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暴露至高热负载。由于集成设计的传热特性，纳入汽缸盖(IEM汽缸盖)的排气歧管可经受特别高的热负载。例如，IEM汽缸盖可将排气通向收集器和单个排气道，其在车辆运行过程中经历高热负载。通过将冷却套并入汽缸盖，能够减少IEM和相邻组件的热负载。具有冷却剂核心形成于其中的冷却套能够减少汽缸盖上的热应力，其中由发动机运行产生的热引起该热应力。例如，在US7，367，294中公开具有集成排气歧管的汽缸盖。上部和下部冷却套包围汽缸盖的主要部分，从而借助循环的液体冷却剂，通过热交换将热从汽缸盖移除。然而，本发明人在此认识到上述方法的问题。例如，在一些情况下，蒸汽可蓄积在冷却剂通道的多个部分中，例如，竖直安置在IEM的通道顶部并邻近排气道的冷却室的多个部分。蒸汽和/或其他气体的蓄积引起液体冷却剂失去与至少冷却套上壁的接触。在该情况下，在邻近蓄积的蒸汽的汽缸盖区域内，尤其是在邻近排气收集器和排气道的区域内，能够增加汽缸盖的温度。结果，汽缸盖和/或其他汽缸体件可热退化。进一步地，排气无法充分冷却，同时下游的发动机或车辆组件，例如涡轮增压器和/或排放控制系统，也可热退化。
实用新型内容因此，在此描述了用于处理上述问题的不同示例性系统和途径。在一个例子中，发动机冷却系统包含汽缸盖，其包含将排气导向排气道的集成排气歧管；冷却剂通道，其围绕所述排气歧管并具有位于所述排气道竖直上方的上壁；脱气道，其位于所述上壁内并流体地耦合至所述冷却剂通道。在另一个例子中，发动机冷却系统包含汽缸盖，其包含将排气导向排气道的集成排气歧管；冷却剂通道，其围绕排气歧管，并在排气道上方具有冷却套；以及脱气道(degasport)，其沿着冷却套顶侧安置，其中在脱气道的入口处，脱气道流体地耦合至冷却剂通道。在脱气道的出口处，脱气道还可耦合至脱气瓶。脱气瓶可通过减压阀允许卸压，并将液体冷却剂返回至散热器的冷却剂通道。另外，温度传感器可被包括在排气收集器和/或排气道附近位置的冷却套内，从而将温度信号传达至车辆的控制器。如果温度信号比预定阈值要大，发动机控制系统将提供过热指示和/或采取纠正措施。这样，冷却系统可提供改善的发动机过热保护。例如，在冷却室顶部蓄积的蒸汽能够从冷却室被排放至脱气瓶。结果，液体冷却剂可维持与冷却套壁接触，并且继续热交换，以便通过产生对流冷却剂回路来降低汽缸盖上的热应力。因此，沿冷却套顶侧的脱气道可降低汽缸盖和冷却排气热退化的可能性，从而降低下游组件上热退化的可能性，所述下游组件例如涡轮增压器、排放控制系统等等。进一步地，在排气系统中温度传感器可提供改善的过温指示。因此，能够改善发动机、涡轮增压器和排放控制系统的性能和寿命。在另一个例子中，发动机系统包含汽缸盖，其包含集成排气歧管，其中该集成排气歧管将多个排气入口道导向排气收集器和单个排气出口道；围绕排气歧管的上部冷却套和下部冷却套；以及温度传感器，其被安置在收集器上方，并且被上部冷却套的通道包围。在另一个例子中，上部冷却套具有在收集器上方的穹顶，其中本系统还包含安置在穹顶顶部的脱气道；其中在上部冷却套的上壁内脱气道成竖直角设置。在另一个例子中，当所述系统被安装在客车内时，所述温度传感器沿着所述汽缸盖的纵向轴线相对于所述脱气道并相对于所述排气收集器的中心横向轴线向后安装。在另一个例子中，所述脱气道沿着所述汽缸盖的所述纵向轴线相对于所述排气收集器的所述中心横向轴线向前定位。在另一个例子中，当系统被安装在客车内时，脱气道沿着汽缸盖的横向轴线距单个排气出口道法兰为第一距离处安装在汽缸盖内，当系统被安装在客车内时，温度传感器安装在沿着汽缸盖的横向轴线距单个排气出口道的法兰的第二距离处，其中第二距离比第
一距离小。在另一个例子中，在上部冷却套的通道之间的竖直壁内安装温度传感器。在另一个例子中，发动机系统包含汽缸盖，其包含集成排气歧管，该集成排气歧管将多个排气入口道导向排气收集器和单个排气出口道；包围上部冷却剂核心的上部冷却套和包围下部冷却剂核心的下部冷却套，所述上部冷却套和所述下部冷却套围绕所述排气歧管，当所述系统被安装至客车内时，所述上部冷却套包括在所述上部冷却套的竖直最顶部区域处的穹顶；脱气道，其位于所述穹顶的竖直顶部，并在所述上部冷却套的上壁内以竖直角度设置，所述脱气道流体地耦合于脱气瓶与所述上部冷却剂核心之间，其中所述脱气道沿着所述汽缸盖的纵向轴线相对于所述排气收集器的中心横向轴线向前定位，并且所述脱气道沿着所述汽缸盖的横向轴线距所述单个排气出口道的法兰的第一距离处安装在所述汽缸盖内；以及温度传感器，其位于所述收集器上方，并且竖直设置在竖直壁内，所述竖直壁被所述上部冷却套的通道包围，其中所述温度传感器沿着所述汽缸盖的纵向轴线相对于所述脱气道并相对于所述排气收集器的中心横向轴线向后安装，并且所述温度传感器安装在沿着所述汽缸盖的所述横向轴线距所述单个排气出口道的所述法兰的第二距离处，所述第二距离小于所述第一距离。应理解，提供上述概要是为了以简化的形式介绍所选概念，其将在详细说明中进一步说明。这并不意味着指出要求保护的主题的关键或基本特征，其范围仅由所附权利要求限定。另外，要求保护的主题不被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例。
图1示出内燃发动机的示意图。图2示出IEM汽缸盖和相关冷却系统示意图，其中冷却系统可被包括进图1示出的内燃发动机中。图3示出包括脱气道的示例性集成燃料汽缸盖的透视图。图4示出图3中汽缸盖的脱气道、排气道和温度传感器的更为详细的侧视图。[0019]图5示出图4中示出的脱气道、排气道和温度传感器的俯视图。图6示出图4中脱气道和排气道的横向横截面图，其示出流体地耦合至脱气道的冷却剂核心。图7示出图3中汽缸盖的纵向横截面图，其切分脱气道。图8示出图3中集成燃料汽缸盖的冷却剂核心的前视图。图9示出图8中冷却剂核心的俯视图。图10示出图3中的集成燃料汽缸盖的纵向横截面图，其切分温度传感器。图11示出温度传感器和周围组件的细节图。图3-图10接近按比例绘制。
具体实施方式
在此描述具有集成排气歧管的发动机汽缸盖(IEM汽缸盖)。集成排气歧管将排气从多个进气道导向公用的排气收集器和排气出气道。IEM汽缸盖包括冷却剂核心，其由与冷却剂入口和冷却剂出口连通的多个冷却剂通道形成。冷却剂通道可包括冷却套，其围绕(至少部分地)排气歧管，尤其是出气道。IEM汽缸盖冷却系统可被配置为借助于冷却剂泵产生的压力，使冷却剂流经汽缸盖内的通道。这样，通过冷却套，可向IEM汽缸盖提供通过热交换得到的冷却。通常地，由于集成排气歧管内的流动特性，排气收集器和排气道将经历较高温度。此外，冷却套壁和发动机排气之间的热交换将冷却发动机排气，并为下游组件提供热保护，其中所述下游组件例如涡轮增压器和/或排放控制系统，等等。在冷却剂泵损坏或冷却系统失去至少一些液体冷却剂的情况中，IEM汽缸盖温度将增加，并且在冷却剂核心顶部部分可蓄积蒸汽。在蒸汽蓄积的部位，液体冷却剂可失去与冷却套壁的接触，同时可减少热交换。因此，可出现局部高温，从而热退化IEM汽缸盖。进一步地，排气温度可增加，因此退化排气系统的下游组件。为了至少部分地处理该情况，脱气道可被包括进IEM汽缸盖的上壁内，例如在IEM汽缸盖内的冷却剂通道最竖直部位的穹顶处。脱气道通过IEM汽缸盖上壁和冷却套可流体地耦合至冷却剂核心。脱气道允许自冷却室释放蓄积的蒸汽，并产生对流，因此，液体冷却剂可维持与冷却套上壁的接触。按这种方式，可减少IEM汽缸盖、排气道上的热应力，和下游组件的过温状况。进一步地，在邻近排气收集器和排气道的汇流部位，IEM汽缸盖可包括与车辆控制器通信的温度传感器。控制器可识别被感测的温度比阈值要大的情况，以便向操作员提供这样的指示并/或调整发动机工况，从而降低燃烧气体的排气温度。因此，上述特征可降低IEM汽缸盖、排气收集器、排气道、汽缸体和/或下游组件热退化的可能性，从而增加发动机组件的寿命。在此描述IEM汽缸盖的例子包括上部冷却套内的通风口，例如脱气道，并且可还包括上部冷却套中的温度传感器。图1和图2分别包括示例性内燃发动机和示例性IEM汽缸盖的示意图。如图3所示，IEM汽缸盖包括排气道，其通过排气收集器(如图6所示)耦合至多路排气流道(未示出)。图4包括更为详细的图3的排气道视图。如图4所示，脱气道和温度传感器位于上部冷却套区域内，其中该区域竖直地在排气道上方。图5的俯视图示出脱气道和温度传感器相对于彼此的空间取向。图6为沿图3中6-6’轴线的IEM汽缸盖的横截面，其示出IEM汽缸盖上壁内的脱气道取向，以及将脱气道与上部冷却剂核心的耦合。图7和图8更为详细地示出冷却剂核心。进一步地，图7中指示排气道上方的冷却剂核心的“热点”。图9和图10示出示例性温度传感器的位置、取向和结构。参考图1，内燃发动机10，其包含由电子发动机控制器12控制的多个汽缸，其中在图1中示出的一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，其中汽缸壁具有安置其中并且连接至曲轴40的活塞36。示出燃烧室30通过各个进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。可通过进气凸轮51和排气凸轮53运行每个进气门和排气门。可替换地，可通过机电控制阀线圈和电枢总成运行一个或更多进气门和排气门。可由进气凸轮传感器55判定进气凸轮51的位置。可由排气凸轮传感器57判定排气凸轮53的位置。在进气门52和进气压缩管(zip tube)42中间还示出进气歧管44。通过燃料系统(未示出)将燃料输送至燃料喷射器66，其中燃料系统包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨(未示出)。配置图1中发动机10，以便燃料直接喷射至发动机汽缸，这是本领域技术人员所知的直接喷射。响应于控制器12,燃料喷射器66被供以来自驱动器68的工作电流。另外，不出进气歧管44与具有节流板64的可选的电子节气门62连通。在一个例子中，可使用低压直喷系统，其中燃料压力能够被提升至大约23-30巴。可替换地，高压双级燃料系统可被用于产生较高燃料压力。通过火花塞92，无分电器点火系统88响应控制器12为燃烧室30提供点火火花。示出通用排气氧(UEGO)传感器126耦合至催化转化器70上游的排气歧管48。可替换地，双态排气含氧传感器可代替UEGO传感器126。在一个例子中，转化器70能够包括多个催化剂砖。在另一个例子中，能够使用多个排放控制装置，其每个均有多个砖。在一个例子中，转化器70能够是三元型催化剂。图1中示出控制器12为传统的微型计算机，其包括微处理器单元(CPU) 102、输入/输出(I/o)端口 104、只读存储器(ROM) 106、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和常规数据总线。除上述那些信号外，示出控制器12接收来自传感器的不同信号，其中该传感器耦合至发动机10，该信号包括来自耦合至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);耦合至加速器踏板130用于感测足部132施加的力的位置传感器134 ;来自耦合至进气歧管44的压力传感器122的对发动机歧管压力(MAP)的测量；根据霍尔效应传感器118的感测曲轴40位置的发动机位置传感器；来自传感器120的对进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的对节气门位置的测量。还可感测大气压(传感器未示出)以便由控制器12处理。在本实用新型的优选方面，发动机位置传感器118在每次曲轴回转产生预定数量的等距脉冲，由此能够判定发动机转速(RMP)。在一些实施例中，发动机可被耦合至混合驱动车辆的电动机/电池系统。混合驱动车辆可具有并行配置、串行配置或其变形或组合。图2示出发动机汽缸盖冷却系统200的示意图。应明白，如图1所示，冷却系统可被包括进发动机10中。冷却系统可被配置为将热从发动机移除。如此处更加详细的描述，控制器12可被配置为通过冷却剂回路250调整自发动机移除的热量。这样，可调整发动机温度，从而允许增加燃烧效率，以及减少发动机上的热应力。冷却系统200包括冷却剂回路250，其穿过汽缸体252内的汽缸体冷却剂通道251行进。在冷却剂回路中，水或另一种适合的冷却剂可被用作工作液体。汽缸体可包括一个或更多燃烧室的一部分。应明白，冷却剂回路可靠近燃烧室的所述部分行进。这样，在发动机运行过程中产生的余热可被转移至冷却剂回路。IEM汽缸盖253可被耦合至汽缸体，从而形成汽缸总成。当被组装后，汽缸总成可包括多个燃烧室。图1示出的燃烧室30可被包括进多个燃烧室。汽缸盖冷却系统还包括上部冷却套254和下部冷却套256。应明白上部和下部冷却套均被纳入汽缸盖内。上部冷却套包括多个冷却剂通道258，其包含上部冷却剂核心。同样地，下部冷却套包括多个冷却剂通道260，其包含下部冷却剂核心。如图所示，上部冷却剂核心包括冷却剂入口 262，而下部冷却剂核心包括冷却剂入口 264。然而，应明白，在其他实施例中，上部和/或下部冷却套可包括多个入口。例如，上部冷却套可包括单个入口，而下部冷却套可包括多个入口。应明白，在一些实施例中，上部和下部冷却套的入口可耦合至汽缸体内的公用的冷却剂通道。这样，上部和下部冷却套通过其各自入口接收来自公用源的冷却剂，其中该公用源被包括在发动机的发动机组内。然而，在其他实施例中，上部和下部冷却套入口可耦合至汽缸体内分开的冷却剂通道。第一组跨接冷却剂通道266可将上部冷却套254流体地耦合至下部冷却套256。类似地，第二组跨接冷却剂通道268可将上部冷却套流体地耦合至下部冷却套。包括在第一组跨接冷却剂通道内的每个跨接冷却剂通道可包括限流件270。同样地，包括在第二组跨接冷却剂通道内的每个跨接冷却剂通道可包括限流件271。在构造汽缸盖253过程中，可调整限流件的不同特性(例如，尺寸、形状等等)。因此，包括在第一组跨接冷却剂通道内的限流件270与包括在第二组跨接冷却剂通道内的限流件271相比，其尺寸、形状等等可不同。这样，可为多种发动机调整汽缸盖，从而增加汽缸盖的适用性。虽然在第一和第二组跨接冷却剂通道内均示出两个跨接冷却剂通道，但是在其他实施例中，可改变包括进第一和第二组跨接冷却剂通道内的跨接冷却剂通道数量。跨接冷却剂通道允许冷却剂行进于上部和下部冷却套的入口和出口间不同点处的冷却套之间。按这种方式，冷却剂可在复杂的流动模式中行进，其中冷却剂在上部和下部套之间、套中间和套内的其他不同部位移动。混合的流动模式在发动机运行过程中，减少了汽缸盖内的温度变化，也增加了可从汽缸盖移除的热能总量，从而改善发动机性能。分别在上和下冷却套254和246之间设置排气歧管48。正因如此，在冷却排气歧管壁的同时，运送加热的发动机排气，随后至少部分冷却发动机排气。冷却剂泵284也可被包括在冷却剂回路中。恒温器286可被安置在上部冷却套的出口 276处。恒温器288还可被安置在汽缸体252的一个或更多冷却剂通道251的入口处。在其他实施例中，附加的恒温器可被安置在冷却剂回路内的其他部位，例如在散热器内的一个或更多冷却剂通道的入口或出口处、上部冷却套的入口处等等。恒温器可被用于基于温度调整流经冷却剂回路的流体量。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，可无源地运行恒温器。应明白，控制器12可调整由冷却剂泵284提供的头压(head pressure)量,从而调节经过回路的冷却剂流动速率，从而调节自发动机移除的热量。此外，在一些例子中，控制器12可被配置为通过恒温器286动态地调节流经上部冷却套的冷却剂量。特别地，当发动机温度低于阈值时，流经上部冷却套的冷却剂流动速率将降低。这样，可降低冷启动过程中的发动机暖机持续时间，从而增加燃烧效率并降低排放。[0045]排气歧管和发动机排气经由冷却剂回路和冷却套的冷却，可防止排气歧管和下游发动机组件热退化，例如因温度梯度导致的翘曲和/或因过温状况导致的退化。在一个特定例子中，通过冷却剂泵循环液体冷却剂。这样，可围绕排气歧管循环冷却剂，从而能够使热自排气歧管被移除。因此，可减少汽缸盖排气歧管上以及相邻组件上的热应力，从而延长组件寿命。散热器能够使热从冷却剂回路转移至周围空气。这样，可将热从冷却剂回路移除。然而，在冷却系统中可能会出现问题。在一个例子中，如果冷却剂泵退化和/或如果出现液体冷却剂损耗，蒸汽将在冷却剂核心的最顶部部分蓄积，从而在紧靠冷却套的上壁形成气泡。在该例子中，液体冷却剂将在气泡部位失去与上部冷却套的接触，因此，在该部位，热交换和冷却套冷却将减少。在一个特别的例子中，气泡可形成于冷却剂核心内最顶部部位(例如，核心的竖直最高部位)，其接近排气出口或排气道。因为加热的发动机排气集中在该部位，所以在选定的车辆工况下，排气道将经受高热。如上所述，在正常工况下，液体冷却剂穿过上部冷却套壁的热交换减轻了高温，同时防止发动机组件损坏。如果气泡出现在该部位，由于减少的热传导，将导致出现高温，并且因此可发生热退化。为了至少部分地减少该退化，冷却系统200包括在上部冷却套254内的脱气道290。脱气道290在靠近上部冷却套的竖直的最顶部部分区域中位于上部冷却套254顶面内，并且其与冷却室流体连通。脱气道出口耦合至脱气管道294，脱气管道294进一步耦合至脱气瓶292。脱气瓶可包括减压阀，其当脱气瓶292内的压力大于阈值时打开，从而卸压。在一个例子中，当脱气瓶压力大于16磅/平方英寸时，减压阀可无源地打开。在可替换的实施例中，脱气瓶可包括与控制器连通的压力传感器，并且脱气门可由控制器运行。脱气瓶292进一步耦合至散热器282的冷却剂通道280，以便液体还原剂可返回至冷却剂回路250。在可替换的实施例中，脱气瓶可在冷却回路250的不同部位使液体还原剂返回，例如水泵或汽缸体处。进一步地，上部冷却套254还可包括温度传感器296。因此，在冷却回路变得过热且蒸汽蓄积在上部冷却套顶部的状况下，脱气道可将蒸汽导向脱气瓶，同时液体冷却剂余留在冷却室内，并产生对流。这样，即使因冷却剂损失或减少的冷却剂流导致冷却系统退化，也可继续冷却剂和冷却套壁之间的热交换，以及冷却套壁和排气之间的热交换。在一个特别的实施例中，脱气道在邻近公用排气收集器和排气道的位置位于汽缸盖顶壁和上部冷却套上壁。此处参考图3-8更为详细地讨论冷却剂通道脱气道。应明白，示意性示出图2中的系统和组件，并不意味示出组件的相对部位。图3示出示例性汽缸盖253的透视图。示出汽缸盖253这样取向，即其中当车辆在驾驶表面，例如道路上时，汽缸盖安装至车辆中的发动机。例如，汽缸盖可被配置为附装至汽缸体(未示出)，限定一个或更多燃烧室，其中如上述图1所示该燃烧室具有在其中往复移动的活塞。汽缸盖可由例如铝等适合的材料铸造。已组装汽缸盖的其他组件被略去。略去的部件包括凸轮轴、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。所述壁包括分别为302和304的第一和第二侧壁。四个周边壁还可包括前端壁306和后端壁308。底壁312可被配置为耦合至汽缸盖(未示出)，从而形成发动机燃烧室，如前面所述。汽缸盖的顶壁316还包括脱气道290，其包括被配置为用于从上部冷却套移除气体的阀门。图4和图5示出脱气道更为详细的示图。[0051]汽缸盖253包括排气道320，其中多个排气流道(未示出)耦合至排气道。排气流道可耦合至每个燃烧室(未示出)的排气门。这样，排气歧管和排气流道可被纳入汽缸盖铸件。集成的排气流道具有许多益处，例如减少发动机内的零件数量，从而减少整个发动机研发周期的成本。此外，当运用集成的排气歧管时，还可降低库存和装配成本。汽缸盖还包括围绕排气道320的排气歧管法兰273。该法兰包括螺栓座310或其他附装设备，其被配置为附装至下游排气组件，例如排气导管或包括在涡轮增压器内的涡轮入口。这样，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。压缩机可被配置为增加进气歧管内的压力。图4示出排气道320和脱气道290更为详细的示图。在毗连上部冷却套的上表面范围内安置脱气道。在一些例子中，可在上部冷却套的顶峰处(例如，大体最高竖直点)安置脱气道。因为上部冷却套该部位邻近排气歧管，所以在车辆运行过程中，其为经历较高温度的区域，并且是蒸汽蓄积的部位。然而，在其他实施例中，可在另一个适合的部位安置脱气道，例如在分体式水套设计的下部水套内。脱气道可降低上部和下部冷却套内的气体量(例如，空气和/或水蒸气)，从而允许液体冷却剂被吸至冷却套壁，并产生流经冷却剂回路的液体冷却剂流。气体排放可允许液体冷却剂维持与冷却套壁的接触，并且通过热交换，向冷却套壁提供冷却。另外，冷却壁可冷却经过排气道320的热排气，并且至少部分地减少对下游组件的退化，例如涡轮增压器。因此，在蒸汽以其他方式蓄积在冷却剂核心的状况下，上部和下部冷却套的运行效率可增加。如图4所示，温度传感器296位于邻近脱气道290的地方。温度传感器穿过排气道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2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工况和/或冷却系统性能，例如，冷却剂损失、不可运行的泵和/或系统阻塞。然后，如果温度比阈值要大，则控制器可将信号发送至驱动器，从而给出出现冷却系统退化的早期指示。可替换地或附加地，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5示出图4中示出的细节图的俯视图。图5示出脱气道290位于离法兰273外部表面为距离A的地方，而温度传感器296位于离法兰273外部表面为距离B的地方。在本实施例中，距离A比距离B要大，以便温度传感器比脱气道接近法兰。在可替换的实施例中，距离B可以比距离A要大，或距离A和距离B可大体相等。在距离B比距离A要大的可替换实施例中，脱气道比温度传感器接近法兰。在距离A和距离B相等的可替换实施例中，温度传感器与脱气道到法兰为等距。脱气道的放置部位可受到物理设计及制造约束以及冷却剂流的优化，以便具有最大被引入空气蒸汽量的冷却剂被导向为最接近脱气道。因此，脱气道可位于最靠后点的最高水套区域内，从而用冷却剂流将被存留的空气冲至开口处。温度传感器可被布置在尽可能接近最高排气道的部位，在本例子中，该部位也是最热金属所在部位。如果冷却剂损失，则该高点将是金属首先暴露的地方。脱气部位可与温度传感器分离，从而避免脱气和温度传感器运行的相互影响。进一步地，脱气部位可被安置在金属传感器下游，从而避免错误的读数。如果故障安全监控系统并入后关闭电动冷却剂泵，通常称为“连续运行泵(run on pump)”，这同样有用。如果图3示出排气道320、脱气道290、排气收集器630和包含冷却剂通道的冷却剂核心600的部位，则图6示出沿轴线6-6’的IEM汽缸盖253的横截面图。特别地，示出冷却剂核心600的上部核心610和汽缸盖253的顶壁316。脱气道290位于顶壁316内排气收集器630上方，而上部核心610设置在脱气道290和排气收集器630之间。更特别地，脱气道290设置于集成的汽缸盖253顶壁316内并通过该集成的汽缸盖253顶壁316，该集成的汽缸盖253顶壁316同样也是冷却套的顶壁。因此，脱气道290与上部核心610在脱气道底端612处流体连通。底端612位于上部核心610的穹顶632的最顶部区域内。由于相对于液体冷却剂空气/气体的密度较轻，所以上部核心最顶部区域是在过热状况下可能形成气泡的地方。相对地，脱气道290的顶端614耦合至脱气管道，脱气管道进一步耦合至脱气瓶(图2中示意性示出)。在本实施例中，脱气道290在顶壁316内大体竖直设置。更特别地，脱气道290从汽缸盖中心向外，相对于集成汽缸盖253的横向轴线成角度X。在一个特别的例子中，角度X为60度。在可替换实施例中，脱气道可向内成角度或平行于汽缸盖的竖直轴线。图7示出沿图3所示轴线7-7的IEM汽缸盖253的横截面图。横截面图示出第二排气流道通道704、第三排气流道通道706和第四排气流道通道708。每个排气流道通道在一端耦合至汽缸排气门(在图1中示意性示出)并在相反端耦合至排气收集器。如图7所示，脱气门290恰好位于第二排气流道通道704上方。图8示出包括上部核心610和下部核心810的冷却剂核心600。冷却剂核心600可
铸件核心形成，所述铸造核心如图所示定位并且在铸造过程中被一起布置至外部铸模中。然后注入铸模的金属可具有铸模的形状，硬化并形成汽缸盖253。如图所示，被包括在上部和下部核心二者内的竖直对准的突起820可限定第一组跨接冷却剂通道266。应明白，跨接冷却剂通道可相对于活塞运动竖直取向。位于上部和下部核心内的横向对准的突起822可限定第二组跨接冷却剂通道268。应明白，水平对准延伸件824可限定包括限流件277的上部冷却套的出口 276。如前面所述，上部和下部冷却套限定多个冷却剂通道。此外，排气道320限定通向排气歧管的开口，其中该排气歧管包括流体地耦合至排气道的多个排气流道(未示出)。因此，在发动机运行过程中，来自流道的发动机排气穿过排气道。这样，在区域750处会增加冷却剂核心和冷却套的温度，其中该区域750邻近排气道且位于排气道上方。因此，区域750是汽缸盖“热区”。进一步地，因为区域750在冷却剂核心600顶部，所以气体，例如空气和/或蒸汽，可在冷却剂核心的该区域蓄积，尤其是如果冷却剂泵损坏和/或出现冷却剂损失。如图9所示，在本实施例中，脱气道290位于排气道向前(朝向车辆前端)且向内(朝向车辆中心)的地方。在可替换实施例中，脱气道可位于排气道后侧或恰好在排气道上方。进一步地，在可替换实施例中，汽缸盖可包括多个脱气道。除脱气道290外，在区域750中，汽缸盖可包括温度传感器296。在图2_5、图10和图11中示出温度传感器。图10示出沿汽缸盖纵向轴线(图3的轴线10-10)的汽缸盖253的横截面，其切分温度传感器296。在本实施例中，温度传感器具有距离为F的长度。在一个特别的例子中，距离F为29. 1mm。如上所述，在本实施例中，温度传感器296自法兰273(如图5所示)向内(朝向汽缸盖中心)定位，并恰好位于排气通道706上方。更特别地，传感器296在排气道320和排气收集器630的纵向中心向后安置。在可替换实施例中，温度传感器可处于邻近排气道不同部位且/或汽缸盖可包括多于一个温度传感器。图11包括更为详细的传感器296及其周围组件的示图。在本实施例中，传感器包括连续的较窄部分1110、1112、1114和1116。部分1110为温度传感器顶部最大部分，并且其与壁620顶部表面融合。温度传感器加工孔在传感器末端较窄，从而使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影响最小化。温度传感器296设置在汽缸盖253的竖直壁1030内。竖直壁1030在上部核心610通道之间延伸，因此，温度传感器296被上部核心610包围。例如，因为在上部核心通道内竖直壁侧边与液体冷却剂接触，所以温度传感器被上部核心包围，其中温度传感器设置在竖直壁内。在可替换的例子中，通过将温度传感器设置在冷却剂核心内，并直接与液体冷却剂接触，温度传感器可被冷却剂核心包围。锥形末端1118邻近排气收集器630上壁和冷却剂核心600的区域750。锥形末端1118距第三排气流道通道706上壁为距离G。在一个例子中，距离G为4. 5mm。在邻近排气面(exhaust face)的部位，温度传感器可提供区域750内汽缸盖的温度测量。如图2所示，温度传感器296将温度信号发送至控制器12。上述示例性汽缸盖包括集成的排气歧管。在包括汽缸盖的车辆运行过程中，因集成的排气歧管内的流动特性，所以汽缸盖将经历较高温度。汽缸盖冷却系统被配置为使冷却剂流经汽缸盖内的通道，从而冷却IEM汽缸盖。脱气道竖直设置于汽缸盖顶壁内，并且从汽缸盖中心向外成角度。脱气道与上部冷却剂核心在上部冷却剂核心的最顶部区域流体连通。脱气道可允许蓄积的蒸汽自冷却剂核心释放，因此允许液体冷却剂维持与上部冷却套壁接触。这样，可减少在集成的排气歧管的汽缸盖壁、排气道、和下游组件上的热应力。进一步地，汽缸盖可包括冷却套壁内的温度传感器，其邻近排气道并且被上部冷却剂核心包围。当在排气道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驱动器，从而停止车辆的运行。因此，上述特征可降低排气收集器、排气道、汽缸体或例如涡轮增压器等相邻组件的热退化的可能性，从而延长组件寿命。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各种系统和配置和其他特征、功能和/或性能的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。所附权利要求特别指出被视为是新颖和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”元件或其等同用语。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。公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可由本实用新型权利要求修正或经过在此或相关申请中呈现的新的权利要求加以要求保护。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，其包含将排气导向排气道的集成排气歧管；冷却剂通道，其围绕所述排气歧管并具有位于所述排气道竖直上方的上壁；脱气道，其位于所述上壁内并流体地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，其特征在于所述冷却剂通道包括上部冷却套和下部冷却套，并且所述脱气道流体地耦合至所述上部冷却套。
3.根据权利要求2所述的发动机冷却系统，其特征在于所述脱气道设置在所述上部冷却套的上壁内，所述脱气道至少部分地从所述上部冷却套竖直延伸远离，从而使所述冷却套通气。
4.根据权利要求3所述的发动机冷却系统，其特征在于所述脱气道在所述上部冷却套的所述上壁内以竖直角度设置。
5.根据权利要求3所述的发动机冷却系统，其特征在于所述脱气道从汽缸盖中心向外，相对于集成汽缸盖的横向轴线成角度为60度。
6.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于所述脱气道流体地导向脱气瓶，从而使所述冷却剂通道通气，其中所述脱气瓶流体地耦合至散热器。
7.根据权利要求2所述的发动机冷却系统，其特征在于还包含温度传感器，该温度传感器位于所述冷却剂通道的所述上壁内邻近所述排气歧管内多个排气道的汇流处，其中所述温度传感器被所述冷却剂通道包围，并且竖直地位于所述排气歧管汇流处的上方。
8.一种发动机系统，其特征在于包含汽缸盖，其包含将多个排气入口道导向排气收集器和单个排气出口道的集成排气歧管；围绕所述排气歧管的上部冷却套和下部冷却套；以及温度传感器，其位于所述收集器上方，并且被所述上部冷却套的通道包围。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述上部冷却套具有在所述收集器上方的穹顶，所述系统还包含位于所述穹顶顶部的脱气道；其中所述脱气道流体地耦合于脱气瓶和上部冷却剂核心之间，所述上部冷却剂核心被所述上部冷却套包围；其中当所述系统被安装至客车中时，所述脱气道从所述上部冷却剂核心相对于竖直轴线的最高部分处延伸。
10.一种发动机系统,其特征在于包含汽缸盖，其包含集成排气歧管，该集成排气歧管将多个排气入口道导向排气收集器和单个排气出口道；包围上部冷却剂核心的上部冷却套和包围下部冷却剂核心的下部冷却套，所述上部冷却套和所述下部冷却套围绕所述排气歧管，当所述系统被安装至客车内时，所述上部冷却套包括在所述上部冷却套的竖直最顶部区域处的穹顶；脱气道，其位于所述穹顶的竖直顶部，并在所述上部冷却套的上壁内以竖直角度设置， 所述脱气道流体地耦合于脱气瓶与所述上部冷却剂核心之间，其中所述脱气道沿着所述汽缸盖的纵向轴线相对于所述排气收集器的中心横向轴线向前定位，并且所述脱气道沿着所述汽缸盖的横向轴线距所述单个排气出口道的法兰的第一距离处安装在所述汽缸盖内；以及温度传感器，其位于所述收集器上方，并且竖直设置在竖直壁内，所述竖直壁被所述上部冷却套的通道包围，其中所述温度传感器沿着所述汽缸盖的纵向轴线相对于所述脱气道并相对于所述排气收集器的中心横向轴线向后安装，并且所述温度传感器安装在沿着所述汽缸盖的所述横向轴线距所述单个 排气出口道的所述法兰的第二距离处，所述第二距离小于所述第一距离。
专利摘要本实用新型涉及一种发动机冷却系统。包括集成排气歧管的汽缸盖(IEM汽缸盖)耦合至发动机汽缸体。IEM汽缸盖包含耦合至汽缸排气门的排气收集器、耦合至排气收集器的排气道、以及用于冷却汽缸盖的冷却套。汽缸盖的上壁在排气收集器上方并邻近排气道的区域内可包括脱气门和温度传感器。脱气门可耦合于冷却套的上部冷却剂核心的最顶部部分，从而将蓄积的蒸汽和/或上部冷却剂核心放出的气体导向脱气瓶。温度传感器可将温度信号发送至控制器，并且如果温度信号比阈值要大时，控制器可将发动机的过温状况的指示发送给操作员。因此，能够改善发动机、涡轮增压器和排放控制系统的性能和寿命。
文档编号F01P3/02GK202832743SQ20122026015
公开日2013年3月27日 申请日期2012年6月4日 优先权日2011年6月13日
发明者T·拜尔, J·C·里格, E·达默 申请人:福特环球技术公司