用于控制发动机温度的垫片和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于发动机的垫片并且涉及包括用于控制发动机的温度的垫片的系统。更具体地但非排他性地，本发明涉及具有控制间隙的垫片，该控制间隙构造并且设置成限制性地允许冷却剂在气缸体与气缸盖之间流动并且允许气体在气缸体与气缸盖之间自由流动。另外具体地但非排他性地，本发明涉及包括这种垫片的分流式冷却系统，该分流式冷却系统通过限制或以其他方式控制在用于发动机的一个或多个部件(比如但并不局限于，润滑剂、一个或多个气缸和/或气缸盖和/或气缸体)的预热阶段期间由系统实施的冷却量来提供这种预热阶段。
[0002]本发明的各方面涉及车辆、方法、垫片和程序。
【背景技术】
[0003]在内燃发动机中，在气缸体(也称作发动机机体)与气缸盖之间设置有垫片(也称作缸盖垫片)。垫片设置为围绕缸、油通道开口和冷却剂通道开口密封。围绕水套流动的冷却剂用于冷却发动机机体和其他部件，该其他部件包括缸、活塞、活塞环和用于活塞的润滑剂。垫片被制成来适应特定的发动机设计并且具有用于气缸的密封开口、(多个)油通道开口和(多个)水通道开口以及例如使得垫片能够被固定至气缸体(例如使用螺栓)的其他孔口或开口。
[0004]气缸体和气缸盖通常是铸造部件并且可包括在铸造过程期间形成的附加的多余的铸造腿部或腔孔。这些多余的腿部形成为腔孔或孔，并且设置为临近气缸盖与气缸体之间的接合部。然而，这些多余的腿部可能被填充、堵住或以其他方式被密封，这样将招致附加的制造成本。如果未被堵住，那么气体和/或冷却剂液体会聚集在这些多余的铸造腿部中。铸造腿部在气缸体和气缸盖的表面处的开口为离开和进入多余铸造腿部的冷却剂液体和/或气体提供了离开或进入的点。随着发动机的温度增加，在这些多余的铸造腔孔或腿部中的冷却剂和气体的压力会增加至可能出现不受控的泄漏的水平。这种泄漏会对发动机的运行和使用寿命而言具有有害的影响。
[0005]在制造期间，在气缸体和气缸盖中的多余的铸造腿部(腔孔)和其表面开口的尺寸、形状和位置受公差影响。多余的铸造腿部的表面开口的确切的尺寸、形状和位置不是已知的直至制造之后才知道。由于这些制造公差，气缸盖中铸造腿部的开口可能与气缸体中铸造腿部的相应的开口不对准或在气缸体中铸造腿部的相应的开口上方未准确地叠置。实际上，气缸盖中的开口和气缸体中的开口可能彼此偏移并且可能仅部分地交叠或实际上完全不交叠。
[0006]通常，用于内燃发动机的已知冷却系统包括由发动机驱动的栗。由于冷却系统是由发动机驱动的，因此当发动机一运行时冷却系统就运行。然而，为了优化燃料效率并且使发动机的部件的磨损最小化，对于发动机而言最好是当其预热之后运行。当发动机一起动时冷却系统就运行，这延长了发动机预热并且达到最优运行温度所花费的时间。因此，该操作降低了发动机的燃料效率，并且缩短了发动机的使用寿命。特别重要的是活塞和活塞环周围的润滑剂的温度。发动机在润滑剂低于最优温度时运行可对发动机产生有害影响。
[0007]本发明寻求提供解决或至少缓解与已知的垫片相关联的问题的改进的垫片。本发明还提供改进的用于发动机的冷却系统，该冷却系统利用了与可控的栗组合的垫片。本发明可具有除用于机动车辆发动机的应用以外的有益的应用，例如但不局限于用于发电机的发动机中的应用。
[0008]如本文中使用的，术语冷却剂被用于指代任何适合的温度管理液体，比如但不局限于，7K、冷却剂(例如乙二醇)以及水与冷却剂的混合物。在阅读下列描述时，应认识到术语“冷却剂”和“水”用于指代再循环以使发动机冷却的液体和/或流体。另外，在本公开内容的有益方面中，冷却剂被保持在零或非常低的流率以使发动机能够进行加温。就此而言，术语“冷却剂”无意于局限在使温度降低的物质或液体，反而并且在适当的情况下，其意在另外地指代使得或允许温度增加或保持温度的液体或物质。
【发明内容】
[0009]本发明的各方面提供了如所附权利要求中请求保护的垫片、方法、程序和车辆。
[0010]根据本发明寻求保护的一方面，提供了包括发动机的车辆，该发动机具有气缸体、气缸盖和设置在气缸体与气缸盖之间的垫片，所述气缸体和气缸盖各自包括分别通向气缸体内的腔孔和气缸盖内的腔孔的至少一个腔孔开口，垫片包括垫片开口，垫片开口定尺寸成并且设置成在气缸体中的腔孔开口与气缸盖中的腔孔开口之间提供流体路径，并且垫片包括用于选择性地限制所述流体路径的装置，使得气体可自由地通过气缸体的腔孔开口并进入气缸盖中的腔孔开口中，而冷却剂仅可以限制性地通过气缸体的腔孔开口并进入气缸盖中的腔孔开口中。
[0011 ] 可选地，所述装置为控制间隙。
[0012]可选地，垫片开口中的控制间隙包括上壁、下壁和侧壁，控制间隙的高度是由上壁与下壁之间的距离限定的，并且其中，控制间隙的高度定尺寸成使得在某些运行温度期间冷却剂在上壁与下壁之间通过的粘性阻力大到足以防止冷却剂流出垫片开口并流入气缸盖中的开口或至少使冷却剂流出垫片开口并流入气缸盖中的开口减至最少。其中，上壁与下壁之间的距离是不均匀的，该高度可以限定为最大高度、最小高度或平均高度。
[0013]可选地，控制间隙的高度小于或等于约0.7mm。
[0014]可选地，控制间隙的高度介于约0.2mm与约0.7mm之间，或为约0.3mm。
[0015]可选地，控制间隙的上壁是由垫片的上层或气缸盖提供的，并且控制间隙的下壁是由垫片的下层或气缸体提供的。
[0016]可选地，垫片至少在该垫片开口附近包括三层或更多层，其中，第一层设置在中间层上方并且中间层设置在第二层上方，其中，控制间隙的上壁是由气缸盖提供的；控制间隙的侧壁是由第一层提供的；并且控制间隙的下壁是由中间层的材料提供的。
[0017]可选地，垫片至少在该垫片开口附近包括三层或更多层，其中，第一层设置在中间层上方，并且中间层设置在第二层上方，并且其中，控制间隙的上壁是由中间层的材料提供的；控制间隙的侧壁是由第二层的材料提供的；并且控制间隙的下壁是由气缸体提供的。
[0018]可选地，垫片开口包括两个区域，所述两个区域中的任一者或两者根据气缸盖中的腔孔开口与气缸体中的腔孔开口的相对定位能够操作为控制间隙。其中，第一控制间隙包括:由气缸盖提供的上壁；由第一层提供的侧壁；以及由中间层的材料提供的下壁，并且其中，第二控制间隙包括:由中间层的材料提供的上壁；由第二层的材料提供的侧壁；以及由气缸体提供的下壁。
[0019]可选地，垫片包括单层的材料，并且控制间隙的上壁是由气缸盖提供的，并且控制间隙的下壁是由垫片的单层的凹部提供的。控制间隙的侧壁是由单层的材料提供的。
[0020]可选地，垫片包括单层的材料，并且控制间隙的上壁是由垫片的单层的凹部提供的，并且控制间隙的下壁是由气缸体提供的。
[0021]可选地，垫片包括第一层的材料和第二层的材料，其中，第一层设置在第二层的顶部上并且控制间隙的上壁是由气缸盖提供的；控制间隙的侧壁是由第一层的材料提供的；并且控制间隙的下壁是由第二层的材料的上表面提供的。
[0022]可选地，垫片包括第一层的材料和第二层的材料，其中，第一层设置在第二层的顶部上，并且，控制间隙的上壁是由第一层的材料的下表面提供的；控制间隙的侧壁是由第二层的材料提供的；并且控制间隙的下壁是由气缸体提供的。
[0023]可选地，垫片开口具有上部和下部，并且其中，垫片开口在上部和下部中的一者或两者处的形状是大致长形的，以使气缸体中的至少一个腔孔开口与气缸盖中的至少一个腔孔开口连接。以此方式，不论缸体开口和缸盖开口的确切位置如何，垫片都定形状成、设置并且构造成在两个开口之间提供流体连接(虽然缸盖开口和缸体开口需要形成在预期的制造公差内)。
[0024]可选地，垫片开口的仅上部或下部的形状是长形的，并且其中，垫片开口的下部或上部中的另一者设置为用于连接至所述气缸体中的腔孔开口或者所述气缸盖中的腔孔开口，并且该另一者的宽度明显地小于控制间隙的宽度并且/或者该另一者的截面为大致圆形。
[0025]可选地，控制间隙具有为至少大致椭圆形的截面形状。
[0026]可选地，控制间隙具有包括两个平行的直的侧部以及两个相对的半圆形端部的截面形状。
[0027]可选地，控制间隙的宽度是控制间隙的高度的至少两倍。
[0028]可选地，控制间隙的宽度是控制间隙的高度的约十倍。
[0029]可选地，控制间隙的宽度介于约3mm与约5mm之间。
[0030]可选地，控制间隙的宽度为约4mm。
[0031]作为另一可选的特征，车辆可包括用于管理发动机温度的系统，所述系统包括:
[0032](i)栗，该栗联接至气缸盖和气缸体用于栗送冷却剂，其中，栗能够控制成使得系统内的冷却剂的流率是可调的；以及
[0033](ii)阀，该阀构造成限制及允许冷却剂通过气缸体并且/或者通过气缸盖流动；
[0034]其中，栗能够控制成在第一运行状态期间以第一流率运行，并且在第一运行状态期间该阀限制冷却剂流动通过气缸体，并且垫片的控制间隙限制冷却剂经由腔孔开口流出气缸体，并且因此该系统构造成使得发动机能够达到第一运行温度。
[0035]可选地，栗具有最大流率输出，并且其中，第一流率低于最大流率。
[0036]可选地，第一运行温度介于约70°C与约90°C之间。
[0037]可选地，系统包括:
[0038](i)第一流体路径，该第一流体路径从栗经由第一入口进入气缸体、进入包括在气缸体中的一个或多个水套和腔孔中、并且在处于关闭状态的阀处终止；
[0039](ii)第二流体路径，该第二流体路径从栗经由第二入口进入气缸盖、经由第二出口离开气缸盖并且返回至栗；以及
[0040](iii)第三流体路径，该第三流体路径从栗经由第一入口进入气缸体、通过包括在气缸体中的一个或多个冷却剂通路(水套)、并且通过打开的阀离开气缸体的第一出口并返回至栗以及/或者经由垫片离开气缸体并且经由第二流体路径的至少一部分返回至栗；
[0041]其中，在第一运行状态期间，阀被关闭，并且仅第一流体路径和第二流体路径是可进入的，使得冷却剂被限制流出气缸体；
[0042]其中，栗能够控制成在第二运行状态期间以第二流率运行，在第二运行状态期间，阀被打开并且第二流体路径和第三流体路径是可进入的，使得冷却剂能够流入及流出气缸体；并且
[0043]其中，第一流率低于第二流率。
[0044]可选地，在较低流率下，冷却剂在上壁与下壁之间通过的粘性阻力大到足以防止冷却剂流出垫片开口并流入气缸盖中的腔孔开口中。
[0045]可