一种冷却水套及其控制方法、发动机结构与流程

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种冷却水套及其控制方法、发动机结构。

背景技术：

发动机缸盖及缸体需要依靠其内部水套内的冷却水换热来维持正常工作温度。目前，常用的发动机水套为砂芯铸造而成的空腔与管道，其容积一般固定不变。

发动机高功率运行工况下，发动机水套需要容纳大量冷却水来保证冷却能力，即该工况下所需的发动机水套容积较大；发动机处于冷启动工况时，需要尽量提高暖机速率，以减小发动机的摩擦损失并降低污染物排放，为此，需尽量减小发动机水套的容积。

因此，现有的发动机水套无法满足发动机处于上述两种工况时的冷却需求，导致发动机在冷启动工况或者高功率工况下性能下降。

有鉴于此，如何提供一种发动机水套，使得其能够满足发动机处于冷启动工况和高功率工况两种运行工况下的需求，从而提高发动机在两种工况时的性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种发动机的冷却水套，包括缸体水套和缸盖水套，其中，所述缸体水套内部具有相互隔离的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与所述缸盖水套连通，用于冷却发动机的缸盖；

还包括用于控制所述第二腔体开启或关闭的开关装置，所述开关装置开启时，所述第一腔体与所述第二腔体均处于工作状态；所述开关装置关闭时，所述第一腔体处于工作状态，所述第二腔体停止工作。

因此，本发明中，通过设置开关装置，使得缸体水套内冷却水腔的体积能够根据需要改变，同时，由于该缸体水套与缸盖水套直接连通，二者之间不需要增设额外的水腔来完成供水和回水，具有节省空间的优点。

可选地，所述缸体水套内部设置有分割片，所述分割片与发动机缸体内的密封垫片接触，以便将所述缸体水套分割为所述第一腔体和所述第二腔体。

可选地，所述分割片通过支撑片设于所述缸体水套内；所述缸体水套进口处的所述支撑片位于所述缸体水套内侧。

可选地，所述第二腔体的出口设置有电子控制阀，所述电子控制阀为所述开关装置；

所述电子控制阀还能够根据发动机的实时温度调整进入所述第二腔体的冷却水流量。

可选地，所述缸盖水套设置于发动机排气歧管处，包括若干供水道，所述供水道一端与所述第一腔体连通，另一端与所述排气歧管中各分支管的交汇区连通。

可选地，所述供水道为带状结构。

可选地，所述排气歧管包括四个支管，分别为1缸支管、2缸支管、3缸支管和4缸支管，所述1缸支管与所述2缸支管交汇于第一交汇区，所述3缸支管与所述4缸支管交汇于第二交汇区，四个所述支管交汇于总交汇区，且所述第一交汇区和所述第二交汇区位于所述总交汇区的两侧，所述排气歧管的出口管设于所述总交汇区；

所述缸盖水套包括第一供水道、第二供水道和第三供水道三个所述供水道，分别连通至所述第一交汇区、所述第二交汇区和所述总交汇区。

可选地，所述第一供水道和所述第二供水道均具有连通至所述总交汇区的连接水道。

可选地，所述缸盖水套还包括设于所述发动机火花塞处的环形水道，所述环形水道靠近发动机燃烧室，并与所述第一腔体连通。

同时，本发明还提供一种发动机结构，包括缸体与缸盖，还包括用于冷却发动机的冷却水套，其中，所述冷却水套为以上所述的冷却水套。

另外，本发明进一步提供一种冷却水套的控制方法，所述冷却水套为以上所述的冷却水套；所述控制方法包括下述步骤：

10)根据发动机的实时温度判断所述发动机所处的工况，当所述实时温度低于预定温度时，发动机处于冷启动工况，进行步骤11)；当所述实时温度高于所述预定温度时，发动机暖机完成，进行步骤12)；

11)关闭所述开关装置，以使所述第一腔体处于工作状态，所述第二腔体停止工作，所述第一腔体内的冷却水进入所述缸盖水套；

12)开启所述开关装置，以使所述第一腔体和所述第二腔体均处于工作状态，所述第一腔体内的冷却水进入所述缸盖水套，所述第二腔体内的冷却水进入所述发动机的缸体。

因此，当发动机冷启动时，开关装置关闭，此时，该缸体水套中仅第一腔体中的冷却水与散热器换热，与缸体水套冷却水腔的总容积相比，该模式下缸体水套起作用的冷却水腔(第一腔体)容积较小，从而提高发动机冷启动时的暖机速率，实现发动机快速暖机，并减少摩擦损失和污染物排放。

当发动机暖机完成，正常行驶时，为了保证该冷却水套具有良好的冷却效果，该缸体水套中的第一腔体和第二腔体均为起作用的冷却水腔，即该模式下冷却水套的冷却水腔容积较大，从而能够保证该冷却水套具有良好的冷却效果，避免发动机过热。

基于此，本发明中，通过改进缸体水套内部冷却水腔的结构并设置开关装置，使得该冷却水套在发动机冷启动时能够实现快速暖机，在发动机行驶工况时具有良好的冷却效果，从而使得发动机在两种工况时均具有良好的性能。

可选地，所述开关装置为电子控制阀，步骤12)中，还包括下述步骤：

121)根据所述实时温度调节所述电子控制阀的开度，以便调节进入所述第二腔体的冷却水流量。

附图说明

图1为本发明所提供发动机冷却水套在一种具体实施例中的结构示意图；

图2为图1中缸体水套的结构示意图；

图3为图2中缸体水套在发动机进气侧的视图；

图4为图中缸体水套在发动机排气侧的视图；

图5为图2的俯视图；

图6为图2中分割组件的结构示意图；

图7为图1中缸套水套的结构示意图；

图8为图7中缸套水套另一视角的结构示意图；

图9为本发明所提供冷却水套控制方法在一种具体实施例中的流程图。

图1-8中：

1缸体水套、11第一腔体、111第一出口、12第二腔体、121第二出口、13进口、14分割组件、141第一分割片、142第二分割片、143支撑片；

2缸盖水套、21第一供水道、22第二供水道、23第三供水道、24第一交汇区、25第二交汇区、26总交汇区、27连接水道。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考附图1-6、图9，其中，图1为本发明所提供发动机冷却水套在一种具体实施例中的结构示意图；图2为图1中缸体水套的结构示意图；图3为图2中缸体水套在发动机进气侧的视图；图4为图中缸体水套在发动机排气侧的视图；图5为图2的俯视图；图6为图2中分割组件的结构示意图；图9为本发明所提供冷却水套控制方法在一种具体实施例中的流程图。

在一种具体实施例中，本发明提供一种发动机的冷却水套，发动机包括缸体和缸盖，缸体包括缸筒。如图1所示，该冷却水套包括缸体水套1和缸盖水套2，其中，缸体水套1外套于缸筒，缸盖水套2外套于缸盖。

具体地，如图3和图4所示，该缸体水套1内部具有相互隔离的第一腔体11和第二腔体12，其中，第一腔体11与缸盖水套2连通，即第一腔体11用于冷却发动机的缸盖，第二腔体12用于冷却发动机的缸体。还包括用于控制第二腔体12开启或关闭的开关装置，当开关装置开启时，第一腔体11与第二腔体12均处于工作状态，两腔体内的冷却水均能够进入散热器，此时，该冷却水套处于第一工作模式；开关装置关闭时，第一腔体11处于工作状态，第二腔体12停止工作，仅第一腔体11内的冷却水能够进入散热器，此时，冷却水套处于第二工作模式。

本发明中，通过设置开关装置，使得缸体水套1内冷却水腔的体积能够根据需要改变，同时，由于该缸体水套1与缸盖水套2直接连通，二者之间不需要增设额外的水腔来完成供水和回水，具有节省空间的优点。

同时，本发明还提供一种发动机冷却水套的控制方法，该冷却水套为以上实施例中所述的冷却水套，如图9所示，该冷却水套的控制方法包括下述步骤：

s10：根据发动机的实时温度判断发动机所处的状态，判断发动机的实时温度是否低于预定温度，若是，进行步骤s11；若否，进行步骤s12；

s11：发动机处于冷启动状态，关闭开关装置，使得第一腔体11处于工作状态，第二腔体12停止工作，第一腔体11内的冷却水进入散热器换热。

s12：发动机冷启动完成，处于行驶状态，开启开关装置，使得第一腔体11和第二腔体12均处于工作状态，二者的冷却水均能够进入散热器中换热。

本发明中，当发动机冷启动时，开关装置关闭，此时，该缸体水套1中仅第一腔体11中的冷却水与散热器换热，与缸体水套1冷却水腔的总容积相比，该模式下缸体水套1起作用的冷却水腔(第一腔体11)容积较小，从而提高发动机冷启动时的暖机速率，实现快速暖机，并减少摩擦损失和污染物排放。

当发动机暖机完成，正常行驶时，为了保证该冷却水套具有良好的散热效果，该缸体水套1中的第一腔体11和第二腔体12均为起作用的冷却水腔，即该模式下冷却水套的冷却水腔容积较大，从而能够保证该冷却水套具有良好的换热能力，避免发动机过热。

因此，本发明中，通过改进缸体水套1内部冷却水腔的结构并设置开关装置，使得该冷却水套在发动机冷启动时能够实现快速暖机，在发动机正常工作时具有良好的冷却效果，同时，还具有节省空间的优点。

具体地，第二腔体12的出口设置有电子控制阀，该电子控制阀即为上述的开关装置。电子控制阀设置于第二腔体12的出口便于阀体的布置,并且能够快速关闭第二腔体12的水流，从而进一步提高发动机冷启动时的暖机速率。另外，该电子控制阀还用于根据发动机的实时温度调整进入第二腔体12的冷却水流量。

基于此，如图9所示，上述步骤s12中，还包括下述步骤：

s121：根据发动机的实时温度调节开关装置的开度，以便调节进入第二腔体12的冷却水流量。

因此，当发动机暖机完成时，逐渐开启电子控制阀，从而使得第二腔体12内的冷却水流量逐渐增大。且通过该电子控制阀能够调解缸体水套1内冷却水道的阻力，从而调节第一腔体11与第二腔体12的流量比例，进而调节缸体水套11与缸盖水套12的流量比例，使得冷却水套内冷却水的分配合理。

具体地，如图3-5所示，缸体水套1内部设置有分割片，分别为设置于发动机进气侧的第一分割片141和设置于发动机排气侧的第二分割片142，且两分割片与缸筒之间的密封垫片接触，以便将该缸体水套1分割为相互隔离的第一腔体11和第二腔体12。且两分割片的形状与缸体水套1及缸筒的形状相适配。

同时，第一腔体11和第二腔体12沿缸体水套1的高度方向分布，且根据缸体和缸盖的散热需求，除通过电子控制阀调整两腔体的冷却水流量比例外，还可通过改变分割片在缸体水套1内的高度来改变第一腔体11和第二腔体12的体积，从而调整两腔体内冷却水的流量比例。

如图3和图4所示，由于缸体的散热量需求大于缸盖，因此，通常情况下，第二腔体12的体积大于第一腔体11。

更具体地，如图6所示，第一分割片141和第二分割片142均通过支撑片143设于缸体水套1内，且通过改变各支撑片143的尺寸，能够调整第一腔体11和第二腔体12的体积比例。

同时，位于缸体水套1进口13处的支撑片143设于缸体水套1内侧，以减少进口13处的支撑片143对水流的影响；另一方面，由于缸体水套1内的冷却水主要用于缸体水套1与发动机燃烧室之间的高温区，而缸体水套1外侧的温度较低，因此，除进口13处外，缸体水套1内其余位置处的支撑片143设置于缸体水套1的外侧，以便降低支撑片143对缸体水套1内侧换热的影响。

请继续参考附图7-9，其中，图7为图1中缸套水套的结构示意图；图8为图7中缸套水套另一视角的结构示意图；图9为图1中冷却水套的工作原理图。

另一方面，图1中的缸盖水套2设置于发动机排气歧管处，如图8所示，该缸盖水套2包括若干供水道，各供水道一端与缸体水套1的第一腔体11连通，另一端与排气歧管中各分支管的交汇区连通。

因此，本实施例中，缸体水套1第一腔体11内的冷却水经各供水道进入缸盖水套2，以便与发动机缸盖换热。

具体地，如图8所示，各供水道为狭长呈带状的结构，即各供水道内冷却水的流通截面较大，从而提高该缸盖水套2与发动机排气歧管之间的换热系数。

具体地，如图7和图8所示，发动机排气歧管的排气形式为四进一出，即具有四个进口管和一个出口管，四个进口管分别为1缸支管、2缸支管、3缸支管和4缸支管，各支管分别连接1缸、2缸、3缸和4缸，以便将发动机各气缸中燃烧后的废气排出。其中，1缸支管与2缸支管交汇于第一交汇区24，3缸支管与4缸支管交汇于第二交汇区25，四个支管交汇于总交汇区26，且第一交汇区24和第二交汇区25位于总交汇区26的两侧，该总交汇区26连接排气歧管的出口管。

基于此，如图8所示，上述各实施例中的缸盖水套2包括三个供水道，分别为第一供水道21、第二供水道22和第三供水道23，其中，第一供水道21一端连通缸体水套1的第一腔体11，另一端连通至第一交汇区24，第二供水道22一端连通第一腔体11，另一端连通至第二交汇区25，位于中部的第三供水道23一端连通第一腔体11，另一端连通至总交汇区26。

如此设置，第一供水道21能够与1缸支管和2缸支管换热，第二供水道22能够与3缸支管和4缸支管换热，同时，第三供水道23能够与四个支管换热，从而提高该缸盖水套2的换热效果。

同时，如图8所示，与第一交汇区24和第二交汇区25连通的第一供水道21和第二供水道22均具有连通至总交汇区26的连接水道27。

因此，本实施例中冷却水套中冷却水的流向如下：缸体水套1第一腔体11内的冷却水经第一出口111进入第一供水道21、第二供水道22和第三供水道23，并经各供水道通入第一交汇区24、第二交汇区25和总交汇区26。同时，第一供水道21和第二供水道22还分出一连接水道27，且两连接水道27连通至总交汇区26。如图7和图8所示，带状的第一供水道21、第二供水道22和两连接水道27从两侧包围该排气歧管出口，并在排气歧管底部连通至发动机的4个气缸。

本实施例中以四缸发动机为例进行描述缸盖水套2的结构，可以理解，当发动机气缸数不同时，缸盖水套2内供水道的数量和设置位置可相应调整。

另一方面，发动机排气鼻梁区为缸盖排气门座之间的区域，因此，当缸盖水套2内各水道为流通截面较大的带状结构时，能够提高排气鼻梁区的冷却效果，且该冷却水道经排气鼻梁区到达火花塞上方，从而对火花塞处进行冷却。本实施例中，缸盖水套2还包括设于发动机火花塞处的环形水道，该环形水道与第一腔体11连通，且为顶部下压的形状，并贴近底部燃烧室形成环形，从而提高该区域的冷却效果。同时，经过火花塞后的冷却水回到第一腔体11，并最终排出缸体。

另外，本发明进一步提供一种发动机结构，包括缸体与缸盖，还包括用于冷却该发动机的冷却水套，其中，该冷却水套为以上任一实施例中所述的冷却水套。

由于该冷却水套具有上述技术效果，包括该冷却水套的发动机也应具有相应的技术效果，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的一种冷却水套及其控制方法、发动机结构均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。