CN103573374A - 具有油冷式汽缸体的内燃发动机和运转所述类型的内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及具有油冷式汽缸体的内燃发动机和运转所述类型的内燃发动机的方法。提供用于选择性地用油填充汽缸体冷却套的实施方式。在一个实例中，控制单元可在多个工作位置之间旋转，以开通和/或阻断油流入和流出汽缸体冷却套。

Description

具有油冷式汽缸体的内燃发动机和运转所述类型的内燃发动机的方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年7月31日提交的德国专利申请号102012213488.3的优先权，其全部内容特此被引入作为参考，用于全部目的。

领域

本公开涉及液冷式内燃发动机，其至少具有一个汽缸盖和一个汽缸体。

背景和概述

上述类型的内燃发动机用作机动车的驱动。在本公开的上下文中，表述"内燃发动机"包括柴油发动机和火花点火发动机以及混合内燃发动机，即采用混合燃烧过程运转的内燃发动机。

内燃发动机至少具有一个汽缸盖和一个汽缸体，其在其组装体端侧相互连接，形成各个汽缸，即燃烧室。汽缸盖通常用于固定气门驱动。气门驱动的任务是在正确的时间开启和关闭燃烧室的进口和出口。

为固定活塞或汽缸套，汽缸体具有相应数量的汽缸孔。内燃发动机各汽缸的活塞在汽缸套中以可轴向移动的方式被引导，并且与汽缸套和汽缸盖一起限定汽缸的燃烧室。在此，活塞顶构成燃烧室内壁的部分，并且与活塞环一起相对于汽缸体或曲轴箱密封燃烧室，使得无燃烧气体或无燃烧空气进入曲轴箱，并且无油进入燃烧室。

活塞用于将燃烧生成的气体力传递至曲轴。为此，活塞通过活塞销铰接式连接于连接杆，该连接杆依次可活动地被安置在曲轴上。

安置在曲轴箱中的曲轴吸收连接杆力，该连接杆力由燃烧室中燃料燃烧产生的气体力和发动机部件非均匀运动产生的质量力组成。在此，活塞的摆动冲程运动转化为曲轴的旋转运动。在此，曲轴将扭矩传递至传动系统。部分传递至曲轴的能量用于驱动辅助单元如油泵和交流发电机，或用于驱动凸轮轴，因此致动气门驱动。

通常并且在本公开的上下文中，曲轴箱上半部分由汽缸体形成。曲轴箱由曲轴箱下半部分补全，曲轴箱下半部分可安置在曲轴箱上半部分上，并且充当油盘。在此，为固定油盘——即曲轴箱下半部分，曲轴箱上半部分具有法兰面。通常，为相对于环境密封油盘或曲轴箱，在法兰面中或法兰面上提供密封。连接通常通过螺钉提供。

为固定和安置曲轴，在曲轴箱中提供至少两个轴承，该轴承通常为两部分（two-part）设计并且在每种情况下包括一个轴承座和一个轴承盖，该轴承盖可连接于轴承座。曲轴被安置在曲轴轴颈区域中，该曲轴轴颈沿曲轴轴相互间隔布置，并且通常构成加厚轴伸出部。在此，轴承盖和轴承座可作为单独的组件构成或与曲轴箱——即曲轴箱两半——一起构成整体。轴瓦可被布置成曲轴和轴承之间的中间元件。

在组装状态下，每个轴承座连接于相应的轴承盖。在每种情况下，一个轴承座和一个轴承盖——如适当，与作为中间元件的轴瓦相互作用——形成孔，该孔用于容纳曲轴轴颈。该孔常规地被供以发动机油，即润滑油，使得随曲轴旋转各孔内表面和相关曲轴轴颈之间理想地形成承载润滑膜——如普通轴承的情况。可选地，轴承还可一体形成，例如复合曲轴的情况。

为对轴承供油，提供向至少两个轴承供给发动机油的泵，并且该泵通过油回路供应发动机油至主油道，从所述主油道管道导向至少两个轴承。为形成主油道，汽缸体中通常提供主供应管道，该主供给管道沿曲轴纵轴对齐。

泵可通过吸入线路被供以来自油盘的发动机油，该吸入线路从油盘导向泵，并且所述泵可确保足够高的供给流量——即足够高的供给体积，和供应系统——即油回路，特别是主油道——中足够高的油压。

通常气门驱动的凸轮轴接收器也需要被供以润滑油，为此提供供应管道。上文已经关于曲轴轴承布置进行的描述类似地适用。将被供以润滑油的进一步的消耗装置可例如是连接杆的轴承或——如适当——可提供的平衡轴的轴承。同样，上述意义上的消耗装置是喷油冷却布置（clooling arrangement），其为进行冷却通过喷嘴用发动机油从下润湿活塞顶——即处于曲轴箱侧，并且因此利用油，即被供以油。液压致动凸轮轴调节器或其他气门驱动组件——例如用于液压气门的气门驱动组件，实施补偿，同样具有发动机油需求，并且需要油供应。

要被供以油的消耗装置——例如曲轴轴承或活塞和汽缸套之间——的摩擦显著依赖于粘度，因此依赖于提供的油温，并且所述摩擦增加内燃发动机的燃料消耗。

本质上是寻求最小化燃料消耗。除提高的——即更有效的——燃烧外，减少摩擦损失是正在努力的前景。燃料消耗减少还有助于减少污染物排放。

关于减少摩擦损失，快速加热发动机油和快速升温内燃发动机——特别是在冷启动后，是有利的。在内燃发动机暖机阶段快速加热发动机油确保粘度相应地快速降低，因此摩擦和摩擦损失减少。

之前的系统可通过外部加热装置主动加热油。但是加热装置是额外的涉及燃料使用的消耗装置，这与减少燃料消耗的目的相矛盾。

在其他思路下，运转过程中加热的发动机油被存储在绝热容器中，并在需要时使用——例如在重新启动内燃发动机的情况下。这种方法的缺陷是运转过程中加热的油无法无限期地保持高温，因此内燃发动机运转时通常需要再加热油。

外部加热装置和绝热容器均导致发动机舱中额外的安装空间需求，并且不利于获得驱动单元的最密集可能封装。

通过快速加热发动机油减少摩擦损失受阻还在于汽缸体和汽缸盖是高热负荷组件，其需要有效的冷却，因此通常配备有构成液体型冷却布置的冷却套。因此液冷式内燃发动机的热操控主要受所述冷却布置影响。在此，设计冷却布置是为了防止过度加热而非为了冷启动后最快可能加热发动机油或内燃发动机。

内燃发动机配备液体型冷却布置需要提供引导冷却剂通过汽缸体的冷却剂管道，即至少一个冷却剂套。在此，通过布置在冷却回路中的泵输送冷却剂——通常是包含添加剂的水-二醇混合物，使得所述冷却剂在冷却剂套中循环。耗散至冷却剂的热量以这种方式从汽缸体内部排出，并且通常在热交换器中从冷却剂中被再次提取。

相对于其他冷却剂，水具有优势，因为其无毒、容易获得并且廉价，而且还具有非常高的热容，因此水适于提取和耗散非常大量的热，其通常被认为是有利的。相反，缺陷包括与水相关的对负载有冷却剂的组件腐蚀和相对低的最大可允许冷却剂温度，该最大可允许冷却剂温度显著共同决定冷却剂和所要冷却的组件之间的温差，因此共同决定传热。

如果想要从内燃发动机——具体地从汽缸体——提取较少热量，使用其他冷却液，例如油，可以是有利的。油的热容低于水，可被更高强度加热，即加热至更高温度，由此可降低冷却功率。腐蚀问题消除。因此，油可直接接触组件——特别是活动组件，而不给内燃发动机的功能性带来危险。

此外，油用作冷却剂具有进一步的优势，具体是如下优势：油型冷却和相关冷却剂套可与内燃发动机的油供应源一体形成，即可形成共同的一体的油回路。

根据之前的系统，为了在冷启动后快速加热内燃发动机，通常情况是在冷却剂回路中提供至少一个阀，该阀防止冷却剂回路中的冷却剂在暖机阶段循环。

本质上寻求液体型冷却布置的控制，其不仅可在冷启动后减少循环冷却剂数量或冷却剂通量，而且可影响加热至运转温度的内燃发动机的热操控。

因此，液冷式内燃发动机包括汽缸体，其充当曲轴箱上半部分并且配备有至少一个整合式冷却剂套；油盘，安置在曲轴箱上半部分上，并且充当曲轴箱下半部分，被提供用于收集和存储油；至少一个冷却剂套，连接在进口侧，用于通过第一供应线路将充当冷却剂的油供应至用于输送来自油盘的油的泵，和连接在出口侧，为排放油并且为形成油回路，通过第一回流线路将油排放至油盘，其中第一回流线路用于重力驱动排油，由此至少部分油——为了减少位于至少一个冷却剂套中的油量和因此减少冷却功率——利用重力从汽缸体的至少一个冷却剂套回流到油盘中；第二供应线路，连接泵与主油道，主油道在曲轴箱中提供并且用于将油供应至轴承，其中主油道通过第二回流线路连接于油盘，所述第二回流线路用于油的重力驱动排放；排放线路，连接汽缸体的至少一个冷却剂套与主油道；和控制单元，具有控制鼓(control drum)，该控制鼓可在工作位置之间绕其纵轴旋转，处于第一工作位置的控制鼓阻断第一供应线路，从而防止油输入汽缸体的至少一个冷却剂套，并且开通第二供应线路，从而连接泵与主油道和将油供应至轴承。

本公开涉及的内燃发动机还具有油冷式汽缸体，其与内燃发动机的油供应源一起构成一体的油回路。为形成油型冷却布置，充当曲轴箱上半部分的汽缸体配备有至少一个整合式冷却剂套。

根据本公开的内燃发动机具有控制鼓，冷却剂通过其的致动或旋转而流动，即油流可以适当方式被引导通过油回路或被截断。具体地，可改变位于汽缸体的至少一个冷却剂套中的油量，由此可控制通过液体型冷却从汽缸体提取的热量。控制鼓可以是圆筒形式或可具有圆盘状形式，其中线路连接处可因此位于汽缸侧面邻近或圆盘面侧邻近，即可定向在旋转轴方向或相对于旋转轴横向定向。

由于通过第一回流线路排放至少部分油，冷却功率降低。由于冷却功率降低并且导致热量耗散减少，汽缸体加热更快——例如在内燃发动机的暖机阶段，并且随着汽缸体，位于汽缸体中的油也被更快加热，所述油不仅包括位于至少一个冷却剂套中的油，而且具体还包括甚至在内燃发动机停机后仍留在消耗装置和汽缸体供应线路中的剩余油量，例如还有粘附于汽缸套的油膜，该油膜的粘度显著地共同决定活塞和汽缸套之间的摩擦。

由于油从汽缸体排出，即使在油正在循环时，不仅冷却功率由于对流而降低，而且基本上汽缸体的热质量通过排放油量而降低，使得较少质量需要被加热。具体地，排入油盘的油无需被加热。

根据本公开的内燃发动机应用如下事实：油冷式汽缸体与内燃发动机的油供应源一起形成共同的油回路，并且冷却布置的油可被排出汽缸体，进入油供应源的油盘。

根据本公开的液体型冷却布置的控制需要开放式回路，其在本案中由内燃发动机的油供应源共同形成，但其例如不可由如内燃发动机中常用的水型冷却布置形成。在水冷却汽缸体的情况下，有必要提供排水提取点、存储容器、输送泵及类似装置。要指出的是，汽缸盖可基本上是水冷却型，或可以是油型冷却布置的部分。

上述内燃发动机实施方式与油作为冷却剂的使用相互作用，首次能够实现冷却液排放。

原理上，油排放不仅影响或减少至少一个冷却剂套中的冷却剂量，而且影响或减少油和汽缸体之间的传热面。根据需要，从汽缸体排放液体型冷却布置的油的可能性使汽缸体冷却。

根据本公开的冷却布置的情况还有：泵功率，以及因此还有冷却剂通量，即输送体积，可被调节。以这种方式，可以影响贯通流速，贯通流速显著地共同决定对流传热。以这种方式，可以从汽缸体提取或多或少热量。

根据本公开的油排放区别于通过第二回流线路进入油盘的油排放，其中位于至少一个冷却剂套中的油量不改变，或不应改变，因为再循环油量被通过供应线路供给的油连续更替。

根据本公开的内燃发动机已经被证实在暖机阶段——具体是冷启动后——特别有利。在内燃发动机重新启动期间，汽缸体中的油量在停顿期后优选处于最低——例如由于油排放。汽缸体由于发生燃烧过程升温相对较快，由此相对大的热量在启动后立即被引入位于汽缸体中的剩余油。位于汽缸体中的油因此被更快加热，并且更快实现较低摩擦损失所需的低粘度。因此，内燃发动机的燃料消耗显著减少。

在所述加热阶段中，即暖机阶段中，根据本公开的内燃发动机的可旋转控制鼓优选位于第一工作位置，其中第一供应线路被阻止，从而防止油被输入汽缸体的至少一个冷却剂套。以这种方式，在加热阶段中，油不被输送通过汽缸体的至少一个冷却剂套，并且位于汽缸体中的油量保持少，也不增加。在此，由于主油道无法同时通过汽缸体被供以油，第二供应线路被开通，从而连接泵与主油道，并且能够供应油至轴承，而绕过汽缸体。

上述优势和本描述中的其他优势和特征将单独通过下文详述或结合附图而显而易见。

应当理解，上文概述被提供以简化形式介绍思路选择，其将在详述中得到进一步描述。这不意为确定保护主题的关键或必需特征，其范围仅由所附权利要求限定。此外，保护主题不限于解决上文或本公开任何部分描述的任何缺陷的实施方式。

附图简述

图1示意性显示内燃发动机的实施方式。

图2示意性显示控制通过图1发动机的油流量的实例比例阀。

图3A-3B显示示例利用图2比例阀运送油通过图1发动机的方法的流程图。

详述

如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中在内燃发动机的安装位置，至少一个冷却剂套的至少四分之三体积可通过第一回流线路清空。

如下实施方式是有利的：其中控制鼓可被电力地、液压地、气压地、机械地或磁力地控制——优选通过发动机控制器。

如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第一工作位置的控制鼓阻断第一回流线路和/或排放线路。

由于控制鼓在暖机阶段优选位于第一工作位置并且位于内燃发动机中处于所述运转模式的汽缸体的至少一个冷却剂套中的油量优选少或最少，在所述情况下基本上不需要阻断第一回流线路或排放线路。冷却剂套已通过排放而基本上清空，并且进一步的油由于第一供应线路受阻而无法进入汽缸体的冷却剂套。

然而，当前实施方式可以是在实践中有利的和相关的——如果在暖机阶段，汽缸体的至少一个冷却剂套不具有最小的可实现冷却剂水平并且应当防止油外流，或在暖机阶段外控制鼓移动至第一工作位置。

如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第二工作位置的控制鼓开通第一供应线路，从而将油输入汽缸体的至少一个冷却剂套。第二工作位置优选用于填充至少一个冷却剂套，优选在暖机阶段结束后。控制鼓移动至第二工作位置基本上用于增加位于至少一个冷却剂套中的油量。

在这方面，如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第二工作位置的控制鼓阻断第一回流线路。在第二工作位置阻断第一回流线路有助于或促进至少一个冷却剂套的填充，特别是由于通过第一回流线路的油排放被阻止。

同理，如下液冷式内燃发动机实施方式也是有利的：其中处于第二工作位置的控制鼓阻断排放线路。在第二工作位置阻断排放线路同样有助于或促进至少一个冷却剂套的填充，因为通过排放线路的油外流被阻止。

在这方面，如下液冷式内燃发动机实施方式也是有利的：其中处于第二工作位置的控制鼓开通第二供应线路，从而连接泵与主油道和供应油至轴承。所述实施方式确保主油道和轴承被充足地供油——即使在填充汽缸体冷却剂套期间。

但是，如下液冷式内燃发动机实施方式也可以是有利的：其中处于第二工作位置的控制鼓阻断第二供应线路。在第二工作位置阻断第二供应线路有助于或促进至少一个冷却剂套的填充，因为所有通过泵输送的油均被输入或送入汽缸体的冷却剂套。

如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第二工作位置的控制鼓开通通风线路，以使空气可在用油填充至少一个冷却剂套期间脱离至少一个冷却剂套。在油填充期间被置换的空气可通过通风线路离开汽缸体的至少一个冷却剂套，因此让位于输入的油。

如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第三工作位置的控制鼓开通第一供应线路，从而将油输入汽缸体的至少一个冷却剂套，和开通排放线路，从而连接汽缸体的至少一个冷却剂套与主油道。

控制鼓的第三工作位置的特征在于在内燃发动机暖机阶段结束后和冷却剂套填充结束后汽缸体的液体型冷却，即加热后内燃发动机正常运转过程中的冷却控制状态，其中启停策略，例如车辆处于停顿时内燃发动机停机和重新启动，可被认为落入正常运转。在第三工作位置，油通过第一供应线路被连续供应至汽缸体的至少一个冷却剂套。油流过汽缸体，从汽缸体提取热量，并经过排放线路离开汽缸体，至主油道。

在这方面，如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第三工作位置的控制鼓阻断第一回流线路。在第三工作位置阻断第一回流线路可以是有利的——如果至少一个冷却剂套下游，例如排放线路、第二供应线路和/或主油道，寻求或需要最大可能冷却剂通量。防止油通过第一回流线路回流有助于增加或最大化相关冷却剂通量的工作。

有时至少可寻求最大可能冷却剂通量的内燃发动机实施方式是这样的内燃发动机：其中在至少一个冷却剂套的下游，提供热交换器——第二供应线路和进一步的导液线路引导通过所述热交换器，并且充当冷却剂的油在其中与其他液体相互作用，即交换热量，例如从而在内燃发动机暖机阶段使油升温。在此，其他液体可以是来自液冷式汽缸盖的冷却水。

在此，如下液冷式内燃发动机实施方式也是有利的：其中处于第三工作位置的控制鼓阻断第二供应线路。在第三工作位置阻断第二供应线路增加通过汽缸体的至少一个冷却剂套的冷却剂通量，从而增加对流的热量提取。在此可考虑，第二供应线路用作旁通线路，其引导油绕过汽缸体，即使得汽缸体的至少一个冷却剂套被绕过。

如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第四工作位置的控制鼓开通第一回流线路，用于油的重力驱动排放。

控制鼓优选在内燃发动机停机时移动，即旋转，至第四工作位置——具体地，不是在启停策略背景下——其中重新启动短时间后自主发生——自动停机时，而是在停机是由驾驶员有意进行时。控制鼓移动至第四工作位置用于从汽缸体的至少一个冷却剂套排油，即清空冷却剂套。由于油从汽缸体被排放，汽缸体的热质量通过排放油量而减少，使得重新启动后较少质量需要被加热。

当重新启动内燃发动机时，可旋转控制鼓再次位于第一工作位置，其中第一供应线路被阻断以防止油被输入汽缸体的至少一个冷却剂套。在暖机阶段，油不流过汽缸体的至少一个冷却剂套，由此冷却功率得到最小化。油通过第二供应线路被供应至主油道。

在此，如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中处于第四工作位置的控制鼓开通通风线路，以使空气可在油重力驱动排放期间进入汽缸体的至少一个冷却剂套。

如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中至少一个汽缸盖配备有至少一个整合式冷却剂套，其中所述至少一个冷却剂套在进口侧具有用于供应冷却剂的供给线路，和在出口侧具有用于回流冷却剂的第三回流线路，从而形成冷却剂回路，其中第三回流线路至少可连接于供给线路。

如汽缸体，汽缸盖也可配备有一个或多个冷却剂套。汽缸盖通常是较高热负荷组件，因为与汽缸体对比，汽缸盖被提供以排气导送线路，并且整合在汽缸盖中的燃烧室壁暴露于热排气的时间比汽缸体中提供的汽缸套长。此外，汽缸盖的组件质量低于汽缸体。

因此，包含添加剂的水-二醇混合物用作冷却剂，即汽缸盖冷却布置构成为水型冷却布置，也是有利的。水相对于其他冷却剂具有热容很高的优势，如上文已经进一步描述。

在本文中，如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中热交换器被布置在第三回流线路中，通过该热交换器，可从被引导通过汽缸盖的冷却剂中再次提取此前吸收的热量。

在此，如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中提供旁通线路，该旁通线路从热交换器上游的第三回流线路分支，并且至少可连接于供给线路。旁通线路用于绕过热交换器，这在暖机阶段的情况下是有利的，此时不应从冷却剂提取热量，而是寻求冷却剂的最快可能加热和因此内燃发动机的最快可能加热。

在此，如下液冷式内燃发动机实施方式是有利的：其中提供第二热交换器，旁通线路和第二供应线路引导通过所述第二交换器。位于第二供应线路中的油可在流过第二热交换器后与流过旁通线路的汽缸盖冷却剂相互作用，例如从中吸取热量。在后者情况下，热交换器用作冷却剂运作的油加热器。

运转上述类型液冷式内燃发动机的方法通过特征如下的方法实现：控制鼓从用于快速加热汽缸体的第一工作位置移动至第二工作位置，以用油填充汽缸体的至少一个冷却剂套。

已经关于根据本公开的内燃发动机进行陈述的同样适用于根据本公开的方法。相应于不同内燃发动机实施方式，产生相关方法变型。

图1显示内燃发动机1的实施方式连同油回路9和水回路18。内燃发动机1包括汽缸盖1a和a汽缸体1b。

汽缸体1b充当曲轴箱上半部分，配备有整合式冷却剂套，从而形成油型冷却布置。油盘1c可被安置在汽缸体1b上，用于收集和存储发动机油，即油。

来自油盘1c和充当冷却剂的油可通过泵3经由第一供应线路2被供应至整合在汽缸体1b中的冷却剂套。第一回流线路4，至少可连接于油盘1c，用于油从冷却剂套的重力驱动排放。由于油的排放，位于冷却剂套中的油量和因此汽缸体1b的冷却功率可减少。为清洁油，在泵3下游提供过滤器17。

线路无需是实际意义的线路，而可以部分或完全整合在汽缸盖和/或汽缸体中。具体地，第二回流线路通常不是实际意义而是比喻意义的线路。通过主油道输送入轴承——例如连接杆轴承和曲轴轴承——的油，通常在重力下滴回到油盘中，使得实际上油滴回经过的曲轴箱区域形成第二回流线路，并且图1示例的第二回流线路，相对于有形（physical）油回流线路，更多是以度量表征油回流。

在本公开的上下文中，表述"至少可被连接"应被解释为意指永久连接存在或连接可被产生，例如，如果线路或类似物相互不是已经永久连接，则其至少可被连接。

泵3可另外地或可选地通过第二供应线路5连接于曲轴箱中提供的主油道6。主油道6用于将油供应至轴承，并且通过第二回流线路7永久地连接于油盘1c，该第二回流线路7用于油的重力驱动排放。汽缸体1b的冷却剂套同样可通过排放线路8和第二供应线路5连接于主油道6。

为开通或阻断线路2、4、5和8，提供控制单元10，其还被称为比例阀，具有在工作位置之间可绕其纵轴旋转的控制鼓。控制鼓未示例在图1中，但在下文中得到更详细的说明。

在第一工作位置，控制鼓阻断第一供应线路2，从而防止油被输入汽缸体1b的冷却剂套。当冷却剂套已经将油清空时，第一工作位置适于在内燃发动机1暖机阶段加热汽缸体。相反，第二供应线路5被开通以将来自油盘1c的油供应至主油道6和轴承。

在第二工作位置，控制鼓开通第一供应线路2，从而将油输入汽缸体1b的冷却剂套。从清空的冷却剂套和处于第一工作位置的控制鼓开始，鼓旋转至第二工作位置，用于填充冷却剂套，因此也是这样的情况：处于第二工作位置的控制鼓优选阻断第一回流线路4和排放线路8。

在第三工作位置，控制鼓开通第一供应线路2和排放线路8，以使油以冷却为目的可流过汽缸体1b的冷却剂套(弯曲箭头所示)。

在第四工作位置，第一回流线路4被开通，用于油的重力驱动排放，从而清空冷却剂套。

内燃发动机1的汽缸盖1a同样是液冷式的，并且配备有整合式冷却剂套，该整合式冷却剂套通过供给线路11在进口侧被供以冷却剂，即水。为形成冷却剂回路18，提供第三回流线路12，其可连接于供给线路11，并且用于冷却剂从出口侧至进口侧的回流。输水的泵15被布置在供给线路11中的进口侧。

热交换器13被布置在第三回流线路12中，其中提供旁通线路14，该旁通线路14从热交换器13上游的第三回流线路12分支，并连接于供给线路11。

第二热交换器16用于两冷却液之间——即水和油之间——的热交换。为此，旁通线路14和第二供应线路5均经过热交换器16布置。

为调节比例阀10的位置，提供控制器30。控制器30在图1中显示为常规微型计算机，其包括微处理器单元、输入/输出端口、只读存储器、随机存取存储器、保活存储器和常规数据总线。控制器30可接收来自连接于发动机的传感器的不同信号，包括：发动机冷却剂温度(ECT)，来自连接于冷却套筒的温度传感器；发动机歧管压力(MAP)测量，来自连接于发动机进气歧管的压力传感器；发动机位置传感器，来自霍尔效应传感器，感应曲轴位置；进入发动机的空气质量测量，来自传感器(例如，热线式空气流量计)；和节气门位置测量，来自节气门位置传感器。在本描述的一方面，发动机位置传感器产生曲轴每转预定数量的等间距脉冲，由此可确定发动机转速(RPM)。

图2示意性显示比例阀实例(例如，图1的控制单元10)，被配置以控制发动机中的油流量。如示，该阀包括可绕纵轴201旋转的控制鼓200。该阀还包括多个进口端口和出口端口。例如，如图2所示，该阀包括空气通风出口202、排油出口204、主油道出口206和两个油泵进口208和210。进一步，虽然未显示在图2中，但该阀还包括空气通风进口、排油进口、汽缸体冷却套进口、汽缸体冷却套出口和主油道出口。在一个实例中，取决于控制鼓位置，空气通风进口可对齐和引至空气通风出口202，使得来自汽缸体冷却套的空气可在冷却套填充期间通风。类似地，排油进口可对齐和引至排油出口204，汽缸体冷却套进口可对齐和引至主油道出口206，油泵进口208可对齐和引至汽缸体冷却套出口，和油泵进口210可对齐和引至主油道出口。

当控制鼓旋转时(通过例如从发动机控制器30发送的信号)，一个或多个进口/出口端口可被阻断。例如，在第一工作位置，油泵进口208和/或汽缸体冷却套出口可被阻断，以使油被阻止进入汽缸体。但是，油泵进口210可对齐油道出口，以将润滑油提供于油道和一个或多个油消耗装置，如轴承。

在第二工作位置，油泵进口208和汽缸体冷却套出口可对齐，以使油可被运送至汽缸体冷却套。为防止排出汽缸体冷却套外，在阀处于第二工作位置时，排油出口204可被阻断。相反，阀的第三工作位置可允许从油泵至主油道和汽缸体冷却套的流动，同时允许油通过排油出口从汽缸体排至油底壳。在第四工作位置，排油出口可被开通，此时汽缸体冷却套进口被阻断，以使油从汽缸体冷却套排出。

可定位进口/出口端口的位置及其各工作位置的对齐，以最小化阀体(例如，控制鼓)在不同模式之间转换时的来回运动。例如，如下文更详细说明，阀可被配置以响应发动机温度达到阈值，从第一工作位置旋转至第二工作位置。然后，在汽缸体冷却套充满油后，阀可旋转至第三工作位置。最后，响应发动机停机，阀可旋转至第四工作位置，以将油从汽缸体冷却套排出。当发动机随后再次启动时，阀可旋转回第一工作位置，以保持油向主油道的流动，同时阻断油向汽缸体冷却套的流动。由此，第一工作位置可以是第四工作位置和第二工作位置之间的阀位置，以最小化在不同模式之间转换时的阀旋转。

现转至图3A-3B，提供用于控制通过发动机系统的油流量的方法300。在一个实例中，方法300可通过控制器30根据存储在其上的指令实施，从而利用比例阀10将油选择性地运送至汽缸体1b的冷却套。

在302，方法300包括确定发动机运转参数。确定的运转参数可包括但不限于，发动机运转状态、燃料喷射状态、发动机温度、发动机转速和负荷、加速器踏板位置、制动器踏板位置和其他参数。在304，确定发动机是否运转。发动机运转可基于点火钥匙位置（ignition key position）、燃料喷射状态等确定。如果发动机在运转，方法300前进至图3B的324，下文将对其说明。

如果发动机不在运转，在306，方法300判断是否检测到发动机启动，例如通过确定如下：点火钥匙是否转至接通位置，启动马达是否运转，或其他参数。如果未检测到启动，方法300返回。如果检测到启动，方法300前进至308，将比例阀移动至第一工作位置，并在310将油泵送至主油道，同时阻止油到达汽缸体冷却套。通过这样做，汽缸体可快速升温，同时仍通过主油道向一个或多个油消耗装置(例如，轴承)提供润滑油。

在312，方法300确定发动机温度是否已经达到第一阈值。第一阈值可以是适当的温度，如接近正常发动机运转温度(例如，150℃)。第一阈值温度可以是汽缸体需要冷却套中提供的冷却油冷却以防止发动机过热的温度。如果发动机温度还未达到第一阈值，方法300返回310，继续将油泵送至油道，同时阻止油到达汽缸体冷却套。

如果发动机已经达到第一阈值温度，方法300前进至314，将比例阀移动至第二工作位置。在316，将油泵送至主油道和汽缸体冷却套，同时将油阻断于通向热交换器和油道以及排出汽缸体冷却套外和通向油底壳的一个或多个回流线路。这将使汽缸体冷却套快速充满油。

在318，方法300确定是否已满足第二阈值参数。第二阈值参数可以是指示汽缸体冷却套已经充满油的适当参数。在一个实例中，阈值参数可以是自将阀移动至第二工作位置后经过的时间量。在另一实例中，阈值参数可以是油泵下游的油的油压。在汽缸体冷却套充满油后，离开泵的线路中的压力将增加，并且如果该压力达到阈值量，可确定汽缸体冷却套充满油。其他阈值参数也可以，如发动机温度。

如果还未满足第二阈值参数，方法300循环回316，继续在阀处于第二工作位置的情况下运转，以使汽缸体套充油。如果已经满足第二阈值参数并且汽缸体冷却套充满油，方法300前进至320，将阀移动至第三工作位置，和在322，将油泵送至主油道和经过汽缸体冷却套。泵送经过汽缸体套的油还将经过回流线路被运送至热交换器(例如，油/水交换器16)，以使油冷却。然后，油被运送至主油道，然后排至油底壳，在此泵将油泵送至汽缸体冷却套和主油道。

然后方法300前进至图3B的324，并确定自动停止是否进行。在自动停止期间，发动机在不需要发动机扭矩的情况下暂时停机以节省燃料——如车辆在停车灯处停止时。自动停止可在点火钥匙保持接通而燃料喷射停止时被检测到。可选地或另外地，自动停止可基于发动机转速和负荷、加速器踏板位置和/或制动器踏板位置进行检测。如果未检测到自动停止，方法300前进至334，如下说明。如果检测到自动停止，方法300前进至326，保持比例阀处于第三工作位置。在328，确定是否检测到自动启动，其中发动机在预料到随后的扭矩需求时自动启动。例如，如果车辆操作人员抬升制动器踏板并踩压加速器踏板，则发动机可自动启动。

如果未检测到自动启动，方法300循环回326，保持阀处于第三工作位置。如果检测到自动启动，在330，阀保持处于第三工作位置，和在332，将油泵送至主油道和经过汽缸体冷却套。

在334，确定是否检测到停车模式停止。停车模式停止可包括发动机停机时间将要长于自动停止时间的预期。停车模式停止可在车辆被置于停车位时，点火钥匙关闭时，和/或燃料喷射中止时等被检测到。如果未检测到停车模式停止，方法300前进至336，保持阀处于其当前位置(例如，第三工作位置)，和/或如上所述基于发动机温度调节阀位置。然后方法300返回。

如果检测到停车模式停止，在338，将比例阀移动至第四工作位置，和在340，将油从汽缸体冷却套排至油底壳。以这种方式，在发动机停机期间，可将油收集在底壳中，并从汽缸体冷却套移除，使得在随后发动机启动期间，汽缸体可在油被泵送至汽缸体冷却套前被快速加热。然后方法300返回。

因此，本文所述的系统和方法提供如下用于发动机的方法：包括在第一暖机阶段，阻止油进入发动机的汽缸体冷却套；在第二暖机阶段，将油运送至汽缸体冷却套，同时阻断油从汽缸体冷却套回流至热交换器；和在发动机暖机运转期间，将油运送经过汽缸体冷却套和运送至热交换器。

第一暖机阶段可在发动机在理想运转温度如正常暖机温度以下或催化剂熄灯温度以下运转时发生。然后，当达到理想温度时，可开始第二暖机阶段，其中汽缸体冷却套充油。在该套充满油后，可实施暖机运转阶段，其中发动机油被运送至汽缸体冷却套。从汽缸体传递至油的热量可通过热交换器耗散于大气。

为阻止油进入汽缸体冷却套，可将油运送通过处于第一工作位置的比例阀。响应发动机温度达到阈值温度，比例阀可从第一工作位置旋转至第二工作位置，以将油运送至汽缸体。响应油填充汽缸体冷却套，比例阀可旋转至第三工作位置，以将油运送经过汽缸体冷却套和运送至热交换器。

在发动机停机后，油可通过处于第四工作位置的比例阀从汽缸体冷却套被排至油底壳。在基本上所有发动机运转情况下(例如，第一暖机阶段、第二暖机阶段和发动机暖机运转期间)，油均被运送至发动机主油道，从而为一个或多个油消耗装置供应润滑油。

另一用于发动机的方法包括，通过将比例阀移动至第一工作位置阻止油进入发动机汽缸体冷却套；通过将比例阀移动至第二工作位置，将油运送至汽缸体冷却套，同时阻止油从汽缸体冷却套排出；和通过将比例阀移动至第三工作位置，将油运送经过汽缸体冷却套，并使油回流至热交换器。

注意，本文中包括的实例控制和评估程序可与各种发动机和/或车辆系统构造一起应用。本文描述的具体程序可代表任意数目的处理策略中的一个或多个，所述处理策略诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各个动作、操作和/或功能均可在所示的次序中并行执行，或在一些情况中被省略。同样地，不一定要求处理顺序达到本文所述的实例实施方式的特征和优势，而是提供来方便说明和描述。一个或多个示例的动作、操作和/或功能可重复执行，这取决于所应用的具体策略。此外，描述的动作、操作和/或功能可以图形表示待编程进发动机控制系统中计算机可读存储介质非临时性存储器的编码。

应该理解，本文公开的构造和程序实质上是示例性的，并且这些具体实施方式不以限制性的意义被看待，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可适用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造与其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合以及亚组合。

所附权利要求具体指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和亚组合。这些权利要求可能涉及“一个(an)”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应该被理解为包括结合一个或多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和亚组合可通过修改本申请权利要求书或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而得到保护。这些权利要求——无论其范围对于原始权利要求更宽、更窄、相同或不同——也被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.液冷式内燃发动机，包括：

汽缸体，充当曲轴箱上半部分，并且配备有至少一个整合式冷却剂套；

油盘，安置在所述曲轴箱上半部分上，并且充当曲轴箱下半部分，提供用于收集和存储油；

至少一个冷却剂套，连接在进口侧，用于通过第一供应线路将充当冷却剂的油供应至用于从所述油盘输送油的泵，和连接在出口侧，用于排放油和为形成油回路，通过第一回流线路将油排放至所述油盘，其中所述第一回流线路用于油的重力驱动排放，由此至少部分所述油利用重力从所述汽缸体的所述至少一个冷却剂套回流到所述油盘中，从而减少位于所述至少一个冷却剂套中的油量和因此减少冷却功率；

第二供应线路，连接所述泵与主油道，所述主油道提供在所述曲轴箱中并且用于将油供应至轴承，其中所述主油道通过第二回流线路连接于所述油盘，所述第二回流线路用于油的重力驱动排放；

排放线路，连接所述汽缸体的所述至少一个冷却剂套与所述主油道；和

控制单元，具有在工作位置之间可绕其纵轴旋转的控制鼓，处于第一工作位置的控制鼓阻断所述第一供应线路，从而防止油输入所述汽缸体的所述至少一个冷却剂套和开通所述第二供应线路，从而连接所述泵与所述主油道和供应油至所述轴承.

2.权利要求1所述的液冷式内燃发动机，其中处于第一工作位置的所述控制鼓阻断所述第一回流线路和/或所述排放线路。

3.权利要求1所述的液冷式内燃发动机，其中处于第二工作位置的所述控制鼓开通所述第一供应线路，以将油输入所述汽缸体的所述至少一个冷却剂套。

4.权利要求3所述的液冷式内燃发动机，其中处于第二工作位置的所述控制鼓阻断所述第一回流线路。

5.权利要求3所述的液冷式内燃发动机，其中处于第二工作位置的所述控制鼓阻断所述排放线路。

6.权利要求3所述的液冷式内燃发动机，其中处于第二工作位置的所述控制鼓开通所述第二供应线路，从而连接所述泵与所述主油道和供应油至所述轴承。

7.权利要求3所述的液冷式内燃发动机，其中处于第二工作位置的所述控制鼓阻断所述第二供应线路。

8.权利要求3所述的液冷式内燃发动机，其中处于第二工作位置的所述控制鼓开通通风线路，用于在用油填充所述至少一个冷却剂套的过程中从所述至少一个冷却剂套空气通风。

9.权利要求1所述的液冷式内燃发动机，其中处于第三工作位置的所述控制鼓开通所述第一供应线路，以将油输入所述汽缸体的所述至少一个冷却剂套和开通所述排放线路，从而连接所述汽缸体的所述至少一个冷却剂套与所述主油道。

10.权利要求9所述的液冷式内燃发动机，其中处于第三工作位置的所述控制鼓阻断所述第一回流线路。

11.权利要求9所述的液冷式内燃发动机，其中处于第三工作位置的所述控制鼓阻断所述第二供应线路。

12.权利要求1所述的液冷式内燃发动机，其中处于第四工作位置的所述控制鼓开通所述第一回流线路，用于所述油的重力驱动排放。

13.权利要求12所述的液冷式内燃发动机，其中处于第四工作位置的所述控制鼓开通通风线路，用于在所述油的重力驱动排放过程中向所述汽缸体的至少一个冷却剂套空气通风。

14.权利要求1所述的液冷式内燃发动机，其中所述至少一个汽缸盖配备有至少一个整合式冷却剂套，其中所述至少一个冷却剂套在进口侧具有供给线路，用于供应冷却剂；和在出口侧，为形成冷却剂回路，具有第三回流线路，用于回流所述冷却剂，其中所述第三回流线路可至少连接于所述供给线路。

15.权利要求14所述的液冷式内燃发动机，其中热交换器布置在所述第三回流线路中，其中提供旁通线路，所述旁通线路从所述热交换器上游的所述第三回流线路分支，并且至少连接于所述供给线路。

16.权利要求15所述的液冷式内燃发动机，其中提供第二热交换器，所述旁通线路和所述第二供应线路引导通过所述第二热交换器。

17.用于发动机的方法，包括：

在第一暖机阶段，阻止油进入所述发动机的汽缸体冷却套；

在第二暖机阶段，将油运送至所述汽缸体冷却套，同时阻断所述油从所述汽缸体冷却套回流至热交换器；和

在暖机发动机运转期间，将油运送经过所述汽缸体冷却套，并运送至所述热交换器。

18.权利要求17所述的方法，进一步包括：

在所述发动机停机后，将所述油从所述汽缸体冷却套排放至所述油底壳，和

在基本上所有发动机工况下，将油运送至发动机主油道，为一个或多个油消耗装置供应润滑油。

19.权利要求17所述的方法，其中阻止油进入所述汽缸体冷却套包括将油运送经过处于第一工作位置的比例阀，和进一步包括：

响应发动机温度达到阈值温度，将所述比例阀从所述第一工作位置旋转至第二工作位置，以将油运送至所述汽缸体；和

响应所述油填充所述汽缸体冷却套，将所述比例阀旋转至第三工作位置，以将所述油运送经过所述汽缸体冷却套和运送至所述热交换器。

20.用于发动机的方法，包括：

通过将比例阀移动至第一工作位置，阻止油进入发动机汽缸体冷却套；

通过将所述比例阀移动至第二工作位置，将油运送至所述汽缸体冷却套，同时阻断所述油从所述汽缸体冷却套排出；和

通过将所述比例阀移动至第三工作位置，使所述油运送经过所述汽缸体冷却套和使所述油回流至热交换器。

Images