专利名称：发动机冷却系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发动机冷却系统。
背景技术：
内燃发动机的排气歧管可被暴露至高热负荷。由于集成设计的传热特性，并入汽缸盖(IEM汽缸盖)的排气歧管将经受特别高的热负荷。例如，IEM汽缸盖可将排气引至单个排气出口，在车辆运行过程中，排气出口将经受高热负荷。通过将冷却套并入汽缸盖能够降低集成排气歧管和邻近组件的热负荷。含有形成其中的冷却剂核心的冷却套能够降低汽缸盖上的热应力，所述热应力是由发动机运行过程中所产生的热引起。例如，在US7367294中公开了具有集成排气歧管的汽缸盖。上部和下部冷却套包含汽缸盖的主要部分，从而通过与循环的冷却液的热交换，移除汽缸盖的热。然而，此处发明者已认识到上述方法的问题。在一个例子中，排气未被充分冷却。在此种情况下，在接近排气通道的汽缸盖区域，特别是在接近单个排气口的区域中的汽缸盖温度将会增加。结果，汽缸盖和/或其他汽缸组件热衰退过快。进一步地，下游发动机或者车辆组件，例如涡轮增压器和/或排放控制系统，将被热衰退。在另一个例子中，共用单个排气通道可增加汽缸之间的流量或者压力脉动连通。在汽缸的重叠脉冲过程中，一个或更多汽缸可接收由另一个汽缸排放的高压排气，因此发动机效率将降低。
实用新型内容因此，在此描述了用于解决上述问题的不同例子系统和方法。在一个例子中，发动机冷却系统包含汽缸盖，其中汽缸盖包括将排气引导至排气口的集成排气歧管、环绕排气歧管的冷却剂通道、以及用于将排气引导至排气口的排气通道组，排气通道组包括至少一个钻孔，其被设置在连接排气通道组的排气通道的材料内，至少一个钻孔流体耦合至冷却剂通道。排气通道组还包含设置在所述排气通道之间的材料内的第二钻孔。进一步地，排气通道组可包含耦合至第一汽缸的第一排气流道、耦合至第二汽缸和第三汽缸的第二合并排气流道、以及耦合至第四汽缸的第三排气流道，并且其中所述汽缸的点火顺序依次是:所述第一汽缸，所述第三汽缸，所述第四汽缸，所述第二汽缸。此外，汽缸盖可包括温度传感器，其被设置在排气口上方的汽缸盖的顶壁内。在另一个实施例中，发动机冷却系统还包含温度传感器，其被放置在冷却剂通道的上部壁内；其中温度传感器被设置在竖直壁内，所述竖直壁延伸至上部冷却剂核心，并且被上部冷却剂核心包围；其中温度传感器经配置将温度信号发送至控制器，当温度在阈值以上时，控制器经配置将过温指示发送给驾驶员。以这种方法，冷却系统可为发动机至少部分提供过热保护，同时降低汽缸间的连通。例如，在排气流道之间可提供冷却剂流。结果，可向排气面提供较大的冷却表面积，用于与冷却液热交换。进一步地，高压排气脉冲可被分开，并且因此可改善发动机性能。因此，排气和汽缸盖组件温度可被降低。此外，排气冷却可降低下游组件的热衰退，例如涡轮增压机和/或排放控制系统。进一步地，温度传感器可将温度信号发送至车辆的控制器，以便控制器可将早期的过温信号发送至车辆的驾驶员。一旦接收到早期的过温信号，驾驶员在热衰退发生之前可停止车辆。因此，当运用上述汽缸盖时，能够改善发动机、涡轮增压机、和排放控制系统的性能和寿命。在另一个实施例中，提供了发动机汽缸盖。发动机汽缸盖包含:汽缸盖，其包括集成排气歧管，所述排气歧管将多个汽缸排气出口引导至排气排出口，其中排气出口包含排气通道组；上部冷却套和下部冷却套，其环绕排气歧管；以及温度传感器，其被放置在排气排出口上方，并且被上部冷却套通道包围。在另一个实施例中，排气通道组包含第一排气流道、第二排气流道、以及第三排气流道，其中当包括该发动机汽缸盖的车辆处于行驶表面上时，第二排气流道在第一排气流道和第三排气流道上方，第一排气流道、第二排气流道、以及第三排气流道相对于排气排出口的竖直中心线对称配置。在另一个实施例中，发动机汽缸盖还包含第一钻孔，其被设置在第一排气流道和第二排气流道之间，以及第二钻孔，其被设置在第二排气流道和第三排气流道之间。 在另一个实施例中，第一钻孔和第二钻孔中的每个均包含开口和中间部分，中间部分设置在排气通道组的排气流道之间的材料内，使用管塞密封开口 ；其中中间部分的第一端与上部冷却套的上部冷却剂核心流体连通，并且中间部分的第二端与下部冷却套的下部冷却剂核心流体连通。在另一个实施例中，发动机系统包含:用于燃料和空气燃烧的多个汽缸，多个汽缸包括第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸、以及第四汽缸；以及包括集成排气歧管(IEM)的汽缸盖，其中排气歧管耦合至多个汽缸，用于将排气引导至排气出口，汽缸盖包含环绕IEM的冷却剂通道，所述冷却剂通道包含上部冷却剂核心和下部冷却剂核心、温度传感器，其被放置在冷却剂通道的上部壁内，温度传感器被设置在竖直壁内，竖直壁延伸至上部冷却剂核心，并且被上部冷却剂核心包围，温度传感器经配置将温度信号发送至控制器，当温度在阈值以上时，控制器经配置将过温指示发送给驾驶员；排气通道组，其用于将排气引导至排气口，排气通道组包含多个排气流道，其通过三个排气流道之间的材料连接，多个排气流道包括耦合至第一汽缸的第一排气流道、耦合至第二汽缸和第三汽缸的第二合并排气流道、以及耦合至第四汽缸的第三排气流道，第二合并排气流道被设置在第一排气流道和第三排气流道上方，并且第一排气流道、第二合并排气流道、以及第三排气流道在排气出口的竖直中心线周围对称布置，排气出口还被I禹合至润轮颈部(turbo neck);以及至少一个钻孔,其被设置在排气通道组内的排气通道之间的材料内，至少一个钻孔流体耦合至冷却剂通道，至少一个钻孔包含第一钻孔和第二钻孔，第一钻孔向下成角并且被设置在第一排气流道和第二排气流道之间，以及第二钻孔向下成角并且被设置在第二排气流道和第三排气流道之间，其中所述第一钻孔和所述第二钻孔在所述冷却剂通道内相交成100-150度角。第一钻孔和第二钻孔中的每个均包括开口和中间部分，开口处于汽缸盖的顶部表面，并且中间部分设置在排气通道之间的材料内，中间部分的第一端与上部冷却剂核心流体连通，并且第二端与下部冷却剂核心流体连通，第一端与第二端相反，开口通过设置在开口内的管塞密封。应理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍所选概念，其将在详细说明中被进一步说明。这并不意味着指出要求保护的主题的关键或本质特征，其范围仅由权利要求限定。此外，要求保护的主题不限制于解决上述或在本实用新型中任何部分指出的任何缺点的实施方式。
图1示出内燃发动机的示意图。图1示出可被包括在图1所示内燃发动机内的汽缸盖和相关冷却系统的示意图。图2示出示例性集成燃料汽缸盖的透视图，其中汽缸盖包括排气口中的一组排气通道。图3示出图2所示汽缸盖的排气口的更为详细的侧视图。图4示出图2和图3所示排气通道组的排气通道路径。图5示出图3所示排气口的透视图。图6示出排气通道组沿图2所示6-6，轴线的横截面图。图7示出温度传感器沿图2所示7-7，轴线的横截面图。图8示出图2所示的集成燃料汽缸盖的排气通道组和冷却剂核心的透视图。图9示出冷却剂核心和排气通道组的前视图，其示出在排气通道组内的排气通道之间的冷却剂通道。图10示出排气通道组的两个可替换透视图，其中排气通道组耦合至排气口处的单涡管涡轮颈部。图11示出排气通道组的两个可替换透视图，其中排气通道组耦合至排气口处的分叉的单涡管涡轮颈部。图12示出排气通道组的两个可替换透视图，其中排气通道组耦合至排气口处的双涡管涡轮颈部。图2-12大约按比例绘制。
具体实施方式
在此描述带有集成排气歧管(IEM汽缸盖)的汽缸盖。IEM汽缸盖包括一组排气出口通道和与冷却剂入口和冷却剂出口连通的冷却剂通道。排气通道组可包括一个或更多钻孔，其被设置在连接和分开排气通道组内每个排气通道的材料内。一个或更多钻孔可与冷却剂通道连通。冷却剂入口和出口可与汽缸盖冷却系统连通。汽缸盖冷却系统可经配置使冷却剂流经汽缸盖里的冷却剂通道和排气通道组里的钻孔，以便冷却液可通过排气通道组的壁循环，接近排气面。按这种方法，可向排气通道组提供被改善的冷却。另外，排气冷却可减少下游组件的过温状况，例如涡轮增压器和/或排放控制系统。按这样的方法，集成排气歧管下游的排气通道组和组件上的热应力和热衰退可被降低，从而增加发动机组件的寿命O图1分别包括示例内燃发动机和示例集成汽缸盖的示意图。如图2所示，集成燃料汽缸盖包括包含排气通道组的排气口。图3示出图2所示排气口的更为详细的视图。图4示出限定多个排气通道的排气流道，其被耦合至第一端的排气口，并且被耦合至第二，相反端的排气门。图5示出排气口的透视图，其示出钻孔开口和温度传感器部位。图6和图7分别示出排气通道组的钻孔和温度传感器的横截面。图8和图9示出夹在排气通道之间的上部冷却剂核心和下部冷却剂核心。图10-12示出耦合至排气口的涡轮颈部的可替换实施例。图2-12示出当车辆处于行驶表面时，例如道路，定向IEM汽缸盖组件，其中当IEM汽缸盖被安装至车辆发动机时，放置汽缸盖组件。图2-12大约按比例绘制。图1示出发动机的汽缸盖冷却系统200的示意图。冷却系统可经配置移除发动机的热。控制器12可经配置通过冷却剂回路250调节从发动机中移除的热量。按这种方法，可调节发动机温度，这允许增加燃烧效率的同时也降低发动机上的热应力。冷却系统200包括冷却剂回路250，其途经汽缸体252的一个或更多汽缸体冷却剂通道251。水或者另一种适合的冷却剂可被用作冷却剂回路里的工作流体。汽缸体可包括一个或更多燃烧室部分。应明白，冷却剂回路可途经邻接燃烧室的部分。按这种方法，在发动机运行过程中产生的余热可被传导至冷却剂回路。汽缸盖253可被耦合至汽缸体，从而形成汽缸总成。当被装配后，汽缸总成可包括多个燃烧室。汽缸盖冷却系统还包括上部冷却套254和下部冷却套256。排气歧管48被设置在上部冷却套254和下部冷却套256之间。应明白，上部和下部冷却套被并入汽缸盖中。上部冷却套包括多个冷却剂通道258。同样地，下部冷却套包括多个冷却剂通道260。如图所示，上部冷却套包括冷却剂入口 262，并且下部冷却套包括冷却剂入口 264。然而，应明白，在其他实施例中，上和/或下冷却套可包括多个入口。例如，上部冷却套可包括单个入口，并且下部冷却套可包括多个入口。应明白，在一些实施例中，上部和下部冷却套入口可被耦合至汽缸体内的公用冷却剂通道。按这种方法，上部和下部冷却套通过其各个入口从公用源接收冷却剂，其中公用源被包括在发动机的发动机缸体内。然而，在其他实施例中，上部和下部冷却套的入口可被耦合至汽缸体内的分开的冷却剂通道。第一交叉冷却剂通道组266可将上部冷却套254流体耦合至下部冷却套256。类似地，第二交叉冷却剂通道组268可将上部冷却套流体耦合至下部冷却套。包括在第一交叉冷却剂通道组里的每个交叉冷却剂通道可包括节流件270。同样地，包括在第二交叉冷却剂通道组里的每个交叉冷却剂通道可包括节流件271。在构造汽缸盖253的过程中，可调准节流件的不同特性(例如，尺寸、形状等等)。因此，包括在第一交叉冷却剂通道组里的节流件270在尺寸、形状等方面可与包括在第二交叉冷却剂通道组里的节流件271不同。按这种方法，可为各种发动机调整汽缸盖，从而增加汽缸盖的适用性。虽然在第一和第二交叉冷却剂通道组示出两个交叉冷却剂通道，但是在其他实施例中，包括在第一和第二交叉冷却剂通道组里的交叉冷却剂通道数量可以被改变。交叉冷却剂通道允许冷却剂在不同点处的冷却套之间行进，其中这些点位于上部和下部冷却套的入口和出口之间。按这样的方法，冷却剂可按照复杂的流动模式行进，其中冷却剂在上部和下部套之间、套中间以及套内的不同其他位置移动。混合的流动模式降低了发动机运行过程中的汽缸盖内的温度变化，同时增加可从汽缸盖中移除的热能量，从而改善发动机性能。上部冷却套包括出口 276。出口 276可包括节流件277。此外，下部冷却套包括出口 278。应明白，在其他实施例中，出口 278可还包括节流件。上部和下部冷却套的出口可组合并且可流体连通。那么冷却剂回路可途经一个或更多包括在散热器282内的散热器冷却通道280。散热器能够使热从冷却剂回路传导至周围空气。按这种方法，可从冷却剂回路中移除热。在冷却剂回路中可还包括冷却剂泵284。恒温器286可被放置在上部冷却套的出口 276处。恒温器288可还被放置在一个或更多汽缸体252的冷却剂通道251的入口处。在其他实施例中，附加的恒温器可被放置在冷却剂回路内的其他部位，例如散热器内的一个或更多冷却剂通道的入口或者出口、下部冷却套的入口或者出口、上部冷却套的入口等等。基于温度，恒温器可被用于调节流经冷却剂回路的流量。在一些例子中，可通过控制器12控制恒温器。然而，在其他例子中，可无源地操作恒温器。进一步地，上部冷却套254包括与控制器12通信的温度传感器296。应明白，控制器12可调节由冷却剂泵284提供的头压力量，从而调整经过回路的冷却剂的流动速率，并因此调整从发动机中移除的热量。此外，在一些例子中，控制器12可经配置通过恒温器286动态地调整经过上部冷却套的冷却剂流量。特别地，当发动机温度低于阈值时，可减小经过上部冷却套的冷却剂流动速率。按这种方法，可减少冷启动过程中的发动机预热的持续时间，从而增加燃烧效率并且减少排放物。应明白，图1示意性示出系统和组件，并不是要示出组件的相对位置。通过冷却剂回路和冷却套冷却排气歧管和发动机排气，可防止排气歧管和下游发动组件热衰退，例如由于温度梯度导致的变形和/或由于过温条件导致的衰退。在一个特定例子中，通过冷却剂泵循环冷却液。按这种方法，可围绕排气歧管循环冷却剂，从而能够使热从排气歧管中被移除。因此，汽缸盖排气歧管以及邻近组件上的热应力可被降低，从而增加组件寿命。散热器能够使热从冷却剂回路传导至周围空气。按这种方法，可移除冷却剂回路中的热。然而，冷却系统可出现问题。在一个例子中，如果发动机温度高，冷却系统无法为排气和汽缸盖组件提供充足的冷却。在该例子中，冷却套壁可能不具有通过冷却套壁在排气和冷却剂之间提供充足的热交换的足够大的表面积。因为随着排气离开IEM汽缸盖，受热的发动机排气集中，在车辆的所选工况下，环绕排气通道的材料将经受高热。如上所述，在正常工况下，经过上部冷却套壁与冷却液的热交换缓解高温并且阻止对发动机组件的损坏。如果发动机温度高，因为不足的热传导，将出现排气高温，并因此将出现热衰退。为了至少部分地减少这种衰退，冷却系统200可被耦合至至少一个钻孔272，其包括在排气通道组273里。排气通道组可包含多个连接的而又分开的排气通道，每个排气通道在第一端耦合至至少一个汽缸排气门，并在第二相反端耦合至排气排出口。至少一个钻孔272包括冷却剂入口 274和冷却剂出口 275。参考图4进一步讨论排气通道组和至少一个钻孔。冷却剂入口可被耦合至汽缸盖冷却系统里的较高压冷却剂通道，而冷却剂出口可被耦合至汽缸盖冷却系统里的较低压冷却剂通道。应明白，较高压冷却剂通道可被包括在上部或者下部冷却套内。同样地，较低压冷却剂通道可被包括在上部或者下部冷却套内。在一个特定例子中，较高压冷却剂通道被包括在下部冷却套内，而较低压冷却剂通道被包括在上部冷却套内。按这种方法，经过至少一个钻孔可循环冷却剂，从而使用车辆中现有的冷却系统能够使热从排气通道组中被移除。因此，应明白，当与使用独立冷却系统为排气系统提供冷却的其他系统比较时，可降低制造成本。另外，可降低汽缸盖排气通道组以及邻近组件上的热应力，从而增加发动机组件寿命。在此参考图2-6、8和9，更为详细的讨论排气通道组和排气歧管冷却剂通道。应明白，示意性示出图1所示系统和组件，并且不是要示出组件的相对位置。图2示出IEM汽缸盖253的透视图。如上所述，当车辆在行驶表面上时，例如道路，示出IEM汽缸盖253的取向为汽缸盖被安装至车辆的发动机。IEM汽缸盖可经配置连接至汽缸体(未示出)，其限定一个或更多燃烧室，该燃烧室具有在其中往复移动的活塞。IEM汽缸盖可由适合的材料例如铝来铸造。省略被装配的汽缸盖的其他组件。省略的组件包括凸轮轴、凸轮轴盖、进气和排气门、火花塞等等。如图所示，IEM汽缸盖253包括四个周边壁。壁分别包括第一和第二侧壁302和304。四个周边壁可还包括前端壁306和后端壁308。底壁312可经配置耦合至汽缸盖(未示出)，从而形成发动机燃烧室，如前面所述。顶壁316位于相对于底壁312的相反侧。IEM汽缸盖253包括排气口 320，由此耦合多个排气流道(图4所示)。排气流道可被耦合至每个燃烧室的排气门(示意性示出于图4)。按这种方法，排气歧管和排气流道可被并入汽缸盖铸造中。集成排气流道具有若干益处，例如降低发动机内的部件数量，从而降低整个发动机研制周期成本。此外，当运用集成排气歧管时，还可以降低存储和装配成本。汽缸盖还包括环绕排气口 320的排气歧管法兰273。温度传感器296位于顶壁316内的排气口 320上方。如图2和图3所示，法兰273包含三个开口，其适应于排气口 320的第一排气通道322、第二排气通道324、以及第三排气通道326。法兰还包括螺栓座310或者其他连接设备，其经配置连接至下游排气组件，例如排气导管或包括在涡轮增压器内的涡轮入口。按这种方法，涡轮增压器(未示出)可被直接安装至汽缸盖，其减少发动机内的损失。涡轮增压器可包括通过驱动轴耦合至压缩机的排气驱动涡轮。压缩机可经配置增加进气歧管内的压力。同样如图2和图3所示，温度传感器296位于接近脱气口 290的地方。温度传感器穿过排气口 320上方的上部冷却套内的孔410延伸。因此，温度传感器可测量集成汽缸盖“热区”内的温度。如图1所示，温度传感器296将温度信号发送至控制器12。控制器可使用该温度数据推断冷却系统的工况和/或性能，例如，冷却剂损失、泵不能工作、和/或系统阻塞。然后，控制器可将信号发送至驾驶员，其中如果温度比阈值要大，给出出现冷却系统衰退的早期指示。可替换地，或者附加地，控制器可调节发动机运行，例如燃料喷射量或火花正时，从而降低排气温度。如图4所示，排气通道322、324和326中的每一个都分别由排气流道522、524和526限定。排气流道522、524和526用于排气通道组500。排气通道组273中的每个通道还耦合至至少一个汽缸排气门。在本实施例中，排气流道522耦合至第一汽缸，排气流道524耦合至第二汽缸和第三汽缸，排气流道526耦合至第四汽缸。因此，可保护汽缸不经受其他汽缸的排气脉冲，由此改进发动机性能。在可替换实施例中，四个汽缸中每一个都可具有分开的排气流道，因此该排气通道组可包括四个排气通道。如图4所示的实施例中，排气流道522包括具有宽度为A的水平延伸部分552，排气流道524包括具有宽度为A的水平延伸部分556，其相对于水平延伸部分552在相反方向延伸。每个水平延伸部分552和水平延伸部分556均朝向汽缸盖中心向内弯曲。排气流道524包括具有宽度为C的竖直延伸部分554。竖直延伸部分从排气口 320顶部向下弯曲。在本实施例中，宽度A比宽度C要小。在一个具体例子中，该宽度A为37.2mm，宽度C为53.4mm。在可替换实施例中，水平延伸部分552和556可具有不同宽度。在另一个替换实施例中，宽度C可等于宽度B。排气流道522被耦合至第一汽缸502的一对排气门512。排气流道526被耦合至第四汽缸506的一对排气门516。每个排气流道522和526分别包括分裂部分532和536，其中排气流道的延伸部分被分裂为两个较小的管路。每个分裂部分532和536的管路具有宽度为B，并且分别被耦合至排气出口对532和536的一个排气出口。在本实施例中，宽度B比宽度A要小。在一个具体例子中，宽度B为25.8mm。进一步地，如图4所示，排气流道524被耦合至第二汽缸508的一对排气门518以及第三汽缸504的一对排气门514。为了耦合至两个不同汽缸的排气门对，排气流道524包括一级分裂部分540和二级分裂部分538和534。在一级分裂部分540处，竖直延伸部分554被分裂成具有宽度为D的两个中型管道。在二级分裂部分538和534中，每个中型管道还被分裂成具有宽度为B的两个较小管道。在本实施例中，宽度D比宽度C要小,并且宽度B比宽度D要小。进一步地，在本实施例中，宽度D比宽度A要大。在一个具体例子中，宽度D为46.0mm。在可替换实施例中，宽度C和宽度D可相等或者宽度D可比宽度C要大。在上述IEM汽缸盖配置中，其在第二和第三汽缸的排气口离开汽缸盖之前使其合并，同时维持第一和第四汽缸的分开出口。该配置可允许增加排气冷却，并且可提供高压排气脉冲分开，从而降低汽缸与汽缸之间的排气连通。每个排气流道都流体耦合在IEM内(即，合并成单个通道)的四缸发动机(例如直列式四缸发动机)可具有如下结构布局和点火顺序，即允许来自一个汽缸的排气诱发排气脉冲之间的交扰。例如，相邻汽缸可被顺序地点火，例如第一和第二汽缸。因此，来自一个汽缸的排气脉冲将被吹入处于循环过程中的气门重叠部分中的另一个汽缸，其允许不期望的、不受控制的热排气进入并且被聚集在汽缸内。进一步地，在为了发动机平衡需要点火顺序的直列式四缸发动机中，减轻了用于减小排气脉冲交扰的努力。由于增加的排气系统压力和较高的发动机输出要求，需要在加速发动机中减小交扰。结果，当在四缸发动机中使用1342的点火顺序时，可使用1-4汽缸排气口和/或2-3汽缸排气口配对。也就是说，来自第一和第四汽缸的排气将在排气歧管内一起流动，来自第二和第三汽缸的排气将在排气歧管里一起流动。在该配置中，排气口相连的汽缸可以360曲柄转角度间隔开点火。在一些实施例中，配置有IEM的发动机可包括具有凸耳的凸轮轴(例如，进气凸轮轴、排气凸轮轴)，其中凸耳经配置致动对应于不同汽缸的气门。对应于一组气门(例如，进气门和排气门)的连续凸耳可间隔90度。因此，当使用点火顺序1342时，与第一汽缸和第三汽缸有关的凸耳将间隔90度，与第三汽缸和第四汽缸有关的凸耳将间隔90度等等。然而，在其他实施例中可使用可替换的凸耳间隔。应明白，汽缸按连续顺序编号。因此，汽缸502为第一汽缸、汽缸508为第二汽缸、汽缸504为第三汽缸、以及汽缸506为第四汽缸，在图5中示出汽缸502、508、504、和506。这允许在下一个汽缸进入气门重叠期之前，排气脉冲有时间清除排气系统。进一步地，在另一个可替换实施例中，1243的点火顺序将需要相同的汽缸配对。在本实施例中，其中点火顺序同样为1-3-4-2，合并的排气流道经配置对称位于沿排气口的竖直中心线的其他排气流道上方，其中合并的排气流道耦合至第二汽缸和第三汽缸。在可替换实施例中，合并的排气流道可在其他排气流道下方和/或可不对称布置排气流道。进一步地，在另一个可替换实施例中，在具有替换数量的汽缸的发动机中，排气流道的连接和布置可取决于汽缸数量和发动机点火顺序。在这样的实施例中，基于曲柄转角，可配对排气流道，从而提供增加的排气脉冲间隔。在一些实施例中，为IEM里的流体耦合而配对的排气流道可被配置为使得在其他配对汽缸的重叠期中，不会出现一配对汽缸的排气脉冲。图5包括排气口 320的透视图。排气口 320的顶壁620包括在最顶部部分626处的温度传感器296。温度传感器296位于向内朝向IEM汽缸盖中心，离法兰273为距离E的地方。进一步地，温度传感器296的直径具有距离F。在本实施例中，距离F比距离E要大。在一个具体例子中，距离E为10.3mm，距离F为16.6mm。顶壁620还包括排气口 320相反侧上的成角(angled)部分622和624。成角部分622和624在汽缸盖253纵向方向上相互对准。成角部分622和624分别包括钻孔开口 602和604。应明白，在可替换实施例中，汽缸盖可包括更多或较少钻孔。钻孔开口 602和604位于向内朝向IEM，离法兰273距离为G的地方。进一步地，钻孔开口 602和604每个均具有距离为H的直径。在本实施例中，距离G比距离E和H要小。在一个具体例子中，距离G为4.8mm，距离H为6.0mm。在可替换实施例中，距离E可比距离G要大，以便钻孔比温度传感器位于更接近法兰的地方。图6示出沿图2所示6-6，轴线的排气通道组273的横截面。横截面视图示出包含排气通道组273的冷却剂核心700。冷却剂核心700包含具有多个冷却剂通道的上部冷却剂核心720和具有多个冷却剂通道的下部冷却剂核心710。上部冷却剂核心720被上部冷却套254包裹，且下部冷却剂核心710被下部冷却套256包裹。钻孔开口 602和604分别为钻孔702和704的开口。钻孔702和704朝向排气口 320的中心向内并且向下成角。钻孔相对于侧壁622和624顶部形成角度X。在一个具体例子中，角度X为90度。钻孔702和704均具有长度J，并且穿过上部冷却剂核心720的通道和连接排气通道组500的材料730，朝向彼此凸出。因为钻孔通过上部冷却剂核心，所以钻孔与上部冷却剂核心流体连通。进一步地，钻孔702和704在相交区域706处相交。钻孔相对彼此相交成角度Y。在一个具体例子中，角度Y为120度。相交区域706被设置在下部冷却剂核心710的通道内，并且因此与下部冷却剂核心连通。钻孔702和704包括连续的较小部分，其分别在开口 602和604处具有宽度H、在中间部分742和744处具有宽度K、以及在端部部分752和754具有宽度L。在本实施例中，宽度H比宽度K要大，并且宽度K比宽度L要大。在一个具体例子中，宽度K为7.5mm,并且宽度L为5.0mm。中间部分742和744的顶部开口 762和764分别通向上部冷却剂核心720的通道。分别由管塞712和714阻塞钻孔开口 602和604，例如球塞、铆钉塞和/或螺钉塞。管塞可由可压缩材料组成，例如铝、不锈钢或者钢。每个管塞的宽度可比宽度H要稍大，例如6.1mm0管塞712和714的底缘分别紧靠肩状物722和724。在钻孔开口 602和604与中间部分交叉的地方形成肩状物722和724，以便管塞经压缩在钻孔开口处形成气密封。在图6所示示例配置中，通过汽缸盖后期制作可钻孔。然后，可添加管塞以密封钻孔开口。在车辆的运行过程中，冷却液穿过钻孔可从下部冷却剂核心通道循环至上部冷却剂核心通道。因此，通过与冷却液的热交换可降低连接排气通道组的材料的温度。进一步地，通过与连接排气通道组的材料的热交换可降低途经排气通道的排气的温度。因为钻孔借助管塞而气密封，所以冷却液无法通过钻孔开口泄漏。因此，上述冷却系统可提供穿过下部冷却剂核心、钻孔、以及上部冷却剂核心的冷却液循环，从而冷却通过排气通道组的排气，并且可降低汽缸盖和下游组件热衰退的可能性。 图7示出沿图2的7-7，轴线的IEM汽缸盖253的横截面图。图7包括温度传感器296和其周围组件的更为详细的视图。在本实施例中，温度传感器包括连续的较窄部分810、812、814和816。部分810为温度传感器的顶部、最大部分，并且与顶壁620表面汇合。温度传感器机械孔在传感器尖端较窄，从而降低由用于安装传感器的金属座的尺寸造成的冷却剂接触和流量减少的影响。 温度传感器296放置在汽缸盖253的竖直壁830内。竖直壁830在上部核心720通道之间延伸，因此，温度传感器296被上部核心720包围。例如，因为直壁侧边与上部核心通道内的冷却液接触，所以温度传感器被上部核心包围，其中温度传感器放置在竖直壁内。在可替换的例子中，通过将温度传感器放置在冷却核心内，并直接与冷却液接触，温度传感器可被冷却核心包围。如上所述，温度传感器具有直径F和长度M。在一个具体例子中，长度 M 为 31.1mm。温度传感器的锥形梢端818接近排气流道524的上部壁。锥形梢端818距排气流道524的顶壁为距离N。在一个例子中，距离N为4.5mm。在接近排气面的部位，温度传感器可提供汽缸盖的温度测量。如图1所示，温度传感器296将温度信号发送至控制器12。控制器可使用该温度数据推断冷却系统的工况和/或性能，例如，冷却剂损失、不工作的泵、和/或系统阻塞。然后，控制器可将信号发送至驾驶员，其中如果温度比阈值要大，给出出现冷却系统衰退的早期指示。可替换地，或者附加地，控制器可调节发动机运行，例如燃料喷射量或火花正时，从而降低排气温度。图8示出冷却剂核心700的透视图，其包括上部冷却剂核心720和下部冷却剂核心710。冷却剂核心700可由铸造核心形成，其中铸造核心按照附图所示被放置，并且在铸造过程中，被一起放入外膜中。然后注入铸模的金属可采用铸模的形状，硬化并形成汽缸盖253。通过汽缸盖的后期制作，可钻出钻孔702和704。如图所示，竖直对准的凸出920可限定第一交叉冷却剂通道组266，其中该凸出920被包括在上部和下部核心内。应明白，交叉冷却剂通道可相对于活塞运动竖直定向。横向对准的凸出922可限定第二交叉冷却剂通道组268，其中该凸出922位于上部和下部核心内。应明白，水平对准延伸部分924可限定包括节流件277的上部冷却套的出口 276。图9包括排气通道组273更为详细的视图，其示出在相交区域706处，钻孔702和704流体耦合至下部冷却剂核心710。进一步地，图9示出开口 762和764流体耦合至上部冷却剂核心720。图10-11示出耦合至排气口 320的涡轮颈部的可替换实施例。如图10所示，排气流道522、524、和526可耦合至单涡管涡轮颈部。单涡管涡轮颈部可被用于需要部分排气脉冲分开的应用中。应明白，在与结构更为复杂的涡轮颈部比较时，单涡管涡轮颈部制造是低廉的。进一步地，如图11所示，排气流道522、524、和526可被耦合至分叉的单涡管涡轮颈部1200。分叉的单涡管涡轮颈部可被用于发动机中的排气脉冲分开，其中发动机包括双涡管涡轮颈部。此外，如图12所示，排气流道522、524、以及526可被耦合至双涡管涡轮颈部1300。在图12所示实施例中，排气流道424被耦合至上部涡管涡轮颈部1302，同时排气流道522和526被耦合至下部涡管涡轮颈部1304。因此，双涡管提供增加的排气分开，能够实现对高和低速发动机工况更多的设计控制。因此，上部涡管涡轮颈部1302可经配置使排气流至涡轮机中的第一涡管，并且下部涡管涡轮颈部1304可经配置使排气流至涡轮机的第二涡管。应明白，第一和第二涡管涡轮颈部可被流体分开。进一步地，应明白涡轮颈部的不同配置可被耦合至位于排气口处的排气流道522、524、和526中。上述汽缸盖包括集成排气歧管。在包括示例汽缸盖的车辆运行过程中，由于集成排气歧管内的流动特性，汽缸盖可经受较高温度。汽缸盖冷却系统经配置使冷却剂流经将汽缸盖夹在其间的上部冷却套和下部冷却套的通道，从而向汽缸盖壁和通过汽缸盖的排气提供冷却。IEM汽缸盖包括在排气口处的排气通道组。由排气流道限定每个排气通道，其中排气流道耦合至相对于排气口相反端的汽缸排气门。在包括四个汽缸的示例发动机中，第一排气流道被耦合至第一汽缸、第二排气流道被耦合至第二汽缸和第三汽缸、以及第三流道被耦合至第四汽缸。因此，每个汽缸可免受其他汽缸的高压排气脉冲，并且可改善发动机性能。进一步地，IEM汽缸盖包括设置在连接排气通道的材料之间的钻孔。在本实施例中，第一钻孔在耦合至第二和第三汽缸的排气流道和耦合至第一汽缸的排气流道之间延伸，第二钻孔在耦合至第二和第三汽缸的排气流道和耦合至第四汽缸的排气流道之间延伸。钻孔在下部冷却套的下部冷却剂核心内的区域相交，并且因此与下部冷却剂核心流体连通。每个钻孔中间部分的相反端与上部冷却剂核心流体连通。钻孔开口使用管塞密封，以便冷却液可通过下部冷却剂核心、钻孔、以及上部冷却剂核心循环，同时在通过钻孔时不会损失冷却液。通过热交换，通过钻孔的冷却液循环为排气流道壁和通过排气流道的排气提供了额外的冷却。此外，汽缸盖可包括冷却套壁内的温度传感器，其邻近排气口。当在排气口附近区域内的温度比阈值要大的情况下，报警信号将被发送至驾驶员以停止车辆运行。因此，上述特征可减少排气收集器、排气口、以及汽缸体的热衰退的可能性，从而增加发动机组件寿命。另外，通过冷却排气，可防止下游组件热衰退，例如涡轮增压器和/或排气处理系统，从而增加下游组件的寿命。应明白，在此公开的配置和例程本质上具有示例性，并且因为能够有许多变化，所以这些具体实施例不应被视为是限制。例如，上述技术能够适用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本实用新型的主题包括在此公开的不同系统和配置和其他特征、功能、和/或性能的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。权利要求特别指出被视为是新颖且非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能提到“一”元件或“第一”元件或其等价物。此类权利要求应理解成包括一个或更多此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多此类元件。本实用新型特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可由对这些权利要求的修改或经过在此申请或相关申请中提出新的权利要求加以保护。此类权利要求，无论比原始权利要求范围要宽、窄、等同或不同，仍被视作包括于本实用新型主题内。
权利要求1.一种发动机冷却系统，其特征在于包含: 汽缸盖，其包括将排气引导至排气出口的集成排气歧管； 冷却剂通道，其环绕所述排气歧管；以及 排气通道组，所述排气通道组包含多个分开的排气通道，其用于将排气引导至所述排气出口，其中所述排气通道组包括钻孔，该钻孔被设置在所述排气通道之间的材料内，所述钻孔流体耦合至所述冷却剂通道。
2.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于，还包含设置在所述排气通道之间的材料内的第二钻孔。
3.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述排气通道组包含三个排气流道，所述三个排气流道包括耦合至第一汽缸的第一排气流道、耦合至第二汽缸和第三汽缸的第二合并排气流道、以及耦合至第四汽缸的第三排气流道，并且其中所述汽缸的点火顺序依次是:所述第一汽缸，所述第三汽缸，所述第四汽缸，所述第二汽缸。
4.根据权利要求3所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述第二合并排气流道被设置在所述第一排气流道和所述第三排气流道上方。
5.根据权利要求4所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述第一排气流道、所述第二合并排气流道以及所述第三排气流道围绕所述排气出口的竖直中心线对称布置。
6.根据权利要求5所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述第一钻孔向下成角，并且被设置在所述第一排气流道和所述第二合并排气流道之间，并且所述第二钻孔向下成角，并且被设置在所述第二合并排气流道和所述第三排气流道之间。
7.根据权利要求6所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述第一钻孔和所述第二钻孔在所述冷却剂通道内相交成100-150度角。
8.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述冷却剂通道包含上部冷却剂核心和下部冷却剂核心。
9.根据权利要求8所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述钻孔包含开口和中间部分，所述开口在所述汽缸盖顶表面，而所述中间部分被设置在所述排气通道组的排气流道之间的材料内。
10.根据权利要求9所述的发动机冷却系统，其特征在于，其中所述中间部分在第一端与所述上部冷却剂核心流体连通，并且所述中间部分在第二端与所述下部冷却剂核心流体连通，所述第一端与所述第二端相反；其中所述开口由设置在所述开口内的管塞密封。
专利摘要本实用新型涉及一种发动机冷却系统。该发动机冷却系统包括汽缸盖，其中汽缸盖包括将排气引导至排气出口的集成排气歧管和环绕排气歧管的冷却剂通道。发动机冷却系统还包括一组分开的排气通道，其用于将排气引导至排气出口，排气通道组包括设置在排气通道之间的材料内的钻孔，该钻孔流体耦合至冷却剂通道。通过使用上述技术方案，能够改善发动机、涡轮增压机、和排放控制系统的性能和寿命。
文档编号F02F1/42GK203009061SQ20122045326
公开日2013年6月19日 申请日期2012年9月6日 优先权日2011年9月7日
发明者T·J·布莱维, J·C·瑞尔格, K·V·塔里奥 申请人:福特环球技术公司