CN105937461B - 用于内燃机的水套 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车系统(100)的内燃机(110)的水套(500)，所述内燃机(110)配备有气缸(125)和气缸盖(130)，所述水套包括下部水套(510)，所述下部水套(510)包括围绕所述气缸(125)的侧通道(600、601)，所述侧通道(600、601)通过多个布置在所述气缸盖(130)之上的支路(602、604、606、608、615、625)连接在一起，以便形成横穿所述气缸盖(130)之上的空间的冷却液流。

Description

用于内燃机的水套
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的水套。
背景技术
已知内燃机装备了冷却系统。
冷却系统通常被设置用于冷却内燃机以及其它发动机流体，例如在废气再循环系统EGR的冷却器中的废气和/或油冷却器中的润滑油。
冷却系统概略地包括冷却液泵，该冷却液泵将冷却流体(通常为水与防冻剂的混合物)从冷却液箱输送至由发动机体和气缸盖在内部限定的多个冷却通道，并且形成所谓的气缸水套。
当冷却液被循环通过气缸水套时，其可被转移至内燃机的另一部分即气缸盖，以便去除额外的余热，或者其可被泵送至热交换器，在这里在使冷却液返回发动机之前从其中去除热量。
在一种已知的实施方式中，内燃机的气缸体具有限定气缸内径的内侧壁和包围内侧壁的外侧壁。气缸体水套由内侧壁和外侧壁限定。冷却水入口在气缸体的端部中形成。冷却水通过冷却水入口流入气缸体水套。通过冷却水入口供入气缸体水套中的冷却水被分成两股冷却水流，借助于两侧通道每股冷却水流分别用于气缸体的一侧，冷却水经由两侧通道沿纵向从冷却水入口向冷却水出口流动。
已知的用于内燃机的水套还存在未解决的一系列问题。
第一个问题在于，冷却液在发动机体中在气缸盖的两侧即进口侧和排气侧上流动，这导致难以为了在气缸中实现良好平衡而控制和校准在顶盖(deck)冷却区域中的两股冷却液流。
此外，已知的水套不利之处在于较高的压降并且为了正常运行需要大量冷却液。
最后，已知的水套由于铸造和生产难度而生产成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于内燃机的水套，在不需要额外装置的情况下，该水套能够实现对冷却液流动的校准和对流动效率的改进。
本发明要解决的另一个技术问题在于，提供一种用于内燃机的水套，其中所有的主要特征都集成在相同的缸盖铸造件中。
所述技术问题以及其它技术问题通过本发明的以下技术方案解决。
本发明的一个实施方式提供了一种用于机动车系统的内燃机的水套，所述内燃机配备有气缸和气缸盖，所述水套包括下部水套，所述下部水套包括围绕所述气缸的侧通道，所述侧通道通过多个布置在气缸盖之上的支路连接在一起，以便形成横穿气缸盖之上的空间的冷却液流。
该实施方式的优点在于，实现了将冷却液的纵向流动转变为冷却液在气缸盖之上的横向流动并且同时实现了冷却液流的校准和冷却液流效率的提高。
按照本发明的另一种实施方式，侧通道在它们相互最靠近的位置上借助一对连接支路而连接在一起。
该实施方式的优点在于，实现了使得冷却液流体在气缸盖之上的部分横向流动。
按照本发明的另一种实施方式，将所述侧通道连接在一起的支路对于每个气缸均包括纵向支路，所述纵向支路布置在所述气缸盖之上并且横穿其中间部段的一部分。
该实施方式的优点在于，实现了一部分这样的结构，该结构允许冷却液流体在气缸盖上方的横向流动。
按照本发明的还另一实施方式，每个纵向支路均借助中间支路连接至所述连接支路，所述中间支路布置在所述气缸盖之上并且横穿其一部分。
该实施方式的优点在于，其完成了允许冷却液流体在气缸盖之上横向流动的结构。
根据本发明还另一实施方式，下部水套包括用于使冷却液到达机动车系统的要被冷却的部件的专用通路，每个专用通路均源于侧通道之一并且被配置用于到达特定的部件。
该实施方式的优点在于允许仅仅冷却机动车系统的目标部件，并且同时允许专用通路的部段区域的校准以便使冷却液流动最优化。
按照本发明的另外的实施方式，下部水套借助通道与上部水套流体连接，所述通道从下部水套的侧通道中的端口获取冷却液。
该实施方式的优点在于，其允许冷却液流体从下部水套到上部水套的流动和同时允许能够检查在水套的上部和下部之间的连接。
按照本发明的另一实施方式，下部水套借助连接到所述连接支路的倾斜的支路与上部水套流体连接。
该实施方式的优点在于，完成了允许冷却液流体从下部水套流到上部水套的结构。
按照本发明的另外的实施方式，上部水套包括用于使冷却液到达机动车系统的要被冷却的特定部件的专用通路。
该实施方式的优点在于，实现从上部仅仅冷却机动车系统的目标部件。
按照本发明的另外的实施方式，上部水套以这样的方式被叠加至下部水套上以构成对于内燃机排气歧管的笼式结构，所述笼式结构包括下部水套的专用通路和上部水套的专用通路。
该实施方式的优点在于，允许与顶盖冷却无关地校准集成的排气歧管冷却回路。
按照本发明的另一实施方式，上部水套和下部水套通过环形件流体连接，所述环形件接近水套的冷却液出口。
本发明的另一实施方式包括带有用于内燃机的水套的机动车系统，其中，所述机动车系统的要被水套中流动着的冷却液流体冷却的部件是涡轮凸缘、EGR阀门元件和EGR阀门凸缘。
附图说明
现在通过示例并参照附图说明不同的实施方式，其中，相同的附图标记表示相同的元件，附图中：
图1示出机动车系统；
图2示出属于图1的机动车系统的内燃机的横截面；
图3示出按照本发明的实施方式的用于内燃机的水套的轴侧投影视图；
图4示出图3的下部水套的俯视图；
图5示出图3的下部水套的俯视图，装备有出口通道；
图6示出按照图5中平面A-A剖切的截面图；
图7示出按照图5中平面A-A剖切的截面图；
图8示出图3的水套的侧视图；和
图9至图10分别示出图3的水套的仰视图和俯视图。
具体实施方式
在不对本申请和使用产生限制的情况下，现在参照附图说明示例性的实施方式。
一些实施方式可以包括机动车系统100，如图1和2所示，所述机动车系统包括具有发动机体120的内燃机(ICE)110，所述发动机体120限定了具有活塞140的至少一个气缸125，活塞140被连接用于使曲轴145转动。气缸盖130与活塞140配合以限定燃烧室150。燃料和空气的混合物(未示出)布置在燃烧室150中并被点燃，产生热膨胀的废气，该废气使活塞140往复运动。燃料由至少一个燃料喷射器160供应并且空气由至少一个进气口210供应。燃料以高压从燃料轨170提供至燃料喷射器160，所述燃料轨170与高压燃料泵180流体连接，所述燃料泵180提高从燃料来源190得到的燃料的压力。每个气缸125均具有至少两个由与曲轴145同步转动的凸轮轴135促动的阀门215。阀门215选择性地使空气从进气口210进入燃烧室150并且交替地使废气通过排气口220排出。在一些实例中，凸轮相位器155能选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的时间选择。
空气可以通过进气歧管200分配至一个或多个空气进气口210。空气进气管205将空气从周围环境中供给至进气歧管200。
在另外的实施方式中，可以布置节气门体330用于调节空气向歧管200中的流动。
在还另外的实施方式中，可以布置加压空气系统，例如具有与涡轮250转动地连接的压缩器240的涡轮增压器230。压缩器240的转动提高了在进气管205和歧管200中的空气的压力和温度。布置在进气管205中的中间冷却器260可以降低空气的温度。涡轮250通过接收来自排气歧管225的废气而转动，排气歧管225引导来自排气口220的废气并且其在经由涡轮250膨胀之前通过一系列的叶片。废气离开涡轮250并且进入排气系统270。该实例示出了可变结构涡轮(VGT)，其具有布置用于移动叶片以改变废气通过涡轮250的流动的VGT促动器290。在其它的实施方式中，涡轮增压器230可以有固定的几何结构和/或包括废气门(waste gate)。
发动机的废气被引导进入排气系统270。
排气系统270可以包括具有一个或多个废气后处理装置280的排气管275。后处理装置可以是任何设置用于改变废气组成的装置。一些后处理装置280包括但不限于催化转换器(二元和三元)、氧化催化剂、贫NOx阱、烃吸附器、选择性催化还原(SCR)系统、和颗粒过滤器。其他的实施方式可以包括废气再循环(EGR)系统300，其连接在排气歧管225和进气歧管200之间。EGR系统300可以包括EGR冷却器310用于降低在EGR系统300中的废气的温度。EGR阀门320控制在EGR系统300中的废气的流动。
此外，机动车系统100包括电子控制单元(ECU)450，所述电子控制单元与一个或多个、与ICE110关联的传感器和/或装置通信并且与存储系统或数据载体和接口总线通信。所述ECU450可以接收来自各传感器的输入信号，所述各传感器被设置用于生成和各种与ICE110关联的物理参数成比例的信号。所述传感器包括但不限于质量空气流和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却液和润滑油温度和液位传感器380、燃料轨道压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲柄位置传感器420、废气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、和油门踏板位置传感器445。此外，ECU450可以为不同的控制装置生成输出信号，所述控制装置设置用于控制ICE110的运行，其包括但不仅限于燃料喷射器160、节气门体330、EGR阀320、可变结构涡轮(VGT)促动器290、和凸轮相位器155。要注意的是，虚线用于表示ECU450与各传感器和装置之间的通信，但是为了简洁省略了一部分。
如图3所示，按照本发明的实施方式，用于内燃机110的水套500被表示为应用于三缸发动机。
所述水套500分为下部水套510和上部水套520，下部水套510布置在气缸盖130的顶部，上部水套520布置在下部水套510的顶部。
所述上部水套520以这样的方式叠加至下部水套510上，以便构成用于内燃机110的排气歧管225(为了简洁未在图3中示出)的笼形结构530。
冷却液通常为水与防冻剂的混合物，其通过冷却液入口540进入气缸体(为了简洁未在图3中示出)中，并且在循环通过下部水套510和上部水套520之后通过相应于EGR阀门320的冷却液出口550离开。
在图4中示出所述下部水套510的俯视图。
所述下部水套510包围气缸体120并且具有分为两个侧通道600、601的部分，气缸体120的每一侧各一个侧通道，由此，侧通道600、601大体上遵循气缸125的外部形状。
从入口540进入气缸体120的冷却液沿图6中以箭头F1和F2所示路径行进并到达下部水套510中的出口620和630，冷却液从此处分别流过侧通道600、601。
然而，所述下部水套510在气缸125之间也包括用于将侧通道600与侧通道601连接在一起，优选地在它们相互最靠近的位置连接它们的连接支路615和625。
此外，所述下部水套510也包括对于每个气缸125的纵向支路610，其布置在气缸盖130的上方并且在一侧连接至侧通道601和在另一侧连接至中间支路606和608，每个中间支路606和608或者源于连接支路615和625或者源于一对侧支路602和604。
更具体地说，水套500包括对每个气缸125的纵向支路610，其布置在气缸盖130的上方并且横穿其中间部段的一部分。
此外，每个纵向支路610均借助于布置在气缸盖130之上并且横穿其一部分的中间支路606、608连接至连接支路615、625。
上述配置的作用在于构成这样的结构，该结构适合于将冷却液在气缸体两侧上的纵向流动转换为冷却液在气缸盖130之上的横向流动。
该构思实现了冷却液流体流动的校准并且在不用外部设备的情况下改进了冷却液流动的效率。
更具体地说，对所述各个支路的直径和形状的校准实现了在水套的各个区域中的冷却液流速的最优化。
图5示出图3的下部水套510的俯视图，其中，下部水套510被表示为配备有出口通路。
更具体地说，与每个气缸125一致地，下部水套510各配备两个通路，并且每个通路都具有校准的部段用于使冷却液流动的平衡最优化。
尤其地，下部水套第一通路对800、810从侧通道601向布置了用于涡轮250的凸缘900的区域延伸。
下部水套第二通路对820、830从侧通道601向布置了EGR阀门元件910的区域延伸并且下部水套第三通路对840、850从侧通道601向布置了EGR阀门凸缘920的区域延伸。
在到达相应的要被冷却的元件之前每对通路都汇集在单一管路中。
此外，该配置能够实现仅冷却在关键区域中的元件，包括涡轮凸缘900、EGR阀门元件910和EGR阀门凸缘920。
图7示出本发明的另一实施方式，其中，下部水套510和上部水套520借助通道700连接，所述通道700从下部水套510中的端口705获取冷却液。所述端口705布置在侧通道600、601中它们相互最靠近的位置中。
此外，下部水套510借助倾斜的支路710连接至上部水套520，所述支路710连接至连接支路615和625。
所述通道700的特殊形状实现了在检查点703能容易地检查下部水套510和上部水套520之间的连接。
图8示出图3的水套的侧视图，其中示出下部水套510和上部水套520的组合的特殊形状。在图8中直线C限定气缸体120与盖、即发动机110的上部之间的分隔。
在该配置中，在下部水套510与上部水套520的连接区域中构建有环形件940，所述环形件940由属于下部水套510的下部段950和属于上部水套520的上部段960构成。
由于该配置，下部水套仅专用于盖的冷却，这实现了对最关键区域的更好的冷却能力。
另一方面，该配置实现了专用于集成的排气歧管225的冷却并且留出了在出口加装控制阀门的可能性。
此外，环形件940的下部段950和上部段960构成了在排气歧管周围的专用于其冷却的通路，并且不会影响到盖的冷却。
在图9中的水套500的俯视图示例性示出通路对800、810，820、830和840、850。
在图10中示出图3的水套的仰视图，其中可见相应的通路对805、815，825、835和845、855。
在运行中，冷却液借助泵(未示出)在水套500的内部循环并且进入气缸体120。
如上所述，从入口540(图4中箭头F3)进入气缸体120的冷却液沿图6中以箭头F1和F2所示的路径行进并且到达在下部水套510中的出口620、630，冷却液从此处沿箭头F4所示的纵向流分别流过侧通道600、601。
然而，一旦冷却液从出口620和630离开，纵向流就转化为横穿气缸盖130之上的空间的冷却液流(图4的水平箭头F5)。
沿图4所示的小箭头，冷却液流动通过连接侧通道600与侧通道601的连接支路615和625、通过中间支路606和608和侧支路602和604并且最后通过纵向支路610然后离开下部水套510的包围气缸125的部段。
尤其地，一部分冷却液流通过流向涡轮凸缘900的下部水套第一通路对800、810，通过流向EGR阀门元件910的位置的下部水套第二通路对820、830和通过流向EGR阀门凸缘920的下部水套第三通路对840、850离开。
第二部分冷却液流通过经由端口705离开并沿通道700到达上部水套520，而从出口620和630离开并且穿过连接支路615、625的第三部分冷却液流流过倾斜的支路710以便到达上部水套520。
已经到达上部水套520的第二部分和第三部分冷却液流通过流向涡轮凸缘900的上部水套第一通路对805、815，通过流向EGR阀门元件910的位置的上部水套第二通路对825、835和通过流向EGR阀门凸缘920的上部水套第三通路对845、855离开。
最后，两股冷却液流在环形件940中汇在一起、流过环形件下部段950和环形件上部段960并且通过相应于EGR阀门320的冷却液出口550离开水套500，以通过泵再循环。
清楚的是，上述的发明内容和具体实施方式尽管显示了本发明的至少一个示例性实施方式，所述实施方式的许多变型仍是可能的。还要清楚的是，一个或者多个示例性的实施方式只是为了形象地说明，不应理解为以任何方式对范围、应用或者配置的限制。相反的是，上述的发明内容和具体实施方式为本领域技术人员提供了便于实施至少一个示例性实施方式的示例，应当理解的是，在不背离权利要求书和其合法等同方式中提及的范围的情况下，可以对在示例性的实施方式中所说明的元件的功能和布置上做出各种变化。
附图标记列表
100 机动车系统
110 内燃机(ICE)
120 发动机体
125 气缸
130 气缸盖
135 凸轮轴
140 活塞
145 曲轴
150 燃烧室
155 凸轮相位器
160 燃料喷射器
170 燃料轨
180 燃料泵
190 燃料来源
200 进气歧管
205 空气进气管
210 空气进气口
215 气缸阀门
220 排气口
225 排气歧管
230 高压涡轮增压器
240 高压压缩器
250 高压涡轮
260 冷却系统
270 排气系统
275 排气管
280 废气后处理装置
290 VGT促动器
300 EGR系统
310 EGR冷却器
320 EGR阀门
330 节气门体
340 质量空气流和温度传感器
350 歧管压力和温度传感器
360 燃烧压力传感器
380 冷却液和润滑油温度和液位传感器
400 燃料轨道压力传感器
410 凸轮位置传感器
420 曲柄位置传感器
430 废气压力和温度传感器
445 油门踏板位置传感器
450 电子控制单元(ECU)
500 水套
510 下部水套
520 上部水套
540 冷却液入口
550 冷却液出口
600、601 侧通道
602、604 侧支路
606、608 中间支路
610 纵向支路
615、625 连接支路
620、630 下部水套中的出口
700 通道
703 检查点
705 端口
710 倾斜的支路
800、810 下部水套第一通路对
805、815 上部水套第一通路对
820、830 下部水套第二通路对
825、835 上部水套第二通路对
840、850 下部水套第三通路对
845、855 上部水套第三通路对
900 涡轮凸缘
910 EGR阀门元件
920 EGR阀门凸缘
940 环形件
950 环形件下部段
960 环形件上部段

Claims (9)

1.一种用于机动车系统(100)的内燃机(110)的水套(500)，所述内燃机(110)配备有气缸(125)和气缸盖(130)，
所述水套(500)包括下部水套(510)，所述下部水套(510)包括围绕所述气缸(125)的侧通道(600、601)，所述侧通道(600、601)通过多个布置在所述气缸盖(130)之上的侧支路(602、604)、中间支路(606、608)和连接支路(615、625)连接在一起，以便形成横穿所述气缸盖(130)之上的空间的冷却液流，
所述水套(500)包括上部水套，所述下部水套(510)借助通道(700)与所述上部水套(520)流体连接，所述通道(700)从所述下部水套(510)的侧通道(600、601)中的端口(705)获取冷却液，
其中，所述上部水套(520)叠加至所述下部水套(510)上，以构成对于内燃机(110)排气歧管(225)的笼式结构(530)，
其中，将所述侧通道(600、601)连接在一起的支路对于每个气缸(125)均包括纵向支路(610)，所述纵向支路(610)布置在所述气缸盖(130)之上并且横穿其中间部段的一部分。
2.按照权利要求1所述的水套(500)，其中，所述侧通道(600、601)在它们相互最靠近的位置上借助一对连接支路(615、625)而连接在一起。
3.按照权利要求1所述的水套(500)，其中，每个纵向支路(610)均借助中间支路(606,608)被连接至所述连接支路(615、625)，所述中间支路(606,608)布置在所述气缸盖(130)之上并且横穿其一部分。
4.按照权利要求1所述的水套(500)，其中，所述下部水套(510)包括用于使冷却液到达所述机动车系统(100)的要被冷却的部件的下部水套第一通路对(800、810)、下部水套第二通路对(820、830)和下部水套第三通路对(840、850)，所述下部水套第一通路对(800、810)、下部水套第二通路对(820、830)和下部水套第三通路对(840、850)均源于所述侧通道(600、601)之一并且被配置用于到达所述要被冷却的部件。
5.按照权利要求2所述的水套(500)，其中，所述下部水套(510)包括用于使冷却液到达所述机动车系统(100)的要被冷却的部件的下部水套第一通路对(800、810)、下部水套第二通路对(820、830)和下部水套第三通路对(840、850)，所述下部水套第一通路对(800、810)、下部水套第二通路对(820、830)和下部水套第三通路对(840、850)均源于所述侧通道(600、601)之一并且被配置用于到达所述要被冷却的部件，并且所述下部水套(510)借助连接到所述连接支路(615、625)的倾斜的支路(710)与所述上部水套(520)流体连接。
6.按照权利要求4所述的水套(500)，其中，所述上部水套(520)包括用于使冷却液到达所述机动车系统(100)的要被冷却的部件的上部水套第一通路对(805、815)、上部水套第二通路对(825、835)和上部水套第三通路对(845、855)。
7.按照权利要求4所述的水套(500)，其中，所述笼式结构(530)包括所述下部水套(510)的下部水套第一通路对(800、810)、下部水套第二通路对(820、830)和下部水套第三通路对(840、850)和所述上部水套(520)的上部水套第一通路对(805、815)、上部水套第二通路对(825、835)和上部水套第三通路对(845、855)。
8.按照权利要求7所述的水套(500)，其中，所述上部水套(520)和所述下部水套(510)通过环形件(940)流体连接，所述环形件(940)接近所述水套(500)的冷却液出口(550)。
9.一种机动车系统，其包含按照上述权利要求之一所述的用于所述内燃机(110)的水套(500)，其中，机动车系统(100)的要被所述水套(500)中流动着的冷却液流冷却的部件是涡轮凸缘(900)、EGR阀门元件(910)和EGR阀门凸缘(920)。
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