CN110621854A - 用于火花点火式发动机的发动机冷却系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于差别地冷却内燃发动机的系统、装置和方法。一种冷却系统包括第一冷却回路，所述第一冷却回路被配置成将冷却流体的温度降低到第一温度，其中所述第一冷却回路被配置成将所述冷却流体的第一部分分配到所述发动机的气缸壁和非气缸表面或非燃烧表面。所述冷却系统还包括第二冷却回路，所述第二冷却回路被配置成将所述冷却流体的剩余或第二部分的温度降低到低于所述第一温度的第二温度，其中所述第二冷却回路被配置成将所述冷却流体的所述剩余部分分配到所述内燃发动机的一个或多个气缸内的气缸表面或燃烧表面。

Description

用于火花点火式发动机的发动机冷却系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月23日提交的美国临时申请号62/509,849的申请日的权益，该申请通过引用方式并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及火花点火式发动机，并且更具体地但非排他地涉及与其他发动机表面不同地冷却发动机的燃烧表面。

背景技术

在典型地燃烧易于自燃或爆震的燃料的火花点火式发动机中，燃烧系统表面温度通常是高负载发动机效率和发动机负载能力的关键驱动因素。用于发动机的单个冷却剂系统通常向待冷却的发动机的各个表面提供温度范围受到较窄控制的发动机冷却剂。然而，发动机的某些表面或零件在较冷或较低温度下比发动机的其他表面或零件能更有效地发挥作用。因此，将所有发动机表面冷却到较窄温度范围是成问题的。一些其他问题包括：与可以其他方式实现的能力相比，燃烧定相能力下降、负载能力下降和/或发动机效率降低，这些问题都是由于一些发动机表面和零件可能未被有效冷却而引起的。因此，需要在该技术领域做出进一步改进，以解决这些问题以及其他问题。

发明内容

本公开的一个实施方案包括用于差别地冷却内燃发动机的独特的系统、方法和/或设备。在一个实施方案中，内燃发动机包括冷却剂系统，该冷却剂系统包括第一冷却回路，所述第一冷却回路被构造成将冷却流体的第一部分的温度降低到第一温度，其中第一冷却回路被配置成将冷却流体的第一部分分配到发动机的非气缸或非燃烧表面。冷却剂系统还包括第二冷却回路，所述第二冷却回路被配置成将冷却流体的第二部分的温度降低到低于第一温度的第二温度，其中第二冷却回路被配置成将冷却流体的剩余部分分配到发动机的气缸或燃烧表面。

在一些实施方案中，第一非气缸冷却回路包括一个或多个发动机部件和表面，所述一个或多个发动机部件和表面不是发动机气缸的燃烧室内的燃烧表面的一部分，并且包括围绕燃烧室的气缸壁。第二气缸冷却回路包括一个或多个气缸、气缸内的燃烧表面和/或与气缸内的燃烧反应流体连通的气缸盖(除了气缸内壁)，诸如活塞表面、活塞环、曲柄臂等。在一个方面，气缸或燃烧表面包括气缸盖。在一个方面，所述一个或多个气缸的每一个包括活塞和活塞喷嘴，所述活塞喷嘴用于将冷却流体的第二部分排出到气缸或气缸盖中和/或对着燃烧室内的燃烧表面。预期冷却流体包括油，但是预期且不被排除用于冷却发动机的燃烧表面的任何合适的冷却流体。

在一些实施方案中，第一冷却回路包括第一热交换器。在一个方面，第一热交换器是油冷却器。在一些实施方案中，第二冷却回路包括第二热交换器。在一个方面，第二热交换器是油冷却器。

在一些实施方案中，第一冷却回路在第一热交换器处连接到第一水回路，所述第一水回路被配置成降低冷却流体的第一部分的温度。在一个方面，第一水回路包括第一散热器，第一散热器被配置成降低第一水回路中的水的温度，以排出冷却流体的第一部分中的热量。在一些实施方案中，第二冷却回路在第二热交换器处连接到第二水回路，所述第二水回路被配置成降低冷却流体的剩余或第二部分的温度。在一个方面，第二水回路包括第二散热器，第二散热器被配置成降低第二水回路中的水的温度，以排出冷却流体的剩余部分或第二部分中的热量。虽然预期第一水回路和第二水回路可以包括水作为冷却介质，但是也预期其他冷却介质，并且术语“水”的使用不旨在是限制性的。

在一个方面，冷却流体的第一部分的第一温度在100摄氏度与130摄氏度之间。在其他方面，冷却流体的剩余部分或第二部分的第二温度在35摄氏度与65摄氏度之间。在一个实施方案中，冷却流体的剩余部分或第二部分的第二温度低于80摄氏度。

在其他实施方案中，第一冷却回路包括歧管，歧管被配置成将冷却流体的第一部分分配至非气缸冷却回路，并且将冷却流体的剩余部分或第二部分分配至气缸冷却回路。在另一个实施方案中，第一水回路和第二水回路连接至具有单独散热器部段的公共散热器外壳，所述散热器部段被配置成差别地降低冷却流体的温度。

本公开的一个实施方案包括冷却内燃发动机的方法，该方法包括：将第一冷却回路中的冷却流体降低到第一温度，将冷却流体的第一部分分配到内燃发动机的非气缸表面和/或非燃烧表面，将第二冷却回路中的冷却流体的剩余部分降低到低于第一温度的第二温度，并且将冷却流体的剩余部分分配到内燃发动机的气缸表面或燃烧表面上。

在一个方面，非气缸或非燃烧表面包括不位于内燃发动机的气缸内的一个或多个发动机部件。

在另一个方面，气缸或燃烧表面包括内燃发动机的一个或多个气缸内的不是气缸壁的内表面。

在一个方面，气缸或燃烧表面包括一个或多个气缸内的活塞。

本概述既不意在识别所要求保护主题的关键或必要特征，也不意在用来帮助限制所要求保护主题的范围。根据以下描述和附图，另外的实施方案、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。

附图说明

将参考附图对本文进行描述，其中在这几个视图中，相同的标记指代相同部件，并且在附图中：

图1是用于内燃发动机的冷却系统的示意图。

图2是内燃发动机的气缸的示意性剖视图。

具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，现在将参考在附图中示出的实施方案，并且将使用具体语言对其进行描述。然而，应理解，不意图由此限制本发明的范围，本文中预期到所描述的实施方案的任何变化和进一步的修改以及本文所描述的本发明的原理的任何进一步应用，如同本发明所属领域技术人员通常所想到的那样。

图1示出了内燃发动机102的冷却系统100的一个实施方案，所述内燃发动机包括一个或多个气缸104，所述一个或多个气缸包括一个或多个燃烧表面107，所述一个或多个燃烧表面与对应气缸104中的空气-燃料混合物的燃烧直接连通。冷却系统100包括第一或非气缸冷却回路106以及第二或气缸冷却回路108，所述第二或气缸冷却回路连接至冷却流体通过的一个或多个气缸104或燃烧表面107或气缸盖(未示出)。非气缸冷却回路106包括一个或多个发动机部件，所述一个或多个发动机部件不是气缸和/或不是除气缸壁以外的燃烧表面。不是气缸的发动机部件的一些示例包括例如发动机缸体、发动机轴承、涡轮增压器、气缸壁和排气再循环(EGR)系统。气缸冷却回路108包括一个或多个气缸104，诸如图2所示并且在下面更详细描述的气缸200。

冷却流体可以是适用于内燃发动机的任何类型的流体，诸如油或其他润滑剂。冷却系统100还包括流体地耦合至发动机102和气缸104下游的油底壳110的第一冷却回路106和第二冷却回路108。油底壳110被配置成作为储存器接收并收集冷却流体。冷却系统100还包括泵112，所述泵位于油底壳110的下游并流体地连接至油底壳，其中泵112被配置成将来自第一冷却回路106和第二冷却回路108的经组合的冷却流体输送至第一热交换器114。

第一热交换器114被配置成接收处于初始温度的来自泵112的冷却流体，并且通过散热将冷却流体冷却到比初始温度更冷或更低的第一温度。在一个实施方案中，冷却流体的第一温度在100摄氏度与130摄氏度之间。在一些实施方案中，第一热交换器114是油冷却器。在所示的实施方案中，第一热交换器114连接至第一水回路122。第一水回路122包括水(其也可以包括或替代地是防冻剂或其他合适的冷却液)，水通过第一热交换器114并交换来自冷却流体的热量以冷却冷却流体。第一水回路122包括第一散热器124，所述第一散热器将水回路中的热量与周围空气交换，以降低第一水回路122中的水或冷却液体的温度。在一些形式中，第一水回路122包括水泵(未示出)以将水输送或泵送通过第一散热器124用于额外散热。替代地，如下所述，第一散热器124可被配置成从第一水回路122接收水或冷却液体以及从第二冷却回路108接收额外的水或冷却液体。

第一或非气缸冷却回路106还可包括歧管120，歧管被配置成将冷却流体分成第一部分和第二或其余部分。歧管120还将处于第一温度的冷却流体的第一部分引导或引流至非气缸冷却回路106，并且将处于第一温度的冷却流体的其余部分引导或引流至第二冷却回路108。冷却流体的第一部分被供应到非气缸冷却回路106以冷却非气缸发动机部件102，所述非气缸发动机部件可以包括气缸壁。

第二或气缸冷却回路108流体地耦合至歧管120，并且被配置成从歧管120接收处于第一温度的冷却流体的剩余部分。第二冷却回路108经由第二热交换器126将冷却流体的剩余部分的温度冷却或降低到低于第一温度的第二温度。在一个实施方案中，冷却流体的剩余部分的第二温度在35摄氏度与65摄氏度之间。在另一个实施方案中，冷却流体的剩余部分的第二温度低于80摄氏度。

第二冷却回路108包括第二热交换器126，所述第二热交换器流体地耦合至歧管120并且与第一热交换器114串联以接收冷却流体的剩余部分并将冷却流体冷却至第二温度。在一些实施方案中，第二热交换器126是油冷却器。在一些实施方案中，第二热交换器126流体地耦合至第二水回路130，第二水回路被配置成降低冷却流体的剩余部分的温度。第二水回路130包括第二散热器132和水或其他合适的冷却液，其循环通过第二热交换器126和第二散热器132，以从处于第一温度的冷却流体中散热。在其他实施方案中，第二水回路130通过分支回路134流体地连接至第一散热器124，使得冷却流体的剩余部分流至第一散热器124的第二或额外部段以进行额外冷却。在这种形式中，第一散热器124被分叉，使得第二水回路134中的水或冷却液与第一水回路122中的水或冷却液保持分离且不同。

如前所述，气缸104包括一个或多个气缸，诸如图2所示的气缸200。应理解，气缸200是为了说明的目的，且其他形式的气缸也在本申请的范围内。气缸200包括位于燃烧室208内的一个或多个燃烧表面202，诸如活塞204和曲柄臂。气缸200还包括气缸盖。气缸200包括活塞喷嘴206，所述活塞喷嘴被配置成将来自第二冷却回路108的冷却流体的剩余或第二部分喷射到燃烧表面202上，以将燃烧表面202冷却到低于第一温度的第二温度。

随着冷却流体的第一部分通过第一冷却回路106，并且冷却流体的剩余部分通过第二冷却回路108，冷却流体经历温度变化(冷却流体吸收热量并因此冷却非气缸发动机部件102和气缸104或燃烧表面107)。此后，冷却流体的第一部分和冷却流体的剩余部分流到油底壳110，用于由泵112通过第一热交换器114和第二热交换器126以及通过第一冷却回路106和第二冷却回路108进行分配，以再次重复冷却循环。

冷却系统100不限于所示出的部件。额外的热交换器、油冷却器、散热器、泵、温度传感器、压力传感器等可以与冷却系统100、第一冷却回路106和/或第二冷却回路108集成在一起。

虽然已经在附图和前面的描述中对本发明进行了详细的说明和描述，但这应被认为是说明性的而不是限制性的，应理解，仅示出和描述了某些示例性实施方案，并且期望保护落在本发明精神内的所有改变和修改。在阅读权利要求书时，当使用诸如“一个”、“一种”、“至少一个”或“至少一部分”之类的词语时，不意图将权利要求限制为仅一个项目，除非权利要求中有明确相反说明。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项目可包括一部分和/或整个项目，除非有明确相反说明。

Claims (23)

1. 一种用于内燃发动机的冷却剂系统，所述系统包括：

第一冷却回路，所述第一冷却回路被配置成将冷却流体的温度降低到第一温度，所述第一冷却回路被配置成将所述冷却流体的第一部分分配到所述内燃发动机的非气缸表面和/或非燃烧表面；以及

第二冷却回路，所述第二冷却回路被配置成将所述冷却流体的剩余部分的温度降低到低于所述第一温度的第二温度，所述第二冷却回路被配置成将所述冷却流体的所述剩余部分分配到所述内燃发动机的气缸表面或燃烧表面上。

2.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述非气缸或非燃烧表面包括不位于所述内燃发动机的气缸内的一个或多个发动机部件。

3.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述气缸或燃烧表面包括所述内燃发动机的一个或多个气缸内的不是所述气缸壁的内表面。

4.如权利要求3所述的冷却剂系统，其中所述气缸或燃烧表面包括所述一个或多个气缸内的活塞。

5.如权利要求3所述的冷却剂系统，其中所述气缸或燃烧表面包括气缸盖。

6.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述冷却流体包括油。

7.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述第一冷却回路包括第一热交换器。

8.如权利要求7所述的冷却剂系统，其中所述第一热交换器是油冷却器。

9.如权利要求7所述的冷却剂系统，其中所述第二冷却回路包括第二热交换器。

10.如权利要求9所述的冷却剂系统，其中所述第二热交换器是油冷却器。

11.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述第一冷却回路连接至第一水回路，所述第一水回路被配置成降低所述冷却流体的所述温度。

12.如权利要求11所述的冷却剂系统，其中所述第一水回路包括第一散热器，所述第一散热器被配置成降低所述第一水回路中的所述流体的所述温度并且从所述冷却流体的所述第一部分排出热量。

13.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述第二冷却回路连接至第二水回路，所述第二水回路被配置成降低所述冷却流体的所述剩余部分的所述温度。

14.如权利要求13所述的冷却剂系统，其中所述第二水回路包括第二散热器，所述第二散热器被配置成降低所述第二水回路中的所述流体的所述温度并且从所述冷却流体的所述剩余部分排出热量。

15.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述冷却流体的所述第一温度在100摄氏度与130摄氏度之间。

16.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述冷却流体的所述剩余部分的所述第二温度在35摄氏度与65摄氏度之间。

17.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述冷却流体的所述剩余部分的所述第二温度低于80摄氏度。

18.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述第一冷却回路包括歧管，所述歧管被配置成将所述冷却流体的所述第一部分分配至所述非气缸或非燃烧表面，并且将所述冷却流体的所述剩余部分分配至所述气缸或所述燃烧表面。

19.如权利要求1所述的冷却剂系统，其中所述第一冷却回路和所述第二冷却回路连接至具有散热器部段的公共散热器外壳，所述散热器部段被配置成差别地降低所述冷却流体的所述温度。

20.一种冷却内燃发动机的方法，所述方法包括：

将第一冷却回路中的冷却流体降低到第一温度；

将所述冷却流体的第一部分分配到所述内燃发动机的非气缸表面和/或非燃烧表面；

将第二冷却回路中的所述冷却流体的剩余部分降低到低于所述第一温度的第二温度；并且

将所述冷却流体的所述剩余部分分配到所述内燃发动机的气缸表面或燃烧表面上。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述非气缸或非燃烧表面包括不位于所述内燃发动机的气缸内的一个或多个发动机部件。

22.如权利要求20所述的方法，其中所述气缸或燃烧表面包括所述内燃发动机的一个或多个气缸内的不是所述气缸壁的内表面。

23.如权利要求20所述的方法，其中所述气缸或燃烧表面包括所述一个或多个气缸内的活塞。