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DE102020111055B3 - Cylinder head with a cooling channel structure - Google Patents

Cylinder head with a cooling channel structure Download PDF

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DE102020111055B3
DE102020111055B3 DE102020111055.3A DE102020111055A DE102020111055B3 DE 102020111055 B3 DE102020111055 B3 DE 102020111055B3 DE 102020111055 A DE102020111055 A DE 102020111055A DE 102020111055 B3 DE102020111055 B3 DE 102020111055B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling
channel
side channels
cooling fluid
cylinder head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102020111055.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Joachim Grünberger
Frank Ickinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
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Active legal-status Critical Current
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors mit einem Grundkörper (6) mit einem Kühlfluideinlass (7) und einem Kühlfluidauslass (8), und mit einer Kühlkanalstruktur (2) zwischen dem Kühlfluideinlass (7) und dem Kühlfluidauslass (8), wobei dem Kühlfluideinlass (7) ein erster Kühlkanal (9) in Strömungsrichtung (10) des Kühlfluids nachgeordnet ist und dem Kühlfluidauslass (8) ein zweiter Kühlkanal (11) in Strömungsrichtung (10) des Kühlfluids vorgeschaltet ist, wobei sich von dem ersten Kühlkanal (9) stromabwärts des Kühlfluideinlasses (7) zumindest ein erster Kühlseitenkanal (13) abzweigt oder erste Kühlseitenkanäle (13) abzweigen, wobei die Abzweigung des zumindest einen Kühlseitenkanals (12) in einem Winkel von größer oder gleich 90° erfolgt gegenüber der Richtung des ersten Kühlkanals (9), wobei sich von dem ersten Kühlkanal (9) stromabwärts des zumindest einen ersten Kühlseitenkanals (13) zweite Kühlseitenkanäle (14) abzweigen, wobei die Abzweigung der zweiten Kühlseitenkanäle (14) in einem Winkel von mehr als 90° erfolgt, wobei sich der erste Kühlkanal (9) stromabwärts der zweiten Kühlseitenkanäle (14) in dritte Kühlseitenkanäle (15) verzweigt, welche sich stromabwärts wiederum in vierte Kühlseitenkanäle (16) und fünfte Kühlseitenkanäle (17) verzweigen, wobei die Kühlkanäle (9, 11) und die Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) ein verästeltes Netzwerk bilden, welches in dem zweiten Kühlkanal (11) resultieren.The invention relates to a cylinder head (1) of an internal combustion engine with a base body (6) with a cooling fluid inlet (7) and a cooling fluid outlet (8), and with a cooling channel structure (2) between the cooling fluid inlet (7) and the cooling fluid outlet (8), wherein the cooling fluid inlet (7) is followed by a first cooling channel (9) in the flow direction (10) of the cooling fluid and the cooling fluid outlet (8) is preceded by a second cooling channel (11) in the flow direction (10) of the cooling fluid, the first cooling channel (9 ) downstream of the cooling fluid inlet (7) at least one first cooling side channel (13) branches off or first cooling side channels (13) branch off, the branching of the at least one cooling side channel (12) taking place at an angle greater than or equal to 90 ° with respect to the direction of the first cooling channel ( 9), with second cooling side channels (14) branching off from the first cooling channel (9) downstream of the at least one first cooling side channel (13), the branch of the two th cooling side channels (14) takes place at an angle of more than 90 °, the first cooling channel (9) branching downstream of the second cooling side channels (14) into third cooling side channels (15), which in turn branching downstream into fourth cooling side channels (16) and fifth Cooling side channels (17) branch, the cooling channels (9, 11) and the cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) forming a branched network, which in the second cooling channel (11) result.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit einer Kühlkanalstruktur, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a cylinder head with a cooling duct structure, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle.

Bei Kraftfahrzeugen sind Verbrennungsmotoren vielfältig bekannt. Diese Verbrennungsmotoren weisen einen Motorblock mit Kurbelwelle und Pleuel und Kolben auf, wobei sich die Kolben in Zylindern des Motorblocks beim Betrieb des Verbrennungsmotors bewegen. An dem freien Ende des Zylinders oder an den freien Enden der Zylinder ist am Motorblock der Zylinderkopf angeordnet, in welchem typischerweise die Ventile zur Steuerung der Zuströmung von Frischluft in den Zylinder und der Abströmung von Abgasen aus dem Zylinder angeordnet sind. Da der Motorblock selbst beim Betrieb des Verbrennungsmotors heiß wird und die heißen Abgase durch den Zylinderkopf durch das zumindest eine Auslassventil strömt, wird auch der Zylinderkopf erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt. Der Zylinderkopf ist daher zu kühlen. Um die Kühlung zu erreichen, ist in dem Zylinderkopf typischerweise zumindest ein Kühlkanal angeordnet, welcher von einem Kühlwasser durchströmt wird. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die US 2017 / 0 175 669 A1 verwiesen. Solche Gestaltungen zeigen jedoch, dass die Wärmeabführung an den höchstbeanspruchten Stellen des Zylinderkopfes noch verbesserungsfähig ist und auch zu einem hohen Druckabfall des Kühlwassers führt.Internal combustion engines are widely known in motor vehicles. These internal combustion engines have an engine block with a crankshaft and connecting rods and pistons, the pistons moving in cylinders of the engine block when the internal combustion engine is operating. At the free end of the cylinder or at the free ends of the cylinder, the cylinder head is arranged on the engine block, in which the valves for controlling the inflow of fresh air into the cylinder and the outflow of exhaust gases from the cylinder are typically arranged. Since the engine block itself becomes hot when the internal combustion engine is operating and the hot exhaust gases flow through the cylinder head through the at least one exhaust valve, the cylinder head is also exposed to considerable thermal loads. The cylinder head must therefore be cooled. In order to achieve the cooling, at least one cooling channel is typically arranged in the cylinder head, through which cooling water flows. In this regard, for example, the US 2017/0 175 669 A1 referenced. However, such designs show that the heat dissipation at the most highly stressed points of the cylinder head can still be improved and also leads to a high pressure drop in the cooling water.

Die DE 10 2018 120 046 A1 , die DE 10 2019 116 895 A1 und die DE 10 2005 050 510 A1 offenbaren jeweils einen Zylinderkopf nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.the DE 10 2018 120 046 A1 , the DE 10 2019 116 895 A1 and the DE 10 2005 050 510 A1 each disclose a cylinder head according to the preamble of claim 1.

Die DE 10 2008 047 185 A1 offenbart eine Kühlmittelströmungsweganordnung eines Zylinderkopfs, wobei der Kühlmittelströmungsweg in verschiedene Teilströmungswege aufgeteilt ist.the DE 10 2008 047 185 A1 discloses a coolant flow path arrangement of a cylinder head, the coolant flow path being divided into various partial flow paths.

Die DE 10 2007 012 907 A1 offenbart einen Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine, bei welchem sich der Kühlmittelkanal zwischen den Gaswechselauslasskanälen erstreckt.the DE 10 2007 012 907 A1 discloses a cylinder head for a liquid-cooled internal combustion engine, in which the coolant duct extends between the gas exchange outlet ducts.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf mit einer verbesserten Gestaltung einer Kühlkanalstruktur zu schaffen, so dass die Kühlung insbesondere in hochbelasteten Bereichen verbessert wird und dennoch der Druckabfall in einem akzeptablen Bereich gehalten werden kann.The object of the present invention is to create a cylinder head with an improved design of a cooling channel structure, so that the cooling is improved, in particular in highly stressed areas, and the pressure drop can nevertheless be kept in an acceptable range.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.The object is achieved with the features of claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einem Grundkörper mit einem Kühlfluideinlass und einem Kühlfluidauslass, und mit einer Kühlkanalstruktur zwischen dem Kühlfluideinlass und dem Kühlfluidauslass, wobei dem Kühlfluideinlass ein erster Kühlkanal in Strömungsrichtung des Kühlfluids nachgeordnet ist und dem Kühlfluidauslass ein zweiter Kühlkanal in Strömungsrichtung des Kühlfluids vorgeschaltet ist, wobei sich von dem ersten Kühlkanal stromabwärts des Kühlfluideinlasses zumindest ein erster Kühlseitenkanal abzweigt oder erste Kühlseitenkanäle abzweigen, wobei die Abzweigung des zumindest einen Kühlseitenkanals in einem Winkel von größer oder gleich 90° erfolgt gegenüber der Richtung des ersten Kühlkanals, wobei sich von dem ersten Kühlkanal stromabwärts des zumindest einen ersten Kühlseitenkanals zweite Kühlseitenkanäle abzweigen, wobei die Abzweigung der zweiten Kühlseitenkanäle in einem Winkel von mehr als 90° erfolgt, wobei sich der erste Kühlkanal stromabwärts der zweiten Kühlseitenkanäle in dritte Kühlseitenkanäle verzweigt, welche sich stromabwärts wiederum in vierte Kühlseitenkanäle und fünfte Kühlseitenkanäle verzweigen, wobei die Kühlkanäle und die Kühlseitenkanäle ein verästeltes Netzwerk bilden, welches in dem zweiten Kühlkanal resultieren. Dadurch wird erreicht, dass durch die Anordnung und Ausrichtung der Kühlkanäle und Kühlseitenkanäle eine verbesserte Kühlung bei gutem Druckabfall erreicht wird. Insbesondere die Umlenkung in den Winkeln von 90° oder mehr führt dazu, dass ein vorbestimmter geringer Volumenstrom des Kühlfluids in die derart umgelenkten Kühlseitenkanäle strömt und sich eine vorbestimmte Verteilung des Kühlfluids ergibt.One embodiment of the invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine with a base body with a cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet, and with a cooling channel structure between the cooling fluid inlet and the cooling fluid outlet, the cooling fluid inlet being followed by a first cooling channel in the flow direction of the cooling fluid and the cooling fluid outlet being followed by a second cooling channel in the flow direction of the cooling fluid is connected upstream, with at least one first cooling side channel or first cooling side channels branching off from the first cooling channel downstream of the cooling fluid inlet, the branching of the at least one cooling side channel being at an angle of greater than or equal to 90 ° with respect to the direction of the first cooling channel, whereby second cooling side channels branch off from the first cooling channel downstream of the at least one first cooling side channel, wherein the branching of the second cooling side channels takes place at an angle of more than 90 °, wherein sic h the first cooling channel branches downstream of the second cooling side channels into third cooling side channels, which in turn branch downstream into fourth cooling side channels and fifth cooling side channels, the cooling channels and cooling side channels forming a branched network which results in the second cooling channel. It is thereby achieved that through the arrangement and alignment of the cooling channels and cooling side channels, improved cooling is achieved with a good pressure drop. In particular, the deflection at angles of 90 ° or more leads to a predetermined low volume flow of the cooling fluid flowing into the cooling side channels deflected in this way, resulting in a predetermined distribution of the cooling fluid.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn sich zumindest einzelne Kühlseitenkanäle zur Bildung des Netzwerks sich verzweigen und/oder sich mit anderen Kühlseitenkanälen und/oder mit Kühlkanälen vereinigen. Damit wird eine vorbestimmte netzwerkartige Kühlung im Volumen des Zylinderkopfs erreicht.In one embodiment, it is advantageous if at least individual cooling side channels branch out to form the network and / or unite with other cooling side channels and / or with cooling channels. In this way, a predetermined network-like cooling is achieved in the volume of the cylinder head.

Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest einzelne der Kühlseitenkanäle oder die Kühlseitenkanäle symmetrisch zu einer Verbindungslinie zwischen dem Kühlfluideinlass und dem Kühlfluidauslass abzweigen und/oder verlaufen. Dadurch kann im Volumen bzw. in der Fläche eine geeignete und gleichmäßige Kühlung erreicht werden.It is also expedient if at least some of the cooling side channels or the cooling side channels branch off and / or run symmetrically to a connecting line between the cooling fluid inlet and the cooling fluid outlet. As a result, suitable and uniform cooling can be achieved in terms of volume or area.

Auch ist es zweckmäßig, wenn zumindest einzelne der Kühlseitenkanäle oder die Kühlseitenkanäle einen geraden und/oder bogenförmigen Verlauf aufweisen, wobei sie einen von Kühlkanälen freien Raum definieren zur Anordnung von einem Auslasskanal für Abgase, einem Zufuhrkanal von Frischluft und/oder von Ventilelementen, insbesondere zur Steuerung der Frischluftzuströmung und/oder der Abgasabströmung. Damit kann eine geeignete Kühlung definiert werden, indem der Verlauf der jeweiligen Kühlkanäle und Kühlnebenkanäle derart geführt wird, dass insbesondere die kritischen Bereiche gut gekühlt sind.It is also useful if at least some of the cooling side channels or the cooling side channels have a straight and / or curved course, whereby they define a space free of cooling channels for the arrangement of an outlet channel for exhaust gases, a supply channel for fresh air and / or valve elements, in particular for Control of the fresh air inflow and / or the exhaust gas outflow. In this way, suitable cooling can be defined by the course of the respective cooling channels and secondary cooling channels in this way it is ensured that the critical areas in particular are well cooled.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlseitenkanäle zum Teil auf einer unterschiedlichen Höhe verlaufen. Auch damit wird eine gute Verteilung der Kühlwirkung erreicht.It is particularly advantageous if the cooling side channels partially run at different heights. This also achieves a good distribution of the cooling effect.

Auch ist es bei einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn zumindest einzelne Kühlseitenkanäle vorgesehen sind, welche unterhalb des Auslasskanals für Abgase verlaufen und dass weitere Kühlseitenkanäle vorgesehen sind, welche oberhalb des Auslasskanals für Abgase verlaufen. Damit kann der Bereich des Zylinderkopfs beidseitig um den Auslasskanal gekühlt werden, was eine verbesserte Kühlung des Zylinderkopfes bewirkt.It is also advantageous in one embodiment if at least individual cooling side channels are provided which run below the outlet channel for exhaust gases and that further cooling side channels are provided which run above the outlet channel for exhaust gases. This allows the area of the cylinder head to be cooled on both sides around the exhaust port, which results in improved cooling of the cylinder head.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die zumindest einzelnen Kühlseitenkanäle und/oder die weiteren Kühlseitenkanäle sich in einer Richtung erstrecken, die entgegen der Richtung zwischen dem Kühlfluideinlass und dem Kühlfluidauslass ausgerichtet ist. Auch dadurch kann ein Bereich des Zylinderkopfes effektiv gekühlt werden und es ergibt sich vorteilhaft eine vordefinierte Verteilung des Kühlfluids.It is also advantageous if the at least individual cooling side channels and / or the further cooling side channels extend in a direction which is oriented opposite to the direction between the cooling fluid inlet and the cooling fluid outlet. A region of the cylinder head can also be effectively cooled in this way and a predefined distribution of the cooling fluid advantageously results.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der Auslasskanal für Abgase im Bereich zwischen den Kühlseitenkanälen zumindest bereichsweise gekrümmt verläuft. Damit wird eine geeignete Durchführung durch den Zylinderkopf bei geeigneter Kühlung erreicht.It is also advantageous if the outlet duct for exhaust gases in the area between the cooling side ducts runs at least partially curved. A suitable passage through the cylinder head with suitable cooling is thus achieved.

Auch ist es vorteilhaft, wenn in dem Grundkörper eine Vielzahl von Kühlfluideinlässen und Kühlfluidauslässen mit einer jeweiligen Kühlkanalstruktur zwischen dem jeweiligen Kühlfluideinlass und dem Kühlfluidauslass vorgesehen sind. So kann eine gut verteilte Kühlung erreicht werden.It is also advantageous if a multiplicity of cooling fluid inlets and cooling fluid outlets with a respective cooling channel structure are provided between the respective cooling fluid inlet and the cooling fluid outlet. Well-distributed cooling can thus be achieved.

Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Anordnung von einem Kühlfluideinlass und einem Kühlfluidauslass mit einer Kühlkanalstruktur zwischen dem jeweiligen Kühlfluideinlass und dem Kühlfluidauslass jeweils einem Zylinder zugeordnet ist. Dadurch wird der Zylinderkopf im Bereich jedes Zylinders vorteilhaft gekühlt.It is also advantageous if an arrangement of a cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet with a cooling channel structure between the respective cooling fluid inlet and the cooling fluid outlet is assigned to one cylinder in each case. As a result, the cylinder head is advantageously cooled in the area of each cylinder.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Kühlkanalstruktur eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ansicht der Kühlkanalstruktur von unten, und
  • 3 eine schematische Schnittansicht der Kühlkanalstruktur gemäß Linie I-I der 2.
In the following, the invention is explained in detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing. In the drawing show:
  • 1 a schematic, perspective illustration of a cooling channel structure of a cylinder head according to the invention,
  • 2 a schematic representation of a view of the cooling channel structure from below, and
  • 3 a schematic sectional view of the cooling channel structure along line II of FIG 2 .

Die 1 bis 3 zeigen in jeweils schematischen Darstellungen einen Zylinderkopf 1 eines Verbrennungsmotors mit einer Kühlkanalstruktur 2. Dabei weist der Zylinderkopf 1 eine angedeutete Anordnung eines Auslasskanals 3 für Abgase eines Zylinders 4, einen nicht dargestellten Zufuhrkanal von Frischluft und von Ventilelementen 5 auf. Die Ventile dienen der Steuerung der Frischluftzuströmung durch den nicht dargestellten Zufuhrkanal bzw. der Abgasabströmung durch den Auslasskanal 3. Da die Zuströmung der Frischluft thermisch nicht sehr signifikant ist, wird zur Vereinfachung der Figuren lediglich der Auslasskanal 3 für das heiße Abgas gezeigt.the 1 until 3 each show a cylinder head in schematic representations 1 of an internal combustion engine with a cooling duct structure 2 . The cylinder head 1 an indicated arrangement of an outlet channel 3 for exhaust gases from a cylinder 4th , a supply channel (not shown) of fresh air and valve elements 5 on. The valves are used to control the fresh air inflow through the supply channel (not shown) or the exhaust gas outflow through the outlet channel 3 . Since the inflow of fresh air is not thermally very significant, only the outlet channel is used to simplify the figures 3 shown for the hot exhaust gas.

Der Zylinderkopf 1 weist einen Grundkörper 6 auf, welcher typischerweise aus Metallguss ausgebildet ist. In dem Grundkörper 6 ist ein Kühlfluideinlass 7 und ein Kühlfluidauslass 8 vorgesehen, durch welchen einerseits das Kühlfluid aus einem Kühlfluidkreislauf in den Zylinderkopf 1 einströmen kann bzw. aus dem Zylinderkopf 1 ausströmen kann.The cylinder head 1 has a base body 6th on, which is typically formed from cast metal. In the main body 6th is a cooling fluid inlet 7th and a cooling fluid outlet 8th provided, through which on the one hand the cooling fluid from a cooling fluid circuit in the cylinder head 1 can flow in or from the cylinder head 1 can flow out.

Zwischen dem Kühlfluideinlass 7 und dem Kühlfluidauslass 8 ist eine Kühlkanalstruktur 2 ausgebildet, durch welche das Kühlfluid strömt, um den Zylinderkopf 1 zu kühlen.Between the cooling fluid inlet 7th and the cooling fluid outlet 8th is a cooling channel structure 2 formed through which the cooling fluid flows to the cylinder head 1 to cool.

Dabei ist dem Kühlfluideinlass 7 ein erster Kühlkanal 9 in Strömungsrichtung 10 des Kühlfluids nachgeordnet. Weiterhin ist dem Kühlfluidauslass 8 ein zweiter Kühlkanal 11 in Strömungsrichtung 10 des Kühlfluids vorgeschaltet.Here is the cooling fluid inlet 7th a first cooling channel 9 in the direction of flow 10 downstream of the cooling fluid. Furthermore is the cooling fluid outlet 8th a second cooling channel 11 in the direction of flow 10 upstream of the cooling fluid.

Zwischen den beiden Kühlkanälen 9 und 11 sind verschiedene Kühlseitenkanäle 12 angeordnet und ausgerichtet, um das Kühlfluid im Zylinderkopf 1 zu verteilen und um damit auch die Kühlwirkung über den Zylinderkopf 1 zu verteilen.Between the two cooling channels 9 and 11 are different cooling side channels 12th arranged and aligned to the cooling fluid in the cylinder head 1 to distribute and thus also the cooling effect over the cylinder head 1 to distribute.

Dabei zweigt von dem ersten Kühlkanal 9 stromabwärts des Kühlfluideinlasses 7 zumindest ein erster Kühlseitenkanal 13 ab, insbesondere zweigen zwei solcher erster Kühlseitenkanäle 13 ab. Dabei erfolgt die Abzweigung des zumindest einen ersten Kühlseitenkanals 13 in einem Winkel α von größer oder gleich 90° gegenüber der Richtung des ersten Kühlkanals 9.It branches off from the first cooling channel 9 downstream of the cooling fluid inlet 7th at least one first cooling side channel 13th off, in particular two such first cooling side channels branch off 13th away. The at least one first cooling side channel is branched off 13th at an angle α of greater than or equal to 90 ° with respect to the direction of the first cooling channel 9 .

Weiterhin zweigen sich von dem ersten Kühlkanal 9 stromabwärts des zumindest einen ersten Kühlseitenkanals 13 zweite Kühlseitenkanäle 14 ab. Dabei erfolgt die Abzweigung der zweiten Kühlseitenkanäle 14 in einem Winkel β von mehr als 90°.Furthermore, branch off from the first cooling channel 9 downstream of the at least one first cooling side channel 13th second cooling side channels 14th away. The branching off of the second cooling side channels takes place 14th at an angle β of more than 90 °.

Weiterhin verzweigt sich der erste Kühlkanal 9 stromabwärts der zweiten Kühlseitenkanäle 14 in dritte Kühlseitenkanäle 15, welche sich stromabwärts wiederum in vierte Kühlseitenkanäle 16 und fünfte Kühlseitenkanäle 17 verzweigen.The first cooling channel also branches off 9 downstream of the second cooling side channels 14th in third cooling side channels 15th which, downstream, turn into fourth cooling side channels 16 and fifth cooling side channels 17th branch.

Insgesamt bildet die Kühlkanalstruktur 2 ein verästeltes Netzwerk von Kühlkanälen und Kühlseitenkanälen, welche final in dem zweiten Kühlkanal 11 resultieren, wobei sich zumindest einzelne Kühlseitenkanäle 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und/oder Kühlkanäle 9, 11 zur Bildung des Netzwerks verzweigen und/oder sich mit anderen Kühlseitenkanälen 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 und/oder mit Kühlkanälen 9, 11 vereinigen.Overall, forms the cooling channel structure 2 a branched network of cooling channels and cooling side channels, which are finally in the second cooling channel 11 result, with at least individual cooling side channels 12th , 13th , 14th , 15th , 16 , 17th , 18th , 19th , 20th , 21 , 22nd and / or cooling channels 9 , 11 branch to form the network and / or join with other cooling side channels 12th , 13th , 14th , 15th , 16 , 17th , 18th , 19th , 20th , 21 , 22nd and / or with cooling channels 9 , 11 unite.

Wie aus der 2 zu erkennen ist, sind zumindest einzelne der Kühlseitenkanäle 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 oder die Kühlseitenkanäle 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 symmetrisch zu einer Verbindungslinie (I-I) zwischen dem Kühlfluideinlass 7 und dem Kühlfluidauslass 8 abzweigend und/oder verlaufend angeordnet. Damit wird eine Symmetrie der Kühlung des Zylinderkopfes 1 erreicht.As from the 2 can be seen, are at least some of the cooling side channels 12th , 13th , 14th , 15th , 16 , 17th , 18th , 19th , 20th , 21 , 22nd or the cooling side channels 12th , 13th , 14th , 15th , 16 , 17th , 18th , 19th , 20th , 21 , 22nd symmetrical to a connecting line (II) between the cooling fluid inlet 7th and the cooling fluid outlet 8th arranged branching off and / or running. This creates a symmetry of the cooling of the cylinder head 1 achieved.

Auch ist in den Figuren zu erkennen, dass zumindest einzelne der Kühlseitenkanäle 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 oder die Kühlseitenkanäle 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 einen geraden und/oder bogenförmigen Verlauf aufweisen, wobei sie einen von Kühlkanälen freien Raum 23 definieren zur Anordnung von einem Auslasskanal 3 für Abgase, einem Zufuhrkanal von Frischluft und/oder von Ventilelementen 5, insbesondere zur Steuerung der Frischluftzuströmung und/oder der Abgasabströmung.It can also be seen in the figures that at least some of the cooling side channels 12th , 13th , 14th , 15th , 16 , 17th , 18th , 19th , 20th , 21 , 22nd or the cooling side channels 12th , 13th , 14th , 15th , 16 , 17th , 18th , 19th , 20th , 21 , 22nd have a straight and / or curved course, with a space free of cooling channels 23 define the arrangement of an outlet channel 3 for exhaust gases, a supply duct for fresh air and / or valve elements 5 , in particular to control the fresh air inflow and / or the exhaust gas outflow.

Aus den 1 und 3 ist auch zu erkennen, dass die Kühlseitenkanäle 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 zum Teil auf einer unterschiedlichen Höhe verlaufen. Dabei sind auch zumindest einzelne Kühlseitenkanäle 21 vorgesehen, welche unterhalb des Auslasskanals 3 für Abgase verlaufen, wobei auch weitere Kühlseitenkanäle 22 vorgesehen sind, welche oberhalb des Auslasskanals 3 für Abgase verlaufen. Dabei ist auch zu erkennen, dass der angedeutet dargestellte Auslasskanal 3 für Abgase im Bereich zwischen den Kühlseitenkanälen 21, 22 zumindest bereichsweise gekrümmt verläuft.From the 1 and 3 can also be seen that the cooling side channels 12th , 13th , 14th , 15th , 16 , 17th , 18th , 19th , 20th , 21 , 22nd partly run at a different height. There are also at least individual cooling side channels 21 provided, which is below the outlet channel 3 for exhaust gases run, with further cooling side channels 22nd are provided, which above the outlet channel 3 run for exhaust gases. It can also be seen that the indicated outlet channel 3 for exhaust gases in the area between the cooling side ducts 21 , 22nd runs at least partially curved.

Weiterhin sind die zumindest einzelnen Kühlseitenkanäle 21 und/oder die weiteren Kühlseitenkanäle 22 derart angeordnet, dass sie sich in einer Richtung erstrecken, die entgegen der Richtung zwischen dem Kühlfluideinlass 7 und dem Kühlfluidauslass 8 ausgerichtet ist.Furthermore, the at least individual cooling side channels are 21 and / or the further cooling side channels 22nd arranged to extend in a direction opposite to the direction between the cooling fluid inlet 7th and the cooling fluid outlet 8th is aligned.

Die 1 bis 3 zeigen eine Kühlkanalstruktur 2 eines Zylinderkopfes 1 in Bezug auf einen Zylinder 4. Dabei kann der Zylinderkopf 1 in seinem Grundkörper 6 grundsätzlich auch eine Vielzahl von Kühlfluideinlässen 7 und Kühlfluidauslässen 8 mit einer jeweiligen Kühlkanalstruktur 2 zwischen dem jeweiligen Kühlfluideinlass 7 und dem Kühlfluidauslass 8 aufweisen, wobei die jeweilige Kühlkanalstruktur 2 dabei jeweils einem Zylinder des Verbrennungsmotors zugeordnet ist.the 1 until 3 show a cooling channel structure 2 of a cylinder head 1 in relation to a cylinder 4th . The cylinder head 1 in its basic body 6th basically also a large number of cooling fluid inlets 7th and cooling fluid outlets 8th with a respective cooling channel structure 2 between the respective cooling fluid inlet 7th and the cooling fluid outlet 8th have, the respective cooling channel structure 2 each is assigned to a cylinder of the internal combustion engine.

In 2 ist in einem eher zentral angeordneten freien Raum 23 weiterhin eine Anordnung einer Zündkerze 24 und eines Injektors 25 schematisch angedeutet. In 2 is in a more central free space 23 furthermore an arrangement of a spark plug 24 and an injector 25th indicated schematically.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ZylinderkopfCylinder head
22
KühlkanalstrukturCooling channel structure
33
AuslasskanalExhaust duct
44th
Zylindercylinder
55
VentilelementeValve elements
66th
GrundkörperBase body
77th
KühlfluideinlassCooling fluid inlet
88th
KühlfluidauslassCooling fluid outlet
99
erster Kühlkanalfirst cooling channel
1010
StrömungsrichtungDirection of flow
1111
zweiter Kühlkanalsecond cooling channel
1212th
KühlseitenkanalCooling side channel
1313th
KühlseitenkanalCooling side channel
1414th
KühlseitenkanalCooling side channel
1515th
KühlseitenkanalCooling side channel
1616
KühlseitenkanalCooling side channel
1717th
KühlseitenkanalCooling side channel
1818th
KühlseitenkanalCooling side channel
1919th
KühlseitenkanalCooling side channel
2020th
KühlseitenkanalCooling side channel
2121
KühlseitenkanalCooling side channel
2222nd
KühlseitenkanalCooling side channel
2323
freier Raumblank
2424
Zündkerzespark plug
2525th
InjektorInjector

Claims (10)

Zylinderkopf (1) eines Verbrennungsmotors mit einem Grundkörper (6) mit einem Kühlfluideinlass (7) und einem Kühlfluidauslass (8), und mit einer Kühlkanalstruktur (2) zwischen dem Kühlfluideinlass (7) und dem Kühlfluidauslass (8), wobei dem Kühlfluideinlass (7) ein erster Kühlkanal (9) in Strömungsrichtung (10) des Kühlfluids nachgeordnet ist und dem Kühlfluidauslass (8) ein zweiter Kühlkanal (11) in Strömungsrichtung (10) des Kühlfluids vorgeschaltet ist, wobei sich von dem ersten Kühlkanal (9) stromabwärts des Kühlfluideinlasses (7) zumindest ein erster Kühlseitenkanal (13) abzweigt oder erste Kühlseitenkanäle (13) abzweigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung des zumindest einen Kühlseitenkanals (12) in einem Winkel von größer oder gleich 90° erfolgt gegenüber der Richtung des ersten Kühlkanals (9), wobei sich von dem ersten Kühlkanal (9) stromabwärts des zumindest einen ersten Kühlseitenkanals (13) zweite Kühlseitenkanäle (14) abzweigen, wobei die Abzweigung der zweiten Kühlseitenkanäle (14) in einem Winkel von mehr als 90° erfolgt, wobei sich der erste Kühlkanal (9) stromabwärts der zweiten Kühlseitenkanäle (14) in dritte Kühlseitenkanäle (15) verzweigt, welche sich stromabwärts wiederum in vierte Kühlseitenkanäle (16) und fünfte Kühlseitenkanäle (17) verzweigen, wobei die Kühlkanäle (9, 11) und die Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) ein verästeltes Netzwerk bilden, welches in dem zweiten Kühlkanal (11) resultieren.Cylinder head (1) of an internal combustion engine with a base body (6) with a cooling fluid inlet (7) and a cooling fluid outlet (8), and with a cooling channel structure (2) between the cooling fluid inlet (7) and the cooling fluid outlet (8), the cooling fluid inlet (7 ) a first cooling channel (9) is arranged downstream in the flow direction (10) of the cooling fluid and the cooling fluid outlet (8) is preceded by a second cooling channel (11) in the flow direction (10) of the cooling fluid, the first cooling channel (9) being downstream of the Cooling fluid inlet (7) at least one first cooling side channel (13) branches off or first cooling side channels (13) branch off, characterized in that the branching of the at least one cooling side channel (12) takes place at an angle greater than or equal to 90 ° with respect to the direction of the first cooling channel ( 9), with second cooling side channels (14) branching off from the first cooling channel (9) downstream of the at least one first cooling side channel (13), the branching of the second cooling side channels (14) taking place at an angle of more than 90 °, the first cooling channel (9) downstream of the second cooling side channels (14) branches into third cooling side channels (15), which in turn branch downstream into fourth cooling side channels (16) and fifth cooling side channels (17), the cooling channels (9, 11) and the cooling side channels ( 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) form a branched network, which results in the second cooling channel (11). Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest einzelne Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) zur Bildung des Netzwerks verzweigen und/oder sich mit anderen Kühlseitenkanälen (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) und/oder mit Kühlkanälen (9, 11) vereinigen.Cylinder head (1) Claim 1 , characterized in that at least individual cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) branch out to form the network and / or with other cooling side channels (12, 13, 14 , 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) and / or combine with cooling channels (9, 11). Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) oder die Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) symmetrisch zu einer Verbindungslinie zwischen dem Kühlfluideinlass (7) und dem Kühlfluidauslass (8) abzweigen und/oder verlaufen.Cylinder head (1) Claim 1 or 2 , characterized in that at least some of the cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) or the cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) branch off and / or run symmetrically to a connecting line between the cooling fluid inlet (7) and the cooling fluid outlet (8). Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) oder die Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) einen geraden und/oder bogenförmigen Verlauf aufweisen, wobei sie einen von Kühlkanälen (9, 11) freien Raum (23) definieren zur Anordnung von einem Auslasskanal (3) für Abgase, einem Zufuhrkanal von Frischluft und/oder von Ventilelementen (5), insbesondere zur Steuerung der Frischluftzuströmung und/oder der Abgasabströmung.Cylinder head (1) Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that at least some of the cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) or the cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) have a straight and / or curved course, whereby they define a space (23) free of cooling channels (9, 11) for the arrangement of an outlet channel (3) for exhaust gases, a supply channel for fresh air and / or of valve elements (5), in particular for controlling the fresh air inflow and / or the exhaust gas outflow. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) zum Teil auf einer unterschiedlichen Höhe verlaufen.Cylinder head (1) Claim 1 , 2 , 3 or 4th , characterized in that the cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) partially run at different heights. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) vorgesehen sind, welche unterhalb des Auslasskanals (3) für Abgase verlaufen und dass weitere Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) vorgesehen sind, welche oberhalb des Auslasskanals (3) für Abgase verlaufen.Cylinder head (1) Claim 5 , characterized in that at least individual cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) are provided which run below the outlet channel (3) for exhaust gases and that further cooling side channels (12 , 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) are provided, which run above the outlet channel (3) for exhaust gases. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einzelnen Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) und/oder die weiteren Kühlseitenkanäle (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) sich in einer Richtung erstrecken, die entgegen der Richtung zwischen dem Kühlfluideinlass (7) und dem Kühlfluidauslass (8) ausgerichtet ist.Cylinder head (1) Claim 6 , characterized in that the at least individual cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) and / or the further cooling side channels (12, 13, 14, 15, 16, 17 , 18, 19, 20, 21, 22) extend in a direction which is opposite to the direction between the cooling fluid inlet (7) and the cooling fluid outlet (8). Zylinderkopf (1) nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslasskanal (3) für Abgase im Bereich zwischen den Kühlseitenkanälen (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) zumindest bereichsweise gekrümmt verläuft.Cylinder head (1) Claim 4 , 5 , 6th or 7th , characterized in that the outlet duct (3) for exhaust gases in the area between the cooling side ducts (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22) is at least partially curved. Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (6) eine Vielzahl von Kühlfluideinlässen (7) und Kühlfluidauslässen (8) mit einer jeweiligen Kühlkanalstruktur (2) zwischen dem jeweiligen Kühlfluideinlass (7) und dem Kühlfluidauslass (8) vorgesehen sind.Cylinder head (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the base body (6) a plurality of cooling fluid inlets (7) and cooling fluid outlets (8) with a respective cooling channel structure (2) between the respective cooling fluid inlet (7) and the cooling fluid outlet ( 8) are provided. Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung von einem Kühlfluideinlass (7) und einem Kühlfluidauslass (8) mit einer Kühlkanalstruktur (2) zwischen dem jeweiligen Kühlfluideinlass (7) und dem Kühlfluidauslass (8) jeweils einem Zylinder (4) zugeordnet ist.Cylinder head (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an arrangement of a cooling fluid inlet (7) and a cooling fluid outlet (8) with a cooling channel structure (2) between the respective cooling fluid inlet (7) and the cooling fluid outlet (8) each have a cylinder (4) is assigned.
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