den ersten Bereich 16 des unteren Kühlmantels 14 abbildet, und einen zweiten Abschnitt, der den zweiten Bereich 17 des unteren Kühlmantels 14 abbildet, auf. Der untere Kühlmantelkern wird ebenfalls in die Gussform eingelegt. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt, welche einen Einzelkern bilden, sind durch einen Kernabschnitt für den Verbindungskanal 12 miteinander verbunden. Durch diesen Kernabschnitt kann in einem weiteren Schritt der Verbindungskanal 12 maschinell nachbearbeitet werden. Ein oberer Kühlmantel wird durch Einlegen und "Umgießen" eines unteren Kühlmantelkerns gebildet.
Nach fertiggestelltem Guss beziehungsweise nach dem Ausformen wird der Zylinderkopf 1 weiter bearbeitet. Unter anderem werden die Verbindungskanäle 12 maschinell bearbeitet und der Umgehungskanal 13 wird beispielsweise durch Bohren ausgehoben. Insbesondere kann der Umgehungskanal 13 als exzentrische Bohrung ausgebildet werden.
Nach der Bearbeitung der Verbindungskanäle 12 werden sie mit Deckeln 11, die jeweils einen inneren Deckel I Ia und einen äußeren Deckel I Ib aufweisen, verschlossen. Es kann in einer anderen Ausführung auch jeweils ein Deckelpaar anstatt einem Deckel 11 vorgesehen sein, bei dem innerer Deckel I Ia und äußerer Deckel I Ib voneinander getrennt sind und einzeln eingebaut werden.
In weiteren Ausführungen ist es möglich, dass eine andere Anzahl (unterschiedlich von zwei) an Verbindungskanälen 12 zwischen erstem Bereich 16 und zweitem Bereich 17 vorgesehen ist.
Auch die mögliche Anzahl der Umgehungskanäle 13 beschränkt sich nicht auf die in den Figuren gezeigte.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern - insbesondere vier Zylinder in Reihe - und je zumindest einem Auslassventil (6) mit integriertem Abgaskrümmer (4), der zur Kühlung zumindest einen oberen Kühlmantel und einen unteren Kühlmantel (14) aufweist, wobei der obere Kühlmantel im Wesentlichen über Auslasskanälen (5), die mit dem Auslassventil (6) strömungsverbunden sind, angeordnet ist und der untere Kühlmantel (14) im Wesentlichen unter Auslasskanälen (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlmantel (14) einen ersten Bereich (16) und einen zweiten Bereich (17) aufweist, wobei erster Bereich
(16) und zweiter Bereich (17) im Wesentlichen unabhängige Strömungsabschnitte bilden und durch eine Wand (15) voneinander getrennt sind.
2. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Bereich (16) und der zweite Bereich (17) im Wesentlichen entlang einer Ebene (B) parallel zu einer Zylinderkopfdichtungsebene (A) erstrecken.
3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Kühlmantel (14) den ersten Bereich (16) und den zweiten Bereich
(17) aufweist.
4. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (16) im Wesentlichen im Bereich von Auslasskanälen (5) von zumindest einem ersten Zylinder angeordnet ist, und dass sich der zweite Bereich (17) über einen Bereich von Auslasskanälen (5) von zumindest einem zweiten Zylinder erstreckt.
5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite Bereich (17) über einen Flanschbereich (10) des Zylinderkopfes (1) erstreckt.
6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (16) und der zweite Bereich (17) über zumindest einen Verbindungskanal (12) verbindbar sind, der mit einem Deckel (11) verschlossen ist.
7. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zumindest einen Deckels (11) ein Umgehungskanal (13) vorgesehen ist.
8. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (17) mit einer Heizung zur Wärmeabgabe verbunden ist.
9. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (16) mit einem Kühlmantel im Zylinderblock strö- mungsverbunden ist.
10. Verfahren zur Fertigung eines Zylinderkopfes (1) einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Zylindern - insbesondere vier Zylinder in Reihe - und je zumindest einem Auslassventil (6), wobei zur Bildung eines unteren Kühlmantels (14) und eines oberen Kühlmantels ein unterer Kühlmantelkern und ein oberer Kühlmantelkern eingelegt werden, und zur Bildung der Auslasskanäle (5) werden Auslasskanalkerne eingelegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmantelkern als Einzelkern ausgebildet ist, wobei der Einzelkern zwei Abschnitte zur Bildung eines ersten Bereiches und eines zweiten Bereiches aufweist und die zwei Bereiche zwei unabhängige Strömungsabschnitte bilden und der Einzelkern zur Bildung eines Kühlmantels (14) eingelegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Kühlmantelkern zwei Bereiche aufweist und zur Bildung des unteren Kühlmantels (14) der Kühlmantelkern eingelegt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzelkern derart eingelegt wird, dass der erste Abschnitt im Wesentlichen um Auslasskanalkerne von einem ersten Zylinder eingelegt wird, und dass der zweite Abschnitt im Wesentlichen um Auslasskanalkerne von zumindest einem zweiten Zylinder eingelegt wird und über einen Flanschbereich (10) des Zylinderkopfes (1) reicht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Guss zumindest ein Verbindungskanal (12) zwischen erstem Bereich (16) und zweitem Bereich (17) maschinell nachbearbeitet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Guss zumindest ein Verbindungskanal (12) zwischen erstem Bereich (16) und zweitem Bereich (17) mit einem Deckel (11) verschlossen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zumindest einen Deckels (11) ein Umgehungskanal (13) neben dem Verbindungskanal (12) in eine Wand (15) zwischen erstem Bereich (16) und zweitem Bereich (17) gebohrt wird.
2018 08 21
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