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Die Erfindung betrifft eine Abgaskanalanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens zwei Abgaskanälen, welche jeweilige Kanalenden aufweisen, an welchen jeweilige Eintrittsöffnungen zum Einleiten von Abgas in jeweilige Kanalinnenräume der jeweiligen Abgaskanäle angeordnet sind, und welche jeweilige, an einem gemeinsamen Verbindungsbereich der Abgaskanalanordnung zumindest bereichsweise miteinander verbundene und die jeweiligen Kanalinnenräume jeweils bereichsweise umgebende Kanalwandungen aufweisen.
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Zur Einhaltung künftiger Abgasgrenzwerte sowie Verbrauchsgrenzwerte kann es sinnvoll sein, höhere Abgastemperaturen nach erfolgter Verbrennung in jeweiligen Brennräumen von Verbrennungskraftmaschinen zuzulassen. Damit entsprechende, mit heißem Abgas beaufschlagte Bauteile, zu welchen neben einem Zylinderkopf auch andere Abgasführungskomponenten, wie beispielsweise Abgasturbolader und Katalysatoren gehören, nicht beschädigt werden, kann es sinnvoll sein, das Abgas auf dem Weg von den jeweiligen Brennräumen im Zylinderkopf zum Katalysator bzw. Abgasturbolader hin aktiv zu kühlen. Zur aktiven Abgaskühlung auf diesem Wegbereich werden bekanntermaßen Abgas führende Kanäle im Zylinderkopf durch mehrere, zylinderkopfinterne Wassermäntel von verschiedenen Seiten, also beispielsweise von oben und unten gekühlt. Eine dabei maximal abführbare Wärmemenge ist abhängig von jeweiligen, direkt mit Abgas beaufschlagten Oberflächen in den entsprechenden Kanälen (Auslasskanälen) sowie abhängig von jeweiligen, mit Kühlwasser benetzten Oberflächen in den Wassermänteln um die jeweiligen Auslasskanäle herum. Die bekannte Anordnung der Wassermäntel ober- und unterhalb der Auslasskanäle begrenzt die maximale abführbare Wärmemenge und damit die maximal mögliche Kühlleistung.
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Aus der
DE 101 41 533 A1 ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, deren Zylinderkopf innenliegende Abgaskanäle definiert, die von einer Mehrzahl teilweise durch den Zylinderkopf definierter Brennkammern kommen, bekannt. Die Abgaskanäle laufen in einem Zusammenflussbereich zusammen, der ebenfalls im Inneren des Zylinderkopfs definiert ist. Der Zylinderkopf ist mit einem Wassermantel versehen, der sich über und unter die Abgaskanäle sowie über jede Brennkammer erstreckt. Des Weiteren sind obere und untere Wassermäntel vorgesehen, welche miteinander durch einen Verbindungskanal in Verbindung stehen, der in einer vertikalen Wand ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2012 215 317 A1 beschreibt ein Motorkühlsystem, welches einen Zylinderkopf mit einem integrierten Auspuffkrümmer, der Abgase zu einem Abgasaustrittskanal leitet und einem Kühlmitteldurchgang, der den Auspuffkrümmer umgibt, enthält. Des Weiteren enthält das Motorkühlsystem eine Gruppe von getrennten Auslassdurchgängen zum Leiten von Abgasen zu dem Abgasaustrittskanal, wobei die Gruppe ein Bohrloch enthält, das in Material zwischen den Auslassdurchgängen angeordnet ist, wobei das Bohrloch mit dem Kühlmitteldurchgang strömungsverbunden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgaskanalanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche eine besonders wirksame Abgaskühlung erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgaskanalanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einer Abgaskanalanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens zwei Abgaskanälen, welche jeweilige Kanalenden aufweisen, an welchen jeweilige Eintrittsöffnungen zum Einleiten von Abgas in jeweilige Kanalinnenräume der jeweiligen Abgaskanäle angeordnet sind, und welche jeweilige, an einem gemeinsamen Verbindungsbereich der Abgaskanalanordnung zumindest bereichsweise miteinander verbundene und die jeweiligen Kanalinnenräume jeweils bereichsweise umgebende Kanalwandungen aufweisen, aus.
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Um eine besonders wirksame Abgaskühlung zu erzielen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgaskanalanordnung wenigstens eine Kühlrippe umfasst, welche sich zumindest an einem Bereichsabschnitt des Verbindungsbereichs erstreckt, welche mit den jeweiligen Kanalwandungen verbunden ist und welche die jeweiligen Kanalinnenräume der wenigstens zwei Kühlkanäle fluidisch voneinander trennt. Dies ist von Vorteil, da durch die wenigstens eine Kühlrippe für jeden der wenigstens zwei Abgaskanäle eine wärmeabführende und damit kühlende Kanaloberfläche vergrößert wird, sodass auch an dem brennraumfernen, gemeinsamen Verbindungsbereich eine wirksame Wärmeabfuhr (Kühlung) von in den jeweiligen Kanalinnenräumen geführtem Abgas bewirkt werden kann. Somit kann insgesamt eine verbesserte Kühlung des Abgases anhand der Abgaskanalanordnung in einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine und zusätzlich oder alternativ außerhalb des Zylinderkopfes zum Schutz nachfolgender Bauteile, zu welchen beispielsweise Abgaskatalysatoren oder Abgasturbolader gehören können, bewirkt werden. Hierdurch können im Umkehrschluss höhere Verbrennungsendtemperaturen in jeweiligen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Zylinderkopfes zugelassen werden, ohne dadurch eine thermische Überlastung der besagten, nachfolgenden Bauteile in Kauf nehmen zu müssen. Die höheren Verbrennungsendtemperaturen können sich wiederum positiv auf die Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine auswirken, und/oder den Einsatz kostengünstigerer Werkstoffe ermöglichen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Kühlrippe als einteilig mit den jeweiligen Kanalwandungen verbundenes Gussteil ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders ungestörte Wärmeleitung zwischen den Kanalwandungen und der wenigstens einen Kühlrippe erfolgen kann, wodurch besonders große Wärmemengen an die Umgebung abgeführt werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die wenigstens eine Kühlrippe zumindest einen, zur Durchströmung mit Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, ausgebildeten Gusskanal auf. Dies ist von Vorteil, da der Gusskanal herstellungsbedingt eine besonders raue Oberfläche aufweist, wodurch beim Durchströmen des Gusskanals mit Kühlmittel, wie beispielsweise Kühlwasser, ein verbesserter, turbulenzbedingter Wärmeübergang und damit eine verbesserte Kühlwirkung erzielt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die wenigstens eine Kühlrippe eine, zur Durchströmung mit Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, ausgebildete Kühlbohrung auf. Dies ist von Vorteil, da durch die wenigstens eine Kühlbohrung eine besonders gezielte, bereichsweise Kühlung erfolgen kann. So kann beispielsweise durch gezielte Einstellung eines Bohrungsdurchmessers der Kühlbohrung eine Strömungsgeschwindigkeit des die Kühlbohrung durchströmenden Kühlmittels vorgegeben werden und dementsprechend eine erwünschte Kühlwirkung besonders genau eingestellt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Perspektivansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Abgaskanalvorrichtung ;
- 2 eine Seitenansicht der Abgaskanalvorrichtung;
- 3 eine Draufsicht auf die Abgaskanalvorrichtung;
- 4 eine Perspektivansicht einer Abgaskanalanordnung;
- 5 eine Draufsicht auf die Abgaskanalanordnung;
- 6 eine Detailansicht eines Teilbereichs der Abgaskanalanordnung; wobei eine Kühlrippe gezeigt ist;
- 7 eine weitere Detailansicht der Abgaskanalanordnung, wobei die Kühlrippe mit einem Gusskanal versehen ist; und
- 8 eine weitere Detailansicht der Abgaskanalanordnung, wobei die Kühlrippe mit einer Mehrzahl von Kühlbohrungen versehen ist.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1, 2 und 3 zeigen jeweils verschiedene Ansichten einer aus dem Stand der Technik bekannten Abgaskanalvorrichtung 70 einer Brennkraftmaschine, von welcher vorliegend lediglich jeweilige Brennräume 82 gezeigt sind. Von jedem der vorliegend drei gezeigten Brennräume 28 führen jeweils zwei Abgasleitungen 72, 74 der Abgaskanalvorrichtung 70 Abgas hin zu jeweiligen, brennraumfernen Abgasführungskomponenten 84, zu welchen ein Abgasturbolader sowie ein Abgaskatalysator gehören können. Um die jeweiligen Abgasleitungen 72, 74 zu kühlen, umfasst die Abgaskanalvorrichtung 70 jeweilige Wassermäntel 76, 78, zwischen welchen die Abgasleitungen 72, 74 angeordnet sind. Die Wassermäntel 76, 78 können über jeweilige Verbindungsöffnungen 80 fluidisch miteinander verbunden sein, wie in 3 angedeutet ist.
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4 und 5 zeigen jeweils unterschiedliche Darstellungen einer Abgaskanalanordnung 10. Die Abgaskanalanordnung 10 umfasst eine Mehrzahl an Abgaskanälen 20, 40 über welche heißes Abgas von hier nicht weiter dargestellten Brennkammern einer in 4 und 5 lediglich schematisch gezeigten Verbrennungskraftmaschine 60 geführt werden kann. Die Abgaskanäle 20, 40 weisen jeweilige Kanalenden 22, 42 auf, an welchen jeweilige Eintrittsöffnungen 24, 44 zum Einleiten des aus den jeweiligen Brennkammern kommenden Abgases in jeweilige Kanalinnenräume der jeweiligen Abgaskanäle 20, 40 angeordnet sind. Die Abgaskanäle 20, 40 sind an einem gemeinsamen Verbindungsbereich 12 der Abgaskanalanordnung 10 zumindest bereichsweise miteinander verbunden und weisen, die jeweiligen Kanalinnenräume wenigstens bereichsweise umgebende Kanalwandungen 26, 46 auf. Das aus den jeweiligen Brennkammern ausströmende Abgas ist durch die Kanalinnenräume hindurchführbar und gelangt dementsprechend über die jeweiligen Abgaskanäle 20, 40 zu einer gemeinsamen Austrittsöffnung 16 der Abgaskanalanordnung 10. Von der Austrittsöffnung 16 aus kann das Abgas zu einem Abgasturbolader und zusätzlich oder alternativ zu einem Abgaskatalysator geführt werden, wobei der Abgasturbolader beziehungsweise der Abgaskatalysator in 4 und 5 nicht gezeigt sind.
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Um eine besonders wirksame Abgaskühlung des Abgases zu erzielen, kann die Abgaskanalanordnung 10 wenigstens eine Kühlrippe 50 umfassen, welche sich zumindest an einem Bereichsabschnitt 14 des Verbindungsbereichs 12 erstreckt. Die Kühlrippe 50 ist an einander gegenüberliegenden Kühlrippenseiten mit den jeweiligen Kanalwandungen 26, 46 verbunden, wobei die jeweiligen Kanalinnenräume der Kühlkanäle 20, 40 fluidisch mittels der Kühlrippe 50 voneinander getrennt sind.
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6 zeigt, dass die Kühlrippe 50 als einteilig mit den jeweiligen Kanalwandungen 26, 46 verbundenes Gussteil ausgebildet sein kann. Die Kühlrippe 50 kann somit strömungsgünstig in die Abgaskanalanordnung 10 eingefügt, beziehungsweise integriert sein, wobei die Kühlrippe 50 beispielsweise in Aluminium gegossen sein kann. 6 zeigt die Kühlrippe 50 ohne aktive Durchströmung mit Kühlmittel, also ohne aktive Kühlwasserdurchströmung.
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Die Kühlrippe 50 kann zusätzlich einen, zur Durchströmung mit Kühlmittel, wie beispielsweise Kühlwasser, ausgebildeten Gusskanal 52 aufweisen, wie in 7 gezeigt ist. Der Gusskanal 52 kann dementsprechend eine gegossene Wasserkühlung ermöglichen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Kühlrippe 50 eine oder mehrere für die Durchströmung mit Kühlmittel (beispielsweise Kühlwasser) ausgebildete Kühlbohrungen 54 aufweisen, wie exemplarisch in 8 gezeigt ist. Die Kühlbohrungen 54 können beispielsweise durch ein spanendes Herstellverfahren hergestellt sein. Mit anderen Worten können die Kühlbohrungen 54 durch mechanische Bearbeitung der Kühlrippe 50 hergestellt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgaskanalanordnung
- 12
- Verbindungsbereich
- 14
- Bereichsabschnitt
- 16
- Austrittsöffnung
- 20
- erster Abgaskanal
- 22
- Kanalende
- 24
- Eintrittsöffnung
- 26
- Kanalwandung
- 40
- zweiter Abgaskanal
- 42
- Kanalende
- 44
- Eintrittsöffnung
- 46
- Kanalwandung
- 50
- Kühlrippe
- 52
- Gusskanal
- 54
- Kühlbohrung
- 60
- Verbrennungskraftmaschine
- 70
- Abgaskanalvorrichtung
- 72
- Abgasleitung
- 74
- Abgasleitung
- 76
- Wassermantel
- 78
- Wassermantel
- 80
- Verbindungsöffnung
- 82
- Brennraum
- 84
- Abgasführungskomponente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10141533 A1 [0003]
- DE 102012215317 A1 [0004]