内燃发动机和冷却剂泵的制作方法

各个实施例涉及一种内燃发动机和用于发动机的冷却剂泵的排气或脱气管路。

背景技术：

内燃发动机通常包括冷却系统，所述冷却系统提供通过形成在发动机缸体中的通道的冷却剂流。所述冷却系统具有泵以驱动冷却剂流通过该系统，所述泵通常由发动机的曲轴或者其它旋转组件机械地驱动。用于所述冷却系统的泵可以是离心泵，所述离心泵被设计成泵送液体而不是气体或蒸气。泵室或蜗壳需要被填充或基本上填充有液体用于使泵进行操作。

起动注液(priming)是用诸如液态水的冷却剂代替泵蜗壳内的空气或气体的行为。通常，当泵被安装以及冷却剂初次被引入到冷却系统中时需要起动泵。由于当发动机不工作时冷却剂可能会从泵蜗壳中排出，所以在发动机每次冷启动时也可能需要起动泵。一般地，在蜗壳内不存在液体的情况下，离心泵需要被起动，并且无法在吸入侧产生减压，否则它们以降低的泵送效率工作。如果泵室包含夹带的空气或气体，则泵可能会丧失它的起动性(the pump may lose its prime)，例如，叶轮进口中积聚有空气，这将阻止液体流动通过泵。由于夹带空气而对泵的性能的影响可以根据许多变量而变化，所述变量包括泵的运转速度、叶轮设计、叶片的数目、曲线上的工作点、吸入压力等。使具有夹带空气的泵长时间运转还可能导致泵以高于其正常工作温度范围的温度运转，并且可能导致泵表面和组件上的磨损或应力。通常，泵在蜗壳的高点处定位有排放口以排放蜗壳内的气体。

技术实现要素：

根据实施例，一种发动机设置有汽缸体。汽缸体形成邻近于汽缸的冷却夹套，冷却夹套与平台面相交，平台面适于与汽缸盖配合。冷却夹套具有与安装面相交的入口通道，安装面适于与冷却剂泵壳体配合。汽缸体形成从冷 却夹套延伸到安装面的排气通道。排气通道被定位在入口通道和平台面之间。

根据另一实施例，一种发动机冷却系统设置有泵壳体，泵壳体形成适于容纳叶轮的蜗壳。泵壳体形成在蜗壳和安装面之间延伸的排放通道，安装面适于连接到发动机缸体。泵壳体还形成在蜗壳和安装面之间延伸的排气通道。当泵壳体连接到发动机缸体时，排气通道被定位在平台面和排放通道之间。

根据又一实施例，提供一种用于冷却发动机的方法。使安装到汽缸体的泵的叶轮旋转。叶轮被定位在缸体平台面和泵排放通道之间，泵排放通道流体地连接到汽缸体中的冷却通道。使用将冷却通道和泵的蜗壳流体连接的排气通道给蜗壳注液，排气通道定位在叶轮与平台面之间。

附图说明

图1示出了根据本公开的被构造为实施各种实施例的内燃发动机的示意图；

图2示出了根据实施例的发动机缸体和冷却剂泵的局部剖视图；

图3示出了包括图2的发动机缸体和冷却剂泵的冷却系统的局部示意图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可采用各种和可选的形式实施。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。

图1示出了内燃发动机20的示意图。发动机20具有多个汽缸22，图中示出了一个汽缸。发动机20可具有任何数量的汽缸，汽缸可以以各种构造进行布置。发动机20具有与各个汽缸22相关联的燃烧室24。汽缸22由汽缸壁32和活塞34形成。活塞34被连接到曲轴36。燃烧室24与进气歧管38和排气歧管40流体连通。进气门42控制从进气歧管38到燃烧室24中的流动。排气门44控制从燃烧室24到排气歧管40的流动。进气门42和排气门44可以以本领域已知的各种方式操作以控制发动机的运转。

燃料喷射器46将燃料从燃料系统直接输送到燃烧室24中，因此发动机为直喷式发动机。发动机20可以使用低压或高压燃料喷射系统，或者在其它 示例中可使用进气道喷射系统。点火系统包括火花塞48，其被控制为以火花的形式提供能量而点燃燃烧室24中的燃料空气混合物。在其它实施例中，可使用其它的燃料输送系统和点火系统或技术，包括压缩点火。

发动机20包括控制器和被配置为将信号提供给控制器用以控制输送至发动机的空气和燃料、点火正时、发动机输出的功率和扭矩、排气系统等的各种传感器。发动机传感器可包括但不限于排气歧管40中的氧传感器、发动机冷却剂温度传感器、加速踏板位置传感器、发动机歧管压力(MAP)传感器、用于曲轴位置的发动机位置传感器、进气歧管38中的空气质量传感器、节气门位置传感器、排气歧管40中的排气温度传感器等。

在一些实施例中，发动机20被用作车辆(诸如传统车辆或启动-停止车辆)中唯一的原动机。在其它实施例中，发动机可用于混合动力车辆中，在混合动力车辆中，附加的原动机(诸如电机)可用于提供额外的动力以推进车辆。

每个汽缸22可在包括进气冲程、压缩冲程、点火冲程和排气冲程的四冲程循环下工作。在其它实施例中，发动机可使用二冲程循环工作。在进气冲程中，进气门42打开且排气门44关闭，同时活塞34从汽缸22的顶部移动到汽缸22的底部，以将空气从进气歧管引入到燃烧室。活塞34在汽缸22的顶部的位置通常被称为上止点(TDC)。活塞34在汽缸的底部的位置通常被称为下止点(BDC)。

在压缩冲程期间，进气门42和排气门44关闭。活塞34从汽缸22的底部朝着顶部移动以压缩燃烧室24内的空气。

然后，燃料被引入到燃烧室24中并被点燃。在示出的发动机20中，燃料被喷射到燃烧室24中，然后使用火花塞48被点燃。在其它示例中，可以使用压缩点火将燃料点燃。

在膨胀冲程期间，燃烧室24中被点燃的燃料空气混合物膨胀，从而使活塞34从汽缸22的顶部移动到汽缸22的底部。活塞34的运动使曲轴36产生相应运动，并使发动机20输出机械扭矩。

在排气冲程中，进气门42保持关闭，排气门44打开。活塞34从汽缸22的底部移动到汽缸22的顶部，以通过减小燃烧室24的体积而将废气和燃烧产物从燃烧室24中除去。废气从燃烧汽缸22流动至排气歧管40和后处理系统(诸如催化转化器)。

对于各个发动机冲程，进气门42和排气门44的位置和正时以及燃料喷射正时和点火正时可改变。

发动机20具有汽缸体70和汽缸盖72，二者彼此协作以形成燃烧室24。汽缸盖衬垫(未示出)可定位在汽缸体70和汽缸盖72之间以密封燃烧室24。汽缸体70具有缸体平台面，所述缸体平台面沿分型线74与汽缸盖72的缸盖平台面对应并配合。

发动机20包括流体系统80。在一个示例中，流体系统是将热从发动机20中移除的冷却系统。在另一示例中，流体系统80是润滑发动机部件的润滑系统。

对于冷却系统80，从发动机20移除的热的量可以由冷却系统控制器或发动机控制器控制。系统80可以作为一个或更多个冷却夹套被集成到发动机20中。系统80具有可包含水或其它冷却剂作为工作流体的一个或更多个冷却回路。在一个示例中，冷却回路具有位于汽缸体70中的第一冷却夹套84和位于汽缸盖72中的第二冷却夹套86，并且夹套84、86彼此流体连通。缸体70和缸盖72可具有另外的冷却夹套。冷却回路80和夹套84、86中诸如水的冷却剂从高压区域向低压区域流动。

流体系统80具有一个或更多个泵88。在冷却系统80中，泵88将回路中的流体提供到汽缸体70中的流体通道并提供到汽缸盖72。冷却系统80可以是平行流、分流、平行分流或其他冷却布置。冷却系统80还可以包括阀(未示出)，以控制冷却剂的流动或压力或引导系统80内的冷却剂。汽缸体70中的冷却通道可邻近于燃烧室24和汽缸22中的一个或更多个。类似地，汽缸盖72中的冷却通道可邻近于燃烧室24和汽缸22中的一个或更多个以及排气门44的排气口。流体从汽缸盖72流动并离开发动机20流向诸如散热器的热交换器90，在热交换器90处，热从冷却剂转移至环境。

图2示出了发动机和冷却系统的局部剖视图。示出了发动机缸体100的一部分以及用于发动机冷却系统的泵102。

发动机缸体100或汽缸体形成冷却夹套104。冷却夹套104或流体夹套包括形成在缸体100内用于使冷却剂流动通过的通道。冷却系统和夹套104可包含在发动机的热管理中使用的水或另一液体。夹套104中的冷却通道包括邻近于缸体的一个或更多个汽缸或汽缸套或者与其接触的通道。在一个示例中，缸体100是平台敞开式构造，而且冷却通道大体上包围汽缸或汽缸套。 在一个示例中，发动机缸体具有以直列构造布置的汽缸，在进一步的示例中，汽缸是连体的使得孔间区域或结构形成在邻近的汽缸之间。在本示例中，夹套的冷却通道围绕汽缸套，并且可以另外具有在孔间区域中提供冷却剂流的通道。图中示出了汽缸套105的一部分。

缸体100具有被构造为与汽缸盖配合的平台面106。缸盖衬垫108可以被设置在缸体的平台面106和缸盖之间以密封燃烧室。

虽然流体夹套104被示出为平行分流构造，但是也可以考虑其它构造。冷却剂在入口通道110处进入发动机和冷却夹套104。入口通道110与缸体100的安装面112相交。如下面更详细描述的，安装面112被构造为连接到泵102。安装面112可设置在发动机缸体100的侧部并邻近于平台面106且相对于平台面106成一定角度。在一个示例中，安装面112相对于平台面106成大约90度。

入口通道110流体连接到缸体100中的一个或更多个流体通道114，并将冷却剂提供至所述一个或更多个流体通道114。在示出的示例中，流体通道114邻近于发动机的一个或更多个汽缸或汽缸套，或者与发动机的一个或更多个汽缸或汽缸套流体接触。入口通道110还可以提供通过通道116被引导到汽缸盖的冷却剂。冷却剂可另外从通道114流动通过衬垫108中的孔并进入汽缸盖。冷却剂流动通过缸体和缸盖，然后离开缸体和/或缸盖，并被引导回到泵102。可包括额外的组件，诸如冷却器、散热器、过滤器、阀门、恒温器、传感器等。

缸体100还形成在夹套104中的冷却通道114和安装面112之间延伸的排气通道118。排气通道118位于入口通路110和平台面106之间。

缸体100中的汽缸或汽缸套105均具有第一端部区域120和第二端部区域122。第一端部区域120邻近于平台面106。第二端部区域与第一端部区域相对且与平台面106间隔开。当发动机在使用中时，汽缸105的第一端部区域120竖直地位于第二端部区域122上方或比第二端部区域122的高度更高。入口通道110在至少一个汽缸105的相对的第二端部区域122处流体地连接到冷却通道114。缸体的排气通道118在至少一个汽缸105的第一端部区域120和相对的端部区域122之间流体连接到冷却通道114，或在第一端部区域120处流体连接到冷却通道114。排气通道118具有比入口通道110更小的横截面面积。

泵102在缸体100的安装面112处连接到缸体100。泵102具有泵壳体130。泵壳体130具有被构造为与缸体100的安装面112配合的安装面132。可以使用诸如螺栓等的紧固件将泵102连接到缸体100。还可将诸如垫片、O型圈等的密封构件设置在安装面112、132之间。

泵102是离心泵。在一个示例中，如图所示，泵是单级离心泵。在其它示例中，泵可以是两级离心泵。

泵壳体130形成泵室或蜗壳134。叶轮136被支撑为在蜗壳134内旋转。叶轮136具有进口138和一系列叶片140。泵102可被机械地驱动，在本示例中，叶轮136机械地连接到发动机的曲轴，使得叶轮由曲轴驱动。泵可以经由带机构而被机械地连接到曲轴，所述带机构包括基于针对泵的速度的期望的操作范围而选择尺寸的带轮或齿轮。

进口138提供泵102的吸入口。流体通过叶轮136的进口138流入泵102。在本示例中，冷却剂沿离开页面的方向流动通过进口138。叶轮136具有一系列叶片140。叶轮136可以是敞开、半敞开或封闭式叶轮设计，且叶片安装在罩板或类似物上。叶片140可以径向向外、向后或向前延伸，并且叶片可以是直线形或曲线形。当叶轮136旋转或被驱动时，围绕叶轮的蜗壳134或泵室中的流体也旋转。叶轮136迫使冷却剂在蜗壳134中径向向外移动。

冷却剂经由排放通道150流出蜗壳134。分水角(cutwater)152可以在入口区域154处被提供给排放通道150。蜗壳134和泵壳体沿叶轮136的流动方向或旋转方向具有增加的面积。该增加的面积的作用在于：随着面积的增加以及速度的降低而使得泵的排放区域处的压力增加。随着排放通道150处的压力增加，进口138处的水被移位，这会产生吸入效应从而将流体吸入蜗壳134。

分水角152的作用是为泵102中的流体提供通道或排放通道150的一部分。叶轮136被示出为在蜗壳134或泵室中偏心，使得相对于叶轮136和蜗壳134的其余部分之间的间隙而言，叶轮136的在分水角152处的叶片140和在紧接着分水角152的下游处的叶片140之间的间隙减小。叶轮136和蜗壳134的壁之间的间隙或间隔从分水角152开始、围绕壳体直到排放区域154处是增加的，这提供了增加的面积以产生压位差(pressure head)。

排放通道150从蜗壳134延伸到壳体的安装面132，并与缸体100的入口通道110流体连接。

壳体130还形成在蜗壳134和泵102的安装面132之间延伸的排气通道160。排气通道160与缸体100的排气通道118流体连接。

限流器161(诸如套筒或者衬套)可以设置在排气通道118、160中的一者或者两者中以限制流过其中的冷却剂流。在本示例中，限流器161被示出为泵壳体排气通道160中的套筒。限流器161用于减小通道118、160的横截面面积，并且可以基于冷却系统的流动和冷却特性设计尺寸或进行选择。

排气通道160在蜗壳134和泵壳体130的高点(high point)162处或在邻近于蜗壳134和泵壳体130的高点162处流体地连接到蜗壳134。高点162大体上可以与排放口150的入口154相对。

在示出的示例中，排气通道160在距离分水角152大约90度角的位置处与蜗壳相交，其中，该角度围绕叶轮136的旋转轴线取得，或换句话说，在叶轮旋转的下游大约90度。在其它示例中，排气通道160可以位于大于或小于90度的角度处，并且可以处于与分水角152相隔45度到120度的范围中。排气通道160的位置部分地基于蜗壳134的高点162，并且还基于分水角152下游的距离。在本示例中，叶轮136顺时针旋转，使得排气通道160位于分水角152的下游。如果排气通道160位于太远的下游，则因为流体的压力越高，它越靠近排放通道150的入口154和分水角152，所以可能会发生叶轮汽蚀或其它流动中断(flow disruption)的问题。

叶轮136的进口138被定位在由平台面106限定的平面和排放通道150(或泵102的排放通道的入口)之间。排气通道160在高点162和分水角152之间与蜗壳134相交。排气通道160在进口138和高点162之间或者在进口138和限定平台面106的平面之间与蜗壳134相交。

泵102连接的不寻常之处在于，排放口150定位在泵102的低点(low point)，或大致与高点162和平台面106相对。在传统的发动机冷却剂泵中，排放口通常被定位成基本上与泵的高点重合以提供起动注液。

在本示例中，当发动机被组装时，泵102被连接到缸体100。冷却剂系统连接完成后，液体冷却剂被加入到系统中。冷却剂可在系统中的各种位置处被加入，并且通常经由设置在散热器上或邻近于散热器的端口被加入，所述端口充当冷却剂系统的高点。随着液体冷却剂流入系统中，空气可滞留在诸如蜗壳134中的局部高点。冷却剂通过排气管路118、160和/或入口通道110以及排放通道150流入泵壳体130。排气管路118、160允许蜗壳134中 的任何滞留的空气或蒸气离开泵壳体130，并起动泵102。任何空气通过排气管路160、118离开蜗壳134，流入冷却通道114，然后可能向上流入缸盖中的冷却通道，并流向系统脱气瓶或排气口。如果蜗壳134没有设置排气管路118、160，则泵室可能会包含明显的气阱(air pocket)，且泵102可能无法起动。

在操作期间，发动机运转以驱动曲轴，这进而旋转泵的叶轮，并产生通过进口138吸入流体的吸力。通过叶轮的叶片压缩流体，并且将流体引导到排放口150。泵使冷却剂循环通过发动机缸体、发动机和冷却系统，冷却剂最终返回到泵入口和进口138。

当发动机停止运转时，曲轴停止旋转，叶轮不再被驱动。当发动机和泵不工作时，冷却剂不再流动通过系统，蜗壳可能包含空气。排气管路为蜗壳134中的任何空气或蒸气提供并充当脱气管路，以保持泵102的起动性。

本公开的各个实施例具有相关联的非限制性的优点。例如，泵脱气排气通道118、160被集成到汽缸体100和水泵蜗壳134中。归因于与泵蜗壳134的排放侧相关联的高压，排气通道118、160被管道连接到汽缸体100的内部，而非更常规的通过外部管道连接到脱气瓶等。脱气或排气特征需要被放置在水泵蜗壳134的高压侧，以克服并对蜗壳134中的滞留气体进行脱气，这样，基于所涉及的压力，外部管道连接到外部脱气瓶不是合意的构造。排气通道118、160防止泵在启动期间具有起动的问题，并在发动机启动条件下使空气排气到缸体100的夹套104和冷却通道114。通过将脱气排气通道118、160构造为内部集成通道，通道118、160在由泵102产生的最大压力下持续起作用，而不会给发动机的整个脱气系统造成故障。此外，由于在泵操作期间排气通道118、160比传统脱气瓶连接处于更高的冷却剂压力下，因此泵102的效率可以提高。归因于泵102与缸体100在安装平面112、132处的单平面直接安装，排气通道118、160还减少了潜在的冷却剂泄漏。

图3示出了用于发动机的冷却系统180的局部示意图。需要注意，示出了用于流体通道的负空间，为清楚起见，省略了周围的发动机缸体或泵壳体的一部分的结构。泵102通过入口182接收液体冷却剂。泵102的叶轮136通过轴184而旋转，轴184被机械地连接到曲轴或由曲轴驱动。加压冷却剂通过排放通道150离开泵，并流入发动机缸体的流体夹套104的入口通道110。图3中示意性地示出了发动机缸体的流体夹套104。冷却剂的一部分通过通 道116流向汽缸盖。冷却剂的另一部分被引导到发动机缸体中的至少一个汽缸周围的冷却通道114。排气通道118、160将通道114流体连接到泵102。

冷却剂流动通过缸盖、缸体以及其他各种冷却系统部件，并返回到182处的泵入口。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。此外，各个实施的实施例的特征可以组合以形成本发明进一步的实施例。