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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Bei der Verbrennung von Kraftstoff in Zylindern als Brennräume von Verbrennungskraftmaschinen ist es regelmäßig erforderlich, Bauteile wie einen Zylinderkopf zu kühlen. Bekannt ist insbesondere die Kühlung mit flüssigen Kühlmedien, insbesondere bestehend aus Wasser und/oder Glykol. Dabei wird das flüssige Kühlmedium durch entsprechende Leitungen in dem Zylinderkopf befördert. Die strömungstechnische Energieeffizienz der Kühlung von Zylinderköpfen kann Gegenstand von Verbesserungen sein. Strömungsverluste und Druckverluste beim Durchströmen mit Kühlmedium können verringert werden. So kann die notwendige Leistung zum Antreiben der Kühlung bzw. des Kühlmediums verringert werden. Darüber hinaus ist eine geeignete Verteilung der Kühlleistung wünschenswert. Oft ist eine gleichmäßige Verteilung der Kühlleistung gewünscht.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Es soll insbesondere ein Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine vorgestellt werden, der auf besonders energieeffiziente Weise und besonders gleichmäßig gekühlt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Zylinderkopf gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Zylinderkopfes sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder vorgestellt, der mindestens einen durch den Zylinderkopf verlaufenden Kühlkanal für ein Kühlmedium aufweist. Der mindestens eine Kühlkanal weist jeweils zumindest auf:
- - mindestens einen Einlass an einer ersten Seite des Zylinderkopfes,
- - einen Umlenkbereich an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Zylinderkopfes, und
- - mindestens einen Auslass an der ersten Seite.
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Der beschriebene Zylinderkopf ist insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen oder mehrere Zylinder als Brennräume auf, in denen Kraftstoff mit Luft verbrannt werden kann. Zur Kühlung des Zylinderkopfes ist der mindestens eine Kühlkanal vorgesehen. Durch den Kühlkanal kann insbesondere ein flüssiges Kühlmedium wie beispielsweise Wasser geleitet werden.
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Jeder der Kühlkanäle verläuft von mindestens einem jeweiligen Einlass zu einem jeweiligen Umlenkbereich und von dort zu mindestens einem jeweiligen Auslass. Ein Einlass kann an mehrere Kühlkanäle angebunden sein. Auch ein Auslass kann an mehrere Kühlkanäle angebunden sein. Ein Kühlkanal kann mehrere Zweige haben. Das ist vorzugsweise insbesondere dann gegeben, wenn mehrere Einlässe und/oder Auslässe für einen Kühlkanal vorgesehen sind. Beispielsweise kann ein jeweiliger Zweig von zwei Einlässen zu einem Umlenkbereich führen, wo die beiden Zweige vereinigt werden. Kühlkanäle können abschnittsweise zusammen verlaufen.
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Der mindestens eine Einlass und der mindestens eine Auslass des Kühlkanals sind an der ersten Seite des Zylinderkopfes angeordnet. Der Umlenkbereich des Kühlkanals ist an der zweiten Seite des Zylinderkopfes angeordnet. Unter dem Begriff „Seite“ ist dabei insbesondere ein seitlicher Randbereich des Zylinderkopfes zu verstehen. Die Begriffe „Seite“ bzw. „Randbereich“ sind darüber hinaus in Bezug auf die Kühlkanäle in dem Zylinderkopf zu verstehen. Ein Randbereich des Zylinderkopfes bzw. eine Seite des Zylinderkopfes sind insbesondere Bereiche des Zylinderkopfs, die nicht nach oben oder unten abschließen. Die Begriffe „oben“ und „unten“ beziehen sich auf eine übliche Orientierung des Zylinderkopfes, insbesondere im eingebauten Zustand in einem Kraftfahrzeug bzw. auf die Anordnung an der Verbrennungskraftmaschine. Als „unten“ wird die Seite bzw. Fläche des Zylinderkopfes betrachtet, die an dem Motorblock der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist. Als „oben“ wird die der unteren Seite gegenüberliegende Seite oder Fläche bezeichnet. Die erste Seite und die zweite Seite sind zueinander gegenüberliegend zwischen der oberen Seite und der unteren Seite angeordnet. Seiten bzw. Randbereiche des Zylinderkopfs können allerdings teilweise oberhalb oder unterhalb des Zylinderkopfes angeordnet sein. Beispielsweise sind Kühlkanalabschnitte möglich, die ausgehend vom Motorblock nach oben verlaufen und (seitlich) von unten in den Zylinderkopf eintreten. Insbesondere verläuft auch eine Bewegung von Kolben in den Zylindern bei dieser Bezeichnung der Orientierungen von oben nach unten bzw. von unten nach oben.
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Die beschriebene Anordnung des mindestens einen Einlasses, des mindestens einen Auslasses und des Umlenkbereichs kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass im Umlenkbereich eine Umlenkung des Kühlmediums um insbesondere 180° vorgesehen ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine derartige Umlenkung einen besonders geringen Strömungswiderstand für das Kühlmedium insgesamt hervorruft und damit eine besonders energieeffiziente Kühlung ermöglicht. Die Umlenkung kann einerseits eine Umlenkung des Kühlmittels in einer Ebene des Zylinderkopfes sein. Zusätzlich kann das Kühlmittel auch nach oben oder unten umgelenkt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass Einlässe (in Bezug auf den Motorblock) unterhalb von Auslässen an dem Zylinderkopf angeordnet sind und das Kühlmittel im Umlenkbereich daher von unten nach oben umgelenkt wird.
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Der Kühlkanal verläuft vorzugsweise zwischen dem mindestens einen Einlass und dem mindestens einen Auslass derart durch den Zylinderkopf, dass insbesondere die zu kühlenden Bereiche des Zylinderkopfes von dem Kühlkanal durchlaufen werden. Dabei kann es für verschiedene Bereiche des Zylinderkopfes unterschiedliche Anforderungen an die Kühlung geben. So kann beispielsweise ein Stegbereich zwischen zwei Zylindern weniger Kühlung erfordern als ein Zylinderbegrenzungsbereich, welcher unmittelbar oberhalb eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Der Zylinderbegrenzungsbereich ist der Bereich des Zylinderkopfes, der durch eine gedankliche Verlängerung der Mantelwand des entsprechenden Zylinders begrenzt ist. Der Zylinderbegrenzungsbereich ist dazu bestimmt und eingerichtet, den entsprechenden Zylinder (wie ein Deckel) nach oben zu begrenzen. Der Zylinderbegrenzungsbereich wird häufig auch als „Brennraumdach“ bezeichnet, weil er sich oberhalb des Brennraums in dem unterhalb des Zylinderkopfes angeordneten Motorblock befindet.
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Bei dem beschriebenen Zylinderkopf werden verschiedene funktionale Bereiche des Zylinderkopfes nacheinander von dem Kühlmedium durchlaufen. Als „funktionale Bereiche“ des Zylinderkopfes werden hier Bereiche bezeichnet, die innerhalb des Zylinderkopfs verschiedene Kühlanforderungen haben. Ein solcher funktionaler Bereich ist beispielsweise der bereits beschriebene Zylinderbegrenzungsbereich oder ein Stegbereich, welcher zwischen zwei benachbarten Zylinderbegrenzungsbereichen angeordnet ist. Insoweit kann die Kühlung bei dem vorliegenden Zylinderkopf als seriell hinsichtlich der Kühlung verschiedener funktionaler Bereiche des Zylinderkopfes bezeichnet werden.
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Verschiedene funktionale Bereiche des Zylinderkopfes können insbesondere auch verschiedene Ebenen in dem Zylinderkopf sein. Es ist beispielsweise möglich, dass ein erster Funktionsbereich ein in einer unteren (zum Motorblock hingewandten) Ebene des Zylinderkopfes angeordneter Abschnitt eines Zylinderbegrenzungsbereichs ist und ein zweiter Funktionsbereich ein in einer oberen (vom Motorblock weg gewandten) Ebene des Zylinderkopfes angeordneter Abschnitt eines Zylinderbegrenzungsbereichs ist. Die Kühlanforderungen oben und unten im Zylinderbegrenzungsbereich unterscheiden sich regelmäßig. Daher können solche oberen und unteren Bereiche unterschiedliche Funktionsbereiche sein.
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Eine derartige serielle Kühlung verschiedener funktionaler Bereiche hat sich als energetisch vorteilhaft herausgestellt, insbesondere verglichen mit einer parallelen Kühlung funktionaler Bereiche. Bei einer streng parallelen Kühlung, welche sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass der gesamte Zylinderkopf von der ersten Seite hin zu der zweiten Seite im Wesentlichen parallel durchströmt wird, werden verschiedene Bereiche des Zylinderkopfes (mit verschiedenen Kühlanforderungen) gleichzeitig von Kühlmittel durchströmt. Kühlmittel strömt dabei beispielsweise entweder durch einen Stegbereich oder durch einen Zylinderbegrenzungsbereich, nicht aber durch beide nacheinander (zumindest nicht im gleichen Kühlzyklus, d. h. insbesondere nicht, ohne zwischenzeitig eine Pumpe zu passieren). Bei der hier beschriebenen seriellen Kühlung durchströmt zumindest ein Teil des Kühlmittels nacheinander einen Stegbereich und einen Zylinderbegrenzungsbereich in dieser Reihenfolge oder in umgekehrter Reihenfolge.
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Durch die hier beschriebene serielle Kühlung hinsichtlich verschiedener funktionaler Bereiche des Zylinderkopfes verringert sich die Gesamtmenge an Kühlmittel, welches durch den Zylinderkopf strömt. Es hat sich aber überraschenderweise herausgestellt, dass gleichzeitig die Kühlung des Zylinderkopfes erheblich verbessert wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern eingerichtet, wobei für jeden der Zylinder ein eigener Kühlkanal vorgesehen ist.
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Die Einlässe und die Auslässe aller Kühlkanäle sind an der ersten Seite des Zylinderkopfes, insbesondere nebeneinander, angeordnet. An der zweiten Seite sind die Umlenkbereiche aller Kühlkanäle, insbesondere nebeneinander, angeordnet.
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Dadurch, dass für jeden Zylinder ein jeweiliger Kühlkanal vorgesehen ist, können alle Zylinder auf gleiche Weise gekühlt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Zylinderkopfes sind die Zylinder nebeneinander in einer Reihe angeordnet, wobei die erste Seite und die zweite Seite des Zylinderkopfes auf eine Richtung quer zu der Reihe der Zylinder bezogen sind.
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Wird der Zylinderkopf so betrachtet, dass die Zylinder in einer Reihe von vorne nach hinten angeordnet sind, kann die erste Seite insbesondere die linke Seite des Zylinderkopfes und die zweite Seite die rechte Seite des Zylinderkopfes sein (oder umgekehrt).
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Der Kühlkanal eines Zylinders kann also insbesondere von der ersten Seite des Zylinderkopfes senkrecht zu der Reihe der Zylinder an dem entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereich vorbei und/oder durch diesen hindurch zum Umlenkbereich an der zweiten Seite verlaufen, dort umgelenkt werden und wiederum quer zur Reihe der Zylinder zurück zur ersten Seite verlaufen. Das bedeutet insbesondere, dass der Kühlkanal beispielsweise nicht an allen Zylinderbegrenzungsbereichen an einer Seite vorbei verläuft, umgelenkt wird und an der anderen Seite an allen Zylinderbegrenzungsbereichen zurück verläuft. Die Kühlung von mehreren Zylindern erfolgt immer parallel. Der weiter oben eingeführte Begriff „serielle Kühlung“ bezieht sich immer nur auf funktionale Bereiche gemäß der obigen Definition. Bereiche gleicher Funktion (insbesondere verschiedene Zylinderbereiche und/oder verschiedene Stegbereiche) werden hingegen parallel zueinander durchströmt. Dies führt auch zu einer gleichmäßigen Kühlung der Zylinderbereiche und/oder der Stegbereiche. Mit einer „gleichmäßigen Kühlung“ ist hier insbesondere gemeint, dass alle funktionalen Bereiche (beispielsweise Zylinderbereiche oder Stegbereiche) einer Art immer gleich gekühlt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Zylinderkopfes verläuft ein erster Abschnitt des mindestens einen Kühlkanals zwischen dem mindestens einen Einlass und dem Umlenkbereich seitlich eines Zylinderbegrenzungsbereichs, welcher oberhalb eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
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Der erste Abschnitt des Kühlkanals eines jeweiligen Zylinders verläuft außerhalb des entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereichs des Zylinders. Der erste Abschnitt kann insbesondere durch einen Stegbereich zwischen zwei benachbarten Zylindern verlaufen und insoweit an den Zylinderbegrenzungsbereichen dieser beiden Zylinder gleichzeitig seitlich vorbei verlaufen. Dabei kann die Konstruktion des Zylinderkopfes vereinfacht werden, wenn die Kühlkanäle benachbarter Zylinder im Stegbereich zwischen den beiden Zylindern teilweise zusammen verlaufen. Insbesondere die ersten Abschnitte von Kühlkanälen benachbarter Zylinder können teilweise oder vollständig zusammen verlaufen. Es kann dabei zu einer Durchmischung des Kühlmittels in verschiedenen der Kühlkanäle kommen. Insoweit kann das Kühlmittel also in einen Kühlkanal eingeleitet und aus einem anderen Kühlkanal ausgeleitet werden. Eine solche Durchmischung kann zu einer zusätzlichen Vergleichmäßigung der Kühlung des Zylinderkopfes beitragen.
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Der erste Abschnitt umgibt vorzugsweise Zylinderkopfschrauben, mit denen der Zylinderkopf an einem Kurbelgehäuse befestigt werden kann. Dazu kann der erste Abschnitt insbesondere im Bereich der Zylinderkopfschrauben in Zweige aufgespalten sein, die sich beispielsweise stromaufwärts einer Zylinderkopfschraube trennen und/oder stromabwärts wieder vereinen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Zylinderkopfes weist der mindestens eine Kühlkanal mindestens einen Bypass auf, welcher von dem ersten Abschnitt abzweigt und seitlich in einen Zylinderbegrenzungsbereich eintritt, welcher oberhalb eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
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Durch den Bypass kann insbesondere die Kühlung des Zylinderbegrenzungsbereichs besonders gleichmäßig erfolgen. Insbesondere können die Teile des Zylinderbegrenzungsbereichs über den Bypass gekühlt werden, in die ansonsten wenig oder gar kein Kühlmedium gelangen würde.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Zylinderkopfes verläuft ein zweiter Abschnitt des mindestens einen Kühlkanals zwischen dem Umlenkbereich und dem mindestens einen Auslass durch einen Zylinderbegrenzungsbereich, welcher oberhalb eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
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Der zweite Abschnitt kann insbesondere in verschiedene Zweige aufgeteilt sein. Dabei kann der zweite Abschnitt insbesondere derart an den Umlenkbereich angrenzen, dass das Kühlmedium aus dem Umlenkbereich bereits in verschiedene Zweige des zweiten Abschnitts eintritt. Durch die Aufteilung des zweiten Abschnitts kann der Zylinderbegrenzungsbereich besonders gut durchströmt werden.
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Ist ein Bypass vorgesehen, sind der erste und zweite Abschnitt nicht vollständig voneinander getrennt, sondern über den Bypass miteinander verbunden. Das bedeutet, dass das Kühlmedium teilweise von dem mindestens einen Einlass auf der ersten Seite durch einen Teil des ersten Abschnitts, durch den Bypass und anschließend durch einen Teil des zweiten Abschnitts zu dem mindestens einen Auslass an der ersten Seite strömen kann. Kühlmedium, das über diesen Strömungspfad strömt, gelangt nicht an die zweite Seite und wird nicht im Umlenkbereich umgelenkt. Das Umlenken erfolgt stattdessen insbesondere über den Bypass. Der Bypass ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass das Kühlmedium aus dem entsprechenden ersten Abschnitt dem entsprechenden zweiten Abschnitt zentral in dem Zylinderbegrenzungsbereich zugeführt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Zylinderkopfes ist ein Zündungsraum, in welchem ein Zündmittel für einen Zylinder angeordnet ist, von dem zweiten Abschnitt umschlossen.
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Der Zündungsraum kann insbesondere ein Bereich des Zylinderkopfes sein, in dem das Zündmittel angeordnet werden kann. Das Zündmittel kann insbesondere eine Zündkerze sein. Der Zündungsraum kann insbesondere innerhalb eines Zylinderbegrenzungsbereichs angeordnet sein. Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt so ausgebildet, dass der Zündungsraum von dem Kühlmittel beidseitig umströmt werden kann. Der zweite Abschnitt ist vorzugweise zumindest im Bereich des Zündungsraums in Zweige unterteilt, die den Zündungsraum an verschiedenen Seiten passieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zylinderkopf weiterhin mindestens einen Ergänzungseinlass an der zweiten Seite auf, von dem aus zusätzliches Kühlmedium zu dem mindestens einen Auslass an der ersten Seite strömen kann.
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Insbesondere die Zylinderbegrenzungsbereiche erfordern eine besonders starke Kühlung. Durch zusätzliches Kühlmedium, welches an der zweiten Seite eingeleitet wird, kann die Kühlung der Zylinderbegrenzungsbereiche (die insbesondere über die zweiten Abschnitte erfolgt) im Vergleich zu den Stegbereichen zwischen benachbarten Zylindern (die insbesondere über die ersten Abschnitte erfolgt) verstärkt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Zylinderkopf weiterhin mindestens einen Ergänzungsauslass an der zweiten Seite auf, an dem ein Teil des Kühlmediums ausgelassen werden kann.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die ersten Abschnitte der Kühlkanäle durch einen Zylinderbegrenzungsbereich und die zweiten Abschnitte der Kühlkanäle seitlich eines Zylinderbegrenzungsbereichs, insbesondere durch einen Stegbereich, verlaufen. Über den Ergänzungsauslass kann insbesondere in dem Fall eine Menge des Kühlmediums entnommen werden, die für eine Kühlung des Stegbereichs nicht mehr benötigt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Zylinderkopfes sind auf der ersten Seite für jeden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine jeweils mindestens zwei Einlässe derart angeordnet, dass von den mindestens zwei Einlässen ausgehend erste Abschnitte beidseitig um einen Zylinderbegrenzungsbereich, welcher oberhalb des jeweiligen Zylinders angeordnet ist, herum verlaufen, wobei sich die ersten Abschnitte in dem Umlenkbereich vereinigen. In noch einer weiteren Ausführungsform existiert zwischen zwei Zylinderbegrenzungsbereichen jeweils ein (gemeinsamer) Einlass, wobei jeweils zwei erste Abschnitte und/oder Umlenkbereiche des Kühlkanals von diesem (gemeinsamen) Einlass abzweigen.
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Wird der Zylinderkopf so betrachtet, dass die Zylinder in einer Reihe von vorne nach hinten angeordnet sind, verläuft ein erster Abschnitt des Kühlkanals vorzugsweise vor dem entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereich und ein weiterer erster Abschnitt des Kühlkanals vorzugsweise hinter dem entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereich. Das bedeutet, dass der Zylinderbegrenzungsbereich von dem Kühlmittel in den beiden ersten Abschnitten beidseitig (also unterhalb und oberhalb in dieser Betrachtungsweise) umströmt wird. Jeder der ersten Abschnitte kann mehrere Zweige aufweisen, beispielsweise um an Zylinderkopfschrauben vorbei zu verlaufen. Auch kann jeder der ersten Abschnitte mehrere Einlässe haben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Zylinderkopfes umgibt der mindestens eine Kühlkanal zumindest einen Ventilraum.
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Ein Ventilraum kann insbesondere ein Bereich des Zylinderkopfes sein, in dem ein oder mehrere Ventile eines Zylinders angeordnet werden können. Bevorzugt existieren für jeden Zylinder vier Ventile bzw. Ventilräume. Die Ventilräume sind innerhalb des Zylinderbegrenzungsbereichs angeordnet. Über die Ventile können insbesondere Luft und/oder Kraftstoff in den Zylinder eingelassen werden oder Abgas aus dem Zylinder ausgelassen werden. Die Ventilräume können insbesondere innerhalb des entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereichs angeordnet sein. Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt so ausgebildet, dass die Ventilräume jeweils von dem Kühlmittel beidseitig umströmt werden können. Der zweite Abschnitt ist vorzugweise zumindest im Bereich der Ventilräume in Zweige unterteilt, die die Ventilräume jeweils an verschiedenen Seiten passieren.
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Als ein weiterer Aspekt wird eine Verbrennungskraftmaschine mit dem beschriebenen Zylinderkopf vorgestellt.
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Die weiter vorne für den Zylinderkopf beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf die beschriebene Verbrennungskraftmaschine anwendbar und übertragbar.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante eines Zylinderkopfes für eine Verbrennungskraftmaschine,
- 2: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante eines Zylinderkopfes für eine Verbrennungskraftmaschine, und
- 3: ein schematischer Querschnitt durch einen Zylinderkopf.
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1 zeigt einen Zylinderkopf 3 für eine Verbrennungskraftmaschine 2 eines Kraftfahrzeugs 1. Die Verbrennungskraftmaschine 2 weist zwei Zylinder 4 auf. Durch den Zylinderkopf 3 verlaufen Kühlkanale 5 für ein Kühlmedium. Die Kühlkanäle 5 sind an jeweils vier Einlässe 6 an einer ersten Seite 11 des Zylinderkopfes 3 angebunden. Zwei der Einlässe 6 sind an beide Kühlkanäle 5 angebunden. Weiterhin weist jeder der Kühlkanäle 5 jeweils einen Umlenkbereich 10 an einer der ersten Seite 11 gegenüberliegenden zweiten Seite 12 des Zylinderkopfes 3 auf. Zudem weist jeder der Kühlkanäle 5 jeweils einen Auslass 7 an der ersten Seite 11 des Zylinderkopfes 3 auf. Das Kühlmedium kann über erste Verteilungsleisten 15 in die Einlässe 6 eingeleitet und aus den Auslässen 7 ausgelassen werden.
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Die Zylinder 4 sind nebeneinander in einer Reihe angeordnet. In der Ansicht von 1 wird der Zylinderkopf 3 so betrachtet, dass die Zylinder 4 in einer Reihe von oben nach unten angeordnet sind. Die erste Seite 11 und die zweite Seite 12 des Zylinderkopfes 3 sind auf eine Richtung quer zu der Reihe der Zylinder 4 bezogen. Das bedeutet, dass die erste Seite 11 in der Darstellung der 1 auf der rechten Seite und die zweite Seite 12 auf der linken Seite des Zylinderkopfes 3 angeordnet ist.
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Ein jeweiliger erster Abschnitt 16 der Kühlkanäle 5 verläuft zwischen den Einlässen 6 und dem Umlenkbereich 10 seitlich eines Zylinderbegrenzungsbereichs 13, welcher oberhalb des jeweiligen Zylinders 4 angeordnet ist. Zwei der ersten Abschnitte 16 verlaufen in einem Stegbereich 20 zwischen den beiden Zylindern 4 teilweise zusammen. Die ersten Abschnitte 16 weisen jeweils zwei Zweige auf, durch die die ersten Abschnitte 16 an Zylinderkopfschrauben 9 vorbei geführt werden.
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Ein jeweiliger zweiter Abschnitt 17 der Kühlkanäle 5 verläuft zwischen dem Umlenkbereich 10 und dem Auslass 7 durch den entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereich 13.
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Weiterhin weisen die Kühlkanäle 5 Bypässe 14 auf, welche von einem der ersten Abschnitte 16 abzweigen und seitlich in den entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereich 13 eintreten.
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Der Zylinderkopf 3 weist weiterhin zwei Ergänzungseinlässe 8 an der zweiten Seite 12 auf, von denen aus zusätzliches Kühlmedium zu den Auslässen 7 an der ersten Seite 11 strömen kann. Das zusätzliche Kühlmedium kann über eine zweite Verteilungsleiste 21 bereitgestellt werden.
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Auf der ersten Seite 11 sind für jeden Zylinder 4 jeweils Einlässe 6 derart angeordnet, dass von den Einlässen 6 ausgehend erste Abschnitte 16 beidseitig (in der Darstellung der 1 also oberhalb und unterhalb) um den entsprechenden Zylinderbegrenzungsbereich 13 herum verlaufen. Die ersten Abschnitte 16 vereinigen sich in dem entsprechenden Umlenkbereich 10.
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Ein Zündungsraum 18, in welchem ein Zündmittel für den entsprechenden Zylinder 4 angeordnet ist, ist von dem jeweiligen zweiten Abschnitt 17 umschlossen. Zudem umgibt der jeweilige Kühlkanal 5 Ventilräume 19 des entsprechenden Zylinders 4.
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2 zeigt eine Variante des Zylinderkopfes 3, bei welchem die Strömungsrichtungen des Kühlmittels gegenüber der Variante gemäß 1 umgekehrt sind. Bei dieser Variante liegen erste Abschnitte 16 der Kühlkanäle 5 in dem Zylinderbegrenzungsbereich 13. Nachdem das Kühlmittel den Zylinderbegrenzungsbereich 13 durchströmt hat, wird es in dem Umlenkbereich 10 umgelenkt und durchströmt anschließend zweite Abschnitte 17, die hier in den Stegbereichen 20 angeordnet sind. Bypässe 14 sind entsprechend zu der Variante gemäß 1 ausgeführt. Anstatt Ergänzungsauslässen existieren hier Ergänzungseinlässe 23, durch welche ein Teil des Kühlmittels im Umlenkbereich 10 in eine zweite Verteilerleiste 21 ausströmt.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Zylinderkopf 3 mit daran angeordnetem Motorblock 22. Dieser schematische Querschnitt greift jeweils Elemente der Ausführungsvarianten gemäß den 1 und 2 auf. Bei der 3 handelt sich jedoch nicht um einen Querschnitt, der explizit die Ausführungsvariante gemäß 1 oder 2 wiedergibt. In der 3 ist ein Zylinderbegrenzungsbereich 13 des Zylinderkopfes 3 angeschnitten. In 3 ist insbesondere gezeigt, dass der Kühlkanal 5 in dem Zylinderkopf 3 in verschiedenen Ebenen 24, 25 angeordnet sein kann. Hier verläuft ein erster Abschnitt 16 des Kühlkanals 5 in einer unteren Ebene 24. Ein zweiter Abschnitt 17 des Kühlkanals 5 verläuft in einer oberen Ebene 25. In dem Umlenkbereich 10 findet nicht nur eine Umlenkung des Kühlmittels in dem Kühlkanal 5 statt, sondern das Kühlmittel bzw. der Kühlkanal 5 wechselt auch die Ebenen 24, 25 des Zylinderkopfes 3. Der Einlass 6 und der Auslass 7 befinden sich auch hier auf der ersten Seite 11, während der Umlenkbereich 10 sich auf der zweiten Seite 12 befindet.
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Aus der 3 geht hervor, dass erste Verteilerleisten 15 und zweite Verteilerleisten 21 unterschiedlich realisiert sein können. Gezeigt ist eine erste Verteilerleiste 15, die im Motorblock 22 angeordnet ist. Gezeigt ist außerdem eine erste Verteilerleiste 15, die an dem Zylinderkopf 3, jedoch extern zum Zylinderkopf 3, in einem Verteilerrail 26 angeordnet ist. Ein solches Verteilerrail 26 mit einer ersten Verteilerleiste 15 kann als Anbauteil an den Zylinderkopf 3 montiert sein. Die hier beschriebenen Varianten für erste Verteilerleisten 15 sind selbstverständlich auf zweite Verteilerleisten 21 anwendbar und übertragbar. Zweite Verteilerleisten 21 können demnach ebenfalls mit Verteilerrails 26 oder im Motorblock 22 realisiert sein. Für die zweite Verteilerleiste 21 ist hier eine Variante dargestellt, die in den Zylinderkopf 3 integriert ist. Erste Verteilerleisten 15 können ebenfalls in den Zylinderkopf 3 integriert sein.
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Aus der 3 wird insbesondere auch deutlich, dass die 1 und 2 jeweils schematische, zweidimensionale Darstellungen der Strömungswege für Kühlmittel bzw. der Kühlkanäle 5 in dem Zylinderkopf 3 zeigen. In der Praxis können die in den 1 und 2 dargestellten Kühlkanalverläufe auf verschiedenen Ebenen 24, 25 in dem Zylinderkopf 3 geführt sein. Darüber hinaus können die in den 1 und 2 dargestellten Ebenen in der Praxis auch gekrümmt sein und teilweise auch den unterhalb des Zylinderkopfes 3 angeordneten Motorblock 22 schneiden. Insofern sind auch die Begriffe „erste Seite 11“ und „zweite Seite 12“ primär in Bezug auf die Kühlkanäle 5 bzw. die Kühlmittelführung zu lesen. Eine erste Seite 11 bzw. eine zweite Seite 12 muss insbesondere nicht vollständig seitlich neben dem Zylinderkopf 3 angeordnet sein, sondern kann (teilweise) auch oberhalb oder unterhalb des Zylinderkopfes 3 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Zylinder
- 5
- Kühlkanal
- 6
- Einlass
- 7
- Auslass
- 8
- Ergänzungseinlass
- 9
- Zylinderkopfschraube
- 10
- Umlenkbereich
- 11
- erste Seite
- 12
- zweite Seite
- 13
- Zylinderbegrenzungsbereich
- 14
- Bypass
- 15
- erste Verteilungsleiste
- 16
- erster Abschnitt
- 17
- zweiter Abschnitt
- 18
- Zündungsraum
- 19
- Ventilraum
- 20
- Stegbereich
- 21
- zweite Verteilungsleiste
- 22
- Motorblock
- 23
- Ergänzungsauslass
- 24
- untere Ebene
- 25
- obere Ebene
- 26
- Verteilerrail
