WO2020048883A1 - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2020048883A1
WO2020048883A1 PCT/EP2019/073192 EP2019073192W WO2020048883A1 WO 2020048883 A1 WO2020048883 A1 WO 2020048883A1 EP 2019073192 W EP2019073192 W EP 2019073192W WO 2020048883 A1 WO2020048883 A1 WO 2020048883A1
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guide channel
fluid guide
material recess
main body
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Steffen Hirschmann
Thomas Malischewski
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Man Truck & Bus Se
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    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for covering a combustion chamber of an internal combustion engine and a method for producing a cylinder head.
  • DE 100 39 790 A1 discloses a cylinder head of an internal combustion engine with outlet channels arranged therein, which have an inner channel frame formed from at least one sheet metal layer.
  • DE 10 2005 025 731 A1 discloses an exhaust gas routing of an internal combustion engine, the exhaust gas routing containing at least one exhaust gas duct running in the cylinder head of the internal combustion engine and an exhaust gas system adjoining the cylinder head on the outlet side.
  • An air gap-insulated member is arranged in the exhaust gas duct at least over the area of the exhaust gas outlet.
  • the organ is a thin-walled, sleeve-shaped insert which is fastened in the exhaust gas duct and has means by which the insert is spaced radially from the duct wall.
  • the organ can be formed by an exhaust pipe of the exhaust system projecting freely into the exhaust duct, the exhaust duct being widened in the region into which the exhaust pipe protrudes, with the formation of a stepped shoulder, and the organ covering the rim of the heel radially outwards.
  • the known devices can have a heat-insulating effect with respect to the exhaust gas duct, they are complicated to manufacture and / or to assemble.
  • the invention is based on creating an alternative and / or improved cylinder head for an internal combustion engine.
  • the invention provides a cylinder head (for example a single-cylinder cylinder head or a multi-cylinder cylinder head) for covering a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the cylinder head has a fluid guide channel for supplying a fluid (for example intake air, charge air and / or air-fuel mixture) to the combustion chamber or for removing a fluid (for example exhaust gas or compressed air) from the combustion chamber .
  • the cylinder head has a cooling channel for a cooling fluid (for example water, water / coolant mixture or oil) for cooling the cylinder head.
  • the cylinder head has at least one material recess Thermal insulation formed in a main body of the cylinder head (e.g. by casting the cylinder head).
  • the at least one material recess is arranged between the fluid guide channel and the cooling channel.
  • the at least one material recess is arranged separated from the fluid guide channel by the main body (for example by a support region of the main body for supporting the fluid guide channel in the main body).
  • the at least one material recess can be simple, e.g. B. directly during primary shaping (eg casting) of the main body of the cylinder head and / or subsequently.
  • the material recess can offer different advantages depending on the design of the fluid guide channel. The advantages are based in each case on a (partial) thermal decoupling of the fluid guide channel and the cooling channel through the at least one heat-insulating material cutout. E.g. In the case in which exhaust gas is led through the fluid guide channel, there is a significantly lower heat input from the hot exhaust gas into the cooling fluid. This leads to a reduction in the cooling requirement, which enables an improved design of the cooling system.
  • thermal decoupling means that the hot exhaust gas cools down less in the fluid guide channel.
  • more exhaust gas enthalpy is available for an exhaust gas turbocharger which may be arranged downstream and / or an exhaust gas aftertreatment device. This enables an improved design and improved efficiency of these components as well as a reduction in fuel consumption.
  • material cutout used here can expediently be understood in such a way that it refers to a material cutout deliberately provided by a corresponding manufacturing step and not to blowholes or the like that arise unintentionally during casting or printing.
  • the fluid guide channel can expediently be used without an insert, e.g. B. a tube insert, be gebil det.
  • the at least one material recess can be radially spaced by the main body from a channel wall or an outer contour of the fluid guide channel.
  • the at least one material recess is made by master shaping, shaping and / or cutting.
  • the main body is cast or printed (e.g. using a 3D printer).
  • the at least one material recess is formed in the original body, preferably in the case of casting and / or printing (for example by means of a 3D printer), or subsequently of the main body, preferably by a separating manufacturing process (for example B. drilling, milling or similar).
  • the fluid guide channel is designed as an exhaust gas channel, an inlet channel (for example an air inlet channel or air / fuel mixture inlet channel) or a compressed air extraction channel.
  • an inlet channel for example an air inlet channel or air / fuel mixture inlet channel
  • a compressed air extraction channel for example an air inlet channel or air / fuel mixture inlet channel
  • the inlet air which should preferably have a temperature between 30 ° C. and 50 ° C., can be warmed up less strongly by the cooling fluid, which typically has a temperature above 90 ° C. This can make it possible, for example, to improve the design of charge air coolers, etc.
  • a plurality of fluid guide channels for example two exhaust gas channels and / or two intake channels
  • the at least one material recess for thermal insulation to be arranged between the multiple fluid guide channels on the one hand and the cooling channel on the other.
  • the cylinder head has a valve, preferably a pellet valve, which is arranged for sealing the fluid guide channel on the combustion chamber side.
  • the at least one material recess is designed to reduce, preferably substantially, a heat transfer between the cooling channel and the fluid guide channel.
  • the at least one material recess is designed such that it at least partially thermally insulates the fluid guide channel and the cooling channel from one another.
  • the at least one material recess is filled with air, preferably ambient air, and / or flows through.
  • the at least one material recess forms an (for example thermally insulating) air gap (for example with a gap size greater than or equal to 5 mm and / or less than or equal to 15 mm) between the fluid guide channel and the cooling channel.
  • the at least one material recess is filled with a thermal insulation material (for example partially or completely).
  • an outer contour of the at least one material recess follows an outer contour of the fluid guide channel and / or the cooling channel at least in sections, preferably at a substantially constant distance.
  • the at least one material recess partially or completely surrounds the fluid guide channel.
  • the at least one material recess has a cross section in the form of a ring segment and / or is in the form of a sleeve segment.
  • the at least one material recess follows the fluid guide channel along at least 50%, 60%, 70%, 80% or 90% of a length of the fluid guide channel, preferably at a substantially constant distance.
  • the at least one material cutout ends adjacent to a cylinder head base region of the main body.
  • the at least one material recess opens into an outer surface (for example, the outer surface) of the cylinder head, preferably to enable air circulation through the at least one material recess.
  • the at least one material recess can extend through the main body, for example in a curved shape, from an opening in a lateral surface of the main body to adjacent to the cylinder head base region of the main body.
  • the at least one material recess essentially completely envelops the fluid guide channel with the exception of a cylinder head base area of the main body and / or a support area of the main body required to support the fluid guide channel.
  • the at least one material recess at least partially envelops the fluid guide channel.
  • the at least one material cutout has a plurality of cutout areas.
  • the plurality of recess areas are preferably in fluid communication with one another, preferably through channels in the main body. It is possible that the plurality of recess areas are arranged symmetrically around the fluid guide channel. It is also possible that the plurality of recess areas each have a ring-shaped cross section and / or surround the fluid guide channel together in a ring. It is also possible that the plurality of recess areas are each designed in the form of a sleeve segment and / or surround the fluid guide channel together in the form of a sleeve.
  • a material thickness of the main body between the fluid guide channel and the at least one material recess is greater than or equal to 5 mm and / or less than or equal to 10 mm.
  • a material recess thickness of the at least one material recess is preferably greater than or equal to 5 mm and / or less than or equal to 15 mm in a radial direction of the fluid guide channel.
  • the fluid guide channel has an opening on an outside of the cylinder head and the at least one material recess has an opening on the outside of the cylinder head.
  • the opening of the at least one material recess preferably surrounds the opening of the fluid guide channel at least partially, preferably in the form of a ring segment.
  • a, preferably annular, web section is formed between the opening of the fluid guide channel and the opening of the at least one material recess.
  • the web section preferably has at least one fastening device, preferably a threaded hole, for attaching a fluid line in fluid connection with the fluid guide channel.
  • the main body has a support region which is arranged (for example with respect to a radial direction of the fluid guide channel) between the fluid guide channel and the at least one material recess for supporting the fluid guide channel in the main body.
  • the at least one material recess is fluidly separated from the fluid guide channel, for example by means of the support area.
  • the cooling duct is arranged for cooling a cylinder head base region of the main body and / or adjacent to a cylinder head base region of the main body.
  • the invention also relates to a motor vehicle, preferably a commercial vehicle (for example a truck or bus, with a cylinder head as disclosed herein.
  • a motor vehicle preferably a commercial vehicle (for example a truck or bus, with a cylinder head as disclosed herein.
  • the present disclosure also relates to a method of manufacturing a cylinder head that is preferably configured as disclosed herein.
  • the method has master shaping (e.g. casting and / or printing) of the main body of the cylinder head, the at least one material recess being produced directly during the master shaping of the main body and / or after the master shaping of the main body in the main body.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a region of a schematically illustrated cylinder head according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 is a side view of the area of the exemplary cylinder head
  • FIG. 3 shows a sectional view of the region of the exemplary cylinder head along the line A-A in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a sectional view of the region of the exemplary cylinder head along the line B-B in FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a sectional view of the region of the exemplary cylinder head along the line C-C in FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a sectional view of the region of the exemplary cylinder head along the line D-D in FIG. 2;
  • FIG. 7 shows a sectional view of the region of the exemplary cylinder head along the line EE in FIG. 2; and FIG. 8 shows a sectional view of the area of the exemplary cylinder head along the line FF in FIG. 2.
  • FIGS. 1 to 8 show an area of a schematically represented cylinder head 10.
  • the cylinder head 10 can be designed as a single-cylinder cylinder head or a multi-cylinder cylinder head.
  • the cylinder head 10 can cover one or more combustion chambers 12 of an internal combustion engine, in particular a reciprocating piston internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can, for example, be comprised in a motor vehicle, preferably a commercial vehicle (for example a truck or bus).
  • the cylinder head 10 is cast.
  • the cylinder head 10 has an expediently metallic main body 14.
  • the main body 14 can be made by any known method.
  • the main body 14 can be cast, for example as a GJV cast body (cast iron with vermicular graphite). It is also possible for the main body 14 to be printed using a 3D printer, for example.
  • Various structures are formed in the main body 14, for example by the casting process or the printing process. These include a cooling channel 16, a fluid guide channel 18 and preferably one or more exemptions or material cutouts 20.
  • the cylinder head 10 has further areas, preferably with one or more further fluid guide channels, one or several further cooling channels and / or valves etc.
  • a receptacle 28 can also be formed, for example for a fuel injector.
  • the cooling channel 16 carries a cooling fluid, for example water, a water / coolant mixture or oil, for cooling the cylinder head 10.
  • the cooling channel 16 can be formed, for example, as part of a water jacket of the cylinder head 10.
  • the cooling duct 16 shown is arranged adjacent to a cylinder head base region 14A of the main body 14 of the cylinder head 10 for cooling the combustion chamber side of the cylinder head 10.
  • the fluid guide channel 18 serves to supply a fluid to the combustion chamber 12 or to remove a fluid from the combustion chamber 12.
  • the fluid guide channel 18 is particularly preferably designed as an exhaust gas channel for removing exhaust gas from the combustion chamber 12.
  • the material cutout 20 also has advantageous effects if the fluid guide channel 18 is designed, for example, as an inlet channel for supplying inlet air to the combustion chamber 12 or as a compressed air extraction channel for discharging compressed air from the combustion chamber 12 .
  • the fluid guide channel 18 has an opening 22 on the combustion chamber side.
  • the fluid guide channel 18 has an opening 24 in an outer side, preferably an outer surface, of the cylinder head 10.
  • the fluid guide channel 18 extends, preferably curved, between the opening 22 and the opening 24.
  • the fluid guide channel 18 can be sealed on the combustion chamber side by means of a valve 26, preferably a poppet valve, of the cylinder head 10.
  • the material recess 20 is arranged between the fluid guide channel 18 and the cooling channel 16.
  • the material cutout 20 thermally decouples the fluid guide channel 18 from the cooling channel 16.
  • the material cutout 20 significantly reduces heat transfer between the fluid guide channel 18 and the cooling channel 16, i. H. significant.
  • the fluid guide channel 18 designed as an exhaust gas channel
  • this enables the heat transfer between the exhaust gas and the cooling fluid in the cooling channel 16 to be greatly reduced.
  • a lower heat input into the cooling fluid leads to a reduction in the cooling requirement, which enables an improved design of the cooling system.
  • fuel consumption of the internal combustion engine can be reduced, for example also through energy savings when driving a coolant pump.
  • the thermal decoupling means that the exhaust gas flowing through the fluid guide channel 18, which, for example, has a temperature of around 600 ° C., cools less. As a result, more exhaust gas enthalpy is available for an exhaust gas turbocharger which may be arranged downstream.
  • more exhaust gas enthalpy can be available for an exhaust gas aftertreatment device which may be arranged downstream.
  • the exhaust gas aftertreatment device may require a certain high temperature range for effective operation (for example with an SCR catalytic converter). This enables an improved design and efficiency of these components as well as a reduction in fuel consumption.
  • the material cutout 20 can also be used, for example, for the thermal decoupling of a fluid guide channel 18 designed as an inlet channel. In this case, the material recess 20 reduces heat transfer from the cooling fluid in the cooling channel 16, which, for example, has a temperature above 90 ° C., to the inlet air flowing through the fluid guide channel 18, which preferably has a low temperature, for example below 40 ° C or 50 ° C.
  • the material cutout 20 is preferably formed as a material cutout directly during the primary shaping (for example printing or casting) of the main body 14, for. B. as a cast material recess.
  • the material cutout 20 it is also possible for the material cutout 20 to be formed in the main body 14 14 only after the primary shaping of the main body 14, for example by means of a machining production process.
  • several bores surrounding the fluid guide channel 18 can be made in the main body 14.
  • a support region 30 is arranged between the material recess 20 and the fluid guide channel 18.
  • the support area 30 is part of the main body 14.
  • the support area 30 is cast.
  • the support area 30 supports the fluid guide channel 18 in the main body 14.
  • the support area 30 fluidly separates the material recess 20 and the fluid guide channel 18 from one another.
  • a material thickness of the support area 30 between the fluid guide channel 18 and the material recess 20 can lie, for example, in a range between 5 mm and 10 mm.
  • the support area 30 is to be designed such that it is as stiff as necessary for supporting the fluid guide channel 18 and as flexible as possible is possible to compensate, for example, temperature-related material expansion.
  • the material recess 20 is filled with air, preferably ambient air.
  • the material recess 20 forms a heat-insulating air gap between the fluid guide channel 18 and the cooling channel 16.
  • the gap size of the air gap can be, for example, in a range between 5 mm and 15 mm. It may also be possible for the material recess 20 to be at least partially filled with a thermal insulation material.
  • the material recess 20 can be open to an outside of the main body 14. This enables the air in the material saving 20 to be exchanged with the ambient air and air circulation to result. However, it is also possible for the material cutout 20 to be arranged as a cavity in the main body 14 without opening to the outside.
  • the outer contour or wall contour of the material cutout 20 is adapted to an outer contour or wall contour of the fluid guide channel 18 and follows this, for example, at least partially at a constant distance.
  • the outer contour of the material recess 20 can be at least partially designed as a cylinder jacket segment, on the inside of which the fluid guide channel 18 runs. It is also possible that the outer contour of the material recess 20 is additionally or alternatively adapted to the cooling channel 16 and follows it, for example, at least partially at a constant distance.
  • the material cutout 20 follows the fluid guide channel 18 starting from an outside of the cylinder head 10 along a substantial part of a length of the fluid guide channel 18. As shown, the material cutout 20 can follow the fluid guide channel 18 for example between 80% and 90% of the length of the fluid guide channel 18 .
  • the material recess 20 essentially completely envelops the fluid guide channel 18, with the exception of the cylinder head base region 14A of the main body 14 and the support region 30 of the main body 14.
  • the material cutout 20 has two cutout areas 32, 34.
  • the recess areas 32, 34 are in fluid communication with one another via a plurality of channels 36, as shown. It is also possible to provide more or fewer recess areas which may or may not be in fluid communication with one another.
  • the recess areas 32, 34 are arranged in a ring around the fluid guide channel 18.
  • the recess areas 32, 34 can surround the fluid guide channel 18, for example, symmetrically.
  • the recess areas 32, 34 each have a ring-shaped cross section.
  • the ring-segment-shaped cross sections can, for example, each comprise an angular range of approximately 180 °.
  • the recess areas 32, 34 follow a course of the fluid guide channel 18 in the form of sleeve segments.
  • the recess regions 32, 34 end adjacent to the cylinder head base region 14A of the main body 14.
  • the recess regions 32, 34 open into an outer side of the main body 14.
  • the recess regions 32, 34 each have an opening 38, 40.
  • the openings 38, 40 are arranged around the opening 24.
  • the openings 38, 40 have a ring segment shape. Air can flow in and out of the recess areas 32, 34 through the openings 38, 40, so that air can circulate in the recess areas 32, 34 and thus in the material recess 20.
  • a web section 42 of the support area 30 is arranged between the opening 24 on the one hand and the openings 38, 40 on the other hand.
  • the web section 42 can be annular.
  • the web section 42 surrounds the opening 24.
  • the web section 42 can have one or more fastening devices 44 (only shown schematically in FIG. 2), which are designed to connect a fluid line to the fluid guide channel 18.
  • the fastening devices 44 can be designed as threaded holes for screwing in fastening screws.
  • the invention is not restricted to the preferred exemplary embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the subject and the features of the subclaims independently of the claims referred to.
  • the features of independent claim 1 are disclosed independently of one another.
  • the features of the subclaims are also disclosed independently of all the features of independent claim 1 and, for example, independently of the features relating to the presence and / or configuration of the fluid guide channel, the cooling channel and / or the at least one material cutout of independent claim 1. All of the range information herein is to be understood as meaning that, as it were, all values falling within the respective range are disclosed individually, e.g. B. also as the respective preferred narrower external borders of the respective area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (10) zum Abdecken einer Verbrennungskammer (12) einer Brennkraftmaschine. Der Zylinderkopf (10) weist mindestens eine Materialaussparung (20) zur Wärmeisolation auf, die in einem Hauptkörper (14) des Zylinderkopfes (10) gebildet und zwischen einem Fluidführungskanal (18) und einem Kühlkanal (16) angeordnet ist. Die Materialaussparung (20) kann einfach z. B. direkt beim Urformen (z. B. Gießen oder Drucken) des Zylinderkopfes (10) und/oder anschließend gefertigt werden. Bspw. kann in dem Fall, in dem Abgas durch den Fluidführungskanal geführt wird, ein deutlich geringerer Wärmeeintrag vom heißen Abgas in das Kühlfluid erfolgen. Daneben führt die thermische Entkopplung durch die Materialaussparung (20) dazu, dass das heiße Abgas weniger stark im Fluidführungskanal abkühlt.

Description

Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf zum Abdecken einer Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes.
Die DE 100 39 790 A1 offenbart einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit darin ange- ordneten Auslasskanälen, die einen aus mindestens einer Blechlage geformten Kanalinnen- rahmen aufweisen.
Die DE 10 2005 025 731 A1 offenbart eine Abgasführung einer Brennkraftmaschine, wobei die Abgasführung zumindest einen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verlaufenden Ab- gaskanal und eine sich an den Zylinderkopf austrittsseitig anschließende Abgasanlage enthält. Im Abgaskanal ist zumindest über den Bereich des Abgasaustritts hinweg ein luftspaltisoliertes Organ angeordnet ist. Das Organ ist ein dünnwandiger hülsenförmiger Einsatz, der im Abgas- kanal befestigt ist und Mittel aufweist, durch die der Einsatz radial von der Kanalwandung be- abstandet ist. Alternativ kann das Organ durch ein frei in den Abgaskanal ragendes Abgasrohr der Abgasanlage gebildet sein, wobei der Abgaskanal in dem Bereich, in den das Abgasrohr hineinragt, unter Ausbildung eines stufigen Absatzes erweitert ist, und dass das Organ den Absatzrand radial nach außen umlaufend überdeckt.
Die bekannten Vorrichtungen können zwar eine wärmeisolierende Wirkung bezüglich des Ab- gaskanals entfalten, sind allerdings kompliziert zu fertigen und/oder zu montieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen alternativen und/oder verbesserten Zylin derkopf für eine Brennkraftmaschine zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmal des unabhängigen Anspruchs 1 . Vorteilhafte Wei- terbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Die Erfindung schafft einen Zylinderkopf (z. B. Einzylinder-Zylinderkopf oder Mehrzylinder-Zy- linderkopf) zum Abdecken einer Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine. Der Zylin- derkopf weist einen Fluidführungskanal zum Zuführen eines Fluids (z. B. Einlassluft, Ladeluft und/oder Luft-Kraftstoff-Gemisch) zu der Verbrennungskammer oder zum Abführen eines Flu ids (z. B. Abgas oder Druckluft) aus der Verbrennungskammer auf. Der Zylinderkopf weist einen Kühlkanal für ein Kühlfluid (z. B. Wasser, Wasser-Kühlmittel-Gemisch oder Öl) zum Küh- len des Zylinderkopfes auf. Der Zylinderkopf weist mindestens eine Materialaussparung zur Wärmeisolation auf, die in einem Hauptkörper des Zylinderkopfes (z. B. durch Gießen des Zylinderkopfes) gebildet ist. Die mindestens eine Materialaussparung ist zwischen dem Fluid führungskanal und dem Kühlkanal angeordnet ist. Die mindestens eine Materialaussparung ist durch den Hauptkörper getrennt von dem Fluidführungskanal angeordnet (z. B. durch einen Stützbereich des Hauptkörpers zum Stützen des Fluidführungskanals im Hauptkörper).
Die mindestens eine Materialaussparung kann einfach, z. B. direkt beim Urformen (z. B. Gie- ßen) des Hauptkörpers des Zylinderkopfes und/oder anschließend daran, gefertigt werden. Die Materialaussparung kann je nach Ausführung des Fluidführungskanals unterschiedliche Vorteile bieten. Die Vorteile beruhen jeweils auf einer (teilweisen) thermischen Entkoppelung des Fluidführungskanals und des Kühlkanals durch die mindestens eine wärmeisolierende Materialaussparung. Bspw. kann in dem Fall, in dem Abgas durch den Fluidführungskanal geführt wird, ein deutlich geringerer Wärmeeintrag vom heißen Abgas in das Kühlfluid erfol- gen. Dies führt zu einer Verringerung des Kühlbedarfs, was eine verbesserte Auslegung des Kühlsystems ermöglicht. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Kraftstoffverbrauch der Brenn- kraftmaschine verringern, zum Beispiel auch durch Energieeinsparungen beim Antreiben einer Kühlmittelpumpe. Daneben führt die thermische Entkopplung dazu, dass das heiße Abgas weniger stark im Fluidführungskanal abkühlt. Dadurch steht mehr Abgasenthalpie für einen gegebenenfalls stromabwärts angeordneten Abgasturbolader und/oder eine Abgasnachbe- handlungsvorrichtung zur Verfügung. Dies ermöglicht eine verbesserte Auslegung und ver- besserte Wirkungsgrade dieser Komponenten sowie eine Verringerung des Kraftstoffver- brauchs.
Zweckmäßig kann der hierin verwendete Begriff„Materialaussparung“ derart verstanden wer- den, dass er sich auf eine durch einen entsprechenden Fertigungsschritt bewusst vorgese- hene Materialaussparung bezieht und nicht etwa auf ungewollt beim Gießen oder Drucken entstehende Lunker o.ä.
Zweckmäßig kann der Fluidführungskanal ohne einen Einsatz, z. B. einen Rohreinsatz, gebil det sein.
Beispielsweise kann die mindestens eine Materialaussparung durch den Hauptkörper radial von einer Kanalwandung bzw. einer Außenkontur des Fluidführungskanals beabstandet sein.
In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung durch Urformen, Umfor- men und/oder Trennen gefertigt. In einer weiteren Ausführungsform ist der Hauptkörper gegossen oder gedruckt (z. B. mittels 3D-Drucker).
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung beim Urfor- men, vorzugsweise beim Gießen und/oder Drucken (z. B. mittels 3D-Drucker), des Hauptkör- pers oder anschließend daran gebildet, vorzugsweise durch ein trennendes Fertigungsverfah- ren (z. B. Bohren, Fräsen o.ä.).
In einem Ausführungsbeispiel ist der Fluidführungskanal als ein Abgaskanal, ein Einlasskanal (z. B. Luft-Einlasskanal oder Luft-Kraftstoff-Gemisch-Einlasskanal) oder ein Druckluftentnah- mekanal ausgebildet. Bspw. kann im Fall des Einlasskanals die Einlassluft, die vorzugsweise eine Temperatur zwischen 30°C und 50°C aufweisen soll, weniger stark durch das Kühlfluid, das typischerweise eine Temperatur oberhalb von 90°C aufweist, aufgewärmt werden. Dies kann bspw. eine verbesserte Auslegung von Ladeluftkühlern usw. ermöglichen.
Es ist möglich, dass mehrere Fluidführungskanäle (z. B. zwei Abgaskanäle und/oder zwei Ein- lasskanäle) im Zylinderkopf umfasst sind und die mindestens eine Materialaussparung zur Wärmeisolation zwischen den mehrere Fluidführungskanälen einerseits und dem Kühlkanal andererseits angeordnet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Zylinderkopf ein Ventil, vorzugsweise ein Tel- lerventil, auf, das zum brennraumseitigen Abdichten des Fluidführungskanals angeordnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Materialaussparung dazu ausgebildet, dass sie eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkanal und dem Fluidführungskanal, vor- zugsweise wesentlich, verringert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Materialaussparung dazu aus- gebildet, dass sie den Fluidführungskanal und den Kühlkanal zumindest teilweise voneinander thermisch isoliert.
In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung mit Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, gefüllt und/oder durchströmt.
In einer weiteren Ausführungsform bildet die mindestens eine Materialaussparung einen (zum Beispiel thermisch isolierenden) Luftspalt (z. B. mit einer Spaltgröße größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 15 mm) zwischen dem Fluidführungskanal und dem Kühlkanal. In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Materialaussparung mit einem Wär- medämmmaterial gefüllt (z. B. teilweise oder vollständig).
In einer Ausführungsvariante folgt eine Außenkontur der mindestens einen Materialausspa- rung einer Außenkontur des Fluidführungskanals und/oder des Kühlkanals zumindest ab- schnittweise, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand.
In einer weiteren Ausführungsvariante umgibt die mindestens eine Materialaussparung den Fluidführungskanal abschnittsweise oder vollständig.
In einer weiteren Ausführungsvariante weist die mindestens eine Materialaussparung einen ringsegmentförmigen Querschnitt auf und/oder ist hülsensegmentförmig ausgebildet.
In einem Ausführungsbeispiel folgt die mindestens eine Materialaussparung dem Fluidfüh- rungskanal entlang von mindestens 50 %, 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % einer Länge des Flu- idführungskanals, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel endet die mindestens eine Materialaussparung an- grenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich des Hauptkörpers.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel mündet die mindestens eine Materialaussparung in eine Außenfläche (zum Beispiel Mantelfläche) des Zylinderkopfes, vorzugsweise zum Ermög- lichen einer Luftzirkulation durch die mindestens eine Materialaussparung.
Beispielsweise kann sich die mindestens eine Materialaussparung von einer Öffnung in einer Mantelfläche des Hauptkörpers bis angrenzend an den Zylinderkopfbodenbereich des Haupt- körpers, zum Beispiel in gebogener Form, durch den Hauptkörper erstrecken.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umhüllt die mindestens eine Materialaussparung den Fluidführungskanal mit Ausnahme eines Zylinderkopfbodenbereichs des Hauptkörpers und/o- der eines zum Stützen des Fluidführungskanals erforderlichen Stützbereichs des Hauptkör- pers im Wesentlichen vollständig.
In einer Ausführungsform umhüllt die mindestens eine Materialaussparung den Fluidführungs- kanal zumindest teilweise. In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Materialaussparung mehrere Aussparungsbereiche auf. Vorzugsweise sind die mehreren Aussparungsbereiche miteinan- der in Fluidverbindung, vorzugsweise durch Kanäle im Hauptkörper. Es ist möglich, dass die mehreren Aussparungsbereiche symmetrisch um den Fluidführungskanal herum angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass die mehreren Aussparungsbereiche jeweils einen ringseg- mentförmigen Querschnitt aufweisen und/oder den Fluidführungskanal zusammen ringförmig umgeben. Es ist ferner möglich, dass die mehreren Aussparungsbereiche jeweils hülsenseg- mentförmig ausgebildet sind und/oder den Fluidführungskanal zusammen hülsenförmig um- geben.
In einer Ausführungsvariante ist eine Materialstärke des Hauptkörpers zwischen dem Fluid führungskanal und der mindestens einen Materialaussparung größer oder gleich 5 mm und/o- der kleiner oder gleich 10 mm.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist eine Materialaussparungsdicke der mindestens ei- nen Materialaussparung vorzugsweise in einer Radialrichtung des Fluidführungskanals größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 15 mm.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Fluidführungskanal eine Öffnung an einer Außenseite des Zylinderkopfes auf und die mindestens eine Materialaussparung weist eine Öffnung an der Außenseite des Zylinderkopfes auf. Vorzugsweise umgibt die Öffnung der min- destens einen Materialaussparung die Öffnung des Fluidführungskanals zumindest teilweise, vorzugsweise ringsegmentförmig.
In einer Weiterbildung ist ein, vorzugsweise ringförmiger, Stegabschnitt zwischen der Öffnung des Fluidführungskanals und der Öffnung der mindestens einen Materialaussparung gebildet. Vorzugsweise weist der Stegabschnitt mindestens eine Befestigungseinrichtung, vorzugs- weise ein Gewindeloch, zur Anbringung einer Fluidleitung in Fluidverbindung mit dem Fluid führungskanal auf.
In einer Ausführungsform weist der Hauptkörper einen Stützbereich auf, der (z. B. bezüglich einer Radialrichtung des Fluidführungskanals) zwischen dem Fluidführungskanal und der min- destens einen Materialaussparung zum Stützen des Fluidführungskanals im Hauptkörper an- geordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist die mindestens eine Materialaussparung fluidisch getrennt von dem Fluidführungskanal ausgebildet, zum Beispiel mittels des Stützbereichs. In einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlkanal zum Kühlen eines Zylinderkopfbodenbe- reichs des Hauptkörpers und/oder angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich des Haupt- körpers angeordnet.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug (zum Beispiel Lastkraftwagen oder Omnibus, mit einem Zylinderkopf wie hierin offenbart.
Es ist auch möglich, die Vorrichtung wie hierin offenbart für Personenkraftwagen, geländegän- gige Fahrzeuge, Großmotoren, stationäre Motoren, Marinemotoren usw. zu verwenden.
Die vorliegenden Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes, der vorzugsweise wie hierin offenbart ausgebildet ist. Das Verfahren weist ein Urformen (z. B. Gießen und/oder Drucken) des Hauptkörpers des Zylinderkopfes auf, wobei die mindestens eine Materialaussparung direkt beim Urformen des Hauptkörpers und/oder anschließend an das Urformen des Hauptkörpers im Hauptkörper gefertigt wird.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs eines schematisch dargestellten Zy - linderkopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 2 eine Seitenansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes;
Figur 3 eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Li- nie A-A in Figur 2;
Figur 4 eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Li- nie B-B in Figur 2;
Figur 5 eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Li- nie C-C in Figur 4;
Figur 6 eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Li- nie D-D in Figur 2;
Figur 7 eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Li- nie E-E in Figur 2; und Figur 8 eine Schnittansicht des Bereichs des beispielhaften Zylinderkopfes entlang der Li- nie F-F in Figur 2.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Die Figuren 1 bis 8 zeigen einen Bereich eines schematisch dargestellten Zylinderkopfes 10. Der Zylinderkopf 10 kann als ein Einzylinder-Zylinderkopf oder ein Mehrzylinder-Zylinderkopf ausgebildet sein. Der Zylinderkopf 10 kann eine oder mehrere Verbrennungskammern 12 ei- ner Brennkraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, abdecken. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug (zum Beispiel Lastkraftwagen oder Omnibus) umfasst sein.
Der Zylinderkopf 10 ist gegossen. In anderen Worten, der Zylinderkopf 10 weist einen zweck- mäßig metallischen Hauptkörper 14 auf. Der Hauptkörper 14 kann mit jeglichem bekannten Verfahren hergestellt sein. Beispielsweise kann der Hauptkörper 14 gegossen sein, zum Bei- spiel als GJV-Gusskörper (Gusseisen mit Vermiculargraphit). Es ist auch möglich, dass der Hauptkörper 14 bspw. mittels eines 3D-Druckers gedruckt ist.
In dem Hauptkörper 14 sind verschiedene Strukturen bspw. durch den Gießprozess oder den Druckprozess gebildet. Dazu gehören ein Kühlkanal 16, ein Fluidführungskanal 18 und vor- zugsweise eine oder mehrere Freistellungen oder Materialaussparungen 20. Neben dem dar- gestellten Bereich des schematisch dargestellten Zylinderkopfes 10 weist der Zylinderkopf 10 weitere Bereiche auf, vorzugsweise mit einem oder mehreren weiteren Fluidführungskanälen, einem oder mehreren weiteren Kühlkanälen und/oder Ventilen usw. Im Hauptkörper 14 kann ferner beispielsweise eine Aufnahme 28 zum Beispiel für einen Kraftstoff-Injektor ausgebildet sein.
Der Kühlkanal 16 führt ein Kühlfluid, zum Beispiel Wasser, ein Wasser-Kühlmittel-Gemisch oder Öl, zum Kühlen des Zylinderkopfes 10. Der Kühlkanal 16 kann beispielsweise als ein Teil eines Wassermantels des Zylinderkopfes 10 ausgebildet sein. Der dargestellte Kühlkanal 16 ist angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich 14A des Hauptkörpers 14 des Zylinderkop- fes 10 zur Kühlung der Brennraumseite des Zylinderkopfes 10 angeordnet. Der Fluidführungskanal 18 dient zum Zuführen eines Fluids zu der Verbrennungskammer 12 oder zum Abführen eines Fluids aus der Verbrennungskammer 12. Besonders bevorzugt ist der Fluidführungskanal 18 als ein Abgaskanal zum Abführen von Abgas aus der Verbren- nungskammer 12 ausgebildet. Es wurde allerdings erkannt, dass sich ebenfalls vorteilhafte Wirkungen durch die Materialaussparung 20 ergeben, wenn der Fluidführungskanal 18 bei- spielsweise als ein Einlasskanal zum Zuführen von Einlassluft zu der Verbrennungskammer 12 oder als ein Druckluftentnahmekanal zum Abführen von Druckluft aus der Verbrennungs- kammer 12 ausgebildet ist.
Der Fluidführungskanal 18 weist eine brennraumseitige Öffnung 22 auf. Der Fluidführungska- nal 18 weist eine Öffnung 24 in einer Außenseite, vorzugsweise einer Mantelfläche, des Zylin- derkopfes 10 auf. Der Fluidführungskanal 18 erstreckt sich, vorzugsweise gebogen, zwischen der Öffnung 22 und der Öffnung 24. Der Fluidführungskanal 18 kann brennraumseitig mittels eines Ventils 26, vorzugsweise eines Tellerventils, des Zylinderkopfes 10 abgedichtet werden.
Die Materialaussparung 20 ist zwischen dem Fluidführungskanal 18 und dem Kühlkanal 16 angeordnet. Die Materialaussparung 20 entkoppelt den Fluidführungskanal 18 thermisch von dem Kühlkanal 16. Die Materialaussparung 20 verringert einen Wärmeübergang zwischen dem Fluidführungskanal 18 und den Kühlkanal 16 wesentlich, d. h. signifikant.
Im besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel mit dem als Abgaskanal ausgebildeten Fluid- führungskanal 18 ermöglicht dies, dass der Wärmeübergang zwischen dem Abgas und dem Kühlfluid im Kühlkanal 16 stark gemindert werden kann. Ein geringerer Wärmeeintrag in das Kühlfluid führt zu einer Verringerung des Kühlbedarfs, was eine verbesserte Auslegung des Kühlsystems ermöglicht. Dadurch lässt sich beispielsweise ein Kraftstoffverbrauch der Brenn- kraftmaschine verringern, zum Beispiel auch durch Energieeinsparungen beim Antreiben einer Kühlmittelpumpe. Daneben führt die thermische Entkopplung dazu, dass das durch den Fluid- führungskanal 18 strömende Abgas, das beispielsweise eine Temperatur von rund 600°C auf- weist, weniger stark abkühlt. Dadurch steht mehr Abgasenthalpie für einen gegebenenfalls stromabwärts angeordneten Abgasturbolader zur Verfügung. Alternativ oder zusätzlich kann mehr Abgasenthalpie für eine gegebenenfalls stromabwärts angeordnete Abgasnachbehand- lungsvorrichtung zur Verfügung. Beispielsweise kann die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen bestimmten hohen Temperaturbereich zum wirksamen Betrieb benötigen (zum Beispiel bei einem SCR-Katalysator). Dies ermöglicht eine verbesserte Auslegung und verbesserte Wirkungsgrade dieser Komponenten sowie eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs. Die Materialaussparung 20 kann allerdings beispielsweise auch zur thermischen Entkopplung eines als Einlasskanal ausgebildeten Fluidführungskanals 18 verwendet werden. Die Materi- alaussparung 20 verringert in diesem Fall einen Wärmeübergang vom Kühlfluid im Kühlkanal 16, das beispielsweise eine Temperatur oberhalb von 90°C aufweist, auf die durch den Fluid führungskanal 18 strömende Einlassluft, die bevorzugt eine niedrige Temperatur, zum Beispiel unterhalb von 40°C oder 50°C, aufweist.
Vorzugsweise wird die Materialaussparung 20 direkt beim Urformen (z. B. Drucken oder Gie- ßen) des Hauptkörpers 14 als Materialaussparung gebildet, z. B. als Gussmaterialaussparung. Es ist allerdings auch möglich, dass die Materialaussparung 20 erst nach dem Urformen des Hauptkörpers 14 im Hauptkörper 14 14 ausgebildet wird, zum Beispiel durch ein spanabhe- bendes Fertigungsverfahren. Beispielsweise können mehrere, den Fluidführungskanal 18 um- gebenden Bohrungen in den Hauptkörper 14 eingebracht werden.
Zwischen der Materialaussparung 20 und dem Fluidführungskanal 18 ist ein Stützbereich 30 angeordnet. Der Stützbereich 30 ist Teil des Hauptkörpers 14. Der Stützbereich 30 ist gegos- sen. Der Stützbereich 30 stützt den Fluidführungskanal 18 im Hauptkörper 14. Der Stützbe- reich 30 trennt die Materialaussparung 20 und den Fluidführungskanal 18 fluidisch voneinan- der. Eine Materialstärke des Stützbereichs 30 zwischen dem Fluidführungskanal 18 und der Materialaussparung 20 kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 mm und 10 mm lie gen. Der Stützbereich 30 ist so auszuführen, dass er so steif wie nötig zum Stützen des Fluid führungskanals 18 und so flexibel wie möglich zum Ausgleichen von bspw. temperaturbeding- ten Materialausdehnungen ist.
Die Materialaussparung 20 ist mit Luft, vorzugsweise Umgebungsluft, gefüllt. Dadurch bildet die Materialaussparung 20 einen wärmeisolierenden Luftspalt zwischen dem Fluidführungska- nal 18 und dem Kühlkanal 16. Die Spaltgröße des Luftspalts kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 mm und 15 mm liegen. Es kann auch möglich sein, dass die Materialaus- sparung 20 zumindest teilweise mit einem Wärmedämmmaterial gefüllt ist.
Die Materialaussparung 20 kann zu einer Außenseite des Hauptkörpers 14 hin offen sein. Dies ermöglicht, dass die Luft in der Materialeinsparung 20 mit der Umgebungsluft ausgetauscht werden kann und sich eine Luftzirkulation ergibt. Es ist allerdings auch möglich, dass die Ma- terialaussparung 20 ohne Öffnung nach außen als Hohlraum in dem Hauptkörper 14 angeord- net ist. Die Außenkontur bzw. Wandkontur der Materialaussparung 20 ist an eine Außenkontur bzw. Wandkontur des Fluidführungskanals 18 angepasst und folgt dieser beispielsweise zumindest teilweise in gleichbleibenden Abstand. Beispielsweise kann die Außenkontur der Materialaus- sparung 20 zumindest teilweise als Zylindermantelsegment ausgebildet sein, auf dessen In- nenseite der Fluidführungskanal 18 verläuft. Es ist auch möglich, dass die Außenkontur der Materialaussparung 20 zusätzlich oder alternativ an den Kühlkanal 16 angepasst ist und die- sen beispielsweise zumindest teilweise in gleichbleibenden Abstand folgt.
Die Materialaussparung 20 folgt dem Fluidführungskanal 18 ausgehend von einer Außenseite des Zylinderkopfes 10 entlang eines wesentlichen Teils einer Länge des Fluidführungskanals 18. Wie dargestellt ist, kann die Materialaussparung 20 dem Fluidführungskanal 18 beispiels- weise zwischen 80 % und 90 % der Länge des Fluidführungskanals 18 folgen. Die Material- aussparung 20 umhüllt den Fluidführungskanal 18, ausgenommen den Zylinderkopfbodenbe- reich 14A des Hauptkörpers 14 und den Stützbereich 30 des Hauptkörpers 14, im Wesentli- chen vollständig.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Materialaussparung 20 zwei Aussparungsberei- che 32, 34 auf. Die Aussparungsbereiche 32, 34 stehen über mehrere Kanäle 36 miteinander in Fluidverbindung, wie dargestellt ist. Es ist auch möglich, mehr oder weniger Aussparungs- bereiche vorzusehen, die in Fluidverbindung miteinander stehen können oder nicht.
Die Aussparungsbereiche 32, 34 sind ringförmig um den Fluidführungskanal 18 herum ange- ordnet. Die Aussparungsbereiche 32, 34 können den Fluidführungskanal 18 beispielsweise symmetrisch umgeben. Die Aussparungsbereiche 32, 34 weisen jeweils einen ringsegmentför- migen Querschnitt auf. Die ringsegmentförmigen Querschnitte können beispielsweis jeweils einen Winkelbereiche von annährend 180° umfassen. Die Aussparungsbereiche 32, 34 folgen einem Verlauf des Fluidführungskanals 18 in Form von Hülsensegmenten.
Die Aussparungsbereiche 32, 34 enden angrenzend an den Zylinderkopfbodenbereich 14A des Hauptkörpers 14. Andererseits münden die Aussparungsbereiche 32, 34 in einer Außen- seite des Hauptkörpers 14. Die Aussparungsbereiche 32, 34 weisen jeweils eine Öffnung 38, 40 auf. Die Öffnungen 38, 40 sind um die Öffnung 24 herum angeordnet. Die Öffnungen 38, 40 weisen eine Ringsegmentform auf. Durch die Öffnungen 38, 40 kann Luft in die Ausspa- rungsbereiche 32, 34 einströmen und ausströmen, sodass sich eine Luftzirkulation in den Aus- sparungsbereiche 32, 34 und damit in der Materialaussparung 20 ergeben kann. Ein Stegabschnitt 42 des Stützbereichs 30 ist zwischen der Öffnung 24 einerseits und den Öffnungen 38, 40 andererseits angeordnet. Der Stegabschnitt 42 kann ringförmig sein. Der Stegabschnitt 42 umgibt die Öffnung 24. Der Stegabschnitt 42 kann eine oder mehrere Befes- tigungseinrichtungen 44 (nur in Figur 2 schematisch dargestellt) aufweisen, die zum Anbinden einer Fluidleitung an den Fluidführungskanal 18 ausgebildet sind. Beispielsweise können die Befestigungseinrichtungen 44 als Gewindelöcher zum Einschrauben von Befestigungsschrau- ben ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 unabhängig voneinander offenbart. Zu- sätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und/oder der Konfiguration des Fluidführungskanals, des Kühlkanals und/oder der mindestens einen Materialaussparung des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweilige bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs.
Bezugszeichenliste
10 Zylinderkopf
12 Verbrennungskammer
14 Hauptkörper
14A Zylinderkopfbodenbereich
16 Kühlkanal
18 Fluidführungskanal 20 Materialaussparung 22 Öffnung
24 Öffnung
26 Ventil
28 Aufnahme
30 Stützbereich
32 Aussparungsbereich 34 Aussparungsbereich
36 Kanal
38 Öffnung
40 Öffnung
42 Stegabschnitt
44 Befestigungseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Zylinderkopf (10) zum Abdecken einer Verbrennungskammer (12) einer Brennkraftma- schine, aufweisend:
einen Fluidführungskanal (18) zum Zuführen eines Fluids zu oder Abführen eines Fluids aus der Verbrennungskammer (12);
einen Kühlkanal (16) für ein Kühlfluid zum Kühlen des Zylinderkopfes (10); und mindestens eine Materialaussparung (20) zur Wärmeisolation, die in einem Haupt- körper (14) des Zylinderkopfes (10) gebildet und zwischen dem Fluidführungskanal (18) und dem Kühlkanal (16) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Materialaussparung (20) durch den Hauptkörper (14) getrennt von dem Fluidführungskanal (18) angeordnet ist.
2. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1 , wobei:
die mindestens eine Materialaussparung (20) durch Urformen, Umformen und/oder Trennen gefertigt ist; und/oder
der Hauptkörper (14) gegossen oder gedruckt ist; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) beim Urformen, vorzugsweise beim Gießen oder Drucken, des Hauptkörpers (14) oder anschließend daran gebildet ist, vor- zugsweise durch ein trennendes Fertigungsverfahren.
3. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei:
der Fluidführungskanal (18) als ein Abgaskanal, ein Einlasskanal oder ein Druck- luftentnahmekanal ausgebildet ist; und/oder
der Zylinderkopf (10) ein Ventil (16), vorzugsweise ein Tellerventil, aufweist, das zum brennraumseitigen Abdichten des Fluidführungskanals (18) angeordnet ist; und/oder der Kühlkanal (16) zum Kühlen eines Zylinderkopfbodenbereichs (14A) des Haupt- körpers (14) angeordnet ist; und/oder
der Kühlkanal (16) angrenzend an einen Zylinderkopfbodenbereich (14B) des Hauptkörpers (14) angeordnet ist.
4. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Ma- terialaussparung (20) dazu ausgebildet ist, dass sie:
eine Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkanal (16) und dem Fluidführungska- nal (18), vorzugsweise wesentlich, verringert; und/oder den Fluidführungskanal (18) und den Kühlkanal (16) zumindest teilweise voneinan- der thermisch isoliert.
5. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
die mindestens eine Materialaussparung (20) mit Luft, vorzugsweise Umgebungs- luft, gefüllt und/oder durchströmt ist; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) einen Luftspalt zwischen dem Fluid führungskanal (18) und dem Kühlkanal (16) bildet; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) mit einem Wärmedämmmaterial ge- füllt ist.
6. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
eine Außenkontur der mindestens einen Materialaussparung (20) einer Außenkon- tur des Fluidführungskanals (18) und/oder des Kühlkanals (16) zumindest abschnittweise folgt, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) den Fluidführungskanal (18) ab- schnittsweise oder vollständig umgibt; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) einen ringsegmentförmigen Quer- schnitt aufweist und/oder hülsensegmentförmig ausgebildet ist.
7. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
die mindestens eine Materialaussparung (20) dem Fluidführungskanal (18) entlang von mindestens 50 %, 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % einer Länge des Fluidführungskanals (18) folgt, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichbleibendem Abstand; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) angrenzend an einen Zylinderkopfbo- denbereich (14A) des Hauptkörpers (14) endet; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) in eine Außenfläche des Zylinderkop- fes (10) mündet, vorzugsweise zum Ermöglichen einer Luftzirkulation durch die mindes- tens eine Materialaussparung (20).
8. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
die mindestens eine Materialaussparung (20) den Fluidführungskanal (18) mit Aus- nahme eines Zylinderkopfbodenbereichs (14A) des Hauptkörpers (14) und eines zum Stützen des Fluidführungskanals (18) erforderlichen Stützbereichs (30) des Hauptkörpers (14) im Wesentlichen vollständig umhüllt; und/oder die mindestens eine Materialaussparung (20) den Fluidführungskanal (18) zumin- dest teilweise umhüllt.
9. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Ma- terialaussparung (20) mehrere Aussparungsbereiche (32, 34) aufweist, die:
miteinander in Fluidverbindung sind, vorzugsweise durch Kanäle (36) im Hauptkör- pers (14), und/oder
symmetrisch um den Fluidführungskanal (18) herum angeordnet sind; und/oder jeweils einen ringsegmentförmigen Querschnitt aufweisen und den Fluidführungs- kanal (18) zusammen ringförmig umgeben; und/oder
jeweils hülsensegmentförmig ausgebildet sind und den Fluidführungskanal (18) zu- sammen hülsenförmig umgeben.
10. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
eine Materialstärke des Hauptkörpers (14) zwischen dem Fluidführungskanal (18) und der mindestens einen Materialaussparung (20) größer oder gleich 5 mm und/oder kleiner oder gleich 10 mm ist; und/oder
eine Materialaussparungsdicke der mindestens einen Materialaussparung (20) in einer Radialrichtung des Fluidführungskanals (18) größer oder gleich 5 mm und/oder klei ner oder gleich 15 mm ist.
1 1. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
der Fluidführungskanal (18) eine Öffnung (24) an einer Außenseite des Zylinder- kopfes (10) aufweist; und
die mindestens eine Materialaussparung (20) eine Öffnung (38, 40) an der Außen- seite des Zylinderkopfes (10) aufweist, die die Öffnung (24) des Fluidführungskanals (18) zumindest teilweise, vorzugsweise ringsegmentförmig, umgibt.
12. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1 1 , wobei:
ein, vorzugsweise ringförmiger, Stegabschnitt (42) zwischen der Öffnung (24) des Fluidführungskanals (18) und der Öffnung (38, 40) der mindestens einen Materialausspa- rung (20) gebildet ist, der mindestens eine Befestigungseinrichtung (44), vorzugsweise ein Gewindeloch, zur Anbringung einer Fluidleitung in Fluidverbindung mit dem Fluidführungs- kanal (18) aufweist.
13. Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: der Hauptkörper (14) einen Stützbereich (30) aufweist, der zwischen dem Fluidfüh- rungskanal (18) und der mindestens einen Materialaussparung (20) zum Stützen des Flu idführungskanals (18) im Hauptkörper(14) angeordnet ist; und/oder
die mindestens eine Materialaussparung (20) fluidisch getrennt von dem Fluidfüh- rungskanal (18) ausgebildet ist.
14. Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, mit einem Zylinderkopf (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
15. Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes (10) nach einem der vorherigen Ansprü- che, aufweisend:
Urformen, vorzugsweise Gießen oder Drucken, des Hauptkörpers (14) des Zylin derkopfes (10), wobei die mindestens eine Materialaussparung (20) direkt beim Urformen des Hauptkörpers (14) und/oder anschließend an das Urformen des Hauptkörpers (14) im Hauptkörper (14) gefertigt wird.
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