CN106401782A - 带有流体夹套的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

公开一种带有流体夹套的内燃发动机。发动机具有汽缸体，所述汽缸体具有平台面和带有汽缸轴线的至少一个汽缸套。缸体具有围绕缸套的第一流体夹套、围绕缸套的第二流体夹套以及围绕缸套的第三流体夹套。第一、第二和第三流体夹套彼此流体地独立并沿汽缸轴线彼此间隔开。一种形成发动机的方法包括使用镶块来提供每个流体夹套。所述镶块具有被金属外壳包围的丢弃公模材料。

Description

带有流体夹套的内燃发动机

技术领域

各个实施例涉及用于内燃发动机的冷却夹套和冷却系统。

背景技术

内燃发动机具有用于冷却和润滑的相关联的流体系统。通常，流体夹套或通道一体地形成在所述发动机的汽缸体(或曲轴箱)和/或汽缸盖内。夹套和通道的形状可取决于用于形成它们的制造方法或受用于形成它们的制造方法的限制。

例如，就传统压铸工艺和开顶式汽缸体(open deck cylinder block)而言，可使用具有以连体构造连接的内孔的独立汽缸套和围绕汽缸套的冷却夹套来形成汽缸体。冷却夹套通常具有光滑的轮廓，并且其深度有限，以适于安装在缸盖螺栓柱和缸孔壁之间。冷却夹套的拔模角是均匀且连续的以允许铸造后模具开启。此拔模角和制造工艺不允许夹套具有复杂结构以在冷却剂流动通过夹套时产生使冷却剂混合的流动动力学。此外，该铸造工艺通常不允许形成缸孔间冷却通道及类似物，而这些通道通常是在铸造后利用诸如钻孔的机加工工艺形成的。

在另一示例中，在传统的砂型铸造工艺中，汽缸体可以形成有敞开式平台(opendeck)或闭合式平台(closed deck)。因为砂型可能需要具有一定的最小厚度以经历铸造工艺，所以砂型铸造工艺可能会限制流体夹套的形状。砂型铸造也可能限制汽缸和缸盖螺栓柱周围的平台面的布置。例如，如果缸孔间桥接部(interbore bridge)少于十二毫米，则砂铸缸孔间冷却通道将不能够被封装在空间内。

所述的制造工艺以及由此产生的流体夹套结构可限制流动特性的控制、对热传递的控制以及对发动机温度的控制。例如，冷却夹套可限制对汽缸壁、缸孔壁或缸套的温度和热梯度的控制。

使用具有一连续形状的单叶片(mono blade)通过压铸而形成的流体夹套产生可能不允许减小的体积和下述特征的水套，该特征既不允许流体沿分层并行路径流动，也不允许实现均匀的缸孔壁温度。这也可以是针对砂铸产生的水套而言的。

发明内容

在实施例中，发动机设置有汽缸体，所述汽缸体具有平台面和带有汽缸轴线的汽缸套。汽缸体限定了围绕汽缸套的第一流体夹套、围绕汽缸套的第二流体夹套以及围绕汽缸套的第三流体夹套。第一流体夹套、第二流体夹套和第三流体夹套彼此流体地独立并沿汽缸轴线彼此间隔开。

在另一实施例中，发动机设置有汽缸体，所述汽缸体具有平台面、沿汽缸轴线延伸的第一汽缸套和邻近于第一汽缸套的第二汽缸套。汽缸体限定了与第一汽缸套和第二汽缸套相关联的第一流体夹套以及与第一汽缸套和第二汽缸套相关联的第二流体夹套。第一流体夹套和第二流体夹套彼此流体地独立并沿汽缸轴线彼此间隔开。

在又一实施例中，提供了一种形成发动机缸体的方法。形成镶块组，每个镶块在金属外壳中涂覆有丢弃公模材料。丢弃公模材料被配置为提供流体夹套。每个镶块具有被构造为提供入口通道的第一构件、被构造为提供出口通道的第二构件以及在第一构件和第二构件之间延伸并被构造为提供缸套冷却通道的多个圆筒形构件。将多个汽缸套彼此邻近地定位在铸造工具上。将镶块组堆叠在所述多个汽缸套周围，每个镶块与邻近的镶块间隔开。每个镶块的每个圆筒形构件被定位在各个汽缸套的周围，所述汽缸套定位在每个镶块的第一构件和第二构件之间。在多个汽缸套和镶块组周围铸造发动机缸体。将丢弃公模材料从铸造的发动机缸体移除以形成流体夹套。

本公开的各个实施例具有关联的非限制性的优点。例如，一系列堆叠的流体夹套可围绕汽缸套设置在发动机缸体中，以改善发动机的热传递特性。流体夹套提供流体或冷却回路，所述流体或冷却回路在热与夹套中周围大量的冷却剂混合时将热从缸孔或缸套壁带走。所述夹套提供沿汽缸壁长度分层或堆叠的分开的冷却剂回路，以提供对热传递和缸孔壁温度的增强的控制。可以控制每个夹套中的流体的速度和/或流量，以与汽缸中的燃烧事件所产生的热能和排热率相符。流经缸体的冷却剂具有利用横向流动策略的平行流动设计布局，以对汽缸壁表面提供受控的基本均匀的温度。通过提供均匀的汽缸壁或汽缸套温度，可以减少诸如从缸孔间桥接部到缸孔底部的不均匀温度造成的动态缸孔变形。此外，可以独立地控制通过每个夹套和冷却回路的流体的速度。通过在适当的位置形成夹套，夹套的形状可被控制，并提供减小的水套体积，以在允许均匀的缸孔壁温度的同时增加系统的热能质量流量。发动机及其相关的系统性能随着均匀或基本均匀的缸孔壁温度而提高，这可以从正常驾驶循环期间减少的燃料消耗和减少的发动机排放两者看出。

附图说明

图1示出了根据实施例的内燃发动机的示意图；

图2示出了根据实施例的用于形成图1的发动机的发动机缸体的公模镶块和缸套的透视图；

图3示出了用于图1的发动机的且使用图2的镶块形成的发动机缸体的剖视图；

图4示出了图2的公模镶块和缸套的另一剖视图；

图5示出了图2的公模镶块和缸套的又一剖视图；

图6示出了根据实施例的形成图1的发动机的方法的流程图。

具体实施方式

根据需要，在此提供本公开的详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅是示例性的，并且可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本公开的代表性基础。

图1示出了内燃发动机20的示意图。发动机20具有多个汽缸22，图中示出了一个汽缸。在一个示例中，发动机20为直列式四缸发动机，而在其他示例中，发动机20具有其他布置和其他数量的汽缸。在一个示例中，汽缸可被布置为连体构造。汽缸体可具有敞开式平台、半敞开式平台或者闭合式平台的构造。发动机20的汽缸体和汽缸盖可由铝、铝合金或其他金属铸造而成。在另一示例中，发动机20的汽缸体和/或汽缸盖可由包括纤维增强树脂的复合材料以及其它合适的材料铸造或模制而成。

发动机20具有与各个汽缸22相关联的燃烧室24。汽缸22由汽缸壁32和活塞34形成。汽缸壁32可以由汽缸套33形成，并且汽缸套可以具有与汽缸体不同的材料或者与汽缸体相同的材料。在一个示例中，缸套33是铁质材料，而发动机20缸体的其余部分和缸盖一般被供以铝、铝合金或复合材料。

活塞34被连接到曲轴36。燃烧室24与进气歧管38和排气歧管40流体连通。进气门42控制从进气歧管38到燃烧室24的流动。排气门44控制从燃烧室24到排气歧管40的流动。进气门42和排气门44可以以本领域已知的各种方式操作以控制发动机的运转。

燃料喷射器46将燃料从燃料系统直接输送到燃烧室24中，因此发动机为直喷式发动机。发动机20可以使用低压或高压燃料喷射系统，或者在其它示例中可使用进气道喷射系统。点火系统包括火花塞48，其被控制为以火花的形式提供能量而点燃燃烧室24中的燃料空气混合物。在其它实施例中，可使用其它的燃料输送系统和点火系统或技术，包括压缩点火。

发动机20包括控制器和被配置为将信号提供给控制器用以控制输送至发动机的空气和燃料、点火正时、发动机输出的功率和扭矩等的各种传感器。发动机传感器可包括但不限于排气歧管40中的氧传感器、发动机冷却剂温度传感器、加速踏板位置传感器、发动机歧管压力(MAP)传感器、用于曲轴位置的发动机位置传感器、进气歧管38中的空气质量传感器、节气门位置传感器等。

在一些实施例中，发动机20被用作车辆(诸如传统车辆或启动-停止车辆)中唯一的原动机。在其它实施例中，发动机可用于混合动力车辆，在混合动力车辆中，附加的原动机(诸如电机)可用于提供额外的动力以推进车辆。

每个汽缸22可在包括进气冲程、压缩冲程、点火冲程和排气冲程的四冲程循环下工作。在其它实施例中，发动机可在二冲程循环下工作。在其它示例中，发动机20可工作为二冲程循环。在进气冲程期间，进气门42打开且排气门44关闭，同时活塞34从汽缸22的顶部移动到汽缸22的底部，以将空气从进气歧管引入到燃烧室。活塞34在汽缸22的顶部的位置通常被称为上止点(TDC)。活塞34在汽缸的底部的位置通常被称为下止点(BDC)。

在压缩冲程期间，进气门42和排气门44关闭。活塞34从汽缸22的底部朝着顶部移动以压缩燃烧室24内的空气。

然后燃料被引入到燃烧室24中并被点燃。在示出的发动机20中，燃料被喷射到燃烧室24中，然后使用火花塞48被点燃。在其它示例中，可以使用压缩点火将燃料点燃。

在膨胀冲程期间，燃烧室24中被点燃的燃料空气混合物膨胀，从而使活塞34从汽缸22的顶部移动到汽缸22的底部。活塞34的运动使曲轴36产生相应运动，并使发动机20输出机械转矩。

在排气冲程期间，进气门42保持关闭，排气门44打开。活塞34从汽缸22的底部移动到汽缸22的顶部，以通过减小燃烧室24的体积而将废气和燃烧产物从燃烧室24中除去。废气从燃烧汽缸22流动至排气歧管40和后处理系统(诸如催化转化器)。

对于各个发动机冲程，进气门42和排气门44的位置和正时以及燃料喷射正时和点火正时可改变。

发动机20具有连接到汽缸体62或曲轴箱的汽缸盖60以形成汽缸22和燃烧室24。汽缸盖密封垫64置于汽缸体62和汽缸盖60之间以密封汽缸22。每个汽缸22沿各自的汽缸轴线66布置。对于具有直列布置的汽缸22的发动机，汽缸22沿缸体的纵向轴线68布置。

发动机20具有一个或更多个流体系统70。在示出的示例中，发动机20具有缸体62中带有相关联的夹套的三个流体系统72、82、92，但是可以考虑任何数量的系统。系统或夹套72、82、92可以是彼此相同或基本上相似的，或者可以形成有不同的形状和通道。系统72、82、92可以彼此分开，使得它们是独立的系统，并且彼此流体独立。在进一步的示例中，系统72、82、92可各自包含不同的流体。需要注意的是，在本公开中，流体可以指液相、蒸汽相或气相；所述流体可以包括冷却剂和/或润滑剂，包括水、油和空气。在其它示例中，系统72、82、92中的两个或两个以上可流体地连接；然而，可以使用诸如阀等的各种特征分别控制通过发动机缸体中的每个夹套的流动。

发动机20具有可与汽缸体62和/或汽缸盖60至少部分地集成的第一流体系统72。流体系统72在缸体62中具有夹套，并且可以用作冷却系统、润滑系统等。在示出的示例中，流体系统72是冷却夹套并被设置为从发动机20移除热。从发动机20移除的热的量可以由冷却系统控制器或发动机控制器进行控制。流体系统72具有可包含水、其它冷却剂或润滑剂作为工作流体的一个或更多个流体夹套或回路。在本示例中，第一流体系统72包含水或水基冷却剂。流体系统72具有一个或更多个泵74以及诸如散热器的热交换器76。泵74可(例如通过连接到发动机的旋转轴)被机械地驱动或者可被电驱动。系统72还可以包括阀、节温器等(未示出)，以在发动机运行期间控制系统72内的流体的流动或压力或者引导流体。

发动机20具有可与汽缸体62和/或汽缸盖60至少部分地集成的第二流体系统82。流体系统82在缸体62中具有夹套，并且可以用作冷却系统、润滑系统等。在示出的示例中，流体系统82是冷却夹套并被设置为从发动机20移除热。从发动机20移除的热的量可以由冷却系统控制器或发动机控制器进行控制。流体系统82具有可包含水、其它冷却剂或润滑剂作为工作流体的一个或更多个流体回路。在本示例中，第二流体系统82包含空气或其它冷却剂。流体系统82具有一个或更多个泵84以及热交换器86或者外部空气入口。泵84可以是压缩机或者风扇，并可(例如通过连接到发动机的旋转轴)被机械地驱动或者可被电驱动。系统82还可以包括阀(未示出)，以在发动机运行期间控制系统82内的流体的流动或压力或者引导流体。

发动机20具有可与汽缸体62和/或汽缸盖60至少部分地集成的第三流体系统92。流体系统92在缸体62中具有夹套，并且可以用作冷却系统、润滑系统等。在示出的示例中，流体系统92是润滑夹套并被设置为从发动机20移除热和/或在发动机的冷启动操作期间对润滑剂进行加热。系统92可以由系统控制器或发动机控制器进行控制。流体系统92具有可包含水、其它冷却剂或润滑剂作为工作流体的一个或更多个流体回路。在本示例中，第三流体系统92包含润滑剂，诸如发动机油。流体系统92具有一个或更多个泵94以及热交换器96。泵94可(例如通过连接到发动机的旋转轴)被机械地驱动或者可被电驱动。系统92还可以包括阀(未示出)，以在发动机运行期间控制系统92内的流体的流动或压力或者引导流体。系统92还可包括各种通道以将润滑剂提供给发动机的移动或者旋转组件用于润滑。

如下文所述，流体系统和夹套70中的各个部分和通道可以与发动机缸体和/或缸盖一体地形成。流体系统70中的流体通道可位于汽缸体62内并且可以邻近于并至少部分地围绕汽缸套33、汽缸22和燃烧室24。通过夹套72、82、92中的每个的流动可被单独和独立地控制。在一个示例中，流动可以被控制为特定的大致恒定的流量，该流量可以根据发动机的温度、流体的温度和/或发动机的运行状态进行选择。在另一示例中，流动可以以“大量流入和大量流出(flood and dump)”策略进行控制，在该策略中，流体流入缸体中的夹套中，总体上保持停滞在缸体中达特定的时间段，然后排出或离开缸体。该策略可以在发动机冷启动期间使用以使润滑剂的温度升高至其操作温度。

在一个示例中，在发动机冷启动期间，使用“大量流入和大量流出”策略来控制第三流体系统92以对用于发动机的润滑剂进行加热。邻近于燃烧室的上部最热区域的第一流体系统72可以被控制为特定流量以防止热点。第二流体系统82可以被控制为特定流量，或者可以不操作以允许发动机20预热。

随着发动机升温，每个系统72、82、92中流体的流量可以基于流体温度、发动机工况、环境状况等而被独立地控制以控制所述系统和发动机的温度。

图2示出了用于形成发动机缸体(诸如图1所示的发动机缸体62)的一组缸套100和丢弃公模镶块(lost core insert)102的透视图。从图中可以看出，缸套100被布置为直列四缸构造，但是也可以考虑其它构造。缸体可被铸造、模制或以其他方式形成在缸套100和镶块102周围。缸体的顶部由箭头104指示，其与缸体的平台面相关联。箭头106指示缸体的与平台面侧104相对的一侧，其可与曲轴相关联。平台面104可以是闭合式平台面、半闭合式平台面或敞开式平台面。在示出的示例中，缸体被配置为闭合式平台面。

每个公模镶块102可通过丢弃公模或盐公模材料108被外壳110包围来形成。下文参照图6提供镶块102的其它细节以及形成缸体的方法。

镶块102中的一个围绕缸套100形成引导来自相关联的流体系统72的流体的第一流体夹套112。镶块102中的另一个围绕缸套100形成引导来自相关联的流体系统82的流体的第二流体夹套114。镶块102中的又一个围绕缸套100形成引导来自相关联的流体系统92的流体的第三流体夹套116。

从图2中可以看出，夹套112、114、116沿汽缸轴线118彼此间隔开。在一个示例中，汽缸轴线118与图1中的轴线66相对应。镶块102和相应的夹套112、114、116围绕汽缸套100进行堆叠。夹套112、114、116可彼此流体独立。镶块102在图2至图5中被示出为基本上彼此相似；然而，基于热传递要求和其他考虑，每个夹套112、114、116的形状和尺寸可彼此不同。

从图中可以看出，第一夹套112被定位为邻近于缸体的平台面104。第一夹套112被定位在平台面和第二夹套114之间。第二夹套114被定位在第一夹套112和第三夹套116之间。一个夹套中的流动可以平行于其他夹套中的流动。

图3示出了通过第一流体夹套112截取的剖视图。图3被示出为成品缸体62的剖视图。缸体62具有排气侧120和进气侧122。发动机的排气侧120是与排气系统40相关联的一侧。发动机的进气侧122是与进气系统38相关联的一侧。在其他实施例中，排气侧120和进气侧122可以相对于流体夹套112以其他方式定向。流体夹套114、116提供有与图3类似的剖视图，下面关于夹套112的描述也适用于夹套114、116。

夹套112具有沿缸体的第一侧(诸如排气侧120)纵向延伸的入口通道130。夹套112还具有沿缸体的相对的第二侧(诸如进气侧122)纵向延伸的出口通道132。夹套112具有围绕缸套100的缸套冷却通道134或者通道网。缸套冷却通道134将入口通道130和出口通道132流体连接。夹套112被成形为横跨缸体横向流动(cross flow)。

流体夹套112具有用于入口通道130的入口端口136。夹套112还具有用于出口通道132的出口端口138。在示出的示例中，入口端口136和出口端口138被设置在缸体的同一端面140上，但是也可以考虑其它构造。

缸套冷却通道134经由一系列通道150被流体连接到入口通道130。每个通道150可被定位为邻近于相应的缸套100。如图所示，每个通道150可沿邻近缸套100的中心线被定位。在其他实施例中，通道150可相对于缸套100和缸套冷却通道134偏移、成角度或以其他方式定位，以控制夹套中流体的流动特性。

一系列通道中的每个通道150可具有相同的横截面积，或可具有不同的横截面积。在本示例中，通道150的横截面积随着所述通道进一步位于入口通道130中的下游而增加。例如，邻近于缸体的端面140的通道150的横截面积可以是最小的，通道的横截面积沿轴线68而增加，或在图3中向右增加。这考虑了对到缸套冷却通道134的各个区域的流体分配和流动的控制。在一个示例中，系列通道中的每个通道150的横截面积可被选择为提供通过通道150和到达缸套100的大致相等的流量，或者可被选择为将较高的流量提供到通常具有较高工作温度的相关联的汽缸(诸如中间的汽缸)，而将较低的流量提供到端部的汽缸。

缸套冷却通道134经由一系列通道152被流体连接到出口通道132。每个通道152可被定位为邻近于相应的缸套100。如图所示，每个通道152可沿邻近缸套100的中心线被定位。在一个示例中，通道152可以与通道150对齐。在其他实施例中，通道152可相对于缸套100、缸套冷却通道134和通道150偏移、成角度或以其他方式定位，以控制夹套中流体的流动特性。

一系列通道中的每个通道152可具有相同的横截面积，或可具有不同的横截面积。在本示例中，通道152的横截面积随着所述通道进一步位于出口通道132中的下游而减小。例如，邻近于缸体的端面140的通道152的横截面积可以是最小的，通道的横截面积沿轴线68而减小，或在图3中向左减小。这考虑了对来自缸套冷却通道134的流体分配和流动的控制。在一个示例中，系列通道中的每个通道152的横截面积可被选择为提供通过通道的大致相等的流量，或者可被选择为从通常具有较高工作温度的相关联的汽缸(诸如中间的汽缸)提供较高的流量，而从端部的汽缸提供较低的流量。

如箭头所示，流体通过入口端口136进入夹套，并沿着入口通道130流动。然后，流体流过通道150并进入缸套冷却通道134。如箭头所示，流体从缸套冷却通道134流出，流过通道152，流到出口通道132和出口端口138。

在一个示例中，如图3所示，缸套冷却通道134被示出为单个集成的冷却通道，所述通道形成围绕一系列缸套100的网并被成形为提供流体混合以提高与缸套100和缸体的热传递。缸套冷却通道134具有第一弯曲部156，所述第一弯曲部156遵循缸套100的在发动机缸体一侧(发动机缸体基于延伸通过轴线68的平面分成两侧)的外表面158或外周的形状。本示例中的第一弯曲部设置在缸体的排气侧120。弯曲部156具有与每个缸套100相关联的弧形区域160。相邻缸套的弧形区域160邻近于缸套100的缸孔间区域162彼此会合或相交。

缸套冷却通道134具有第二弯曲部164，所述第二弯曲部164遵循缸套100的在发动机缸体的基于延伸通过轴线68的平面的相对侧的外表面158或外周的形状。本示例中的第二弯曲部164设置在缸体的进气侧122。弯曲部164具有与每个缸套100相关联的弧形区域166。相邻缸套的弧形区域166邻近于缸套100的缸孔间区域162彼此会合或相交。

缸套冷却通道134具有在相邻缸套100之间延伸通过缸孔间区域162的一系列缸孔间通道168。缸孔间通道168流体地连接第一弯曲部156和第二弯曲部164。通道170可以设置在缸套冷却通道的每端以连接第一弯曲部156和第二弯曲部164，在示出的示例中，通道170具有与缸孔间通道168基本上相近或相同的尺寸。

在另一示例中，缸套冷却通道134是由多个圆筒形部分或通道提供的，并且这些圆筒形部分可重叠或相交以形成所述的缸孔间通道168。

缸孔间通道168和通道170可具有比第一弯曲部156和第二弯曲部164小的横截面积，以适应可用的封装空间，并且还提供通过通道168、170的增加的流速以增加热传递。

再次参照图2，每个流体夹套的入口通道彼此平行或基本平行。同样，每个流体夹套的出口通道彼此平行或基本平行。封装考虑因素等可能使所述通道相对于彼此而改变。

如图所示，每个夹套112、114、116的缸套冷却通道134可具有相同的体积或基本上相同的体积。在其它示例中，夹套112、114、116中的每个的缸套冷却通道134的体积可例如基于期望的热传递特性而彼此不同。

从图中可以看出，夹套112、114、116与缸套100相关联，并且沿着汽缸轴线66彼此间隔开。夹套112、114、116可以彼此流体独立，使得来自一个夹套的流体不与来自另一夹套的流体混合，或者来自一个夹套的流体不行进到另一夹套。从图中可以看出，夹套112、114、116在缸体内可不具有任何连接通道，使得它们保持独立。

图6示出了根据实施例的形成发动机缸体的过程或方法200。根据本公开的各个示例，方法200可包括比示出的步骤更多或更少的步骤，这些步骤可以以另一顺序被重新排列，并且各个步骤可以串行地或同时执行。

过程200始于步骤202，在步骤202处，形成或提供镶块102。图2中参照与每个夹套112、114、116相关联的镶块102示出了镶块的示例。在使用工具压铸或模制缸体之前形成镶块102。镶块102包括丢弃公模区域108。外壳110包围或封装丢弃公模108，使得外壳覆盖丢弃公模108的外表面的至少一部分。外壳110可完全封装丢弃公模108，或者可以覆盖丢弃公模108的一部分。如果丢弃公模108的某个区域未被覆盖，则在形成发动机缸体期间它不与所注入的材料相互作用以防止破坏所述公模。丢弃公模108可以是盐公模、砂公模、玻璃公模、泡沫公模或其它合适材料的丢弃公模。公模108通常按照各个流体夹套112、114、116的期望形状和尺寸进行设置。

为了形成镶块102，按照预定形状和尺寸形成丢弃公模108。然后围绕公模108设置外壳110。在一个示例中，在保持公模108的完整性的同时，使用压铸或铸造工艺来形成外壳110。可按照镶块102的形状设置模具、模子或工具。将公模108定位在模具内，并且外壳110被铸造或以其它方式形成在公模108周围。可以由低压铸造工艺通过将熔融金属或其它材料注入模具中而形成外壳110。熔融金属可在2-10psi之间、2-5psi之间的低压或在其他相似的低压范围采用重力进料进行注入。用于形成外壳110的材料可以是与用于形成发动机缸体的材料相同的金属或金属合金，或者可以是与发动机缸体的材料不同的材料。在一个示例中，外壳110由铝或铝合金形成，缸体由铝、铝合金、复合材料、聚合物等形成。通过在低压下提供熔融金属，丢弃公模108保持其期望形状并被保持在外壳110内。外壳110冷却后，镶块102从工具中排出并可准备使用。

在步骤202中形成镶块之后，在步骤204处，将用于各个夹套112、114、116的镶块102插入并定位在工具内，并且移动工具的各个模具、滑块或其他部件以封闭工具而为注入或铸造工艺作准备。在一个示例中，汽缸套100被彼此邻近地定位在工具上。一组镶块102围绕缸套堆叠，每个镶块与邻近的镶块间隔开。在一个示例中，所述工具被设置为用于诸如铝或铝合金的金属的高压压铸工艺的工具。在另一示例中，所述工具被设置为用于例如复合材料、聚合物材料、热固性材料、热塑性材料等的注射成型工艺的工具。

在镶块102和缸套100被定位并约束在工具中的情况下封闭工具后，在步骤206处，将材料注入或以其他方式提供到工具中以大体上形成发动机缸体。

在一个示例中，所述材料是诸如铝、铝合金的金属或者是在高压压铸工艺中作为熔融金属被注入工具中的其它金属。在高压压铸工艺中，熔融金属可在至少20000磅每平方英寸(psi)的压力下被注入到工具中。熔融金属可以在大于或小于20000psi(例如在15000-30000psi的范围内)的压力下被注入，并且可基于所使用的金属或金属合金、模腔的形状和其他考虑因素选择压力。

熔融金属流入工具中并与镶块102的外壳110接触，并在镶块102周围形成铸件表层。镶块的外壳110可以被部分地熔化以与注入的金属融合。在没有外壳110的情况下，注入的熔融金属可使丢弃公模108瓦解或变形。通过提供外壳110，公模108保持完好而用于后续处理以形成所述通道和夹套，并允许形成诸如缸孔间通道的小尺寸通道。

熔融金属在工具中冷却而形成发动机缸体，然后发动机缸体作为半成品组件从工具中移除。

在另一示例中，所述材料是在注射成型或者其它模制或成型工艺中注入工具中的复合材料或聚合物材料。注射过程可在高压下发生，并且作为过程的一部分所述工具可被加热和/或冷却以固化注入的材料。所述材料被注入并流入工具中并与镶块102的外壳110接触。外壳110保护丢弃公模材料，防止其被注入的材料破坏、变形或改变。外壳110可在成型过程期间提供邻近于注入的材料的表层。外壳110可另外设置有涂层或表面粗糙度以在注入的材料凝固时与其形成结合层。因为外壳110具有较高的热导率，所以它可以提高与复合缸体的热传递。由于复合材料可具有可以另外吸走流体的多孔结构或纤维，所以外壳110在用于复合缸体时还可以有助于流体容纳(fluid containment)。

在步骤208处，将发动机缸体从工具中移除，然后进行任何的精加工工作。步骤206中的工艺可以是近净成形的铸造或成型工艺，从而几乎不需要进行后处理工作。

在本示例中，从工具移除后镶块102保持在半成品组件中。铸件表层包围丢弃公模材料。铸件表层可包含外壳110的至少一部分。所述组件的表面可(例如，通过铣削)被机加工以形成缸体的平台面。

可以使用加压流体(诸如高压水射流或其它溶剂)移除丢弃公模。在其它示例中，可以使用本领域已知的其他技术移除丢弃公模108。基于在压铸后处理或成型后处理中移除公模的能力，在本公开中丢弃公模108被称为“丢弃公模”。由于外壳的包围，本公开中的丢弃公模在压铸或成型工艺期间保持完好。移除公模108后，表层或外壳110为形成的发动机缸体提供所述的流体夹套的壁和形状。

通过使用所述的镶块102的结构，所述特征可精密准确地设置在成品发动机缸体内，并控制复杂的几何形状以及小尺寸(即，毫米级)。这允许形成难以定位位置的小尺寸通道(诸如缸孔间通道)。此外，使用镶块102允许堆叠的流体夹套结构用于发动机缸体，这提供了对发动机温度及发动机系统的更好的控制。在闭合式平台发动机中，堆叠的夹套结构还允许夹套通过缸体而保持封闭，并在缸体中彼此分开，这减少或消除了流体的交叉污染和泄漏问题。

本公开的各个实施例具有关联的非限制性的优点。例如，一系列堆叠的流体夹套可围绕汽缸套设置在发动机缸体中，以改善发动机的热传递特性。流体夹套提供流体或冷却回路，所述流体或冷却回路在热与夹套中周围大量的冷却剂混合时将热从缸孔或缸套壁带走。所述夹套提供沿汽缸壁长度分层或堆叠的分开的冷却剂回路，以提供对热传递和缸孔壁温度的增强的控制。可以控制每个夹套中的流体的速度和/或流量，以与汽缸中的燃烧事件所产生的热能和排热率相符。流经缸体的冷却剂具有利用横向流动策略的平行流动设计布局，以对汽缸壁表面提供受控的基本均匀的温度。通过提供均匀的汽缸壁或汽缸套温度，可以减少诸如从缸孔间桥接部到缸孔底部的不均匀温度造成的动态缸孔变形。此外，可以独立地控制通过每个夹套和冷却回路的流体的速度。通过在适当的位置形成夹套，夹套的形状可被控制，并提供减小的水套体积，以在允许均匀的缸孔壁温度的同时增加系统的热能质量流量。发动机及其相关的系统性能随着均匀或基本均匀的缸孔壁温度而提高，这可以从正常驾驶循环期间减少的燃料消耗和减少的发动机排放两者看出。

虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可以理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。此外，各个实施的实施例的特征可以组合以形成本公开的进一步的实施例。

Claims (20)

1.一种发动机，包括：

汽缸体，具有平台面和带有汽缸轴线的汽缸套，所述汽缸体限定了围绕汽缸套的第一流体夹套、围绕汽缸套的第二流体夹套以及围绕汽缸套的第三流体夹套，第一流体夹套、第二流体夹套和第三流体夹套彼此流体地独立并沿汽缸轴线彼此间隔开。

2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述第一流体夹套、第二流体夹套和第三流体夹套中的每个具有入口通道、出口通道和缸套冷却通道，所述入口通道沿所述汽缸体的第一侧纵向延伸，所述出口通道沿所述汽缸体的相对的第二侧纵向延伸，所述缸套冷却通道围绕所述汽缸套并将所述入口通道和所述出口通道流体连接。

3.根据权利要求2所述的发动机，其中，所述第一流体夹套、第二流体夹套和第三流体夹套中的每个具有用于所述入口通道的入口端口和用于所述出口通道的出口端口，所述入口端口和所述出口端口设置在所述汽缸体的端面上。

4.根据权利要求2所述的发动机，其中，每个流体夹套的入口通道彼此平行；

其中，每个流体夹套的出口通道彼此平行。

5.根据权利要求2所述的发动机，其中，第一流体夹套被定位在第二流体夹套和所述汽缸体的平台面之间；

其中，第二流体夹套被定位在第一流体夹套和第三流体夹套之间。

6.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述汽缸体的平台面是闭合式平台面。

7.一种发动机，包括：

汽缸体，具有平台面、沿汽缸轴线延伸的第一汽缸套和邻近于第一汽缸套的第二汽缸套，所述汽缸体限定了与第一汽缸套和第二汽缸套相关联的第一流体夹套以及与第一汽缸套和第二汽缸套相关联的第二流体夹套，第一流体夹套和第二流体夹套彼此流体地独立并沿汽缸轴线彼此间隔开。

8.根据权利要求7所述的发动机，其中，所述第一流体夹套和第二流体夹套中的每个具有入口通道、出口通道和缸套冷却通道，所述入口通道沿所述汽缸体的第一侧纵向延伸，所述出口通道沿所述汽缸体的相对的第二侧纵向延伸，所述缸套冷却通道围绕所述第一汽缸套和第二汽缸套并将所述入口通道和所述出口通道流体连接。

9.根据权利要求8所述的发动机，其中，所述第一流体夹套和第二流体夹套中的每个的缸套冷却通道通过邻近于第一汽缸套的第一通道和邻近于第二汽缸套的第二通道流体地连接到所述入口通道。

10.根据权利要求9所述的发动机，其中，第二通道具有比第一通道大的横截面积。

11.根据权利要求9所述的发动机，其中，第二通道被定位在第一通道的下游。

12.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述第一流体夹套和第二流体夹套中的每个的缸套冷却通道通过邻近于第一汽缸套的第三通道和邻近于第二汽缸套的第四通道流体地连接到所述出口通道。

13.根据权利要求12所述的发动机，其中，第四通道具有比第三通道大的横截面积；其中，第三通道被定位在第四通道的下游。

14.根据权利要求8所述的发动机，其中，第一流体夹套的缸套冷却通道具有第一体积，第二流体夹套的缸套冷却通道具有第二体积，第一体积大于第二体积。

15.根据权利要求8所述的发动机，其中，所述第一流体夹套和第二流体夹套中的每个的缸套冷却通道具有第一弯曲部和第二弯曲部，所述第一弯曲部遵循第一汽缸套和第二汽缸套在所述汽缸体的第一侧的外表面的形状，所述第二弯曲部遵循第一汽缸套和第二汽缸套在所述汽缸体的第二侧的外表面的形状。

16.根据权利要求15所述的发动机，其中，所述第一流体夹套和第二流体夹套中的每个的缸套冷却通道具有缸孔间通道，所述缸孔间通道将第一弯曲部和第二弯曲部流体连接并被定位在第一汽缸套和第二汽缸套之间。

17.根据权利要求16所述的发动机，还包括与第一汽缸套和第二汽缸套相关联的第三流体夹套，所述第三流体夹套与第一流体夹套和第二流体夹套流体地独立并沿汽缸轴线与第一流体夹套和第二流体夹套间隔开。

18.根据权利要求17所述的发动机，还包括：第一流体系统，包含第一流体并与第一流体夹套流体连通；第二流体系统，包含第二流体并与第二流体夹套流体连通；第三流体系统，包含第三流体并与第三流体夹套流体连通。

19.根据权利要求8所述的发动机，还包括：第一流体系统，包含第一流体并与第一流体夹套流体连通；第二流体系统，包含第二流体并与第二流体夹套流体连通。

20.一种形成发动机缸体的方法，包括：

形成镶块组，每个镶块在金属外壳中涂覆有丢弃公模材料，所述丢弃公模材料被配置为提供流体夹套，每个镶块具有被构造为提供入口通道的第一构件、被构造为提供出口通道的第二构件以及在第一构件和第二构件之间延伸并被构造为提供缸套冷却通道的多个圆筒形构件；

将多个汽缸套彼此邻近地定位在铸造工具上；

将镶块组堆叠在所述多个汽缸套周围，每个镶块与邻近的镶块间隔开，每个镶块的每个圆筒形构件被定位在各个汽缸套的周围，所述汽缸套定位在每个镶块的第一构件和第二构件之间；

在所述多个汽缸套和镶块组周围铸造发动机缸体；

将丢弃公模材料从铸造的发动机缸体移除以形成流体夹套。