专利名称：发动机冷却系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机冷却系统及其方法，更具体来讲，本发明涉及一种发动机冷却系统及其方法，在该系统中被散热器冷却后的冷却液在被加热之前先被引入到最需要进行冷却的部位处，以提高发动机性能并降低燃料消耗；且在该系统中，能防止整个气缸体被刚经过散热器冷却的冷却液过度冷却。
根据日本专利特开平08-74575所公开的发动机冷却系统，被水泵泵送的冷却液从气缸体的冷却水套输送到气缸盖的水套中。在气缸盖中的各燃烧室之间通常要设置一火花塞连接部分。进气口和排气口被形成为横向流动形式同时在中间插入该连接部分。在这样的发动机冷却系统中，在气缸盖中形成有隔壁，该隔壁相对于连接部分而靠近排气侧，以将一通道分隔成一进入通道和一排出通道。在排出和进入通道中形成有冷却液出口。在排出通道的冷却液出口中，设置了一个阀以阻止冷却液在一低温下流过。另外，该隔壁在其顶部被连接到靠近气缸盖的一气缸盖螺栓凸台部分上。因此，在发动机启动后不久的时间内，能防止对排气的过度冷却，从而能在早期阶段就激活催化剂，同时也能控制排气侧的热应力，并对火花塞进行可靠的冷却。
在日本专利特开平10-1152251中公开了另一种实例。所公开的内燃机冷却系统具有如下的结构。一个分隔在各燃烧室之间的冷却液进入通道和排出通道的隔壁被设置在靠近一进气口中央的位置处，其中的进气口通入到燃烧室中。在该隔壁与冷却液进入通道中的气缸盖螺栓凸台部分之间形成有一个通道。在螺栓凸台部分中，在远离燃烧室中央的另一侧设置了一管部分，该管部分带有用于油滴的孔。该管部分增大了冷却液进入通道中沿外壁面流动的阻力。冷却液可靠地流到进入在气缸盖螺栓凸台与该隔壁之间的燃烧室的流道中。在这种用于内燃机进气预先冷却系统中，冷却液流到燃烧室之间储集了大量热的部位处以获得有效的冷却。
在日本实用新型第2526038中公开了另一种实例。该文件所公开的冷却液流道结构被设置在多缸内燃机的气缸盖中，在该发动机中，进气阀与排气阀被设置在气缸排的方向上。从一散热器流出的冷却液被引流到气缸盖进气口的下部。在靠近沿着气缸排方向延伸的相邻气缸中的进气道的入口(通入到燃烧室中)处，形成有隔壁，并且这些隔壁与隔板相连接，从而就形成了与其它冷却液通道分开的、单独的进气口冷却液通道。侧边的冷却液通道基本上是在垂直于气缸排延伸，并被设置成相互平行，并且它们与在气缸排方向上延伸的排气口冷却液通道相连接。在靠近所有侧边冷却液流道隔板的位置处，形成有用于冷却液通道的一些孔，以将冷却液从气缸体引流到侧边冷却液流道中，以便提高冷却性能。
图13表示了现有技术中的发动机冷却系统。在输出侧型式的系统中，冷却液流经散热器112被泵吸到水泵114中，其该系统中节温器150被设置在靠近发动机102冷却液输出侧的位置处。
冷却液被泵114泵送以对发动机102的气缸体104进行冷却。
然后，流经气缸体104后的冷却液经过气缸盖衬垫被引入到气缸盖106中对气缸盖进行冷却。
之后，冷却液经节温器150返回到散热器112中。上述的系统就是典型的冷却系统。
与上述的输出侧型式系统相反，在图14中表示了一种输入侧型式的系统。除了节温器250是设置在散热器212和水泵214之间，这种系统的基本流路与上述系统是完全相同的。
对于上述的输出侧型和输入侧型系统，冷却液在到达气缸盖中之前就已经在气缸体中被加热到一定程度。被加热后的冷却液会将进气口加热。
这将会使发动机的充气效率恶化，降低发动机的功率输出。而气缸体则被过度冷却，这就会造成活塞系统的磨损加大。发动机机油就可能会被汽油稀释，在实际工作中这是非常不利的。
另外，本发明还提供了一种发动机冷却方法，在发动机的气缸盖中包括第一冷却液流道和第二冷却液流道、以及在气缸体中包括第一冷却液流道和第二冷却液流道，所述方法包括以下步骤经过一散热器进行热交换的冷却液在泵的驱使下首先经过气缸体的第一冷却通道进入气缸盖中的第一冷却液流道，以便冷却气缸盖的进气侧；接着上述流过气缸盖的冷却液被引入气缸体的第二冷却液流道，以便对气缸体进行冷却；然后从气缸体的第二冷却液流道再流入气缸盖的第二冷却液流道，以便冷却气缸盖的排气侧；经过气缸盖的第二冷却液流道的冷却液返回到散热器中。
根据本发明，被散热器冷却后的冷却液在其被加热之前先输送到最需要进行冷却的部位，这将改善发动机的性能，并降低燃料消耗。冷却液经最短的流道在气缸体中循环，从而提高发动机的总效率，并减少燃料消耗。可以防止整个气缸体被刚经过散热器冷却的冷却液过度冷却。
图14是一个示意图，表示了输入侧型式发动机冷却系统中的流路。
附图标号如下2-发动机；4-气缸体；6-气缸盖；8-气缸盖衬垫；10-冷却系统；12-散热器；14-水泵；16-冷却液流路；18-气缸体中的冷却液流道；20-气缸体中的第一冷却液流道；22-气缸体中的第二冷却液流道；24-第一孔；26-第二孔；28-气缸盖中冷却液流道；30-气缸盖中的第一冷却液流道；32-气缸盖中的第二冷却液流道；34-第一缸套；36-1、36-2一第一和第二凸肋；38-引流孔；40-气缸盖水套；42-肋板；50-节温器；52-进气口；54-排气口；以及70-间隙。
图1到图9表示了本发明的实施例。在图1中，附图标号2指代一台发动机，例如是一台四缸发动机，标号4指代气缸体，标号6指代气缸盖。
发动机2包括气缸体4、气缸盖6、气缸盖罩(图中未示出)、以及油底盘(图中未示出)。气缸盖6通过一气缸盖垫8被安装到气缸体4的上方。气缸盖罩连接到气缸盖6的上方。油底盘安装到气缸体4的下部。
发动机2装备有一套冷却系统10，例如一输出侧类型的冷却系统。如图1到图3所示，冷却系统10包括一散热器12，用于对冷却液执行热交换；还包括一水泵14，用于驱使冷却液流动；以及一流路16，其中的流路16被设计成这样被水泵14泵送的冷却液依次流经气缸体4、气缸垫8、以及气缸盖6。
气缸体4内的冷却液流道18包括位于气缸体4中的第一冷却液流道20和第二冷却液流道22。第一冷却液流道20由水泵14直接输送冷却液。而第二冷却液流道22中的冷却液则来自于流过气缸盖6的冷却液。同样，气缸垫8至少包括第一和第二孔24，26。第一孔24被连接到气缸体4中的第一冷却液流道20，而第二孔26被连接到气缸体4中的第二冷却液流道22。另外，在气缸盖6中的冷却液流道28还包括位于气缸盖6中的第一和第二流道30，32。在气缸盖6中的第一冷却液流道30被连接到气缸体4内的第一冷却液流道20，而气缸盖6中的第二冷却液流道32被连接到在气缸体4中的第二冷却液流道32。
为了详细地进行解释，如图3所示，发动机2在排气侧装备有泵14。第一凸肋和第二凸肋36-1，36-2从气缸体侧壁突出伸向第一缸套34的周边，其中的第一缸套34设置在位于气缸体4一端的单个的#1号气缸上。这些凸肋36-1、36-2将气缸体中的冷却液流道18分隔成第一冷却液流道20和第二冷却液流道22，其中，冷却液流道18用作气缸体4的冷却水套。
换言之，该多缸发动机2具有在气缸体4中的第一冷却液流道20，该流道20只环绕#1号气缸形成，该1号气缸与泵14相连接。
应当说明的是与泵14靠近排气侧(即用于泵14的引流孔38被形成靠近排气侧)的发动机2相反，水泵14设置在位置相对的进气一侧的发动机2a也可设置第一、第二凸肋36-1、36-2，以便环绕着来自水泵14的引流孔38a，如图4和图5所示。
参见图6，气缸垫8包括多个第一和第二孔24，26。第一孔24被连接到在气缸体4中的第一冷却液流道20，而第二孔26被连接到在气缸体4中的第二冷却液流道22。
如图6所示，第二孔26包括第二出流孔26a和第二入流孔26b。冷却液经出流孔26a流出到气缸体4的第二冷却液流道22中。冷却液经入流孔26b从气缸体4的第二冷却液流道22中流入。
下面参见图7，在气缸盖6的冷却液流道28中，在气缸盖6中的水套40被多个肋板42分隔成第一和第二冷却液流道30，32。在气缸盖中的第一冷却液流道30与气缸体4中的第一冷却液流道20相连通。气缸盖中的第二冷却液流道32与气缸体4中的第二冷却液流道22相连通。
如图1所示，气缸盖6中的第一冷却液流道30位于进气侧，而第二流道32位于排气侧。
在图7中，气缸盖6在由肋板42隔成的第一冷却液流道30中具有多个入流孔44和多个出流孔46。在流道30中的入流孔44包围着#1号气缸，并通过气缸垫8上的第一孔24与气缸体4的第一冷却液流道20相连通，在流道30中的出流孔46通过气缸垫8上的第二孔26a与气缸体4中的第二冷却液流道22相连通。
入流孔48被形成在第二冷却液流道32中以通过气缸垫8上的入流孔26b与气缸体4的第二冷却液流道22相连通。
如图7所示，在气缸盖中的第一冷却液流道30中的出流孔46的末端部被一节温器元件50所封闭，该节温器安装到气缸盖6上。
数字标号52指代进气口，标号54指代排气口。
在此将对该输出侧型式冷却系统中的冷却液流路16作一般性的介绍。如图1所示，冷却液流路16包括第一通路到第七通路56、58、60、62、64、66、68。第一通路56将散热器与水泵14相连接。第二通路58将泵14与气缸体4中的第一冷却液流道30相连。第三通路60将冷却液流道20与气缸盖6中的第一冷却液流道30相连。第四流道62将流道30与气缸体4中的第二冷却液流道22相连接。第五通路64将流道22与气缸盖6中的第二冷却液流道32相连接。第六通路66将流道32和节温器50相连接。而第七通路68将节温器50与散热器12相连接。
应当指出的是通过结合附图标号对各通路56-68进行描述以便根据图1对冷却液流路16进行一般性介绍。但是，例如，在气缸体4中的第一冷却液流道20也可以与气缸盖6中的第一冷却液流道30直接相连。在这样的情况下，就不存在这些通路，所以需要将流道20、30之间的连接当作是一条通路。
如图8和图9所示，如果由凸肋36-1、36-2将气缸体4分隔成两部分以形成第一和第二流道20，22，由于在气缸体4的端部的#1号气缸上的第一缸套34是半湿式压装配合的，所以在凸肋36-1、36-2与缸套34之间会形成一个间隙70。
下面，将对本发明的工作状况进行描述。
将同时伴随着输出侧型式冷却系统10中的冷却液流路16，对冷却液的流动进行描述。
首先，流过散热器12的冷却液通过第一通路56被引入到泵14中。
泵14将冷却液经第二通路58泵送到气缸体4的第一流道20中，该第一流道20是流道18中最短的流道。如图6所示，冷却液流过气缸垫8上的第一孔24和第三通路60，并如图7所示那样，从气缸盖6的入流孔44流入到第一冷却液流道30中，其中的第一冷却液流道30靠近发动机2的进气侧。
如图7所示，冷却液流过在流道30中的孔44以流向该流道30的一端，然后再进一步地流向流道另一端的出流孔46。
在这样的情况下，冷却液在气缸体4中的流动路径最短，从而其从气缸体4吸收的热量为最少。
再返回来参见图1，流经气缸盖6中第一流道30的冷却液经位于气缸盖另一端的入流孔46、第四通路62以及气缸垫8上的孔26a被输送到气缸体4的第二流道22中。
此时，流入到气缸体4中的第二流道22中的冷却液已经在气缸盖6的进气侧被加热，从而就可以避免对气缸体4的过度冷却。
此外，冷却了气缸体4中各个气缸后的冷却液经过气缸垫8上的第二孔26b、第二流道32的入流孔48、以及第五通路64，被引入到气缸盖中位于排气侧的被分隔出的第二流道32中。
接着冷却了气缸盖6的排气侧的冷却液被聚集到气缸盖6的另一侧，以及然后经过第六通路66、节温器50和第七通路68返回到散热器12。
如上所述，气缸体4中的冷却液流道18包括位于气缸体中的第一冷却液流道20和第二冷却液流道22，第一冷却液流道20中的冷却液直接来自于水泵14，而第二冷却液流道22中的冷却液则是从气缸盖6输送来的。气缸垫8至少包括第一孔24和第二孔26，第一孔24与气缸体4的第一流道20相连接，第二孔26与气缸体4的第二流道22相连接。气缸盖6中的冷却液流道28包括位于气缸盖内的第一冷却液流道30和第二冷却液流道32，第一冷却液流道30与气缸体4的第一冷却液流道20相连，第二冷却液流道32与气缸体4的第二冷却液流道22相连接。因此，冷却液在被散热器12冷却后，在被其它部位加热之前，先被引流到最需要冷却的部位处(例如气缸盖6)。这就提高了整个发动机的效率，并降低了燃料消耗。防止了刚由散热器冷却的冷却液将整个气缸体过度冷却。不会出现汽油将发动机机油稀释的现象，这在实际工作中是非常有利的。
另外，气缸盖6中的第一冷却液流道30被设置在靠近进气侧的位置处，而第二冷却液流道32则靠近排气侧。因而，对气缸盖6进气侧的冷却效果就尤其地好，而进气侧又是发动机2上最需要冷却的部位，这样就提高了发动机的充气效率和发动机的功率输出，并减小了活塞的摩擦，这将有助于降低燃料消耗。
另外，在多缸发动机2中，气缸体4中的第一冷却液流道20被形成只环绕着与泵14相连接的#1号气缸。这样就能缩短刚由散热器12冷却后的冷却液所流经的通路长，从而防止对气缸体4的过度冷却。
本发明并不仅限于上述的实施例，而是适于各种应用，并能有多种形式的变动和改型。
在本发明的该实施例中，冷却系统10的冷却液流路16被形成为输出侧型式的。但是，流路16也可被制成图10所示的输入侧型式。
将节温器72设置在散热器12和泵14之间就将冷却液流路16形成为输入侧型式。输入侧型式的流路所带来的效果与输出侧型式流路的效果相同。
另外，在该实施例中，在气缸体4一端上的#1号气缸上的第一缸套34是半湿式压装配合的，在凸肋36-1、36-2与缸套34之间会形成有间隙70。但是，也可以采用联铸型的普通缸套82。
因而，就可以消除缸套为半湿式压装配合所产生的间隙70。且能获得与半湿式缸套相同的效果。
另外，在该实施例中，气缸盖中的冷却液流道被分成第一冷却液流道和第二冷却液流道。对于具体的结构，可根据应用条件而改变第一、第二流道的容积。
从而，第一、第二冷却液流道容积的增加能使得在气缸盖进气侧和排气侧上具有所要求的合适冷却效率，从实际应用的角度考虑，这是非常有利的。
此外，在该实施例中，冷却液从气缸体第二冷却液流道流到气缸盖第二冷却液流道所经过的流路，在两端部处具有相同的截面积。对于某种具体的结构，该流路的两端也可以具有不同的截面积。
也就是说，在输出侧型式的流路中，在从节温器一侧向另一侧的方向上，流道的横截面可以逐步增大，以改变冷却液的流速。
因而，对于流入到气缸盖中第二流道中的冷却液，在与出口离开一定距离的位置处，流速将变大，从而使流入到气缸体第二流道中的冷却液能均匀地冷却气缸体的各个部分。这个同等换热的冷却液能够流入到气缸盖中的第二流道中，这就使得两端处的冷却效率是相同的。
另外，在本实施例中，当气缸盖中的流道被分成两个流道时，在两端的流道并不具有预定的横截面。但对于某种具体的结构，流道的横截面可以是具体设定的。
例如，气缸盖中第一冷却液流道可以在第一端具有较大的横截面，以提高冷却液的冷却效率。与第一流道相反，气缸盖中第二冷却液流道可以在另一第二端具有较大的横截面。这就使得已与气缸体热交换后的冷却液能快速通过气缸盖，从而能防止气缸盖被过度加热。
另外，在该实施例中，气缸盖中的冷却液流道被分成了位于气缸盖中的第一流道和第二流道。对于某种具体的结构，在气缸盖的第一和第二冷却液流道之间可设置隔热元件。
也就是说，该隔热元件可包括绝热部件、空气层、冷却水箱等等。例如，冷却水箱可设置在气缸盖的第一流道和第二流道之间，以将冷却液输送到水箱中。
因而，该隔热元件能阻挡从气缸盖中的第二流道传导到第一流道的热量，从而提高在气缸盖中的第一流道一侧上的冷却效率。
如上文的描述所介绍的那样，本发明提供了一种发动机冷却系统，具有一种结构在该结构中，通过散热器进行热交换并由一水泵驱动的冷却液，流经气缸体和气缸盖垫被输送到气缸盖中。气缸体的冷却液流道包括位于气缸体中的第一冷却液流道和第二冷却液流道。气缸体的第一冷却液流道中的冷却液直接来自于水泵，而气缸体第二冷却液流道中的冷却液则是流经气缸盖后的冷却液。气缸盖衬垫至少包括第一孔和第二孔。第一孔与气缸体的第一冷却液流道相连接，而第二孔则与气缸体的第二冷却液流道相连接。所述气缸盖的冷却液流道包括位于气缸盖中的第一冷却液流道和第二冷却液流道。气缸盖中的第一冷却液流道与气缸体中的所述第一冷却液流道相连接，而第二冷却液流道则与气缸体中的所述第二冷却液流道相连接。根据本发明，被散热器冷却后的冷却液在被其它部分加热之前先引流到最需要进行冷却的部位，这将改善发动机的性能，并降低燃料消耗。能防止整个气缸体被刚经过散热器冷却的冷却液过度冷却，从而就不会出现发动机机油被汽油稀释的情况。
权利要求
1.一种发动机冷却系统，其中通过散热器进行热交换并在泵驱动下的冷却液流经气缸体被输送到气缸盖中，包括所述气缸体的冷却液流道中包括位于所述气缸体中的第一冷却液流道和第二冷却液流道，气缸体的第一冷却液流道中的冷却液直接来自于所述散热器，而气缸体所述第二冷却液流道中的冷却液则是流经所述气缸盖后的冷却液；以及所述气缸盖的冷却液流道中包括位于所述气缸盖中的第一冷却液流道和第二冷却液流道，气缸盖中的所述第一冷却液流道与气缸体中的所述第一冷却液流道相连接，而所述第二冷却液流道则与气缸体中的所述第二冷却液流道相连接。
2.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于气缸盖中的所述第一冷却液流道被形成靠近进气侧，气缸盖中的所述第二冷却液流道被形成靠近排气侧。
3.根据权利要求2所述的发动机冷却系统，其特征在于在气缸盖中的水套被肋板分隔成所述第一和第二冷却液流道。
4.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于气缸体中水套被从气缸体侧壁突出伸向缸套的凸肋分隔成第一冷却液流道和第二冷却液流道，所述第一冷却液流道比所述第二冷却液流道短。
5.根据权利要求1或4所述的发动机冷却系统，其特征在于气缸体中的所述第一冷却液流道被形成为只环绕多缸发动机中的与水泵相连接的一单个的气缸。
6.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于还包括将气缸体的第一和第二冷却液流道和分别与气缸盖的第一和第二冷却液流道连通的具有第一和第二孔的气缸衬垫。
7.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于在气缸盖的第一和第二冷却液流道之间可设置隔热元件。
8.一种发动机冷却方法，在发动机的气缸盖中包括第一冷却液流道和第二冷却液流道、以及在气缸体中包括第一冷却液流道和第二冷却液流道，所述方法包括以下步骤经过一散热器进行热交换的冷却液在泵的驱使下首先经过气缸体的第一冷却通道进入气缸盖中的第一冷却液流道，以便冷却气缸盖的进气侧；接着上述流过气缸盖的冷却液被引入气缸体的第二冷却液流道，以便对气缸体进行冷却；然后从气缸体的第二冷却液流道再流入气缸盖的第二冷却液流道，以便冷却气缸盖的排气侧；经过气缸盖的第二冷却液流道的冷却液返回到散热器中。
9.根据权利要求8所述的发动机冷却方法，其特征在于流过气缸盖的第二冷却液流道的冷却液通过一节温器再返回到散热器中。
10.根据权利要求8所述的发动机冷却方法，其特征在于经过散热器的冷却液通过一节温器再被泵驱动进入气缸体的第一冷却通道。
全文摘要
本发明的目的在于使被散热器冷却后的冷却液在被再次加热之前先被输送到最需要进行冷却的部位处，以此来提高发动机性能，并降低燃料消耗。且能防止整个气缸体被刚经过散热器冷却的冷却液过度冷却。在发动机冷却系统中，气缸体的冷却液流道包括位于气缸体中的第一冷却液流道和第二冷却液流道。气缸体第一冷却液流道中的冷却液直接来自于水泵，而气缸体第二冷却液流道中的冷却液则是流经气缸盖后的冷却液。气缸盖衬垫至少包括第一孔和第二孔。第一孔与气缸体的第一冷却液流道相连接，而第二孔则与气缸体的第二冷却液流道相连接。所述气缸盖的冷却液流道包括位于气缸盖中的第一冷却液流道和第二冷却液流道。气缸盖中的第一冷却液流道与气缸体中的第一冷却液流道相连接，而第二冷却液流道则与气缸体中的第二冷却液流道相连接。
文档编号F02F1/36GK1431391SQ0310141
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月7日 优先权日2002年1月7日
发明者田中竜司 申请人:铃木株式会社