DE102010038055A1

DE102010038055A1 - Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung

Info

Publication number: DE102010038055A1
Application number: DE102010038055A
Authority: DE
Inventors: Kai Kuhlbach; Günther Bartsch; Marcus Klaar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-12
Also published as: US8857386B2; US9464560B2; US20120085299A1; US20150027391A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung (1) und mit mindestens einer Abgas führenden Leitung (2), bei der zur Ausbildung der Flüssigkeitskühlung (1) mindestens ein Kühlmittelmantel (4) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Abgas führende Leitung (2) und der mindestens eine Kühlmittelmantel (4) durch eine gemeinsame Begrenzungswand (5) voneinander getrennt sind.
Es soll eine Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, die hinsichtlich der Kühlung optimiert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die gemeinsame Begrenzungswand (5) auf Seiten des Kühlmittelmantels (4) in mindestens einem lokal begrenzten Bereich mit einer Oberflächenstruktur (6) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung und mit mindestens einer Abgas führenden Leitung, bei der zur Ausbildung der Flüssigkeitskühlung mindestens ein Kühlmittelmantel vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Abgas führende Leitung und der mindestens eine Kühlmittelmantel durch eine gemeinsame Begrenzungswand voneinander getrennt sind.
Eine Brennkraftmaschine der oben genannten Art wird als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden.
Flüssigkeitskühlungen sind im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen von hoher Relevanz, wobei die Bedeutung der Flüssigkeitskühlung aufgrund allgemeiner Entwicklungstendenzen weiter zunimmt. So führen die Aufladung der Brennkraftmaschine und das Streben nach einem möglichst dichten Packaging grundsätzlich zu einer höheren thermischen Belastung der Brennkraftmaschine, insbesondere einzelner Bauteile und Aggregate.
Der Zylinderkopf einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird aufgrund der höheren Abgastemperaturen thermisch stärker beansprucht als der Zylinderkopf eines Saugmotors.
Um ein möglichst dichtes Packaging im Motorraum zu realisieren, wird eine kompakte Bauweise angestrebt, wobei es nach dem Stand der Technik als zielführend angesehen wird, die Abgasleitungen zum Abführen der Abgase unter Ausbildung eines Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zusammen zu führen, d. h. den Krümmer im Zylinderkopf zu integrieren. Ein derartig ausgebildeter Zylinderkopf ist aber thermisch höher belastet als ein herkömmlicher Zylinderkopf, der mit einem externen Krümmer ausgestattet ist, und stellt daher erhöhte Anforderungen an die Kühlung.
Zu berücksichtigen ist auch, dass man grundsätzlich bemüht ist, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Neben der Entwicklung verbrauchsoptimierter Brennverfahren stehen dabei Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung im Vordergrund. Zielführend ist auch der Einsatz alternativer Werkstoffe, wobei das beispielsweise für Zylinderköpfe vorzugsweise eingesetzte Aluminium zwar zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung führt, aber thermisch weniger belastbar ist. Dies führt zu einem erhöhten Kühlbedarf und damit zu erhöhten Anforderungen an die Kühlung.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Aufgrund der wesentlich höheren Wärmekapazität von Flüssigkeiten gegenüber Luft können mit der Flüssigkeitskühlung wesentlich größere Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist. Aus diesem Grund ist auch die Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, mit mindestens einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet.
Die bei der Verbrennung durch die exotherme, chemische Umwandlung des Kraftstoffes freigesetzte Wärme wird teilweise über die den Brennraum begrenzenden Wandungen an den Zylinderkopf und teilweise über den Abgasstrom an die angrenzenden Bauteile und die Umgebung abgeführt. Um die thermische Belastung des Zylinderkopfes in Grenzen zu halten, muß ein Teil des in den Zylinderkopf eingeleiteten Wärmestromes dem Zylinderkopf wieder entzogen werden. Die von der Oberfläche der Brennkraftmaschine über Strahlung und Wärmeleitung an die Umgebung abgeführte Wärmemenge ist für eine effiziente Kühlung nicht ausreichend, weshalb der Zylinderkopf häufig mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet wird, bei der mittels erzwungener Konvektion eine Kühlung im Inneren des Zylinderkopfes herbeigeführt wird.
Eine Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung des Zylinderkopfes mit einem Kühlmittelmantel, d. h. die Anordnung von das Kühlmittel durch den Zylinderkopf führenden Kühlmittelkanälen, was eine komplexe Struktur der Zylinderkopfkonstruktion bedingt. Dabei wird der mechanisch und thermisch hochbelastete Zylinderkopf durch das Einbringen der Kühlmittelkanäle einerseits in seiner Festigkeit geschwächt. Andererseits muß die Wärme nicht wie bei der Luftkühlung erst an die Zylinderkopfoberfläche geleitet werden, um abgeführt zu werden. Die Wärme wird bereits im Inneren des Zylinderkopfes an das Kühlmittel, in der Regel mit Additiven versetztes Wasser, abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei mittels einer im Kühlkreislauf angeordneten Pumpe gefördert, so dass es im Kühlmittelmantel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene Wärme wird auf diese Weise aus dem Inneren des Zylinderkopfes abgeführt und in einem Wärmetauscher dem Kühlmittel wieder entzogen.
Aber auch ein flüssigkeitsgekühlter Zylinderkopf kann überhitzen. So erweist sich die Kühlung des in der EP 1 722 090 A2 beschriebenen Zylinderkopfes in der Praxis als unzureichend, wobei insbesondere in dem Bereich, in dem die Abgasleitungen zu einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen, eine thermische Überlastung zu befürchten ist, die sich beispielsweise in Form von Materialabschmelzungen bemerkbar machen kann.
Um dies zu verhindern, wird bei einer Brennkraftmaschine, die mit einem Zylinderkopf gemäß der EP 1 722 090 A2 ausgestattet ist, immer dann eine Anfettung (λ < 1) vorgenommen, wenn mit hohen Abgastemperaturen zu rechnen ist. Dabei wird mehr Kraftstoff eingespritzt als mit der bereitgestellten Luftmenge überhaupt verbrannt werden kann, wobei der zusätzliche Kraftstoff ebenfalls erwärmt und verdampft wird, so dass die Temperatur der Verbrennungsgase sinkt. Diese Vorgehensweise ist aber unter energetischen Aspekten, insbesondere hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine, und hinsichtlich der Schadstoffemissionen als nachteilig anzusehen. Insbesondere gestattet es die notwendige Anfettung nicht immer, die Brennkraftmaschine in der Weise zu betreiben, wie es beispielsweise für ein vorgesehenes Abgasnachbehandlungssystem erforderlich wäre.
Eine Überhitzung kann sich dadurch bemerkbar machen, dass das im Kühlmittelmantel befindliche Kühlmittel stellenweise verdampft. Dies ist aus mehreren Gründen nachteilig und sollte daher grundsätzlich verhindert werden. An den Stellen, an denen das Kühlmittel verdampft, bildet sich eine dünne Gasschicht aus, welche die Innenwandung des Kühlmittemantels, d. h. die Begrenzungswand, bedeckt und den Wärmeübergang an dieser Stelle stark reduziert. Das unter der Schicht aus gasförmigem Kühlmittel liegende Wandmaterial kann überhitzen und abschmelzen. Darüber hinaus kann die ausgebildete Gasblase schlagartig implodieren, d. h. ihr Volumen verkleinern, wenn der Dampfdruck überschritten wird oder die Temperatur abnimmt. Letzteres führt zu Materialschäden ähnlich denen infolge Kavitation. Die Überhitzung verschlechtert überdies noch die Eigenschaften des Kühlmittels, d. h. die Fähigkeit zu kühlen bzw. Wärme aufzunehmen.
Die vorstehend beschriebenen Phänomene treten in thermisch hochbelasteten Bereichen der Begrenzungswand auf, die zwischen einer Abgas führenden Leitung und dem Kühlmittelmantel angeordnet ist.
Ein weiteres Beispiel für eine Flüssigkeitskühlung einer Brennkraftmaschine ist die Flüssigkeitskühlung einer im Abgasstrang vorgesehenen Turbine. Brennkraftmaschinen werden häufig mit einer Turbine oder mehreren Turbinen ausgestattet, um die Abgasenthalpie der heißen Abgase im Rahmen einer Abgasturboaufladung zur Verdichtung der Ladeluft zu nutzen. Hierzu wird das Abgas via Strömungskanal einem auf einer Welle drehbar gelagerten Laufrad zugeführt, d. h. durch das Turbinengehäuse hindurchgeführt. Der Abgasstrom entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird, was den ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichter antreibt.
Ohne Vorsehen einer Kühlung sind die Herstellungskosten für die Turbine vergleichsweise hoch, da der dann für das thermisch hochbelastete Turbinengehäuse verwendete – häufig nickelhaltige – Werkstoff kostenintensiv ist, insbesondere im Vergleich zu dem für den Zylinderkopf vorzugsweise verwendeten Werkstoff, nämlich Aluminium. Nicht nur die Werkstoffkosten als solche, sondern auch die Kosten für die Bearbeitung dieser Werkstoffe sind hoch.
Allein im Hinblick auf die Kosten wäre es vorteilhaft, die Turbine aus einem weniger wärmebeständigen Werkstoff zu fertigen. Eine Verwendung von Aluminium wäre dabei auch im Hinblick auf das Gewicht der Turbine günstig.
Um kostengünstigere Werkstoffe für die Herstellung der Turbine verwenden zu können, wird die Turbine nach dem Stand der Technik mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet, welche die thermische Belastung der Turbine bzw. des Turbinengehäuses durch die heißen Abgase stark vermindert und damit den Einsatz thermisch weniger belastbarer Werkstoffe ermöglicht.
In der Regel wird das Turbinengehäuse zur Ausbildung der Kühlung mit mindestens einem Kühlmittelmantel versehen. Aus dem Stand der Technik sind sowohl Konzepte bekannt, bei denen das Gehäuse ein Gussteil ist und der Kühlmittelmantel im Rahmen des Gießvorganges als integraler Bestandteil eines monolithischen Gehäuses ausgebildet wird, als auch Konzepte, bei denen das Gehäuse modular aufgebaut ist, wobei im Rahmen des Zusammenbaus ein Hohlraum ausgebildet wird, der als Kühlmittelmantel dient.
Eine entsprechend dem letztgenannten Konzept gestaltete Turbine beschreibt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 011 257 A1 . Eine Flüssigkeitskühlung der Turbine wird dadurch ausgebildet, dass das eigentliche Turbinengehäuse mit einer Verschalung versehen wird, so dass sich zwischen dem Gehäuse und dem mindestens einen beabstandet angeordneten Schalungselement ein Hohlraum ausbildet, in den Kühlmittel eingeleitet werden kann. Das durch die Verschalung erweiterte Gehäuse umfaßt dann den Kühlmittelmantel, weshalb es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Gehäuse der Turbine angesehen wird.
Die EP 1 384 857 A2 offenbart ebenfalls eine Turbine, deren Gehäuse mit einem Kühlmittelmantel ausgestattet ist, welcher mit Seewasser beaufschlagt wird. Bei dem Turbinengehäuse handelt es sich um ein einstückig ausgebildetes Gussteil.
Das hinsichtlich einer Überhitzung im Zusammenhang mit dem Zylinderkopf Gesagte gilt in analoger Weise auch für das Turbinengehäuse.
Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Kühlung optimiert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Flüssigkeitskühlung und mit mindestens einer Abgas führenden Leitung, bei der zur Ausbildung der Flüssigkeitskühlung mindestens ein Kühlmittelmantel vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Abgas führende Leitung und der mindestens eine Kühlmittelmantel durch eine gemeinsame Begrenzungswand voneinander getrennt sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass

– die gemeinsame Begrenzungswand auf Seiten des Kühlmittelmantels in mindestens einem lokal begrenzten Bereich mit einer Oberflächenstruktur versehen ist.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über mindestens eine Flüssigkeitskühlung, deren Kühlmittelmantel eine Begrenzungswand aufweist, die im Gegensatz zum Stand der Technik nicht eben, sondern stellenweise gezielt uneben ausgebildet wird, indem kühlmittelseitig eine Oberflächenstruktur in die Wand eingebracht wird.
Begrenzungswände werden nach dem Stand der Technik üblicherweise eben ausgebildet, d. h. kühlmittelseitig mit einer glatten Oberfläche versehen. Dies hat mehrere Gründe.
Durch die glatte Oberfläche der Begrenzungswände, d. h. der Innenwandungen, soll der Druckverlust in der Kühlmittelströmung beim Durchströmen des Kühlmittelmantels möglichst gering gehalten werden. Es soll sich vorzugsweise eine laminare Kühlmittelströmung ohne Turbulenzen ausbilden. In diesem Zusammenhang ist man auch bemüht, scharfe Kanten und in den Kühlmittelmantel hinein stehende Wandabschnitte sowie häufige und starke Richtungsänderungen der Kühlmittelströmung zu vermeiden.
Die glatten Oberflächen der Begrenzungswände und die weiteren vorstehend aufgezählten Auslegungskriterien tragen auch dem Umstand Rechnung, das Kühlmittelmäntel in der Regel mittels Sandkernen im Gießverfahren ausgebildet werden und zwar einstückig mit dem Bauteil, in welches sie integriert sind.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die mindestens eine Begrenzungswand entgegen den herkömmlichen Auslegungsregeln lokal uneben ausgebildet. Durch das Einbringen einer Oberflächenstruktur wird die für einen Wärmeübergang zur Verfügung gestellte Fläche vergrößert. Zudem erhöht sich die Geschwindigkeit in Wandnähe, da die Oberflächenstruktur Turbulenzen erzeugt. Beide Effekte verbessern, d. h. verstärken, den Wärmeübergang. Der Wärmeeintrag von der Wand in das Kühlmittel nimmt zu und damit die Kühlleistung.
In den Bereichen, in denen eine Oberflächenstruktur vorgesehen ist, wird die Kühlung – wie beschrieben – verstärkt und damit das Risiko der Kühlmittelverdampfung bzw. der Überhitzung minimiert. Da die Gefahr der thermischen Überlastung nicht generell im gesamten Kühlmittelmantel besteht, sondern nur vereinzelt an kritischen Stellen, die thermisch besonders beansprucht sind, wird erfindungsgemäß auch nicht die gesamte Begrenzungswand auf Seiten des Kühlmittelmantels mit einer Oberflächenstruktur versehen, sondern nur lokal begrenzte Bereiche, die eine verstärkte Kühlung erfordern. Hintergrund dieser Vorgehensweise ist, dass thermisch weniger belastete Bereiche nicht stärker gekühlt werden sollen als nötig, weil der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine mit zunehmender Kühlung, d. h. zunehmendem Wärmeentzug abnimmt.
Aus den vorstehend genannten Gründen sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen der mindestens eine lokal begrenzte Bereich ein thermisch hochbelasteter Bereich ist.
Thermisch hochbelastete Bereiche sind häufig Bereiche, in denen eine Abgasströmung umgelenkt wird bzw. mehrere Abgasströmungen zusammengeführt werden.
Bei einem Zylinderkopf, insbesondere bei einem Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer, ist beispielsweise der Bereich, in dem Abgasleitungen in eine gemeinsame Abgasleitung münden und heißes Abgas gesammelt wird, thermisch besonders hoch belastet.
Zum einen wird eine derartige Sammelstelle im Abgassystem von einer größeren Abgasmenge passiert als eine einzelne Abgasleitung, beispielsweise eine Abgasleitung, die sich an die Auslaßöffnung eines Zylinders anschließend und lediglich mit dem Abgas bzw. einem Teil des Abgases eines Zylinders beaufschlagt wird. D. h. die absolute Menge an Abgas, die Wärme an den Zylinderkopf abgibt bzw. abgeben kann, ist im Bereich einer Sammelstelle größer.
Zum anderen ist ein Mündungsbereich von Abgasleitungen in eine gemeinsame Abgasleitung zeitlich länger mit heißen Abgasen beaufschlagt. So ist die Gesamtabgasleitung eines integrierten Abgaskrümmers dauerhaft mit heißen Abgasen beaufschlagt, wohingegen die Abgasleitungen eines einzelnen Zylinders, beispielsweise bei einer Vier-Takt-Brennkraftmaschine, nur während des Ladungswechsels des jeweiligen Zylinders, d. h. einmal innerhalb von zwei Kurbelwellenumdrehungen von heißem Abgas durchströmt werden.
Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass im Bereich einer Sammelstelle die Abgasströmungen der einzelnen Abgasleitungen mehr oder weniger stark umgelenkt werden müssen, um die Abgasleitungen zu einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen zu können. Die einzelnen Abgasströmungen haben daher in diesem Bereich – zumindest teilweise – eine Geschwindigkeitskomponente, die senkrecht auf den Wandungen der Abgasleitung steht, wodurch der Wärmeübergang durch Konvektion und folglich die thermische Belastung des Zylinderkopfes, d. h. der Begrenzungswand, an dieser Stelle lokal erhöht wird.
Aus den genannten Gründen ist es daher vorteilhaft, die Begrenzungswand zumindest in dem Bereich mit einer Oberflächenstruktur zu versehen, in dem Abgasleitungen zusammenführen bzw. eine Abgas führende Leitung eine Krümmung aufweist.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung bereitzustellen, die hinsichtlich Kühlung optimiert ist.
Gegebenenfalls kann infolge verbesserter Kühlung auf eine Anfettung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit dem Ziel einer Absenkung der Abgastemperatur verzichtet werden. Dies erweist sich insbesondere bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und des Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine als vorteilhaft. Darüber hinaus ergeben sich mehr Freiheiten bei der Steuerung der Brennkraftmaschine, da eine mögliche Anfettung zur Absenkung der Abgastemperatur im Rahmen der Motorsteuerung entfällt.
Bei Brennkraftmaschinen mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder, bei dem jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist und sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt, sind – wie bereits ansatzweise ausgeführt wurde – Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel mindestens einen im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel und die mindestens eine Abgas führende Leitung mindestens eine Abgasleitung umfaßt.
Diese Ausführungsform setzt die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Verbesserung der Kühlung an einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine um und trägt damit dem Umstand Rechnung, dass der Zylinderkopf ein thermisch und mechanisch hochbelastetes Bauteil ist, welches eine optimierte Kühlung erfordert. Hinsichtlich der lokal begrenzten Bereiche, welche thermisch besonderes belastet sind und sich daher zum Einbringen einer Oberflächenstruktur eignen, wird Bezug genommen auf die im Zusammenhang mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf bereits gemachten Ausführungen.
Bei einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zu mindestens einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen.
Ein Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer, bei dem Abgasleitungen innerhalb des Zylinderkopfes zusammenführen, ist thermisch besonders belastet, weshalb hohe Anforderungen an die Kühlung eines derartigen Zylinderkopfes gestellt werden. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Begrenzungswand mit einer lokal begrenzten Oberflächenstruktur verbessert die Kühlung in vorteilhafter Weise.
Die Integration des Krümmers erfolgt nicht nur, um eine kompakte Bauweise der Brennkraftmaschine zu realisieren. Stromabwärts des Krümmers werden die Abgase häufig der Turbine eines Abgasturboladers und/oder einem oder mehreren Abgasnachbehandlungssystemen zugeführt. Dabei ist man zum einen bemüht, die Turbine möglichst nahe am Auslaß der Zylinder anzuordnen, um die Abgasenthalpie der heißen Abgase optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Zum anderen soll auch der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
In diesem Zusammenhang wird angestrebt, die thermische Trägheit des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem bzw. zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Turbine zu minimieren, was durch Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann. Die Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf wird dabei als zielführend angesehen.
Zylinderköpfe mit beispielsweise vier in Reihe angeordneten Zylindern, bei denen die Abgasleitungen der außenliegenden Zylinder und die Abgasleitungen der innenliegenden Zylinder jeweils zu einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen, sind Zylinderköpfe der in Rede stehenden Art. Ebenso Zylinderköpfe mit drei Zylindern, bei denen nur die Abgasleitungen von zwei Zylindern unter Ausbildung eines Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zu einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Abgasleitungen sämtlicher Zylinder des Zylinderkopfes innerhalb des Zylinderkopfes zu einer einzigen, d. h. einer gemeinsamen Abgasleitung zusammenführen.
Ist der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf der Brennkraftmaschine an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel

– mindestens einen im Zylinderkopf integrierten unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist, und mindestens einen im Zylinderkopf integrierten oberen Kühlmittelmantel, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen angeordnet ist, umfaßt, wobei mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen ist, die dem Durchtritt von Kühlmittel dient.

Über die mindestens eine Verbindung kann Kühlmittel aus dem unteren Kühlmittelmantel in den oberen Kühlmittelmantel strömen und/oder umgekehrt.
Bei der Verbindung handelt es sich vorliegend um einen Durchbruch bzw. Durchflußkanal, der den unteren Kühlmittelmantel mit dem oberen Kühlmittelmantel verbindet und durch den ein Austausch von Kühlmittel zwischen den beiden Kühlmittelmänteln ermöglicht und realisiert wird.
Hierdurch findet auch eine zusätzliche Kühlung des Zylinderkopfes statt. Dabei trägt die durch die mindestens eine Verbindung hindurchgeführte Kühlmittelströmung zur Wärmeabfuhr bei. Insbesondere kann durch eine entsprechende Dimensionierung des Querschnitts der mindestens einen Verbindung gezielt Einfluß genommen werden auf die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in der Verbindung und damit auf die Wärmeabfuhr im Bereich dieser mindestens einen Verbindung.
Die Kühlung des Zylinderkopfes kann zusätzlich und vorteilhafterweise dadurch verbessert werden, dass zwischen dem oberen und unteren Kühlmittelmantel ein Druckgefälle generiert wird, wodurch wiederum die Geschwindigkeit in der mindestens einen Verbindung erhöht wird, was zu einem erhöhten Wärmeübergang infolge Konvektion führt.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine Verbindung beabstandet zu den Abgasleitungen in einer Außenwandung des Zylinderkopfes, aus der mindestens eine gemeinsame Abgasleitung austritt, angeordnet ist.
Damit ist im Zylinderkopf mindestens eine Verbindung auf der den Zylindern abgewandten Seite der Abgasleitungen angeordnet. Die mindestens eine Verbindung liegt somit gewissermaßen außerhalb des Abgaskrümmers.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der untere und der obere Kühlmittelmantel nicht über den gesamten Bereich der Außenwandung miteinander verbunden sind, sondern sich die mindestens eine Verbindung nur über einen Teilbereich der Außenwandung erstreckt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit in der mindestens einen Verbindung gesteigert werden, was den Wärmeübergang durch Konvektion erhöht. Vorteile bietet dies auch hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Zylinderkopfes.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen der Abstand zwischen der mindestens einen Verbindung und der gemeinsamen Abgasleitung kleiner ist als der Durchmesser, vorzugsweise kleiner ist als der halbe Durchmesser eines Zylinders, wobei sich der Abstand aus der Wegstrecke zwischen der Außenwandung der Gesamtabgasleitung und der Außenwandung der Verbindung bemißt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine Verbindung vollständig in der Außenwandung integriert ist. Diese Ausführungsform grenzt sich beispielsweise gegenüber Bauformen ab, bei denen in der Außenwandung eine Öffnung vorgesehen ist, die dem Zuführen bzw. Abführen von Kühlmittel in den bzw. aus dem oberen und dem unteren Kühlmittelmantel dient. Eine derartige Öffnung stellt keine Verbindung im vorliegenden Sinne dar.
Dabei kann die mindestens eine Verbindung im Rahmen der Fertigung des Kopfes durchaus zwischenzeitlich via Zugangsöffnung nach außen hin offen sein, beispielsweise zur Entfernung eines Sandkerns. Der endgefertigte Zylinderkopf weist dann aber entsprechend der in Rede stehenden Ausführung mindestens eine vollständig in der Außenwandung integrierte Verbindung auf, wozu ein eventuell vorgesehener Zugang zur Verbindung zu verschließen ist.
Grundsätzlich sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen im Bereich der mindestens einen Verbindung eine Kühlmittelzufuhr bzw. Kühlmittelabfuhr erfolgt, wozu ein Kanal von der mindestens einen Verbindung abzweigt, der aus der Außenwandung austritt.
Vorteilhaft sind grundsätzlich Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist. Während des Ausschiebens der Abgase im Rahmen des Ladungswechsels ist es ein vorrangiges Ziel, möglichst schnell möglichst große Strömungsquerschnitte freizugeben, um ein effektives Abführen der Abgase zu gewährleisten, weshalb das Vorsehen von mehr als einer Auslaßöffnung vorteilhaft ist.
Bei Brennkraftmaschinen, die zur Nutzung der Enthalpie der heißen Abgase mit einer Turbine ausgestattet sind, welche ein Turbinengehäuse und mindestens einen das Abgas durch das Gehäuse führenden Strömungskanal aufweist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen der mindestens eine Kühlmittelmantel mindestens einen im Turbinengehäuse integrierten Kühlmittelmantel und die mindestens eine Abgas führende Leitung mindestens einen Strömungskanal umfaßt.
Diese Ausführungsform setzt die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Verbesserung der Kühlung an einer flüssigkeitsgekühlten Turbine der Brennkraftmaschine um und trägt damit dem Umstand Rechnung, dass bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen neben dem Zylinderkopf auch die Turbine ein thermisch und mechanisch hochbelastetes Bauteil ist.
Eine effiziente und optimierte Kühlung des Turbinengehäuses ermöglicht den Einsatz thermisch weniger belastbarer Werkstoffe für die Herstellung der Turbine.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung mittels Abgasturboaufladung vorgesehen ist und die Turbine Bestandteil eines Abgasturboladers ist.
Eine flüssigkeitsgekühlte Turbine ist besonders vorteilhaft bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, die aufgrund der höheren Abgastemperaturen thermisch besonders stark belastet sind.
Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozeß benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Bei gleichen Fahrzeugrandbedingungen läßt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, wo der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist. Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Gegenüber einem mechanischen Lader besteht der Vorteil eines Abgasturboladers darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie direkt von der Brennkraftmaschine bezieht, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Zylinderkopf mit einer Flüssigkeitskühlung und die Turbine mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet sind und beide Flüssigkeitskühlung miteinander in Verbindung stehen.
Die Turbine kann in Radialbauweise oder in Axialbauweise ausgeführt sein, d. h. die Anströmung der Laufschaufeln erfolgt im Wesentlichen radial oder axial. Im Wesentlichen radial bedeutet dabei, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente.
Die Turbine kann mit einer variablen Turbinengeometrie ausgestattet werden, die eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch Verstellen der Turbinengeometrie bzw. des wirksamen Turbinenquerschnittes gestattet. Dabei sind im Eintrittsbereich der Turbine bewegliche Leitschaufeln zur Beeinflussung der Strömungsrichtung angeordnet. Im Gegensatz zu den Laufschaufeln des umlaufenden Laufrades rotieren die Leitschaufeln nicht mit der Welle der Turbine. Verfügt die Turbine über eine feste unveränderliche Geometrie, sind die Leitschaufeln nicht nur stationär, sondern zudem völlig unbeweglich im Eintrittsbereich angeordnet, d. h. starr fixiert. Wird hingegen eine Turbine mit variabler Geometrie eingesetzt, sind die Leitschaufeln zwar stationär angeordnet, aber nicht völlig unbeweglich, sondern um ihre Achse drehbar, so dass auf die Anströmung der Laufschaufeln Einfluß genommen werden kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Ausbildung der Oberflächenstruktur mindestens ein Element von der gemeinsamen Begrenzungswand in den Kühlmittelmantel hineinragt.
Diese Ausführungsform zeigt nochmals, dass die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten ebenen Oberfläche eine räumliche Ausdehnung hat.
Das mindestens eine von der Begrenzungswand in den Kühlmittelmantel hineinragende Element verengt den Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit und folglich der Wärmeübergang lokal begrenzt zunimmt.
Die Strömung löst sich von der den Kühlmittelmantel begrenzenden Wand und geht von einer laminaren in eine turbulente Strömung über. Auch dies erhöht den Wärmeübergang.
Obwohl ein Abriß der Strömung von der Begrenzungswand Vorteile bietet, weist das mindestens eine Element im Fußbereich, d. h. an seinem dem freien Ende gegenüberliegenden Ende, welches in die Begrenzungswand übergeht, vorzugsweise einen Krümmungsradius auf. Diese Ausführungsform trägt dem Umstand Rechnung, dass der Kühlmittelmantel und damit das Element in der Regel im Gießverfahren unter Verwendung von Sandkernen oder dergleichen ausgebildet werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das mindestens eine Element an seinem freien, in den Kühlmittelmantel hineinragenden Ende abgeflacht ist, d. h. mit einer flachen Stirnseite ausgebildet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen zur Ausbildung der Oberflächenstruktur mindestens zwei zueinander beabstandet angeordnete Elemente von der gemeinsamen Begrenzungswand in den Kühlmittelmantel hineinragen.
Vorteilhaft sind – im Hinblick auf die Ausbildung des mindestens einen Elements – Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Oberflächenstruktur noppenartig ausgebildet ist, wobei das mindestens eine noppenförmige Element von der gemeinsamen Begrenzungswand in den Kühlmittelmantel hineinragt.
Noppen erfüllen die Anforderungen, die an das mindestens eine Element gestellt werden, in vorteilhafter Weise, nämlich die wärmeübertragende Fläche zu vergrößern, ohne den Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals über Maßen zu verkleinern. Darüber hinaus verfügen Noppen über eine geometrische Form, die sich für eine Herstellung im Gießverfahren eignet. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft, da das den Kühlmittelmantel aufnehmende Bauteil in der Regel einstückig als Gussteil ausgebildet wird. Ein Noppen hat eine für dieses Herstellungsverfahren adäquate Form.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das mindestens eine noppenförmige Element einen runden, insbesondere einen kreisförmigen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist.
Der Querschnitt sollte aus fertigungstechnischen Gründen keine Ecken aufweisen, damit die Form im Gießverfahren in befriedigender Qualität hergestellt werden kann. Zudem muß berücksichtigt werden, dass das noppenförmige Element selbst ein thermisch stark beanspruchtes Bauelement ist, weshalb der Noppen keine Abschnitte von sehr geringer Materialstärke aufweisen sollte, wie dies ein polygonaler Noppen tun würde.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Oberflächenstruktur rippenartig ausgebildet ist, wobei das mindestens eine rippenförmige Element von der gemeinsamen Begrenzungswand in den Kühlmittelmantel hineinragt.
Mit einer Rippenform des Elements läßt sich die wärmeübertragende Fläche mit wenig Materialeinsatz in einem lokal begrenzten Bereich deutlich erhöhen. Das in Zusammenhang mit dem noppenförmigen Element Gesagte gilt in analoger Weise. Der Querschnitt des rippenförmigen Elements ist aus fertigungstechnischen Gründen an den Ecken vorzugsweise abgerundet
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Oberflächenstruktur eine Höhe von weniger als 7 Millimeter, vorzugsweise von weniger als 4 Millimeter, aufweist, wobei die Höhe die senkrecht auf der Begrenzungswand stehende räumliche Erstreckung der Struktur in den Kühlmittelmantel angibt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 4 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt der Flüssigkeitskühlung einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine,
2 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des Kühlmittelmantels der in 1 dargestellten Flüssigkeitskühlung,
3 in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des Kühlmittelmantels einer zweiten Ausführungsform der Flüssigkeitskühlung, und
4 in einer Draufsicht den Sandkern der in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine integrierten Abgasleitungen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ausschnitt der Flüssigkeitskühlung (1) einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine verfügt über eine Abgas führende Leitung 2. Zur Ausbildung der Flüssigkeitskühlung 1 ist ein Kühlmittelmantel 4 vorgesehen, wobei die Abgas führende Leitung 2 und der Kühlmittelmantel 4 durch eine gemeinsame Begrenzungswand 5 voneinander getrennt sind.
Die gemeinsame Begrenzungswand 5 ist zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf Seiten des Kühlmittelmantels 4 in einem lokal begrenzten Bereich mit einer Oberflächenstruktur 6 versehen. Zur Ausbildung der Oberflächenstruktur 6 ragt ein Element 7 von der gemeinsamen Begrenzungswand 5 in den Kühlmittelmantel 4 hinein. Das Element 7 ist an seinem freien, in den Kühlmittelmantel 4 hineinragenden Ende abgeflacht mit einer flachen Stirnseite ausgebildet und weist im Fußbereich, d. h. an seinem dem freien Ende gegenüberliegenden Ende, welches in die Begrenzungswand 5 übergeht, einen Krümmungsradius auf.
Die Oberflächenstruktur 6 weist eine Höhe h auf, welche die senkrecht auf der Begrenzungswand 5 stehende räumliche Erstreckung der Struktur 6 bzw. des Elements 7 in den Kühlmittelmantel 4 angibt.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des Kühlmittelmantels 4 der in 1 dargestellten Flüssigkeitskühlung 1. Es soll nur ergänzend zu 1 ausgeführt werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Wie 2 entnommen werden kann, sind zur Ausbildung einer noppenartigen Oberflächenstruktur 6 drei zueinander beabstandet angeordnete noppenförmige Elemente 7, 8 vorgesehen, die von der gemeinsamen Begrenzungswand 5 in den Kühlmittelmantel 4 hineinragen. Die Noppen 8 weisen einen runden kreisförmigen Querschnitt auf.
3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des Kühlmittelmantels 4 einer zweiten Ausführungsform der Flüssigkeitskühlung. Es sollen nur die Unterschiede zu der in 2 dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 2. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Ausführungsform, ist die Oberflächenstruktur 6 bei der in 3 dargestellten Ausführung rippenartig ausgebildet. Das rippenförmige Element 7, 9, das von der Begrenzungswand 5 in den Kühlmittelmantel hineinragt, hat einen in der Grundform rechteckförmigen Querschnitt, der aus fertigungstechnischen Gründen an den Ecken abgerundet ist.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform eines Elements 7 ist ein Grenzfall und kann ebenso als Noppen 8 mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt angesehen und bezeichnet werden.
4 zeigt in einer Draufsicht den Sandkern 10 der in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integrierten Abgasleitungen 3 und damit prinzipiell auch die im Zylinderkopf integrierten Abgasleitungen 3, 13, d. h. den im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer 10, weshalb auch die Bezugszeichen für die Abgasleitungen 3, 13 bzw. den Krümmer 10 eingetragen sind.
Bei dem in 4 dargestellten Abgassystem handelt es sich um die Abgasleitungen 3, 13 eines Vier-Zylinder-Reihenmotors. Jeder der vier Zylinder 11 ist mit zwei Auslaßöffnungen 12 ausgestattet, wobei sich an jede Auslaßöffnung 12 eine Abgasleitung 3 anschließt.
Die Abgasleitungen 3 der Zylinder 11 führen innerhalb des Zylinderkopfes zu einer gemeinsamen Abgasleitung 13 zusammen, die stromabwärts aus einer Außenwandung des Zylinderkopfes austritt (nicht dargestellt).
Beispielhaft sind einige thermisch hochbelastete Bereiche 15 kenntlich gemacht. Thermisch hochbelastet sind insbesondere die Bereiche, in denen die Abgasströmungen umgelenkt oder mehrere Abgasströmungen zusammengeführt werden.
Bei einem Zylinderkopf mit integriertem Abgaskrümmer 10 ist beispielsweise der Sammelbereich 14, in dem Abgasleitungen 3 zu einer gemeinsame Abgasleitung 13 zusammen führen und heißes Abgas gesammelt wird, thermisch besonders hoch belastet.
Diese Bereiche 15 sind daher besonders prädestiniert, um zur Verbesserung der Kühlung mit einer Oberflächenstruktur versehen zu werden.
Bezugszeichenliste

1: Flüssigkeitskühlung
2: Abgas führende Leitung
3: Abgasleitung
4: Kühlmittelmantel
5: gemeinsame Begrenzungswand
6: Oberflächenstruktur
7: Element
8: noppenförmiges Element, Noppen
9: rippenförmiges Element, Rippe
10: Abgaskrümmer, Sandkern
11: Zylinder
12: Auslaßöffnung
13: gemeinsame Abgasleitung
14: Sammelbereich, Sammelstelle
15: thermisch hochbelasteter Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1722090 A2 [0010, 0011]
DE 102008011257 A1 [0019]
EP 1384857 A2 [0020]

Claims

Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskühlung (1) und mit mindestens einer Abgas führenden Leitung (2), bei der zur Ausbildung der Flüssigkeitskühlung (1) mindestens ein Kühlmittelmantel (4) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Abgas führende Leitung (2) und der mindestens eine Kühlmittelmantel (4) durch eine gemeinsame Begrenzungswand (5) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Begrenzungswand (5) auf Seiten des Kühlmittelmantels (4) in mindestens einem lokal begrenzten Bereich mit einer Oberflächenstruktur (6) versehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine lokal begrenzte Bereich ein thermisch hochbelasteter Bereich (15) ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2 mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder (11), bei dem jeder Zylinder (11) mindestens eine Auslaßöffnung (12) zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder (11) aufweist, wobei sich an jede Auslaßöffnung (12) eine Abgasleitung (3) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlmittelmantel (4) mindestens einen im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel und die mindestens eine Abgas führende Leitung (2) mindestens eine Abgasleitung (3) umfaßt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf mit mindestens zwei Zylindern (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitungen (3) von mindestens zwei Zylindern (11) unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers (10) innerhalb des Zylinderkopfes zu mindestens einer gemeinsamen Abgasleitung (13) zusammenführen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, bei der der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit einem Zylinderblock verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass, der mindestens eine Kühlmittelmantel (4) – mindestens einen im Zylinderkopf integrierten unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen (3) und der Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes angeordnet ist, und mindestens einen im Zylinderkopf integrierten oberen Kühlmittelmantel, der auf der dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen (3) angeordnet ist, umfaßt, wobei mindestens eine Verbindung zwischen dem unteren Kühlmittelmantel und dem oberen Kühlmittelmantel vorgesehen ist, die dem Durchtritt von Kühlmittel dient.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verbindung beabstandet zu den Abgasleitungen (3) in einer Außenwandung des Zylinderkopfes, aus der mindestens eine gemeinsame Abgasleitung (13) austritt, angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verbindung vollständig in der Außenwandung integriert ist.
Brennkraftmachine nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer ein Turbinengehäuse aufweisenden Turbine zur Nutzung der Enthalpie der heißen Abgase, wozu die Turbine mindestens einen das Abgas durch das Gehäuse führenden Strömungskanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlmittelmantel (4) mindestens einen im Turbinengehäuse integrierten Kühlmittelmantel und die mindestens eine Abgas führende Leitung (2) mindestens einen Strömungskanal umfaßt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Oberflächenstruktur (6) mindestens ein Element (7) von der gemeinsamen Begrenzungswand (5) in den Kühlmittelmantel (4) hineinragt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Oberflächenstruktur (6) mindestens zwei zueinander beabstandet angeordnete Elemente (7) von der gemeinsamen Begrenzungswand (5) in den Kühlmittelmantel (4) hineinragen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (6) noppenartig ausgebildet ist, wobei das mindestens eine noppenförmige Element (7, 8) von der gemeinsamen Begrenzungswand (5) in den Kühlmittelmantel (4) hineinragt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine noppenförmige Element (7, 8) einen runden, insbesondere einen kreisförmigen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (6) rippenartig ausgebildet ist, wobei das mindestens eine rippenförmige Element (7, 9) von der gemeinsamen Begrenzungswand (5) in den Kühlmittelmantel (5) hineinragt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (6) eine Höhe von weniger als 7 Millimeter aufweist, wobei die Höhe die senkrecht auf der Begrenzungswand (5) stehende räumliche Erstreckung der Struktur (6) in den Kühlmittelmantel (4) angibt.
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (6) eine Höhe von weniger als 4 Millimeter aufweist, wobei die Höhe die senkrecht auf der Begrenzungswand (5) stehende räumliche Erstreckung der Struktur (6) in den Kühlmittelmantel (4) angibt.