内燃发动机的冷却系统的制作方法

各个实施例涉及一种用于内燃发动机的冷却系统。

背景技术：

内燃发动机通常具有用于热管理的相关联的冷却系统以控制运转期间发动机和发动机组件的温度。例如具有液体冷却剂的冷却系统可用于冷却发动机缸体和汽缸盖组件二者。

技术实现要素：

在实施例中，发动机设置有汽缸体和汽缸盖。汽缸体具有缸体平台面、进气侧壁、排气侧壁以及相对的第一端壁和第二端壁。汽缸体限定直列布置的多个汽缸，第一端部汽缸邻近于第一端壁，第二端部汽缸邻近于第二端壁。汽缸体限定具有入口通道的缸体冷却回路，入口通道沿第一端壁延伸并流体连接到供给通道，供给通道与缸体平台面相交并具有连续周界，连续周界从邻近于第一端壁的第一端纵向延伸到邻近于第二端壁的第二端。供给通道被定位在排气侧壁和多个汽缸之间。汽缸盖具有缸盖平台面并限定缸盖冷却回路，缸盖冷却回路具有至少一个入口端口，所述入口端口与缸盖平台面相交并对准连续通道以从连续通道接收冷却剂。

在另一实施例中，发动机设置有限定具有入口通道的冷却回路的汽缸体，入口通道邻近于汽缸体的第一端并流体地连接到连续的敞开通道，敞开通道位于汽缸体的侧壁和多个直列汽缸之间。敞开通道与缸体平台面相交并与多个汽缸中的每个汽缸并排地延伸，并且被构造为将冷却剂引导至汽缸盖。

在又一实施例中，提供了一种冷却发动机的方法。将冷却剂从泵提供到形成在发动机缸体内的冷却系统的入口通道。将入口通道中的冷却剂的第一部分分配到缸体中的围绕多个汽缸的流体夹套。将入口通道中的冷却剂的第二部分引导到形成在发动机缸体内的敞开的供给通道。供给通道与缸体平台面相交并具有第一端和第二端，所述第一端邻近于缸体的第一端流体地连接到入口通道，所述第二端邻近于缸体的相对的第二端。将冷却剂的第二部分从供给通道通过缸盖密封垫中的一系列孔以调节的流量供给到汽缸盖平台面中的至少一个入口端口。引导冷却剂的第二部分并使其从汽缸盖中的所述至少一个入口端口穿过汽缸盖的多个汽缸流动到汽缸盖平台面中的至少一个出口端口。因此，冷却剂的第二部分处于与缸体的流体夹套中的冷却剂的第一部分并行的流动回路中。将冷却剂的第二部分从汽缸盖中的所述至少一个出口端口引导到形成在缸体中的返回通道。返回通道与缸体平台面相交，并且与供给通道大致相对。将冷却剂的第一部分和第二部分混合然后提供给泵。

附图说明

图1示出了被构造为实施所公开的实施例的内燃发动机的示意图；

图2示出了根据实施例的具有冷却系统的发动机的汽缸体的俯视图；

图3示出了图2的发动机的侧视剖视图；

图4示出了图2的发动机的另一侧视剖视图；

图5示出了图2的发动机的又一侧视剖视图。

具体实施方式

根据需要，在此提供本公开的详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅是示例，并且可以以各种和替代的形式实施。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，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本公开的代表性基础。

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。在一个示例中，发动机20具有直列布置的汽缸22，在进一步的示例中，如下面的图2所示，汽缸22可为连体的。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，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，发动机可在二冲程循环下工作。在进气冲程期间，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输出机械转矩。

在排气冲程期间，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包括冷却系统70以将热从发动机20中移除。从发动机20中移除的热的量可由冷却系统控制器或发动机控制器控制。冷却系统70可作为一个或更多个冷却回路被集成到发动机20中。冷却系统70可包含水或其它液体冷却剂作为工作流体。在一个示例中，冷却系统70具有位于汽缸体76中的第一冷却回路84和位于汽缸盖80中的第二冷却回路86，回路84和回路86彼此流体连通，如下文参照图2所描述的。冷却系统70中诸如水的冷却剂从高压区域流向低压区域。

冷却系统70具有将流体提供至回路84和回路86中的冷却通道的一个或更多个泵74。冷却系统70还可以包括一个或更多个阀、节温器等以控制冷却剂的流动或压力或引导冷却系统70内的冷却剂。汽缸体76中的冷却通道中的至少一些冷却通道可形成围绕并邻近于一个或更多个汽缸22以及形成在汽缸22之间的孔桥的冷却夹套。类似地，汽缸盖80中的冷却通道中的至少一些冷却通道可邻近于一个或更多个燃烧室24和汽缸22、形成在燃烧室24之间的孔桥、排气门、排气门座以及其它组件。

汽缸盖80连接到汽缸体76以形成汽缸22和燃烧室24。缸盖密封垫78置于汽缸体76和汽缸盖80之间以密封汽缸22。缸盖密封垫78还可具有各种槽、孔或类似物以流体地连接夹套84、86。冷却系统70还可包括各种热交换器(诸如散热器82)，在那里，热从冷却剂传递到环境中，或者冷却剂被用于对其它发动机或车辆组件以及/或者工作流体进行冷却或加热。

图2至图5示出了可以利用图1示出的发动机20实施的本公开的示例。所示出的示例提供了流动回路以管理发动机缸体和汽缸盖组件的热梯度以及发动机及其组件的工作温度。供给通道或槽式沟设置在汽缸体平台面中并位于发动机缸体的缸盖螺栓柱的外侧。供给通道被构造为将冷却剂基本上均匀地分配和输送到缸盖的所有汽缸，并且供给通道基本上充当内部歧管集气室。从缸体经由通道流动到缸盖的冷却策略是有效的，因为它提供了缸体的镶铸特征，所述镶铸特征将冷却剂分配到发动机排气侧的汽缸盖上的横向流动入口。向上分支流动到汽缸盖允许受控的冷却剂流动到汽缸盖的高热区域，例如排气口和排气门座。通道或槽使发动机能够具有分流、并行的冷却策略以及缸盖中的横向流动策略，其中，在分流、并行的冷却策略中，缸体中的冷却剂的一部分被用于冷却缸体而另一部分被引导到缸盖。

图2示出了用于内燃发动机的发动机缸体100的俯视图。在一个示例中，发动机缸体100可用于图1的发动机20。发动机缸体100被示出为具有沿缸体100的纵向轴线104以直列连体构造布置的四个汽缸102，但是对于其它实施例，可预期其它数量的汽缸102和用于汽缸的布置。

缸体100具有第一端壁110、相对的第二端壁112、第一侧壁114、第二侧壁116和平台面118。第一侧壁114可位于发动机的进气侧，或发动机的与进气和进气门相关联的一侧。第二侧壁116可位于发动机的排气侧，或发动机的与汽缸排气和排气门相关联的一侧。缸体100的平台面118被构造为与汽缸盖的相应平台面配合，并且缸盖密封垫可定位在两个平台面之间以密封汽缸102。缸盖密封垫未在图2中示出；然而，图2以虚线示出了下文讨论的缸盖密封垫中的孔120和槽。

发动机具有冷却系统130，其包括缸体100中冷却通道的冷却回路132，所述冷却通道例如在铸造工艺、模制工艺期间或在缸体成形后通过机加工缸体100而一体地形成在缸体内。冷却系统130可对应于图1中的冷却系统70。

冷却回路132具有邻近于缸体的第一端壁110的入口通道134。入口通道134在缸体100内流体连接到连续的敞开通道136或槽。敞开通道或供给通道136定位在侧壁116和汽缸102之间。通道136是敞开通道，因为它是由缸体限定的，具有底板138和侧壁140，并且沿着平台面118敞开。所述通道可作为缸体100的镶铸特征而被提供。通道136与平台面118相交并与缸体100的每个汽缸102并排地延伸。通道136具有邻近于其中一个端部汽缸144的第一端142和邻近于另一端部汽缸144的第二端146。通道136具有细长的形状，并且可以与纵向轴线104平行或基本上平行。通道136具有将冷却剂引导或供给到汽缸盖的尺寸和形状。因此，通道136充当被引导到汽缸盖的冷却剂的歧管组件或集气室，并且被集成到汽缸体中。通过将通道136集成到缸体100中，泄漏和制造性问题以及成本可以减少，并且对流动到缸盖的冷却剂的控制可以得到改善。

通道136被示出为定位在限定于缸体中的缸盖螺栓柱148和汽缸102的外侧。缸盖螺栓柱148与缸盖螺栓协作以将汽缸盖附连到缸体100并封闭燃烧室24。通道136被如图所示地定位，以提供汽缸的密封，并允许使用缸体的平台面和缸盖的平台面之间的缸盖密封垫来封装通道136。

入口通道134流体地连接到流体夹套150。流体夹套150形成在缸体100中以围绕多个汽缸102，并在操作期间引导冷却剂和将热从发动机中移除。如图所示，流体夹套150周向地围绕汽缸102，并且可大致遵循汽缸102缸套外周的形状。流体夹套150从平台面118延伸到缸体100中。流体夹套150可以包括各种冷却特征(诸如孔桥冷却通道等)以增强热传递和管理缸套的温度。

参照图3，入口通道134被示出在缸体100的剖视图中。入口通道134邻近于缸体100的端壁110并与其并排地延伸。入口通道可以垂直于纵向轴线104或相对于纵向轴线104成非平行角。

在一个示例中，入口通道134被限定为缸体100中的贯穿通道，使得其延伸通过缸体100的进气侧114和排气侧116两者。入口通道134具有被构造为从冷却系统中的泵接收流动的入口端口160。在一个示例中，泵可以在邻近于入口端口160的安装面上直接连接到缸体100，在其它示例中，泵可远离缸体100并经由管道连接进行连接。

入口通道134可以在排气侧116具有第二端口162或开口。入口通道连接到邻近该端口162的供给通道136。入口通道134具有位于端口160、162之间的中间区域164。中间区域164包括开口166以将通道134中冷却剂的一部分引导到流体夹套150中。开口可以包括斜面168或其它特征以将方向分量引入流动中而使至少一些冷却剂在图3中向上流动并进入夹套150。流体夹套150可在供给通道136的上游流体连接到入口通道134。

注意，在一个示例中，来自泵的所有冷却剂均可进入入口通道134，冷却剂的一部分被引导到夹套150，冷却剂的另一部分或其余部分被引导到通道136。注意，在示出的示例中，供给通道136充当至汽缸盖的冷却剂的歧管组件或集气室，使得用于缸盖冷却回路的所有冷却剂均通过缸体冷却回路的入口通道134和供给通道136被提供。

缸体100可包括盖170或盖板170以封闭并覆盖入口通道134的敞开端162。盖170可以被构造为连接到缸体的排气侧116并封住入口通道134和供给通道136之间的连接。如图2中的虚线所示，盖170可以包括凹入表面172，以协助引导流动，使来自入口通道134的冷却剂流转向到供给通道136，并减少由转向引起的压降。在其他实施例中，通道134可以不延伸为缸体中的贯穿通道。

图4示出了发动机的缸体100和汽缸盖200的剖视图。汽缸盖200可用作图1示出的发动机20的缸盖80。冷却剂在连接区域180中从入口通道134流动到通道136中。在一个示例中，连接区域180可以包括九十度转向，使得冷却剂在缸体100中从横向流动方向变为纵向流动方向。入口通道134邻近于第一汽缸144和缸体100的端部110流体连接到通道136。

通道136包括与平台面118间隔开的底板138。底板138可以是倾斜的或以其它方式成形，使得底板138和缸体的平台面118之间的距离沿着所述通道的长度减小，并随着位于下游和远离入口通道134而减小。如图所示，底板138可以具有连续倾斜的截面，或者可以在通道136的长度上连续倾斜。通道136在第一端110的深度大于通道136下游在缸体的第二端112的深度。通道136的沿着所述通道的长度在下游方向上减小的深度用于控制沿着通道的长度的冷却剂压力，使得冷却剂以基本上相同的压力和/或流量被提供到汽缸盖的每个汽缸。

通道136的底板138可以具有突起182，其从底板138向外或向上并朝向平台面118延伸。通道136被示出为具有单个突起182，但是可预期任何数量的突起和关于突起的各种位置。突起182可以邻近于入口通道134和缸体的端部110。归因于通道136在此端部110的深度以及相关联的距平台面118的较大距离，突起被用于将垂直分量赋予冷却剂流，并将冷却剂朝向汽缸盖200的与在此端部110的端部汽缸144相关联的区域向上引导。因此，突起182用于使冷却剂流的一部分改向，以在通道136中并沿着平台面118向缸盖200提供更均匀的冷却剂分配。突起182可以具有各种表面特征(诸如凹入的上游侧184)以更好地引导或控制冷却剂的流动。

缸盖密封垫190被定位在缸体100和缸盖200之间。如图2所示，缸盖密封垫190限定一系列的孔120，孔120被定位在缸体100的供给通道136和缸盖200的一个或更多个入口端口202之间，并将缸体100的供给通道136流体连接到缸盖200的一个或更多个入口端口202。孔120与入口端口202和通道136对准。缸盖密封垫190可以形成为具有硫化橡胶圈(rubber bead)的多层钢质缸盖密封垫，以将冷却系统保持密封并使冷却系统与排油通道等分开。

缸盖200可以具有一个或更多个入口端口202，入口端口202被构造为接收从通道136流动到缸盖200的冷却回路204中的冷却剂流。入口端口202与缸盖平台面206相交。冷却回路204可以是图1中的回路86。缸盖200可以具有单个冷却回路，或者可以具有多个冷却回路，诸如上部冷却回路和下部冷却回路。在示出的示例中，使发动机和缸盖200的每个汽缸102与缸盖冷却回路204的一个端口202相关联。在其它示例中，可为每个汽缸102提供一个以上的端口202。

缸盖密封垫190中的孔120可以具有相同的尺寸或基本相似的尺寸和形状。在其它示例中，孔120可以如图所示地变化形状和定位，以控制通过孔120的冷却剂流的方向和/或速率。孔120也可具有不同的尺寸或横截面面积，以调节流动通过每个孔120并到达缸盖200的相关的汽缸的冷却剂的流量。

在示出的示例中，缸盖密封垫190中的孔120沿着通道136的长度间隔开。发动机中的每个汽缸102可具有与之相关联的一个或更多个孔120。在示出的示例中，每个汽缸102具有一个孔120，以引导冷却剂的流动并调节进入缸盖200的用于该汽缸的冷却剂的流量。每个孔120的横截面面积可随着孔位于供给通道136的下游而增加，或在图4中从右向左增加，以将基本上等量的冷却剂提供到每个汽缸。在其它示例中，中间孔120的尺寸可被形成为比与端部汽缸相关联的外侧孔具有更大的横截面面积，这是因为相比于端部汽缸，中间汽缸可能需要额外的冷却以在类似的温度下操作。

图5示出了发动机的另一剖视图。冷却剂通过入口端口202进入缸盖200并流入缸盖冷却回路204。入口端口202是沿发动机的一侧，诸如排气侧116。缸盖冷却回路204中的冷却剂大致横向地流动穿过缸盖200，例如从排气侧116到进气侧114，或基本上垂直于纵向轴线104或相对于纵向轴线104成一定角度。然后，缸盖200中的至少一部分冷却剂从缸盖冷却回路204向下流动通过限定在汽缸盖平台面206中的至少一个出口端口208，通过进气侧114的孔120，到达缸体100中的返回通道192。对于每个汽缸102，缸盖200可以具有一个或更多个出口端口208。

返回通道192形成冷却系统130的一部分以及缸体100中的冷却回路132的一部分。返回通道192与缸体平台面118相交并位于缸体的进气侧壁114和多个汽缸102之间。返回通道192可以与连续的供给通道136大致相对。冷却系统可具有一个或更多个返回通道192。在示出的示例中，基于中央布置的排油通道194，具有两个返回通道192。

然后，流体夹套150中的冷却剂和返回通道192中的冷却剂合并，并流动到泵用于再循环通过冷却系统130。

因此，通过将冷却剂从泵74提供到形成在发动机缸体100内的冷却系统130的入口通道134而冷却发动机。入口通道134中的冷却剂的第一部分被分配到缸体100中的围绕多个汽缸102的流体夹套150。入口通道134中的冷却剂的第二部分或冷却剂的其余部分被提供到形成在发动机缸体100内的敞开的供给通道136。供给通道136与缸体平台面118相交并且具有第一端142和第二端146，其中，第一端142邻近于缸体100的第一端110流体地连接到入口通道134，第二端146邻近于缸体100的相对的第二端112。冷却剂的第二部分从供给通道136通过缸盖密封垫190中的一系列孔120以调节的流量供给到汽缸盖200的平台面206中的至少一个入口端口202。

冷却剂的第二部分从入口端口202穿过缸盖200的多个汽缸102流动到出口端口208。因此，冷却剂的第二部分形成与缸体的流体夹套150中的冷却剂的第一部分并行的流动回路。

缸盖中的冷却剂的第二部分被引导并从缸盖200中的出口端口208流动到形成在缸体100中的一个或更多个返回通道192。返回通道192与缸体平台面118相交并与供给通道136大致相对。然后，冷却剂的第一部分和第二部分重新合并或混合而完成并行流动回路，并且随后被提供给泵用于再循环。

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公开的所有可能的形式。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，并且可以理解，在不脱离本公开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公开的进一步的实施例。