具有自上而下冷却的内燃发动机的制作方法

本发明总体上涉及一种内燃发动机，并且更具体地涉及一种具有自上而下冷却的内燃发动机。

背景技术：

内燃发动机通常是液冷式的。用于内燃发动机的传统冷却系统可以包括冷却液泵，该冷却液泵将冷却液泵送到发动机的发动机的发动机缸体的冷却套中。冷却液然后纵向流过围绕发动机的气缸的冷却套的一部分。通过使经过的冷却液与气缸壁接触来冷却气缸。冷却液然后向上流入一个或多个气缸盖的水套中以冷却气缸盖的部件，例如喷射器和阀，然后离开发动机。冷却液系统还可以包括多个其他部件，例如散热器、恒温器、egr冷却器、后冷却器，以及油冷却器。

如上所述，通过发动机的常规冷却液流动路径可能会导致气缸冷却不均匀，因为冷却液沿着气缸纵向流动，并且冷却液在气缸上的流动不均匀，导致气缸温度升高。2007年6月5日授权给zahdeh的美国专利7,225,766号(“'766专利”)公开了一种用于发动机的冷却套设计，其中冷却液通过入口通路输送到气缸的上端，邻近燃烧室。冷却液沿着气缸被均等地分配到侧流动槽缝中并且沿着这些气缸轴向向下流动到冷却器下端，其在冷却器下端处被收集在出口通路中并且从冷却套排出。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，一种内燃发动机，其具有发动机缸体和一个或多个气缸盖。发动机缸体容纳多个气缸衬套并且包括气缸衬套冷却套，气缸衬套冷却套在发动机缸体的上平面表面下方并且与多个气缸衬套流体连通。一个或多个气缸盖附接到发动机缸体的上平面表面，并且一个或多个气缸盖中的每一个包括一个或多个气缸盖冷却套和一个或多个向下冷却液通道，向下冷却液通道从一个或多个气缸盖冷却套延伸到气缸衬套冷却套，用于将冷却液从一个或多个气缸盖冷却套输送到气缸衬套冷却套。

根据本发明的另一个方面，一种冷却内燃发动机的方法，内燃发动机包括发动机缸体和附接到发动机缸体的上平面表面上的一个或多个气缸盖。方法包括将冷却液泵送到一个或多个气缸盖中，并将冷却液从一个或多个气缸盖向下引导到发动机缸体中，发动机缸体与容纳在发动机缸体中的多个气缸衬套中的另一个相邻，以冷却气缸套。

根据本发明的另一方面，一种发动机缸体，包括上平面表面，从上平面表面向下延伸到发动机缸体中的多个直列式气缸，位于上平面表面下方并围绕多个气缸的气缸冷却套，位于气缸冷却套下方的冷却液腔，从冷却液腔延伸穿过上平面表面并避开气缸冷却套的多个向上冷却液通道，以及从上平面表面延伸到气缸冷却套中以将冷却液供应到气缸冷却套的多个向下冷却液通道。

附图说明

另外的特征和优点将通过以下说明性实施例变得明显，这些说明性实施例现在将仅通过实例并且不限于权利要求的范围并参考附图进行描述，其中：

图1是具有内部冷却液通道的发动机的示例性实施例的侧视图的示意图；

图2是图1的发动机的端视图的示意图；

图3是图1的发动机的进口冷却液轨和入口冷却液轨的部分侧视截面图；

图4是图1的发动机的平台表面的局部顶视图；

图5是图1的发动机的上冷却套和下冷却套的部分侧视截面图；并且

图6是图1的发动机的上冷却套和下冷却套的局部透视图。

具体实施方式

虽然本发明描述了具有内部冷却液通道的内燃发动机的某些实施例，但是本发明应被认为是示例性的并且不旨在限于所公开的实施例。此外，本文公开的实施例的某些要素或特征不限于特定实施例，而是适用于本发明的所有实施例。

参照图1-2示出了内燃发动机10例如柴油发动机的示例性实施例。发动机10可以向各种类型的应用和/或机器提供动力。例如，发动机10可以为机器例如越野载重车、铁路机车、运土机器例如轮式装载机、挖掘机、自卸车、反铲挖土机、自动平地机、材料处理器等提供动力。术语“机器”还可以指固定设备，例如由发动机10驱动以发电的发电机。

发动机10包括发动机缸体12，发动机缸体12容纳限定一个或多个相应气缸16的一个或多个气缸衬套14(参见图6)。每个气缸16可配置成在其中可滑动地接收活塞(未示出)。在所示实施例中，发动机10为直列式并包括六个气缸16。然而，在其他实施例中，发动机10可以包括多于或少于六个气缸16并且可以是v型、旋转式或本领域已知的其他类型。

发动机缸体12沿着纵向轴线x延伸并且包括第一端18、与第一端18相反的第二端20、在第一端18与第二端20之间延伸的第一侧22，以及与第一侧22相反并且在第一端18与第二端20之间延伸的第二侧24。发动机缸体12还包括下部26和与下部26相对的上部28。上部28限定平坦的上表面或平台(deck)30。

如图5所示，一个或多个气缸盖32附接到平台30。一个或多个气缸盖32包括顶端33和底端35。当一个或多个气缸盖32附接到发动机缸体12时，一个或多个气缸盖32中的每一个的底端35面向平台30，通常在它们之间具有垫圈(未示出)。为了将一个或多个气缸盖32附接到发动机缸体12，平台30可包括用于将一个或多个气缸盖32螺栓连接到平台30的多个螺栓孔31(图4)。一个或多个气缸盖32包括多个端口34，其中阀36与每个端口34相关联。阀36配置成调节经由端口34流入和流出一个或多个气缸16的流体连通。

发动机10是液体冷却的，并且包括在发动机缸体12和一个或多个气缸盖32中的多个通道，用于使冷却液流过以冷却发动机10。发动机10包括用于通过发动机10泵送冷却液的冷却液泵40。可以使用能够提供通过发动机10的所需冷却液流的任何合适的冷却液泵40。

发动机10可以包括油冷却器42(图1)，其接收来自冷却液泵40的冷却液以冷却发动机10中的油。可以使用任何合适的油冷却器42，例如壳管式或板式热交换器。在所示实施例中，发动机缸体12包括配置成容纳油冷却器42的油冷却器腔44。在所示实施例中，油冷却器腔44在发动机缸体12的下部26中或其附近并且邻近发动机缸体12的第一端18。

发动机10包括与油冷却器腔44相邻并流体连通的被称为进口冷却液轨的第一冷却液腔46。第一冷却液腔46可以以任何合适的方式配置，例如发动机缸体12中的各种形状、尺寸和位置。在所示实施例中，第一冷却液腔46平行于纵向轴线x从油冷却器腔44延伸到邻近或靠近发动机缸体12的第二端20的位置。如图2所示，第一冷却液腔46邻近发动机10的曲轴箱48沿着发动机缸体12的第一侧22延伸。

发动机10包括与第一冷却液腔46流体连通的被称为入口冷却液轨的第二冷却液腔50。第二冷却液腔50可以以任何合适的方式配置，例如发动机缸体12中的各种形状、尺寸和位置。在所示实施例中，第二冷却液腔50平行于第一冷却液腔46并在其上方延伸，并且可以从发动机缸体12的第一端18延伸到第二端20。第二冷却液腔50通过纵向延伸的第一壁52与第一冷却液腔46隔开。一个或多个第一冷却液通道54使第二冷却液腔50与第一冷却液腔46流体连通。在所示实施例中，在发动机缸体12的第二端20处或其附近不存在第一壁52，使得第一冷却液腔46通向第二冷却液腔50以形成第一冷却液通道54。然而，一个或多个第一冷却液通道54可以以任何合适的方式形成，以将第二冷却液腔50放置成与第一冷却液腔46流体连通。如图2所示，第二冷却液腔50邻近发动机10的曲轴箱48沿着发动机缸体12的第一侧22延伸。

发动机10包括从第二冷却液腔50延伸到一个或多个气缸盖32的一个或多个第二冷却液通道56。一个或多个第二冷却液通道56是向上的冷却液流通道，因为一个或多个第二冷却液通道56配置成允许冷却液从第二冷却液腔50向上流动到一个或多个气缸盖32。一个或多个第二冷却液通道56的尺寸和布置使得冷却液汇聚在第二冷却液腔中。

一个或多个气缸盖32中的每一个包括被称为上冷却套的第三冷却液腔60和被称为下冷却套的第四冷却液腔62。一个或多个气缸盖32中的每一个的第三冷却液腔60和第四冷却液腔62可以以任何合适的方式配置，例如在一个或多个气缸盖32中的各种形状、尺寸和位置。一个或多个第二冷却液通道56从一个或多个气缸盖32中的每一个的第二冷却液腔50延伸到第三冷却液腔60。因此，一个或多个第二冷却液通道56中的每个包括发动机缸体12中的冷却液通道的第一部分63和一个或多个气缸盖32中的一个终的冷却液通道的第二部分65。每个第二冷却液通道56的第一部分63和第二部分65对准，以在每个气缸盖32装配到发动机缸体12时允许从第一部分63流入第二部分65。

在图1中，为了简单起见，示出了单个第二冷却液通道56。然而，一个或多个第二冷却液通道56可以以任何合适的方式配置，例如各种形状、尺寸、通道数量和通道在发动机缸体12和一个或多个气缸盖32中的位置。在一些实施例中，第二冷却液通道56与每个气缸16相关联。因此，例如，如图6所示，对于具有六个气缸16的发动机10，存在六个第二冷却液通道56，用于将冷却液从第二冷却液腔50引导到第三冷却液腔60。如图4和图6所示，在所示实施例中，多个第二冷却液通道56中的一个在邻近每个气缸16的位置处并且在每个气缸16和发动机缸体12的第一侧22之间延伸穿过平台30，使得多个第二冷却液通道56沿着发动机缸体12的长度均匀地间隔开并且与每个气缸16对准。

在所示实施例中，多个第二冷却液通道56相对于第二冷却液腔50的尺寸和布置以及第二冷却液腔50的相对较大的尺寸和布置用于沿着发动机缸体12在第二冷却液腔50中产生冷却液池。在所示实施例中从发动机缸体12的第一端18延伸到第二端20的冷却液池均匀地向间隔开的多个第二冷却液通道56供应冷却液，以提供进入第三冷却液腔60的均匀冷却液流。

一个或多个气缸盖32中的每一个中的第三冷却液腔60邻近每个气缸盖32的顶端33。第三冷却液腔60经由多个第二冷却液通道56与第二冷却液腔50流体连通。一个或多个气缸盖32中的每一个中的第三冷却液腔60配置成冷却顶端33附近和每个气缸盖32中间的气缸盖部件。

第四冷却液腔62与第三冷却液腔60流体连通并且配置成经由一个或多个第三冷却液通道67从第三冷却液腔60接收冷却液。在一个或多个气缸盖32的每个中的第四冷却液腔62在第三冷却液腔60下方并且邻近每个气缸盖32的底端35。一个或多个气缸盖32中的每一个中的第四冷却液腔62配置成冷却气缸盖部件。

发动机10包括第五冷却液腔64，称为气缸衬套冷却套，其位于围绕气缸衬套14的发动机缸体12中。第三冷却液腔60和第四冷却液腔62可以以任何合适的方式配置，例如在一个或多个气缸盖32中的各种形状、尺寸和位置。第五冷却液腔64邻近发动机缸体12的平台30并在发动机缸体12的平台30下方，并在气缸衬套14之间延伸，使得气缸16被穿过第五冷却液腔64并与气缸衬套14接触的冷却液冷却。

发动机10包括一个或多个第四冷却液通道66，一个或多个第四冷却液通道66从一个或多个气缸盖32中的每一个中的第四冷却液腔62延伸到第五冷却液腔64。一个或多个第四冷却液通道66是向下的冷却液流通道，因为一个或多个第四冷却液通道66配置成允许冷却液从第四冷却液腔62向下流动到第五冷却液腔64。因此，一个或多个第四冷却液通道66中的每个包括发动机缸体12中的冷却液通道的第一部分(未示出)和一个或多个气缸盖32中的一个终的冷却液通道的第二部分(未示出)。每个第四冷却液通道66的第一部分和第二部分对准，以在每个气缸盖32装配到发动机缸体12时允许从第一部分流入第二部分。

在图1中，为了简单起见，示出了单个第四冷却液通道66。然而，在一些实施例中，第四冷却液通道66与每个气缸16相关联(即，每个气缸一个冷却液通道)。因此，如图6所示，例如，对于具有六个气缸16的发动机10，存在六个第四冷却液通道66，每个气缸一个，用于将冷却液从第四冷却液腔62引导到第五冷却液腔64。如图4和图6所示，在所示实施例中，多个第四冷却液通道66中的一个在邻近每个气缸16并且靠近发动机缸体12的第二侧24的位置处延伸穿过平台30，使得多个第四冷却液通道66沿着发动机缸体12的长度均匀地间隔开并且与每个气缸16对准。然而，在其他实施例中，第四冷却液通道66的数量可以大于或小于气缸16的数量。

发动机10包括被称为出口轨的第六冷却液腔68，其与第五冷却液腔64横向相邻并且经由一个或多个第五冷却液通道(未示出)与第五冷却液腔64流体连通。第六冷却液腔68在第二冷却液腔50上方沿着发动机缸体12的第一侧22延伸。第六冷却液腔68与冷却液出口70流体连通，在冷却液出口70处冷却液离开发动机缸体12。

第二冷却液腔50和第六冷却液腔68相对于第三、第四和第五冷却液腔60、62、64较大。第二冷却液腔50和第六冷却液腔68的较大尺寸有助于冷却液均匀分布在整个发动机10中，特别是在第五冷却液腔64内。

工业实用性

具有本发明的冷却液流路径和内部冷却液通道的内燃发动机10可以用于多种应用中，例如用于向越野载重车、铁路机车、运土机器、发动机驱动的发电机或泵送系统或其他发动机动力应用提供动力。发动机10的示例性实施例包括从一个或多个气缸盖32进入气缸衬套冷却套的自上而下的冷却液流。自上而下的冷却液流和冷却液流路径的布置为气缸衬套14和气缸盖32提供了更有效和均匀的冷却。

特别地，冷却液进入第一冷却液腔46并且沿着发动机缸体12的长度纵向地(即，在图1中，水平地)流动。冷却液然后向上(即，在图1中垂直)流入沿着发动机缸体12的长度延伸的第二冷却液腔50。由于第二冷却液腔50相对于多个第二冷却液通道56的大尺寸，冷却液将在第二冷却液腔50中汇聚。

来自第二冷却液腔50的冷却液然后经由多个第二冷却液通道56流入一个或多个气缸盖32中的第三冷却液腔60，同时避开第五冷却液腔64(即，气缸衬套冷却套)。在示例性实施例中，由于存在与每个气缸16相邻并相关联的第二冷却液通道56和供给第二冷却液通道56的冷却液池，所以流入第三冷却液腔60的冷却液流均匀地或几乎均匀地分布。

在第三冷却液腔60在第四冷却液腔上方并且第四冷却液腔在第五冷却液腔64上方的情况下，从第三冷却液腔到第四冷却液腔以及从第四冷却液腔到第五冷却液腔的流动是向下的并且由重力辅助。来自第四冷却液腔62的冷却液经由多个第四冷却液通道66向下流入第五冷却液腔64。在示例性实施例中，由于第二冷却液腔50和第六冷却液腔68相对于第三、第四和第五冷却液腔60、62、64较大，所以通过第三、第四和第五冷却液腔60、62、64的冷却液流均匀地或几乎均匀地分布。

流入第五冷却液腔64的冷却液最初向下；因此，冷却液在气缸衬套14的最热部分处开始，靠近平台30，并沿着气缸衬套14的侧面向下通过。在第五冷却液腔64内，冷却液还将在每个气缸衬套14周围和之间从发动机缸体12的第二侧24横向流动到第一侧22。然而，由于单独的第四冷却液通道66与每个气缸衬套14相关联，气缸衬套14并行冷却而不是顺序地冷却。因此，与冷却液沿气缸纵向流动的传统设计中气缸的不均匀顺序冷却不同，在本发明的发动机10中，通过第五冷却液腔64的冷却液流和气缸16的后续冷却是均匀的。

虽然已经通过描述其实施例说明了本发明，并且已经相当详细地描述了实施例，但是申请人并不意图将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制到这样的细节。本领域的技术人员将容易地想到另外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节，代表性组成或构想以及说明性实例。因此，在不脱离本申请人的一般公开的精神或范围的情况下，可以偏离这些细节。