CN103967581B - 发动机盖板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机盖板。描述了具有凹陷形状的汽缸体盖板，以引导冷却回路中的弯曲部分周围的冷却剂流，盖板进一步包括多个机油端口。一种操作的示例性方法包含：经由盖板引导在汽缸体内的冷却回路中的弯曲部分周围的冷却剂流，所述盖板具有位于其中的冷却剂和机油端口，并且响应于发动机组件温度而调节定位在盖板上的阀以控制经过机油端口的机油流。以这种方式，流动损失可以被减少，同时能够以减小的系统复杂度实现提高的机油流动控制。

Description

发动机盖板

技术领域

内燃发动机，如在车辆中使用的内燃发动机，可以利用冷却回路以减少过热。这可以通过发动机机油冷却和液体冷却剂冷却的组合而实现。

背景技术

液体冷却剂吸收燃烧产生的多余热量并且经由各自的热交换器比如散热器和加热器核心而将热量传递到空气中或车辆的车舱中。然而，液体冷却剂与燃烧室隔离，以便进行点火；因此，热量经由环绕燃烧室的导电金属通道进行交换。这些隔离的通道可以被称作水套。在冷却剂进入水套之前，其通过流体泵加速通过发动机；这种闭合的冷却剂循环路径被称作冷却剂回路。发动机机油可以在独立的回路中经历类似的热交换过程，在所述回路中，机油通过连接到汽缸体中的机油喷射器的机油泵被加速。该机油喷射器将机油沉积在活塞的下方，其中热量被吸收并且然后经由热交换器被沉积。

通常，冷却剂流体泵被安装在汽缸体表面上并且连接到发动机水套。用于制造发动机的高压模铸制造法依赖于成直线的冷却剂通道。从冷却剂泵排出的冷却剂可以使用直线路径连接到水套的一种方式是通过在汽缸体外侧上产生由盖板密封的腔室。以这种方式，冷却剂路径可以在不离开汽缸体的情况下改变方向。传统的冷却剂腔室具有通向冷却剂腔室的一侧的水泵出口，而冷却剂腔室的另一侧通向水套。然而，本发明人意识到这种在冷却剂流动方向上的突然改变将产生流体流动控制的损失。

发明内容

这个问题可以通过以下方式解决，即建立冷却剂腔室结构以及盖板，以引导冷却剂流从水泵出口端口向下倾斜地流向水套进口端口，由此减少流动控制损失。在一个示例中，用于发动机冷却的系统包含：用于冷却剂通道的盖板，该盖板包含设置为远离冷却剂进口端口的冷却剂出口端口，以及多个机油端口；和冷却剂腔室，其由盖板覆盖，位于冷却剂通道中并且连接到流体泵和水套。

各种附加的优势可以在一些实施例中实现。例如，盖板可以实现汽缸体组件数量的减少，同时通过将用于发动机机油进入汽缸体的端口经由附连的阀一体形成而满足对冷却系统增加的需求。这样做，发动机机油和冷却剂的距离被减少并且冷却系统吸收的不期望的热量减少以提供更有效的冷却。所述系统也可以减少对将机油输送到汽缸体中的另外的端口和阀配置的需要。而且，通过响应于机油回路中的温度传感器而驱动机油阀，发动机可以加速加热到期望的运行阈值。可选地并入到这种盖板中的其他端口还提供了对涡轮增压器、EGR和其他系统的机油和冷却剂的分配的方案。

在另一个实施例中，组件被提供。该组件包含汽缸体盖板，其具有凹陷的形状以引导冷却剂回路中的弯曲部分周围的冷却剂流，所述盖板进一步包括多个机油端口。

在另一个实施例中，盖板凹陷包括成角度的形状，其与盖板中的冷却剂出口端口相邻。

在另一个实施例中，提供了一种方法。该方法包含：经由定位在汽缸体外部的盖板，引导汽缸体中的冷却回路中的弯曲部分周围的冷却剂流，盖板具有位于其中的冷却剂和机油端口；并且响应于发动机组件温度，调节定位在盖板上的阀以控制经过机油端口的机油流。

在另一个实施例中，冷却剂流经由盖板中的凹陷引导。

在另一个实施例中，冷却回路的冷却剂腔室的一部分通过腔室壁与水套隔离。

在另一个实施例中，该方法进一步包括将机油流引导至发动机的活塞机油喷射器。

在另一个实施例中，阀被安装在盖板中。

在另一个实施例中，该方法进一步包括通过冷却回路冷却EGR冷却器。

应当理解的是，提供以上概述以便以简化的形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着限定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求限定。进一步地，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

通过参考附图阅读以下具体实施方式的非限制性的实施例，本公开的主题将被更好地理解，其中：

图1示出了具有冷却剂腔室和盖板的汽缸体的实施例。

图2示出了盖板的安装表面。

图3示出了盖板的实施例的主视图。

图4A示出了图3中的盖板和汽缸体的实施例的横截面。

图4B示出了图3中的盖板和汽缸体的可替换的横截面。

图5示出了图3中的盖板和汽缸体的横截面。

图6示出了从汽缸体脱离的图3中的盖板。

图7示出了盖板的可替换的实施例的背面。

图8示出了图7中的盖板的正面。

图9A示出了图7中的盖板的横截面。

图9B示出了图7中的盖板的可替换的横截面。

图10示出了盖板的可替换的实施例。

图11示意性地示出了液体和机油冷却回路的实施例。

图12是示例性的机油流动控制方法的简要流程图。

图2、图3、图4A、图4B、图5、图6、图7、图8、图9A、图9B和图10是按比例绘制的，但是也可以使用其他相对尺寸。

具体实施方式

现在通过示例并参考特定的说明性实施例描述本公开的主题。应当注意到的是，包括在本公开中的附图是示意性的，并且按照这样被识别。在示意图中，所说明的实施例的视图都不是按照比例绘制的；长宽比、特征尺寸和特征的数量可被故意扭曲以使选定的特征或关系更容易看清。

提供了方法和系统，其用于汽缸体配置和冷却剂腔室盖板，该冷却剂腔室盖板具有一体形成的发动机机油和冷却剂流体连接。图1示出了示例性的可兼容盖板的汽缸体122配置以及示例性的盖板112。流出流体泵的冷却剂通过栓接到汽缸体的外表面上的冷却剂腔室的盖板而被包含在汽缸体中。盖板也用于将流体泵流体连接到发动机水套开口。冷却剂腔室的进口端口可以接收来自流体泵的机油并且通过出口端口排出。发动机机油可以经由盖板连接到由控制系统驱动的多个阀，以计量从机油喷射器输送到内燃发动机的活塞的机油。在冷却剂腔室中对齐的端口在进口端口和出口端口之间产生正压力差，并且比之前的进口端口和出口端口垂直对齐的配置产生经过冷却剂腔室的更缓和的流体放泄。这样做，由冷却剂回路中的急剧的弯曲部分产生的流动控制损失被最小化。对压缩发动机尺寸和最小化发动机质量以便增大燃料经济性的日益增大的期望产生了对冷却系统设计的进一步的限制。这可以通过最小化发动机系统的各组件的数量而部分地实现。将机油进口端口连接到水套盖板使原本独立的两个组件结合，这有助于减小发动机尺寸。

图2示出了汽缸体，其盖板被移除，暴露出了汽缸体的发动机机油和冷却剂开口以及横向设置的流体腔室。在本公开中，术语“横向”将被采用以表示平行于发动机燃烧汽缸的准直面146(图1)的平面，其中平行于y轴的轴线穿过图1中所描述的六个汽缸室的每一个的圆形横截面的中心。各汽缸的垂直的准直线144(图1)平行于平面的z轴；在这些说明中，x轴垂直于汽缸的横向平面。具体地，横向平面平行于y-z平面。

图3中描述了从汽缸体的外侧和发动机机油阀通道的外侧看去的盖板的示图。图4A和图4B描述了图2和图3中所指示的盖板和汽缸体的一部分的横截面。图5中描述了汽缸体的横截面以及盖板边缘的水套，并且图6中示出了独立于汽缸体的盖板。本设计的可替换的实施例可以具有多个发动机机油阀，所述发动机机油阀具有各种压力端口以允许机油精确流入机油喷射器，图7中通过汽缸体的透视图示出了具有三个发动机机油阀开口的盖板的实施例。图8从汽缸体的外侧的透视图示出了本实施例。图9A和图9B描述了图7和图8中指示的该实施例和汽缸体的一部分的横截面。

现代车辆通常具有利用冷却的附加系统，比如排气再循环(EGR)或涡轮增压器。这些系统通常导致一个或两个冷却回路的扩大。图10示出了自汽缸体的外侧的盖板的实施例，其具有通道以向排气再循环(EGR)系统和涡轮增压器的冷却系统分配机油。图11中示意性地描述了应用外部系统的机油和冷却剂回路的实施例。这些附图中的机油阀可以通过控制系统驱动，该控制系统被配置为执行图12中所描述的控制程序，其中发动机机油到喷射器的流动可以通过发动机中的组件达到温度阈值而开始，因此减少了发动机达到期望温度的时间，从而实现燃料经济性和发动机性能利益。尽管在大多数工况期间运行冷却，发动机功能在比环境温度更高的温度下仍提升。在较冷的温度下的运行可以导致降低的燃料经济性。因此可能期望暂停发动机冷却，直到达到该期望的温度。如此，冷却系统可以运行以从持续燃烧或提高的燃烧率中移除大量热。涡轮增压器进一步通过以下方式运用冷却系统，即通过引入由摩擦生热的额外的机械处理，以及增加来自燃烧的热能。EGR系统的排气还可以在循环到发动机燃烧室之前利用冷却，这提高了冷却系统的复杂性和效率。因此，有利的是具有冷却系统，其可以被停用并可以逐渐生效。此处所描述的示例配置通过机油端口和冷却剂腔室的紧密相邻同时允许经由机油阀控制的机油冷却中止而提高了效率。

现在转向图1，汽缸体和盖板实施例被示出为用于具有冷却剂腔室盖板112的六缸发动机，但是其也可以被应用到其他数量的汽缸。冷却剂腔室的壁终止于栓接有盖板的安装表面(未示出)中，从而密封进入到腔室和汽缸体的冷却剂。穿过盖板并进入汽缸体安装表面的六个紧固件的位置贯穿附图由字母标识A-F表示。

在图1中，流体泵(未示出)可以连接到冷却剂腔室，该冷却剂腔室由轻微凹陷的腔室盖105相对于汽缸体表面的横向平面围绕。通道(未示出)的进口可以在与通道的出口100平行的平面中，并且如果从汽缸体的外侧看去，其朝下方设置并且靠近右侧。在其他实施例中，进口开口可以位于形成腔室的上升边缘128上。进口端口和出口端口由腔室流体连接，所述腔室形成为汽缸体的横向凹陷，该腔室横向设置在端口的前方，成弓形地位于横向平面中，具有向上的凹面，其形状类似于凹陷的腔室盖105。流经进口通道出口系统的流体将因此改变从x轴的正向到x轴的负向或者从y轴的任一方向到x轴的负向的向量流。路径的这种突然改变由发动机的高压模铸制造方法所导致，其中线性的核心销被用于建立进入和排出汽缸体的冷却剂通道。然而，该腔室配置允许通过引导流体经过倾斜通道而非陡降而增强的流动控制。

发动机机油可以通过机油阀202进入汽缸体122并且进入机油端口200。该阀可以由控制系统124驱动，该控制系统具有指令以基于汽缸体中的温度传感器126或者遍布发动机或发动机机油回路的其他位置的温度传感器126计量阀的打开。该阀也可以在阈值温度下打开。该实施例允许机油回路和冷却剂回路与发动机的连接在一个整体的盖板中进行，以实现更紧凑的发动机设计。而且，回路的接近减少了因暴露于加热的发动机组件而发生的不期望的热量吸收。

图2示出了汽缸体的盖板安装表面110。穿过盖板并进入汽缸体安装表面的六个螺栓的位置通过字母标识A-F指示。冷却剂可以从流体泵经过汽缸体开口114进入冷却剂腔室，并且经由汽缸体开口116排出到水套中，导致流体流向旋转180度。腔室壁118将腔室的一部分与水套隔离。在这个实施例中，发动机机油通过汽缸体中的开口212和214的方式进入汽缸体。这些端口可以允许机油通道处于相同的压力或者可以通过在端口中保持不同的机油压力而调节机油通道。盖板可以被安装到该种表面上，如图3所述。进入由凹陷的腔室盖105围绕的腔室中的冷却剂可以通过出口100排出到发动机水套或者比如EGR或涡轮增压器等系统中的其他冷却回路。进入汽缸体的机油可以通过机油阀202并且通过机油端口200。

图4A描述了沿着图3中所示的线在发动机的安装表面上的盖板的一个实施例的横截面。机油端口200允许机油从机油阀202通过汽缸体中的开口212进入汽缸体。当该阀被打开时，机油可以进入汽缸体中到达机油喷射器(未示出)以用于活塞润滑和冷却。图4B示出了沿着可替换的横截面的图3的实施例的横截面。冷却剂腔室的出口100可以将流体分配到水套或者其他冷却系统。汽缸体中的第二开口可以允许机油进入汽缸体中。该端口可以与图4A中的端口相同的压力传输机油，但是也可以是更高压力的端口。穿过该端口的机油通道也由调节通过图4A中的端口的通道的阀(未示出，参见图3的202)控制。机油阀(未示出，参见图3的202)可以实施为电磁阀，其由控制系统驱动。当达到温度阈值时，该阀可以打开，或者响应于机油回路或发动机组件中的温度而被调节。

图5中盖板边缘处的汽缸体的横截面经由进口将腔室(未示出，参见图9B的106)连接到汽缸体的水套502中。冷却剂通过凹陷的腔室盖105密封到该腔室中。图6示出和图5相同的盖板当从汽缸体脱离时的实施例。将机油端口200与冷却剂腔室的盖板一体形成减少了对外部连接系统的需要，并且允许紧凑的汽缸体设计。

机油至机油喷射器的流动可以通过采用进入连接到不同压力的机油端口的汽缸体的多个通道而被更加精确地调节。图7中示出了自汽缸体的透视图示出的发动机盖板的可替换的实施例。当机油阀202打开时，两个高压机油端口104和108以及低压端口102被连接到机油端口200。从流体泵排出的冷却剂可以经过端口100并且被分配到汽缸体外部的比如EGR或者涡轮增压器等系统。图8示出了从汽缸体外侧所示的本实施例。

沿图8中所示线的本实施例的横截面在图9A中示出，其中高压机油端口108通过汽缸体212中的开口被连接到汽缸体。图9B示出了本实施例的可替换的横截面，其中高压机油端口允许发动机机油经过汽缸体214中的开口，并且低压机油端口允许发动机机油流经汽缸体中216处的开口。

图10中盖板的实施例具有端口，当来自机油泵的机油经过阀304进入汽缸体时，该端口容纳从涡轮增压器的冷却系统进入306处的盖板机油阀的机油流。冷却剂可以经过额外的盖板阀(cover valve)从EGR或涡轮增压器经过外部冷却剂端口300进入，并且经过端口302排出以便循环经过EGR或涡轮增压器的冷却系统。

图11示出了在具有涡轮增压器和EGR的系统中的冷却剂回路和机油回路的示意性表示的实施例。在这个实施例中，从机油泵排出的机油被循环到机油阀202中，机油阀202连接到机油端口200以及回路的外部分支。穿过盖板112中的机油端口200的机油可以被分配到机油喷射器405并且喷射到活塞的下方。这些机油然后可以滴入油盘406中，并且在返回到机油泵之前，继续通过机油回路到达连接到散热器414或加热核心(未示出)的恒温器412。类似地，冷却剂泵404流体连接到汽缸体122和盖板112之间的冷却剂腔室106。在出口端口100处，冷却剂可以被循环到发动机水套432或者外部系统中。通过水套的冷却剂可以在这部分冷却剂回路中吸收燃烧的热。冷却剂还可以经过恒温器412，在恒温器412处，冷却剂可以在返回到冷却剂泵404之前被分配到加热核心或者连接到散热器414。EGR冷却器414也可以冷却采用EGR的系统中的排气。排气可以排出发动机，经过EGR冷却器，被分配到涡轮增压器或者其任意组合，并且通过排气道410循环回到进气。经过机油阀202的机油也可以被输送到外部系统，比如用于涡轮增压器压缩机426的冷却系统或者用于涡轮增压器涡轮428的冷却系统。类似地，不经由出口端口100进入水套432的冷却剂可以被循环到涡轮增压器压缩机426的冷却系统或者涡轮增压器涡轮428的冷却系统。在此处，对这些外部回路中的一个或两个的分配可以连接到盖板。所述端口也可以将没有明确表述的其他系统连接到机油或冷却剂回路。

图12中简化的流程图是通过控制回路调节进入活塞机油喷射器的机油流的示例性方法。在130，从热交换装置排出的机油可以经过机油滤清器132以便清除污垢。在136，阀可以由控制系统驱动，所述控制系统具有在发动机或机油回路中的传感器。在134中，如果达到发动机或机油回路内的温度阈值，则在136中，阀可以打开以允许机油输送经过盖板进口阀。如果温度没有超过阈值，则阀可以保持关闭，直到达到该阈值。打开的阀将允许机油通道通向汽缸体中的机油喷射器。在其他实施例(未示出)中，经过盖板机油阀的机油可以循环到汽缸体外部的系统中，比如涡轮增压器或者EGR冷却系统。实施例也可以具有另外的盖板机油阀，其通过具有在EGR、涡轮增压器或其他外部回路中的传感器的控制系统而被驱动。通过这种方法，机油可以被允许流入其他组件，同时仍然被禁止进入汽缸体。具有可变流量开口的机油阀可以响应于温度传感器而调节，以允许在温度增加时增加机油流量。通过在发动机低于阈值温度时限制或消除进入发动机的机油，发动机可以更快地达到期望的温度，因此增加了发动机燃料经济性。

将意识到的是，本文公开的构造和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为是限制性的，因为多种变化是可行的。例如，以上技术可以被应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型中。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求具体指出了被认为新颖和非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这种权利要求应当被理解为包含一个或更多个这种元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而被要求保护。这些权利要求，不管在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，都认为被包含在本公开的主题内。

Claims (10)

1.一种用于发动机冷却的系统，其包含：

用于冷却剂通道的盖板，所述盖板包含连接到汽缸体的一侧并且邻近汽缸的水套定位的凹陷，所述盖板包括冷却剂出口端口和多个机油端口，其中所述机油端口中的至少一个位于所述盖板中并且流体地连接到一个或多个活塞机油喷射器，所述盖板的所述凹陷延伸到所述汽缸体的所述一侧内的冷却剂腔室中，所述凹陷的接触冷却剂的表面在横向平面中成弓形地倾斜，具有向上的凹面；以及

由所述盖板覆盖的所述冷却剂腔室，其位于所述冷却剂通道内并且连接到流体泵和水套。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述机油端口被连接到由控制系统驱动的阀，所述控制系统具有指令，以便在所述发动机或发动机组件达到温度阈值时，打开所述阀。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述阀包括电磁阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述活塞机油喷射器中的一个将机油喷射到活塞的下方，其中机油被进一步输送到流体地连接到散热器的机油回路，所述散热器包含恒温器。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却剂进口端口相对于重力与所述冷却剂出口端口相比位于所述冷却剂腔室的更高的部分中，所述冷却剂出口端口设置为垂直于所述冷却剂进口端口并且与所述冷却剂进口端口隔开。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述凹陷是包含所述冷却剂腔室内的所述冷却剂的所述盖板的横向凹陷。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却剂腔室的一部分通过腔室壁与所述水套分离。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述冷却剂出口端口处于比所述冷却剂进口端口更低的压力下。

9.根据权利要求1所述的系统，其中机油控制阀被至少部分地定位在所述盖板内。

10.一种用于发动机操作的方法，其包含：

经由定位在汽缸体的外部的盖板，引导在所述汽缸体中的腔室内的冷却回路中的弯曲部分周围的冷却剂流，其中所述盖板中的凹陷延伸到所述汽缸体腔室并且形成所述弯曲部分的一部分，所述弯曲部分改变冷却剂流的方向使得所述方向与冷却剂流直接在所述弯曲部分上游的方向相对或者垂直，所述盖板具有位于所述盖板中的冷却剂和机油端口，其中所述机油端口被流体地连接到一个或多个活塞机油喷射器；以及

响应于发动机组件温度，调节定位在所述盖板上的阀以便以多种压力控制经过所述机油端口的机油流。