[0001] Die Erfindung betrifft eine Kombination mit Zylinderkopf und Zylinderblock und einem
zumindest teilweise im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel für eine Brennkraftmaschine
mit mindestens zwei Zylindern, bei der
- der Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit dem Zylinderblock verbindbar ist,
- jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder
aufweist,
- sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt,
- die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung eines zumindest
teilweise im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen,
und
- ein von Abgas durchströmbares Gehäuse vorgesehen ist, welches zur Kühlung von rückzuführendem
Abgas dient.
[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Kombination.
[0003] Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf, die
zur Ausbildung der einzelnen Zylinder d. h. Brennräume an einer Montage-Stirnseite
miteinander verbunden werden.
[0004] Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende
Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren
geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume
der Brennkraftmaschine aus.
[0005] Der Zylinderkopf dient häufig auch zur Aufnahme des Ventiltriebs. Um den Ladungswechsel
zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen
zur Betätigung dieser Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben
der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen der Zylinder und das Füllen des Brennraums
d.h. das Ansaugen des Frischgemisches bzw. der Frischluft über die Einlaßöffnungen.
Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich
Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine
eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslaßöffnungen
freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus
einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.
[0006] Es ist die Aufgabe des Ventiltriebs die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammer
rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst
großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw.
ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes
mit Frischgemisch bzw. ein effektives d.h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten.
Nach dem Stand der Technik werden daher auch zunehmend zwei oder mehr Einlaß- bzw.
Auslaßöffnungen vorgesehen.
[0007] Die Einlaßkanäle, die zu den Einlaßöffnungen führen, und die Auslaßkanäle bzw. Abgasleitungen,
die sich an die Auslaßöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest
teilweise im Zylinderkopf integriert. Weisen die Zylinder mehr als eine Auslaßöffnung
auf, werden die Abgasleitungen eines einzelnen Zylinders häufig - innerhalb des Zylinderkopfes
- zu einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung zusammengeführt, wobei diese
Teilabgasleitungen dann außerhalb des Zylinders zu einer einzelnen Gesamtabgasleitung
zusammengeführt werden. Die Zusammenführung der Abgasleitungen bis hin zur Gesamtabgasleitung
wird im Allgemeinen und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Abgaskrümmer bzw.
Krümmer bezeichnet.
[0008] Stromabwärts des Krümmers werden die Abgase dann gegebenenfalls der Turbine eines
Abgasturboladers und/oder einem oder mehreren Abgasnachbehandlungssystemen zugeführt.
[0009] Dabei ist man zum einen bemüht, die Turbine möglichst nahe am Auslaß der Brennkraftmaschine
anzuordnen, um auf diese Weise 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.
[0010] In diesem Zusammenhang ist man daher grundsätzlich bemüht, die thermische Trägheit
des Teilstücks der Abgasleitung zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasnachbehandlungssystem
bzw. zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasturbolader zu minimieren, was durch
Reduzierung der Masse und der Länge dieses Teilstückes erreicht werden kann.
[0011] Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen, wird der Abgaskrümmer nach dem Stand der
Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Ein Zylinderkopf, bei dem
sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt und die Abgasleitungen der
Zylinder innerhalb des Zylinderkopfes zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen,
weist einen vollständig im Zylinderkopf integrierten Krümmer auf.
[0012] 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 den Zylinderblock 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.
[0013] Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Kühlung in Gestalt einer Luftkühlung oder
einer Flüssigkeitskühlung auszuführen. Aufgrund der wesentlichen höheren Wärmekapazität
von Flüssigkeiten gegenüber Luft können mit der Flüssigkeitskühlung wesentlich größere
Wärmemengen abgeführt werden als dies mit einer Luftkühlung möglich ist.
[0014] Die Flüssigkeitskühlung erfordert die Ausstattung der Brennkraftmaschine bzw. des
Zylinderkopfes und des Zylinderblocks 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 bzw. Blocks 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.
[0015] Ein Zylinderkopf mit zumindest teilweise integriertem Abgaskrümmer ist thermisch
hoch belastet, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine eine aufgeladene Brennkraftmaschine
ist, weshalb nach dem Stand der Technik in der Regel eine Flüssigkeitskühlung gewählt
wird und ein Kühlmittelmantel im Zylinderkopf integriert wird.
[0016] Moderne Brennkraftmaschinen werden darüber hinaus zunehmend mit einer Abgasrückführung
(AGR) ausgestattet. Die Abgasrückführung d.h. die Rückführung von Verbrennungsgasen
von der Abgasseite auf die Ansaugseite der Brennkraftmaschine wurde als zielführend
erkannt, um zukünftige Grenzwerte für Schadstoffemissionen einzuhalten, insbesondere
die Grenzwerte für Stickoxidemissionen. Da die Bildung der Stickoxide nicht nur einen
Luftüberschuß, sondern auch hohe Temperaturen erfordert, besteht ein Konzept zur Senkung
der Stickoxidemissionen darin, Verbrennungsprozesse d. h. -verfahren mit niedrigeren
Verbrennungstemperaturen zu entwickeln, wobei die Abgasrückführung ein Mittel ist
zur Senkung der Temperaturen.
[0017] Mit zunehmender Abgasrückführrate können die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt
werden. Die Abgasrückführrate x
AGR bestimmt sich dabei wie folgt:
wobei m
AGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und m
Frischluft die zugeführte und gegebenenfalls komprimierte Frischluft bzw. Ladeluft bezeichnet.
[0018] Die Abgasrückführung eignet sich bei Dieselmotoren auch zur Reduzierung der Emissionen
an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich und bei Ottomotoren zur Verringerung
des Kraftstoffverbrauchs durch Reduzierung der Drosselverluste.
[0019] Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen - insbesondere im Schichtladebetrieb
direkteinspritzender Brennkraftmaschinen - zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten
erforderlich, die in der Größenordnung von x
AGR ≈ 50% bis 70% liegen können.
[0020] Zur Realisierung dieser hohen Rückführraten ist eine Kühlung des rückzuführenden
Abgases d. h. eine Verdichtung des Abgases durch Kühlung zwingend erforderlich. Die
Dichte des rückgeführten Abgases nimmt infolge der Kühlung zu.
[0021] Eine Brennkraftmaschine, die im Einlaßbereich mit mindestens einer Ansaugleitung
zur Versorgung der Zylinder mit Frischluft bzw. Frischgemisch und einem Abgasabführsystem
zum Abführen der Abgase ausgestattet ist, weist zur Rückführung des Abgases in der
Regel mindestens eine Leitung auf, die aus dem Abgasabführsystem abzweigt, in den
Einlaßbereich wieder einmündet und auch als Abgasrückführleitung bezeichnet wird.
[0022] In der Abgasrückführleitung ist in der Regel aus den oben genannten Gründen eine
externe Kühlvorrichtung vorgesehen, mit der die Temperatur im heißen Abgasstrom gesenkt
wird, wodurch die Dichte der Abgase erhöht wird. Die Temperatur der Zylinderfrischladung,
die sich bei der Mischung der Frischluft mit den rückgeführten Abgasen einstellt,
wird hierdurch ebenfalls gesenkt, wodurch die Kühlvorrichtung der Abgasrückführung
zu einer besseren Füllung des Brennraums beiträgt. In der Regel wird eine Flüssigkeitskühlung
verwendet.
[0023] Zur Realisierung einer Flüssigkeitskühlung verfügt die Kühlvorrichtung über einen
Einlaß und einen Auslaß für die Kühlflüssigkeit, wobei die Kühlflüssigkeit die Abgasrückführleitung,
welche das Abgas durch die Kühlvorrichtung hindurchführt, vorzugsweise einem Kühlmittelmantel
ähnlich umgibt bzw. umströmt. Das Kühlmittel bzw. die Kühlflüssigkeit entzieht dem
Abgasstrom die Wärme dabei nach dem Prinzip eines Wärmetauschers und zwar sowohl durch
Wärmeleitung als auch durch Konvektion. Im Kühlmittelkreislauf ist zur Förderung eine
Pumpe angeordnet, so dass das Kühlmittel zirkuliert. Die an das Kühlmittel abgegebene
Wärme wird auf diese Weise abgeführt.
[0024] Die Notwendigkeit, das rückzuführende Abgas zur Realisierung hoher Rückführraten
kühlen zu müssen, führt nach dem Stand der Technik zu dem Erfordernis, eine externe
Kühlvorrichtung vorsehen zu müssen, was mit nicht unerheblichen Kosten verbunden ist.
[0025] Zudem steht eine externe Kühlvorrichtung dem grundsätzlichen Ziel entgegen, im Motorraum
ein möglichst dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit zu realisieren. Zu berücksichtigen
ist dabei insbesondere, dass zwei Kreisläufe, nämlich ein Kühlmittelkreislauf und
ein Kreislauf für die Abgasrückführung, unter Einbeziehung der Kühlvorrichtung auszubilden
sind, wobei zur Förderung des Kühlmittels eine Pumpe und zur Wärmeabfuhr ein Wärmetauscher
vorzusehen sind. Die einzelnen Aggregate müssen mit Leitungen, Rohren bzw. Schläuchen
miteinander verbunden werden.
[0026] Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Kombination gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, welche zur
Ausbildung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung dient und mit der die aus
dem Stand der Technik - im Zusammenhang mit der Kühlung des rückzuführenden Abgases
- bekannten Nachteile überwunden werden.
[0027] Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verwendungen einer derartigen
Kombination aufzuzeigen.
[0028] Gelöst wird die erste Aufgabe durch eine Kombination mit Zylinderkopf und Zylinderblock
und einem zumindest teilweise im Zylinderkopf integrierten Kühlmittelmantel für eine
Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, bei der
- der Zylinderkopf an einer Montage-Stirnseite mit dem Zylinderblock verbindbar ist,
- jeder Zylinder mindestens eine Auslaßöffnung zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder
aufweist,
- sich an jede Auslaßöffnung eine Abgasleitung anschließt,
- die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung eines zumindest
teilweise im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmers zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen,
und
- ein von Abgas durchströmbares Gehäuse vorgesehen ist, welches zur Kühlung von rückzuführendem
Abgas dient,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
- das Gehäuse zumindest teilweise integral mit der Kombination ausgebildet ist, so dass
zumindest Teile des Gehäuses und die Kombination ein monolithisches Bauteil bilden.
[0029] Die erfindungsgemäße Kombination verfügt über einen in der Kombination integrierten
AGR-Kühler in Gestalt eines zumindest teilweise mit der Kombination monolithisch ausgebildeten
Gehäuses, was gegenüber dem Stand der Technik d. h. einer externen Kühlvorrichtung
mehrere Vorteile hat. Das Gehäuse kann dabei zumindest teilweise oder vollständig
im Zylinderkopf, im Zylinderblock oder in der Kombination aus Zylinderkopf und Zylinderblock
integriert sein.
[0030] Zum einen ermöglicht die Integration des Gehäuses d. h. der Kühlvorrichtung in die
Kombination ein dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit.
[0031] Zum anderen führt die Integration des Gehäuses bei einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine
in vorteilhafter Weise zu weiteren Synergieeffekten. Der im Zylinderkopf bzw. Zylinderblock
integrierte Kühlmittelmantel kühlt vorliegend nicht nur den thermisch hoch belasteten
Zylinderkopf bzw. Block, sondern auch das monolithisch mit der Kombination ausgebildete
Gehäuse und damit das durch dieses Gehäuse im Rahmen der AGR rückgeführte Abgas.
[0032] Erfindungsgemäß erfolgt die Kühlung des rückzuführenden Abgases unter Verwendung
des Kühlmittelkreislaufs der Kombination, weshalb der AGR-Kühler bzw. das Gehäuse
nicht mit einer eigenen separaten Kühlmittelzuführöffnung bzw. -abführöffnung ausgestattet
werden muß. Die Leitung zum Zuführen bzw. Abführen des Kühlmittels in das bzw. aus
dem Gehäuse sowie die üblicherweise dabei vorzusehenden Dichtungen entfallen ebenfalls
mit dem Erfordernis, einen eigenständigen Kühlmittelkreislauf ausbilden zu müssen.
Die Anzahl der Bauteile, sowie der Montageaufwand nehmen damit erheblich ab.
[0033] Die erfindungsgemäße Kombination bietet aber auch Kostenvorteile, da der AGR-Kühler
d. h. das Gehäuse bereits bei der Herstellung des Zylinderkopfrohlings und/oder des
Zylinderblockrohlings, der bzw. die in der Regel im Gußverfahren hergestellt werden,
mitberücksichtigt werden kann, was gegebenenfalls durch geeignete Erweiterung bzw.
Modifikation bestehender Gußformen realisiert wird und gegebenenfalls durch die Anordnung
geeigneter Kerne. Neben den geringeren Herstellungskosten führt die Verringerung der
Anzahl an Bauteilen zu einer Reduzierung sowohl der Bereitstellungskosten als auch
der Montagekosten, wobei mit den Montageschritten, die erfindungsgemäß entfallen,
auch die im Zusammenhang mit diesen Montageschritten möglichen Montagefehler obsolet
sind.
[0034] Die vorgeschlagene Kombination löst folglich - wie oben dargelegt - die erste der
Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich eine Kombination bereitzustellen,
die zur Ausbildung einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung dient und mit der
die aus dem Stand der Technik - im Zusammenhang mit der Kühlung des rückzuführenden
Abgases - bekannten Nachteile überwunden werden.
[0035] Das Gehäuse verfügt über einen Eintritt, um das rückzuführende Abgas dem Gehäuse
zu zuführen, und weist einen Austritt auf, um das im Gehäuse gekühlte Abgas aus dem
Gehäuse in Richtung Ansaugseite abzuführen.
[0036] Vorzugsweise ist zur Einstellung der Rückführrate ein Steuerorgan, beispielsweise
ein Ventil, ein Schieber oder eine Klappe, vorzusehen. Dieses Steuerorgan kann sowohl
stromaufwärts des Gehäuses als auch stromabwärts des Gehäuses angeordnet werden, wobei
ein stromabwärts vorgesehenes Steuerorgan thermisch weniger stark belastet wird, so
dass gegebenenfalls auf eine separate Kühlung des Steuerorgans verzichtet werden kann
bzw. weniger temperaturfeste und damit kostengünstigere Werkstoffe zur Herstellung
des Steuerorgans verwendet werden können.
[0037] Ein stromaufwärts des Gehäuses angeordnetes Steuerorgan ermöglicht hingegen nicht
nur die Einstellung der Rückführrate, sondern auch die Umgehung des Gehäuses d. h.
des AGR-Kühlers bei Ausführungsformen der Kombination, bei denen stromaufwärts des
Gehäuses eine Bypaßleitung von der Rückführleitung abzweigt, mit der das rückzuführende
heiße Abgas bei Umgehung des Gehäuses d. h. AGR-Kühlers in den Einlaßbereich bzw.
auf die Ansaugseite der Brennkraftmaschine geleitet wird. Eine Ausführungsform der
Kombination mit Bypaßleitung wird im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben und
näher erläutert.
[0038] Das Steuerorgan kann vollständig oder teilweise in den Zylinderkopf bzw. in den Zylinderblock
integriert werden, was eine Nutzung der Flüssigkeitskühlung zum Kühlen des Steuerorgans
grundsätzlich ermöglicht, oder aber auch von außen am Zylinderkopf bzw. Block angeordnet
bzw. befestigt werden.
[0039] Neben dem erfindungsgemäßen als Kühlvorrichtung dienenden Gehäuse kann ein zweiter
AGR-Kühler vorgesehen werden, der dann entweder gemäß dem Stand der Technik extern
angeordnet wird oder aber wiederum erfindungsgemäß als Gehäuse zumindest teilweise
in die Kombination integriert wird. Zwei AGR-Kühler können hilfreich sein bzw. erforderlich
werden, falls zwei Rückführleitungen vorgesehen werden, beispielweise für eine Hochdruck-AGR
und eine Niederdruck-AGR.
[0040] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Kombination werden im Zusammenhang mit
den Unteransprüchen erörtert.
[0041] Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Gehäuse
zumindest teilweise integral mit dem Zylinderkopf ausgebildet ist, so dass zumindest
Teile des Gehäuses und der Zylinderkopf ein monolithisches Bauteil bilden.
[0042] Da der Zylinderkopf in der Regel thermisch höher belastet ist als der Zylinderblock,
verfügt dieser über eine Kühlung entsprechend hoher Kühlleistung, was vorteilhaft
ist, wenn - wie erfindungsgemäß - die Flüssigkeitskühlung der Brennkraftmaschine zur
Kühlung des rückzuführenden Abgases herangezogen wird.
[0043] Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Kombination, bei denen das Gehäuse beabstandet
zu den mindestens zwei Zylindern auf der dem Abgaskrümmer zugewandten Seite angeordnet
ist. Das Gehäuse wird vorliegend auf der Abgasseite des Zylinderkopfes d. h. auf der
Abgasseite der Brennkraftmaschine vorgesehen, was eine Vielzahl von Vorteilen bietet
beispielsweise gegenüber einer Anordnung des Gehäuses auf der Ansaugseite d. h. im
Einlaßbereich des Zylinderkopfes.
[0044] Zum einen verkürzt sich für das rückzuführende Abgas, das dem Abgasabführsystem entnommen
wird, der Weg zum Gehäuse d. h. zur Kühlvorrichtung, was die Zuführung des Abgases
zum Gehäuse vereinfacht, insbesondere die Zuführleitung, die vom Abgasabführsystem
abzweigt und in das Gehäuse mündet, deutlich verkürzt. Dies erweist sich insbesondere
im Zusammenwirken mit anderen technischen Merkmalen als vorteilhaft, beispielsweise
bei Ausführungsformen des Zylinderkopfes, bei denen die Rückführleitung innerhalb
des Zylinderkopfes vom Abgaskrümmer abzweigt d. h. die Abgriffstelle im Zylinderkopf
integriert ist.
[0045] Zum anderen wird der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf in der Regel auf der Abgasseite
intensiver gekühlt als auf der Einlaßseite, da der Kopf - prinzipbedingt - auf der
Abgasseite durch die heißen Abgase thermisch höher belastet wird als auf der Einlaßseite.
Der Kühlmittelmantel ist daher auf der Abgasseite des Zylinderkopfes in der Regel
großflächiger bzw. großvolumiger ausgebildet, damit die für die Kühlung der Abgasseite
erforderliche Kühlleistung realisiert werden kann.
[0046] Insofern ist es vorteilhaft, das Gehäuse gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform
auf der Seite des Krümmers anzuordnen, um dem rückzuführenden durch das Gehäuse strömenden
Abgas mittels der hier zur Verfügung stehenden Kühlung bzw. Kühlleistung die erforderliche
Wärmemenge entziehen zu können.
[0047] Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Kombination, bei denen
das Gehäuse auf der Seite des Abgaskrümmers angeordnet ist, die von der Montage-Stirnseite
abgewandt ist. Dabei befindet sich das Gehäuse oberhalb des Abgaskrümmers, der auch
bei vollständiger Integration in den Zylinderkopf einen balkonartigen Vorsprung ausbildet.
Das Gehäuse kann dabei in vorteilhafter Weise oberhalb dieses Balkons angeordnet bzw.
ausgebildet werden. Eine derartige Anordnung des Gehäuses erweist sich auch im Hinblick
auf die Kühlung als vorteilhaft, wenn oberhalb des Krümmers zwischen dem Krümmer und
dem Gehäuse ein oberer Kühlmittelmantel ausgebildet d. h. vorgesehen wird, mit welchem
sowohl dem Abgas im Krümmer als auch dem durch das Gehäuse strömenden Abgas Wärme
entzogen werden kann.
[0048] Vorteilhaft sind aber ebenfalls Ausführungsformen der Kombination, bei denen das
Gehäuse auf der Seite des Abgaskrümmers angeordnet ist, die der Montage-Stirnseite
zugewandt ist.
[0049] In analoger Weise zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform befindet sich nun das
Gehäuse unterhalb des Abgaskrümmers bzw. unterhalb eines gegebenenfalls von dem Krümmer
ausgebildeten balkonartigen Vorsprungs. Eine ausreichende Kühlung kann beispielsweise
dadurch realisiert werden, dass unterhalb des Krümmers zwischen dem Krümmer und dem
Gehäuse ein unterer Kühlmittelmantel ausgebildet d. h. vorgesehen wird, mittels welchem
dem Abgas sowohl im Krümmer als auch im Gehäuse Wärme entzogen wird.
[0050] Darüber hinaus hat die Anordnung des Gehäuses auf der der Montage-Stirnseite zugewandten
Seite des Abgaskrümmers den zusätzlichen Vorteil, dass das Gehäuse bis in den Bereich
des Zylinderblocks hinein erweitert werden bzw. sich erstrecken kann. Diese Maßnahme
kann sich insbesondere dann als zielführend bzw. hilfreich erweisen, wenn eine ausreichend
hohe Kühlleistung zu realisieren ist.
[0051] Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Kombination, bei denen sich der Kühlmittelmantel
auch zwischen dem Gehäuse und dem zumindest teilweise integrierten Abgaskrümmer erstreckt.
Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, hat eine derartige Ausbildung des Kühlmittelmantels
den Vorteil einer unmittelbar benachbarten und daher sehr effizienten Kühlung, bei
der die dem Abgas entzogene Wärme über eine vergleichsweise kurze Wegstrecke zum Kühlmittelmantel
geleitet wird, um vom Kühlmittel aufgenommen und abgeführt zu werden. Zudem wird einer
thermischen Überbeanspruchung der zwischen Gehäuse und Krümmer befindlichen Zylinderkopfwandungen
entgegengewirkt.
[0052] Die zwischen Gehäuse und Kühlmittelmantel bzw. zwischen Krümmer und Kühlmittelmantel
befindliche Zylinderkopfwandung bildet eine vorteilhaft kurze Wärmebrücke.
[0053] Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Kombination, bei denen das Gehäuse ein integral
mit dem Zylinderkopf ausgebildetes Gehäusesegment umfaßt, welches eine Öffnung aufweist,
die mittels eines Deckels zur Ausbildung des Gehäuses abgedeckt ist. Ein im demontierten
Zustand offenes d. h. mit einer Öffnung versehenes Gehäuse erleichtert die Ausbildung
des Gehäuseinneren, insbesondere bei der Herstellung mittels Gußverfahren. Der Aufbau
der Gießform wird erheblich vereinfacht. So können beispielsweise Gußkerne leicht
entfernt, aber auch Rippen, wie sie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorzusehen
sind, in einfacher Weise in das Gehäuse eingebracht werden.
[0054] Das mit einer Öffnung ausgestattete Gehäusesegment wird dann im Rahmen der Montage
zur Ausbildung des vollständigen Gehäuses mit einem Deckel verschlossen. Eine Abdichtung
des Gehäuses kann - falls erforderlich - mit einer Dichtung, die zwischen dem Gehäusesegment
und dem Deckel anzuordnen ist, realisiert werden.
[0055] Die vorgeschlagene Ausführungsform mit offen ausgebildetem Gehäusesegment gestattet
es zudem, nur durch eine geringfügige Modifikation der Gießform sowohl erfindungsgemäße
Kombinationen mit AGR-Kühler d. h. mit Gehäuse als auch herkömmliche Kombinationen
ohne Gehäuse auszubilden, und dadurch die Vielfalt einer bestimmten Motorenserie d.
h. Motorenfamilie unter Inkaufnahme geringer Mehrkosten zu erhöhen.
[0056] Ist das Gehäuse dabei auf der Seite des Abgaskrümmers angeordnet, die der Montage-Stirnseite
zugewandt ist, sind Ausführungsformen der Kombination vorteilhaft, bei denen die Stirnseite
der Öffnung und die Montage-Stirnseite in einer Ebene liegen. Diese Ausführungsform
der Kombination bzw. Öffnung ermöglicht die Bearbeitung bzw. Nachbearbeitung der Montage-Stirnseite
des Kopfes und der Stirnseite der Öffnung in einem Arbeitsgang, was die Herstellungskosten
verringert. Darüber hinaus kann bei dieser Ausführungsform des Gehäuses bzw. der Kombination
der Zylinderblock als Deckel dienen.
[0057] Eine mögliche Abdichtung des Gehäuses erfolgt vorteilhafter Weise mittels einer erweiterten
Zylinderkopfdichtung. Das Einbringen einer Dichtung ist aber nicht obligatorisch,
sondern lediglich fakultativ, solange gewährleistet werden kann, dass das Gehäuse
gasdicht ist.
[0058] Eine erweiterte Zylinderkopfdichtung ist insbesondere dann bei der Abdichtung des
Gehäuses vorteilhaft, wenn sich das Gehäuse vom Zylinderkopf bis in den Zylinderblock
hinein erstreckt, wie dies bei der nachstehend beschriebenen Ausführungsform vorgesehen
ist. In diesem Fall stellt die Verwendung einer erweiterten Zylinderkopfdichtung insbesondere
sicher, dass die Stirnseite jeder Gehäusehälfte mit der jeweils dazugehörigen Montage-Stirnseite
des Zylinderkopfes bzw. Zylinderblocks in einer Ebene liegt, was im Hinblick auf die
Fertigung eine erhebliche Vereinfachung darstellt.
[0059] Neben den oben beschriebenen Ausführungsformen, bei denen das Gehäuse zumindest teilweise
im Zylinderkopf integriert ist, sind auch Ausführungsformen der Kombination vorteilhaft,
bei denen das Gehäuse vollständig in die Kombination integriert ist in der Art, dass
das Gehäuse teilweise integral mit dem Zylinderkopf und teilweise integral mit dem
Zylinderblock ausgebildet ist.
[0060] Diese Ausführungsform gestattet die Ausbildung eines AGR-Kühlers hoher Kühlleistung
mit einem entsprechend groß dimensionierten Gehäuse. Der im Vergleich zum Zylinderkopf
größere Zylinderblock bietet hierfür die erforderlich Masse bzw. das erforderliche
Bauteilvo lumen.
[0061] Auch bei dieser Ausführungsform der Kombination ist das Gehäuse vorzugsweise auf
der Seite der Zylinder anzuordnen, die dem Abgaskrümmer zugewandt ist. Die Gründe
sind die bereits weiter oben Genannten, insbesondere die auf dieser Seite vorhandene
Kühlung und die vergleichsweise kurze Strecke, welche das Abgas bis zum Eintritt in
das Gehäuse zurückzulegen hat.
[0062] Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Kombination, bei denen
das Gehäuse sowohl ein integral mit dem Zylinderkopf ausgebildetes Gehäusesegment
umfaßt, welches zur Montage-Stirnseite hin offen ist, als auch ein integral mit dem
Zylinderblock ausgebildetes Gehäusesegment, welches zur Montage-Stirnseite hin offen
ist, wobei die beiden Gehäusesegmente zueinander korrespondieren und im montierten
Zustand der Kombination das Gehäuse ausbilden.
[0063] Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen der Kombination, bei denen das Gehäuse
ein integral mit dem Zylinderblock ausgebildetes Gehäusesegment umfaßt, welches eine
Öffnung aufweist, die mittels eines Deckels zur Ausbildung des Gehäuses abgedeckt
ist.
[0064] Ist das Gehäuse dabei auf der Seite des Abgaskrümmers angeordnet, die der Montage-Stirnseite
zugewandt ist, sind Ausführungsformen der Kombination vorteilhaft, bei denen die Stirnseite
der Öffnung und die Montage-Stirnseite in einer Ebene liegen.
[0065] Hinsichtlich der beiden zuletzt beschriebenen Ausführungsformen wird Bezug genommen
auf die Erläuterungen, welche weiter oben im Zusammenhang mit Kombinationen gemacht
wurden, bei denen ein zumindest teilweise im Zylinderkopf integriertes Gehäuse ein
offenes Gehäusesegment umfaßt.
[0066] Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Kombination, bei denen innerhalb des Gehäuses
mindestens eine Rippe angeordnet ist, die von den das Gehäuse begrenzenden Wandungen
hervorsteht. Das Vorsehen von Rippen erhöht die Oberfläche der Innenwandung des Gehäuses
und damit den Wärmeübergang sowohl durch Wärmeleitung als auch durch Konvektion.
[0067] Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Kombination, bei denen die Abgasleitungen
von mindestens zwei Zylindern unter Ausbildung eines Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes
zu einer Gesamtabgasleitung zusammenführen. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Kombination über einen vollständig im Zylinderkopf integrierten Abgaskrümmer
verfügt.
[0068] Die vollständige Integration des Krümmers unterstützt die Bemühungen, den Zylinderkopf
bzw. die Antriebseinheit möglichst kompakt auszuführen. Zudem wird die thermische
Trägheit des Teilstücks der Abgasleitungen zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und
Abgasnachbehandlungssystem bzw. zwischen Auslaßöffnung am Zylinder und Abgasturbolader
weiter verringert, da die Masse und die Länge der relevanten Abgasleitungen verringert
werden. Das Ansprechverhalten einer Turbine und das Betriebsverhalten eines Abgasnachbehandlungssystems
werden verbessert.
[0069] Darüber hinaus verfügt ein Zylinderkopf mit vollständig integriertem Abgaskrümmer
aufgrund der hohen thermischen Belastung über einen vergleichsweise voluminösen Kühlmittelmantel,
der auch für die Kühlung des durch das Gehäuse hindurchgeführten Abgases genutzt werden
kann.
[0070] Vorzugsweise wird ein Kühlmittelmantel in den Zylinderkopf eingebracht, der einen
unteren Kühlmittelmantel, der zwischen den Abgasleitungen des Krümmers und der Montage-Stirnseite
des Zylinderkopfes angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel, der auf der
dem unteren Kühlmittelmantel gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen d. h. des
Krümmers angeordnet ist, aufweist, wobei diese beiden Kühlmittelmäntel vorzugsweise
mittels Durchgängen miteinander verbunden sind.
[0071] Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Auslaßöffnungen
zum Abführen der Abgase aus dem Zylinder aufweist. Wie bereits eingangs erwähnt, soll
während des Ladungswechsels ein möglichst großer Strömungsquerschnitt schnell freigegeben
werden, um ein effektives d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten.
[0072] Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen zunächst die Abgasleitungen der
mindestens zwei Auslaßöffnungen jedes Zylinders zu einer dem Zylinder zugehörigen
Teilabgasleitung zusammenführen, bevor die Teilabgasleitungen von mindestens zwei
Zylindern zu der Gesamtabgasleitung zusammenführen. Das stufenweise Zusammenführen
der Abgasleitungen verkürzt die Gesamtlänge aller vorhandenen Abgasleitungen.
[0073] Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen eine das Abgas zum Gehäuse führende
Rückführleitung innerhalb des Zylinderkopfes vom Abgaskrümmer abzweigt.
[0074] Gemäß dieser Variante wird die Abgriffstelle zur Abgasrückführung in den Zylinderkopf
integriert. Die in den Zylinderkopf integrierte Abgriffstelle ermöglicht die einteilige
Ausbildung von Krümmer und Rückführleitung d. h. die Vermeidung der Ausbildung und
damit der Abdichtung einer Verbindungsstelle zwischen Krümmer und Rückführleitung,
wie sie bei einem externen Abgriff obligatorisch ist. Das rückzuführende Abgas kann
dem zumindest teilweise im Zylinderkopf integrierten Gehäuse zugeleitet werden, ohne
dass es den Zylinderkopf verlassen muß d. h. aus diesem heraus geleitet wird, was
die Gefahr einer Leckage bis hin zum Gehäuse vollständig eliminiert. Des Weiteren
führt die Integration der Abgriffstelle zu einer Verringerung der Anzahl an Bauteilen
und zu einer kompakteren Bauweise.
[0075] Zudem führt die Integration der Abgriffstelle in den Zylinderkopf in der Regel zu
einer Verkürzung der Rückführleitung. Mit der Reduzierung der Leitungslänge nimmt
auch das Volumen der Rückführleitung ab, weshalb sich das Ansprechverhalten der Abgasrückführung
verbessert. Die Brennkraftmaschine verfügt somit über eine Abgasrückführung mit verbessertem
Ansprechverhalten und damit über ein grundsätzlich verbessertes instationäres Betriebsverhalten.
[0076] Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen die Leitung zur Rückführung von
Abgas von einer Teilabgasleitung abzweigt. Würde die Rückführleitung von der Abgasleitung
einer einzelnen Auslaßöffnung abzweigen, wäre ein deutlich ausgeprägteres Rückströmen
der aus den anderen Auslaßöffnungen abgeführten Abgasanteile erforderlich, was sich
aber nicht realisieren läßt, so dass hohe Rückführraten nicht realisiert werden könnten.
Zudem wäre eine starke Pulsation zu beobachten.
[0077] Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die Leitung zur Rückführung
von Abgas von der Gesamtabgasleitung abzweigt.
[0078] Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Rückführleitung unter Ausbildung
eines trichterförmigen Eintrittsbereichs an den Krümmer anschließt, was das Einströmen
des Abgases in die Rückführleitung erleichtert.
[0079] Die Rückführleitung kann - abhängig vom vorliegenden Einzelfall - teilweise oder
vollständig mittels spanabhebender Fertigungsverfahren in den Zylinderkopfrohling
eingebracht werden.
[0080] Die Rückführleitung kann auch bereits beim Gießen des Zylinderkopfrohlings teilweise
oder vollständig ausgebildet werden, was durch Einbringen eines einfachen, nach außen
offenen und daher leicht entfernbaren Kerns erfolgen kann.
[0081] Vorteilhaft sind - auch aus den zuvor genannten Erwägungen - Ausführungsformen der
Kombination, bei denen die Leitung zur Rückführung von Abgas geradlinig verläuft.
Die geradlinige Ausbildung der Rückführleitung vereinfacht die Herstellung der Leitung
erheblich. Eine geradlinige Rückführleitung kann beispielsweise in einfacher Weise
mittels Bohren von außen ausgebildet werden.
[0082] Zudem kann ein geradliniger Verlauf dazu dienen, die Länge der Rückführleitung zu
verkürzen und damit das Volumen der Leitung und die Kerbwirkung auf den Zylinderkopf
zu verkleinern.
[0083] Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Kombination, bei denen die Leitung zur Rückführung
von Abgas außenliegend an den integrierten Abgaskrümmer anschließt.
[0084] Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil der Zylinderkopf auf diese Weise nur
geringfügig durch das Einbringen d. h. die Integration der Rückführleitung geschwächt
bzw. beeinflußt wird. Insbesondere verkürzt sich die Länge der Rückführleitung. Eine
derartig verlaufende Rückführleitung schränkt zudem die Auslegung der Zylinderkopfkonstruktion
bezüglich anderer Erfordernisse bzw. Funktionen möglichst wenig ein.
[0085] Aus den gleichen Gründen sind auch bei Brennkraftmaschine mit drei und mehr Zylindern
Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen - bei Abgriff aus einer Teilabgasleitung
- die Leitung zur Rückführung von Abgas von der Teilabgasleitung eines außenliegenden
Zylinders abzweigt.
[0086] Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen, bei denen die Rückführleitung außerhalb
des Zylinderkopfes vom Abgaskrümmer bzw. der Gesamtabgasleitung abzweigt, beispielsweise
zur Ausbildung einer Niederdruck-AGR, bei der die Rückführleitung stromabwärts einer
im Abgassystem vorgesehenen Turbine abzweigt. Die Rückführleitung muß dabei mit dem
Abgasabführsystem verbunden werden, beispielsweise mittels einer Flanschverbindung.
Die Verbindungsstelle ist zum einen eine potentielle Leckagestelle für das unerwünschte
Austreten von Abgasen, was hohe Anforderungen an die Dichtung impliziert. Zum anderen
ist diese Verbindung durch die heißen Abgase thermisch hochbelastet, so dass an die
Ausführung der Verbindung hohe Anforderungen zu stellen sind.
[0087] Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen, bei denen stromaufwärts des Gehäuses eine
Bypaßleitung von der Rückführleitung abzweigt, mit der das rückzuführende Abgas bei
Umgehung des Gehäuses in den Einlaßbereich der Brennkraftmaschine geleitet wird. Diese
Ausführungsform gestattet die Rückführung von heißen d. h. nicht gekühlten Abgasen,
was unter bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein kann.
[0088] Vorteilhaft ist die Verwendung einer Kombination nach einer der zuvor genannten Arten
insbesondere bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, da die Abgasrückführung und
die Aufladung häufig kombiniert eingesetzt werden.
[0089] Zudem ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine thermisch höher belastet als ein vergleichbarer
Saugmotor, weshalb der Zylinderkopf einer aufgeladenen Brennkraftmaschine in der Regel
mit einer Flüssigkeitskühlung bzw. einem Kühlmittelmantel hoher Kühlleistung ausgestattet
wird, der dann erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise auch zur Kühlung des rückzuführenden
Abgases verwendet werden kann.
[0090] Des Weiteren sind die Abgastemperaturen bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen höher,
so dass eine Kühlung des rückzuführenden Abgases insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen
erforderlich ist, um hohe Rückführraten zu realisieren.
[0091] Vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Kombination insbesondere bei
Brennkraftmaschinen, die mittels Abgasturboaufladung aufgeladen werden.
[0092] Bei diesen Brennkraftmaschinen wird die Turbine eines Abgasturboladers in der Gesamtabgasleitung
angeordnet, wodurch sich der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine und damit auch der
Abgasdruck im Krümmer erhöht, was wiederum das Einleiten der Abgasströme in die Rückführleitung
erleichtert bzw. verstärkt - vorausgesetzt die Rückführleitung zweigt stromaufwärts
der Turbine vom Krümmer bzw. der Gesamtabgasleitung ab. Auf diese Weise können hohe
Rückführraten realisiert werden.
[0093] Bei Entnahme des Abgases stromabwärts der Turbine im Rahmen einer Niederdruck-AGR
wird das rückzuführende Abgas stromaufwärts des dazugehörigen Verdichters in die Ansaugleitung
eingeleitet, wodurch beim Durchströmen des Verdichters eine gute Durchmischung der
angesaugten Frischluft mit dem rückgeführten Abgas erfolgt, was insbesondere bei hohen
Rückführraten vorteilhaft ist zur Ausbildung einer homogenen Zylinderfrischladung.
[0094] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren
1 bis 4 und 5a, 5b und 5c näher beschrieben. Hierbei zeigt:
- Fig. 1
- in einer perspektivischen Darstellung den Zylinderkopf einer ersten Ausführungsform
der Kombination mit Blick auf die Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes,
- Fig. 2
- in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des in Figur 1 gezeigten Zylinderkopfes
mit Blick auf die Montage-Stirnseite des Zylinderkopfes und das offen ausgebildete
im Zylinderkopf integrierte Gehäusesegment,
- Fig. 3
- in einer perspektivischen Darstellung den in Figur 1 gezeigten Zylinderkopf teilweise
geschnitten,
- Fig. 4
- in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der Kombination in
einer Seitenansicht,
- Fig. 5a
- in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des Zylinderkopfes einer dritten
Ausführungsform der Kombination mit Blick auf das offen ausgebildete im Zylinderkopf
integrierte Gehäusesegment und einem Steuerorgan in einer ersten Position,
- Fig. 5b
- in einer perspektivischen Darstellung den in Figur 5a gezeigten Zylinderkopf der Kombination
mit dem Steuerorgan in einer zweiten Position, und
- Fig. 5c
- in einer perspektivischen Darstellung den in Figur 5a gezeigten Zylinderkopf der Kombination
mit dem Steuerorgan in einer dritten Position.
[0095] Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Zylinderkopf 2 einer ersten
Ausführungsform der Kombination mit Blick auf die Montage-Stirnseite 8 des Zylinderkopfes
2.
[0096] Dargestellt ist der Zylinderkopf 2 eines Vier-Zylinder-Reihenmotors. Jeder der vier
Zylinder 7 ist mit zwei Einlaßöffnungen 22 und zwei Auslaßöffnungen 21 ausgestattet,
wobei sich an jede Auslaßöffnung 21 eine Abgasleitung zum Abführen der Abgase anschließt.
Die Abgasleitungen führen innerhalb des Zylinderkopfes 2 unter Ausbildung eines Abgaskrümmers
4 zu einer Gesamtabgasleitung 16 zusammen. Der in Figur 1 dargestellte Zylinderkopf
2 verfügt somit über einen vollständig integrierten Abgaskrümmer 4.
[0097] Es ist ein Gehäuse 5 vorgesehen, welches zur Kühlung von rückzuführendem Abgas dient
und ein integral mit dem Zylinderkopf 2 ausgebildetes Gehäusesegment 9, 9a umfaßt,
welches eine Öffnung 10 aufweist, die im Rahmen der Montage mittels eines Deckels
zur Ausbildung des vollständigen Gehäuses 5 verschlossen wird.
[0098] Das Gehäuse 5 bzw. Gehäusesegment 9, 9a ist - beabstandet zu den Zylindern 7 - auf
der Seite der Zylinder 7 angeordnet, die dem Abgaskrümmer 4 zugewandt ist, d. h. auf
der Abgasseite, und dort unterhalb eines vom Krümmer 4 ausgebildeten balkonartigen
Vorsprungs d. h. auf der Seite des Abgaskrümmers 4, die der Montage-Stirnseite 8 zugewandt
ist.
[0099] Die Stirnseite 11 der Gehäuseöffnung 10 liegt mit der Montage-Stirnseite 8 in einer
Ebene. Diese Ausführung der Öffnung 10 ermöglicht die Bearbeitung der Montage-Stirnseite
8 des Kopfes 2 und der Stirnseite 11 der Öffnung 10 in einem Arbeitsgang und eine
vorteilhafte Abdichtung des Gehäuses 5 mittels einer erweiterter Zylinderkopfdichtung.
[0100] In Figur 1 ebenfalls zu erkennen ist das Steuerorgan 17, mit welchem die Menge an
rückzuführendem Abgas eingestellt wird. Vorliegend ist das Steuerorgan 17 als verschwenkbare
Klappe ausgebildet und stromaufwärts des Gehäuses 5 angeordnet, wobei die Klappe in
der dargestellten Position den Eintritt für das Abgas in das Gehäuse 5 verschließt.
Nach Durchströmen des Gehäuses 5 tritt das rückzuführende und gekühlte Abgas durch
einen Austritt 20 aus dem Gehäuse 5 wieder aus.
[0101] Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des in Figur
1 gezeigten Zylinderkopfes 2 mit Blick auf die Montage-Stirnseite 8 des Zylinderkopfes
2 und das offen ausgebildete im Zylinderkopf 2 integrierte Gehäusesegment 9, 9a.
[0102] Es soll nur ergänzend zu Figur 1 ausgeführt werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen
wird auf die Beschreibung der Figur 1. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen
verwendet.
[0103] Wie aus Figur 2 ersichtlich, gestattet ein offen ausgebildetes Gehäusesegment 9,
9a die Anordnung von Kühlrippen 6 im Inneren des Gehäuses 5, wodurch der Wärmeübergang
und damit die Kühlleistung des als AGR-Kühler dienenden Gehäuses 5 erhöht werden.
Die Rippen 6 stehen von den das Gehäuse 5 begrenzenden Wandungen hervor und zwar vorliegend
von der Wandung des Gehäuses 5, die dem Abgaskrümmer 4 und damit dem zwischen Krümmer
4 und Gehäuse 5 angeordneten unteren Kühlmittelmantel (nicht dargestellt - siehe Figur
3) zugewandt ist. Die Hauptströmungsrichtung des rückzuführenden Abgases erstreckt
sich in Richtung der Längsachse des Zylinderkopfes 2.
[0104] Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den in Figur 1 gezeigten Zylinderkopf
2 teilweise geschnitten, so dass der Aufbau des Abgaskrümmers 4, die integrierte AGR-Abgriffstelle
sowie die Rückführleitung 18 zu erkennen sind.
[0105] Es soll nur ergänzend zu den Figuren 1 und 2 ausgeführt werden, weshalb im Übrigen
Bezug genommen wird auf die Beschreibung der Figuren 1 und 2. Für dieselben Bauteile
wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
[0106] Wie aus Figur 3 ersichtlich, führen die Abgasleitungen jedes Zylinders zunächst zu
einer dem Zylinder zugehörigen Teilabgasleitung 15 zusammen, bevor die vier Teilabgasleitungen
15 der vier Zylinder zu einer gemeinsamen Gesamtabgasleitung zusammenführen.
[0107] Zur Rückführung von Abgas ist in den Zylinderkopf 2 eine Leitung 18 integriert, die
von dem im Zylinderkopf 2 integrierten Abgaskrümmer 4 abzweigt. Bei der in Figur 3
dargestellten Ausführungsform zweigt die Rückführleitung 18 von einer Teilabgasleitung
15 des Krümmers 4 ab und zwar von der Teilabgasleitung 15 eines außenliegenden Zylinders.
[0108] Die Rückführleitung 18 verläuft geradlinig und schließt unter Ausbildung eines trichterförmigen
Eintrittsbereichs an die Teilabgasleitung 15 an. Dabei nimmt der Durchmesser der Rückführleitung
18 an der Verbindungsstelle in Richtung Teilabgasleitung 15 zu. Das Einströmen von
Abgas wird dadurch vereinfacht.
[0109] Ausgehend von der Teilabgasleitung 15 führt die Rückführleitung 18 in das Gehäuse
5 bzw. das Gehäusesegment 9, 9a. Die Leitung 18 kann infolge des offen ausgebildeten
Gehäusesegmentes 9, 9a mittels Bohren von außen eingebracht werden.
[0110] Die als Steuerorgan 17 dienende Klappe ist am Übergang von Rückführleitung 18 und
Gehäuse 5 angeordnet und versperrt in der dargestellten Position den Eintritt 19 in
das Gehäuse 5.
[0111] Der Zylinderkopf 2 ist mit einem Kühlmittelmantel 12 ausgestattet, der einen unteren
Kühlmittelmantel 14, der zwischen den Abgasleitungen 15 des Krümmers 4 und der Montage-Stirnseite
8 des Zylinderkopfes 2 angeordnet ist, und einen oberen Kühlmittelmantel 13, der auf
der dem unteren Kühlmittelmantel 14 gegenüberliegenden Seite der Abgasleitungen 15
d. h. des Krümmers 4 angeordnet ist, aufweist, wobei diese beiden Kühlmittelmäntel
13, 14 vorzugsweise mittels Durchgängen miteinander verbunden sind (nicht ersichtlich).
[0112] Der untere Kühlmittelmantel 12, 14 befindet sich damit zwischen dem Abgaskrümmer
4 und dem Gehäuse 5, was vorteilhaft im Hinblick auf die gleichzeitige Kühlung des
Abgases sowohl im Krümmer 4 als auch im Gehäuse 5 ist.
[0113] Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform der
Kombination 1 in einer Seitenansicht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das
Gehäuse 5 teilweise im Zylinderkopf 2 und teilweise im Zylinderblock 3 integriert.
Dies gestattet die Ausbildung eines AGR-Kühlers hoher Kühlleistung mit einem entsprechend
groß dimensionierten Gehäuse 5.
[0114] Das Gehäuse 5 ist wieder auf der Seite der Zylinder angeordnet, die dem Abgaskrümmer
4 zugewandt ist. Das Gehäuse 5 umfaßt ein integral mit dem Zylinderkopf 2 ausgebildetes
Gehäusesegment 9, 9a, welches zur Montage-Stirnseite hin offen ist, und ein integral
mit dem Zylinderblock 3 ausgebildetes Gehäusesegment 9, 9b, welches zur Montage-Stirnseite
hin offen ist, wobei die beiden Gehäusesegmente 9a, 9b zueinander korrespondieren
und im montierten Zustand der Kombination 1 das Gehäuse 5 ausbilden.
[0115] Die Figuren 5a, 5b, 5c zeigen in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt
des Zylinderkopfes 2 einer dritten Ausführungsform der Kombination mit Blick auf das
offen ausgebildete im Zylinderkopf 2 integrierte Gehäusesegment 9, 9a und einem Steuerorgan
17 in verschiedenen Positionen.
[0116] Es sollen nur die Unterschiede zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform erörtert
werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf die Beschreibung der Figuren 1
und 2. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
[0117] Im Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform wird vorliegend ein
Schieber 23 als Steuerorgan 17 verwendet, der einen Kolben 25 umfaßt, welcher am Ende
einer translatorisch verschiebbaren Stange angeordnet ist. Der Schieber 23 dient nicht
nur der Einstellung der Rückführrate, sondern kann darüber hinaus eine Bypaßleitung
24, die stromaufwärts des Gehäuses 5 von der Rückführleitung 18 abzweigt, freigeben
bzw. verschließen. Dabei kann der Schieber 23 vier Arbeitspositionen einnehmen, die
im Folgenden kurz beschrieben und erläutert werden.
[0118] Figur 5a zeigt den Schieber 23 in einer ersten Position, in der die Rückführleitung
18 freigegeben und die Bypaßleitung 24 verschlossen ist. Das gesamte rückzuführende
Abgas durchströmt in dieser Position des Schiebers 23 das Gehäuse 5 und wird gekühlt.
[0119] Figur 5b zeigt den Schieber 23 in einer zweiten Position, in der die Rückführleitung
18 verschlossen ist. In dieser Position des Schiebers 23 wird kein Abgas zurückgeführt.
[0120] Figur 5c zeigt den Schieber 23 in einer dritten Position, in der sowohl die Rückführleitung
18 als auch die Bypaßleitung 24 freigegeben sind. In dieser Position des Schiebers
23 wird das gesamte rückzuführende Abgas ungekühlt unter Umgehung des Gehäuses 5 in
den Einlaßbereich der Brennkraftmaschine zurückgeführt.
[0121] In einer vierten - nicht dargestellten - Position des Schiebers, werden sowohl die
Rückführleitung als auch die Bypaßleitung freigegeben und dem rückzuführenden Abgas
gleichzeitig der Eintritt 19 in das Gehäuse eröffnet. Hierfür wäre lediglich die Führung
für den Schieber auf Seiten der Bypaßleitung zu verlängern, so dass der Kolben des
Schiebers in der vierten Arbeitsposition rechts von der geöffneten Bypaßleitung zu
liegen käme.
Bezugszeichen
[0122]
- 1
- Kombination
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Zylinderblock
- 4
- Abgaskrümmer
- 5
- Gehäuse
- 6
- Kühlrippe
- 7
- Zylinder
- 8
- Montage-Stirnseite
- 9
- Gehäusesegment
- 9a
- integral mit dem Zylinderkopf ausgebildetes Gehäusesegment
- 9b
- integral mit dem Zylinderblock ausgebildetes Gehäusesegment
- 10
- Gehäuseöffnung
- 11
- Stirnseite der Gehäuseöffnung
- 12
- Kühlmittelmantel
- 13
- oberer Kühlmittelmantel
- 14
- unterer Kühlmittelmantel
- 15
- Teilabgasleitung
- 16
- Gesamtabgasleitung
- 17
- Steuerorgan
- 18
- Leitung zur Rückführung von Abgas, Rückführleitung
- 19
- Eintritt in das Gehäuse
- 20
- Austritt aus dem Gehäuse
- 21
- Auslaßöffnung
- 22
- Einlaßöffnung
- 23
- Schieber
- 24
- Bypaßleitung
- 25
- Kolben
1. Kombination (1) mit Zylinderkopf (2) und Zylinderblock (3) und einem zumindest teilweise
im Zylinderkopf (2) integrierten Kühlmittelmantel (12) für eine Brennkraftmaschine
mit mindestens zwei Zylindern (7), bei der
- der Zylinderkopf (2) an einer Montage-Stirnseite (8) mit dem Zylinderblock (3) verbindbar
ist,
- jeder Zylinder (7) mindestens eine Auslaßöffnung (21) zum Abführen der Abgase aus
dem Zylinder (7) aufweist,
- sich an jede Auslaßöffnung (21) eine Abgasleitung anschließt,
- die Abgasleitungen von mindestens zwei Zylindern (7) unter Ausbildung eines zumindest
teilweise im Zylinderkopf (2) integrierten Abgaskrümmers (4) zu einer Gesamtabgasleitung
(16) zusammenführen, und
- ein von Abgas durchströmbares Gehäuse (5) vorgesehen ist, welches zur Kühlung von
rückzuführendem Abgas dient,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Gehäuse (5) zumindest teilweise integral mit der Kombination (1) ausgebildet
ist, so dass zumindest Teile des Gehäuses (5) und die Kombination (1) ein monolithisches
Bauteil bilden.
2. Kombination (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) zumindest teilweise integral mit dem Zylinderkopf (2) ausgebildet
ist, so dass zumindest Teile des Gehäuses (5) und der Zylinderkopf (2) ein monolithisches
Bauteil bilden.
3. Kombination (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) beabstandet zu den mindestens zwei Zylindern (7) auf der dem Abgaskrümmer
(4) zugewandten Seite angeordnet ist.
4. Kombination (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) auf der Seite des Abgaskrümmers (4) angeordnet ist, die von der Montage-Stirnseite
(8) abgewandt ist.
5. Kombination (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) auf der Seite des Abgaskrümmers (4) angeordnet ist, die der Montage-Stirnseite
(8) zugewandt ist.
6. Kombination (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelmantel (12) sich auch zwischen dem Gehäuse (5) und dem zumindest teilweise
integrierten Abgaskrümmer (4) erstreckt.
7. Kombination (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) ein integral mit dem Zylinderkopf (2) ausgebildetes Gehäusesegment
(9, 9a) umfaßt, welches eine Öffnung (10) aufweist, die mittels eines Deckels zur
Ausbildung des Gehäuses (5) abgedeckt ist.
8. Kombination (1) nach Anspruch 7, bei der das Gehäuse (5) auf der Seite des Abgaskrümmers
(4) angeordnet ist, die der Montage-Stirnseite (8) zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (11) der Öffnung (10) mit der Montage-Stirnseite (8) in einer Ebene
liegt.
9. Kombination (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) vollständig in die Kombination (1) integriert ist in der Art, dass
das Gehäuse (5) teilweise integral mit dem Zylinderkopf (2) und teilweise integral
mit dem Zylinderblock (3) ausgebildet ist.
10. Kombination (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) sowohl ein integral mit dem Zylinderkopf (2) ausgebildetes Gehäusesegment
(9a) umfaßt, welches zur Montage-Stirnseite (8) hin offen ist, als auch ein integral
mit dem Zylinderblock (3) ausgebildetes Gehäusesegment (9b), welches zur Montage-Stirnseite
(8) hin offen ist, wobei die beiden Gehäusesegmente (9a, 9b) zueinander korrespondieren
und im montierten Zustand der Kombination (1) das Gehäuse (5) ausbilden.
11. Kombination (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (5) mindestens eine Rippe (6) angeordnet ist, die von den
das Gehäuse (5) begrenzenden Wandungen hervorsteht.
12. Verwendung einer Kombination (1) nach einem der vorherigen Ansprüche für eine aufgeladene
Brennkraftmaschine.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mittels Abgasturbolaufladung aufgeladen wird.