CN111692005A - 纵横混流的双回路发动机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵横混流的双回路发动机冷却系统，包括：缸体水套，呈“U型”或“类U型”贴设于发动机机体的外围；缸盖水套，包括排气侧下层水腔、排气侧上层水腔和进气侧水腔，且三者之间通过多个并行排布的鼻梁区水腔互相连通；缸体缸盖分水腔，包括第一出水口和第二出水口，所述第一出水口与缸体水套的一端相连通，所述第二出水口与缸盖水套相连通；出水独立集水腔，设置于发动机机体外侧，并与排气侧上层水腔和进气侧水腔相连通；机体水套出水腔，设置于缸体水套的另一端。本发明提供的该纵横混流的双回路发动机冷却系统，缸体、缸盖设计了前端进水、前端出水，避免了各缸之间燃烧状态不一致导致的振动大的问题。

Description

纵横混流的双回路发动机冷却系统

技术领域

本发明涉及用于气缸盖和气缸体分别进行冷却的纵向布置的发动机冷却技术系统领域，尤其涉及一种纵横混流的双回路发动机冷却系统。

背景技术

现有技术方案中关于气缸盖和气缸体分别进行冷却的发动机冷却系统的详细结构为：1、水泵布置在发动机前端，水泵从发动机前端吸水，分别为气缸盖、气缸体供水，气缸盖、气缸体内部水的流动方向为从发动机前端纵向流向后端，在发动机后端汇合，总水阀进行温度识别，高温时总水阀打开使水进入散热器(即水箱)冷却，低温时总水阀关闭使水不进入散热器，经过其他元件再循环回发动机；2、气缸体出水口处设置气缸体水阀，实现缸体水量的独立控制。

针对目前的技术方案，仍存在以下技术缺陷：1、气缸体热负荷最高、最亟需冷却的部分是气缸和气缸之间，现有技术方案中气缸体内部水的流动方向为从发动机前端流向后端，导致气缸体的进排侧无法形成水的压力差，即便在气缸和气缸之间设置水孔(以下简称缸间孔)，也无法形成有效的水流动，致使无法实现有效的冷却，最终容易导致气缸周向温度不均匀、气缸周向变形不均匀，进而发生气缸拉缸等故障，降低了发动机可靠性；2、现有技术方案中缸盖内部水的流动方向为从发动机前端流向后端，越靠近发动机后端，水量越大，冷却强度越大，导致每缸冷却不均匀、燃烧状态不均匀，进而增大发动机震动。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于上述技术缺陷，本发明提供了一种纵横混流的双回路发动机冷却系统，以至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种纵横混流的双回路发动机冷却系统，包括：缸体水套，呈“U型”或“类U型”贴设于发动机机体的外围；缸盖水套，包括排气侧下层水腔、排气侧上层水腔和进气侧水腔，且三者之间通过多个并行排布的鼻梁区水腔互相连通；缸体缸盖分水腔，包括第一出水口和第二出水口，第一出水口与缸体水套的一端相连通，第二出水口与缸盖水套相连通；出水独立集水腔，设置于发动机机体外侧，并与排气侧上层水腔和进气侧水腔均通过连接口相连通；以及，机体水套出水腔，设置于缸体水套的另一端。

一些实施例中，缸体水套还包括设置于发动机机体中相邻气缸体之间的水孔。

一些实施例中，缸盖水套还包括：缸盖进水主水道，用于连通缸体缸盖分水腔的第二出水口、与鼻梁区水腔和排气侧下层水腔。

一些实施例中，缸盖进水主水道和出水独立集水腔分别设置与缸体水套的“U型”两边相互平行。

一些实施例中，缸盖进水主水道的长度与缸盖水套的排气侧下层水腔和鼻梁区水腔的总长度相匹配；出水独立集水腔的长度与缸盖水套的排气侧上层水腔和进气侧水腔的连接口的总长度相匹配。

一些实施例中，该发动机冷却系统还包括：进水集水腔，通过一水泵与缸体缸盖分水腔的入水口相连通；暖风回水口，设置于进水集水腔上；暖风取水口，设置于排气侧上层水腔上。

一些实施例中，进水集水腔通过第一节温器与总进水管相连。

一些实施例中，出水独立集水腔与机体水套出水腔通过第二节温器与总出水管相连。

一些实施例中，总进水管和总出水管均连接至外部水箱。

一些实施例中，暖风回水口和暖风取水口之间连接一外设的暖风组件。

(三)有益效果

本发明提供的该纵横混流的双回路发动机冷却系统，与现有技术方案相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的缸体水套采用“U型”设计，将进水口和出水口分别设置在“U型”水套的两端，使冷却水从缸体前端进入并呈U型流动最终仍回流至缸体前端，使缸体水套的进排侧可以产生压力差，并借助该压力差使缸间孔中的冷却液产生流动，进而达到对气缸间固体冷却的目的；

(2)本发明的缸盖水套从缸盖排气侧前端进水，同时为鼻梁区水腔、排气侧下层水腔同时上水，在缸盖水套内部冷却水呈横向流动汇集至缸体上的独立集水腔，而后流动至缸体前端，该横向流动使各缸冷却液流动分配均匀、冷却程度一致、各缸燃烧状态一致，避免了各缸之间燃烧状态不一致导致的振动大的问题；

(3)本发明的缸体、缸盖通过设计前端进水、前端出水的方式，更有利于发动机纵向布置在汽车上。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的发动机冷却系统的整体结构图；

图2是图1中缸体水套结构及其内部的冷却液流动图；

图3是图1中缸盖水套下层水腔结构及其内部的冷却液流动图；

图4是图1中缸盖水套上层水腔结构及其内部的冷却液流动图；

图5是基于本发明发动机冷却系统在具体实施时的应用原理图。

附图标记及说明：

总进水管 1 第一节温器 2

进水集水腔 3 暖风回水口 4

水泵 5 缸体缸盖分水腔 6

缸体水套 7 缸体气缸间水孔 8

缸盖进水主水道 9 鼻梁区水腔 10

排气侧下层水腔 11 排气侧上层水腔 12

暖风取水口 13 进气侧水腔 14

出水独立集水腔 15 机体水套出水腔 16

第二节温器 17 总出水管 18

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

基于现有技术中每缸冷却不均匀，以及无法实现单个缸体有效冷却的问题，本发明提出了一种纵横混流的双回路发动机冷却系统，通过设置缸体冷却水U型流动、缸盖冷却水横向流通的纵横混流的方式，解决现有技术中最亟需解决的气缸和气缸之间冷却不均匀的问题，以下通过具体实施例，对本发明的纵横混流的双回路发动机冷却系统，进一步详细解释。

本发明一实施例提供了一种纵横混流的双回路发动机冷却系统的具体结构，请参见图1所示，包括：

缸体水套，呈“U型”或“类U型”贴设于发动机机体的外围。本实施例中，发动机机体的气缸连接方式为串联连接，在本领域中属直列连接，缸体水套1即呈较为标准的“U型”结构贴设于直列气缸的外侧，实现面向发动机前端观测时，冷却水可以从缸体水套的的前端流入，经过“U型”流动后再次流至缸体水套的前端流出。需要说明的是，这里的“类U型”包括且不限于冷却水流入端和冷却水流出端位于或接近于在同一直线上的任何曲线路径，例如“W形”，甚至“蛇形”。

一些实施例中，上述的缸体水套还包括设置于发动机机体中相邻气缸体之间的水孔。本实施例中，串联连接的各气缸体之间，均设置有气缸间水孔8，以实现气缸体和气缸体之间的有效冷却。需要说明的是，本实施例中“直列”结构的发动机机体，还可替换为本领域中“V型”、“W型”、“水平对置”和“星形”结构，对于每一类型的发动机机体结构，可以根据实际的内部气缸体连接方式，选择合适的“U型”或“类U型”的缸体水套，并配置合适的气缸间水孔8，以确保在冷却水流经缸体水套时可以产生合适的压力差使各气缸体间水孔中的冷却液也产生流动，进而达到对气缸体间固体冷却的目的。

缸盖水套，包括排气侧下层水腔、排气侧上层水腔和进气侧水腔，且三者之间通过多个并行排布的鼻梁区水腔互相连通。本实施例中，排气侧下层水腔11和排气侧上层水腔12隔断设置，并通过鼻梁区水腔10进行连通；为实现排气侧上、下层水腔之间水流的均匀性，鼻梁区水腔10为间隔并排设置的多个；进气侧水腔14可以设置为如图1中所示的多个并列的出水口结构，也可以设置为一个单一的与进气侧水腔14长度接近的出水口；同时，排气侧上层水腔12也可设置一通路实现与进气侧水腔14相同的出水功能，并且，为方便水流管理及简化设计空间，排气侧上层水腔12的出水通路设置为与进气侧水腔14平齐。

缸体缸盖分水腔，包括第一出水口和第二出水口，其中，第一出水口与缸体水套的一端相连通，第二出水口与缸盖水套相连通。本实施例中，缸体缸盖分水腔6设置于“U型”的缸体水套7的一端，并具有两个出水口，下出水口为该“U型”的缸体水套7提供冷却水的输入，其设置位置选择为“U型”的一个末端，上出水口为缸盖水套提供冷却水的输入，其长度设置优选为与缸盖水套中排气侧下层水腔11和鼻梁区水腔10的总长度接近。

一些实施例中，上述的缸盖水套还包括：缸盖进水主水道，用于连通缸体缸盖分水腔的第二出水口、与鼻梁区水腔和排气侧下层水腔。本实施例中，缸盖进水主水道9设置为与缸盖水套中排气侧下层水腔11和鼻梁区水腔10直接连通，其连通长度与排气侧下层水腔11和鼻梁区水腔10的总长度相接近，此时，缸盖进水主水道9作为缸盖水套接收冷却水的一个缓冲区，缸体缸盖分水腔6的上出水口的大小不再限定，直接连通至该缸盖进水主水道9为其供水即可。

出水独立集水腔，设置于所述发动机机体外侧，并与所述排气侧上层水腔和所述进气侧水腔均通过连接口相连通。本实施例中，出水独立集水腔15设置于“U型”的缸体水套7的另一端，并直接接收缸盖水套排气侧上层水腔12和进气侧水腔14的输出水，且优选为，出水独立集水腔15的长度与排气侧上层水腔12和进气侧水腔14的连接口的总长度接近。

一些实施例中，缸盖进水主水道和出水独立集水腔分别设置与缸体水套的“U型”两边相互平行。本实施例中，作为一种优选的设置方式，缸盖进水主水道9和出水独立集水腔15分别设置于缸体水套的“U型”外侧并与该“U型”的两边相互平行，以实现冷却水从缸体缸盖分水腔6的上出水口进入缸盖进水主水道9后，在缸盖水套中的流动方式为基于图1方向的横向遍布，即缸盖水套中的水流方向参见其垂直向下的“U型”缸体水套为从“U型”的一边横向遍布该缸盖水套流至“U型”的另一边至出水独立集水腔15后输出。需要说明的是，缸盖进水主水道和出水独立集水腔的位置、长度及设置方式不仅限于图1中所示，其可以根据实际应用中缸盖结构的具体参数及设计要点针对性的做出改动，其中的设计要点例如包括缸盖的不同位置所需的降温程度不同以确定是否需要设置上、下层水腔、以及具体的水流流向和连通方式等。

机体水套出水腔，设置于缸体水套的另一端。本实施例中，机体水套出水腔16的设置位置选择为缸体水套的“U型”的另一个末端，使缸体水套的“U型”设计发挥其最大优势。

进水集水腔，通过一水泵与缸体缸盖分水腔的入水口相连通。本实施例中，进水集水腔3通过一水泵5连接至缸体缸盖分水腔6的入水口，为冷却水大循环时提供输入缓冲区，同时为冷却水小循环时提供水源供给，节约水资源。

暖风回水口，设置于进水集水腔上；暖风取水口，设置于排气侧上层水腔上。本实施例中，在排气侧上层水腔12的一端设置一出口并连接一外设的暖风组件，作为暖风取水口13；在进水集水腔3的一端设置一开口并连接至同一暖风组件，作为暖风回水口4。通过该外设的暖风组件实现内部冷却水循环。

进水集水腔通过第一节温器与总进水管相连。本实施例中，在冷却水进入缸体水套之前，先经过一节温器2，该节温器2连接于进水集水腔3和总进水管1之间，并根据探测到的温度的高低控制阀门的开启和关闭。

出水独立集水腔与机体水套出水腔通过第二节温器与总出水管相连。本实施例中，冷却水最终流出缸体水套和缸盖水套之后，再经一节温器17，该节温器17的一端与总出水管18相连接，另一端与出水独立集水腔15和机体水套出水腔16相连接，并根据探测到的温度的高低控制阀门的开启和关闭。需要说明的是，在另一些实施例中，出水独立集水腔15和机体水套出水腔16可以互相连通。

总进水管和总出水管均连接至外部水箱。本实施例中，总进水管1和总出水管18同时连接至一外部的水箱，并通过与其各自连接的节温器2和节温器17控制冷却水的流通。

本实施例通过的该纵横混流的双回路发动机冷却系统，通过设计水套结构，使冷却水在缸体水套内部U型流动，并在缸盖水套内部横向流动，最终冷却水遍历发动机机体水套后汇集输出，使各气缸体周围的冷却液流动分配均匀、冷却程度一致，可进一步提升发动机可靠性。

本发明另一实施例提供了一种基于上述结构的纵横混流的双回路发动机冷却系统的工作原理及内部水流情况，请结合图5参见图1-图4所示，已知汽车发动机冷却系统包括大循环和小循环两种工作模式，分别对应不同温度状态下的发动机，其中：

(一)大循环模式

发动机温度高于其正常工作的温度范围时，需要对发动机进行降温操作，流经发动机的冷却水要进入散热器(即水箱)中进行散热，在图5所示的具体实施流程中，对应为第一散热器和第二散热器控制的阀门打开，进入大循环。

本实施例中，具体的，在大循环模式下：

步骤1：节温器2和节温器17探测到的温度达到或高于发动机正常的工作温度范围，控制相应的阀门为打开状态。

步骤2：外部水箱中储存的冷却水经总共进水管1、节温器2打开的阀门进入进水集水腔3，后经水泵5将该冷却水输送至缸体缸盖分水腔6(水流路径参见图1中部分箭头所示)。

步骤3：缸体缸盖分水腔6具有的两个出水口使缸体水套和缸盖水套并联独立获取冷却水。

步骤3.1：如图1所示面向“U型”开口端，缸体水套7的“U型”口的一端接收冷却水的输入(称该端为缸体水套排气侧)，排气侧进水，在缸体水套内部冷却水流呈纵向U型流动，后纵向回流至“U型”口的另一端(称该端为缸体水套进气侧)，并最终由机体水套出水腔16输出(水流路径参见图2中箭头所示)。

步骤3.2：为解决气缸体和气缸体之间最亟需冷却的问题，在发动机机体内部相邻两个气缸体之间设置水孔。本实施例中缸体水套呈“U型”布置，在缸体水套的进排气侧布置缸体气缸间水孔8，缸体水套内冷却液呈U型流动，使缸体水套进气侧和排气侧产生压力差，借助压力差使气缸间水孔8中的冷却液产生流动，进而达到对气缸体间固体冷却的目的(水孔中水流路径参见图2中箭头所示)。

步骤3.3：缸盖水套为鼻梁区水腔10、排气侧下层水腔11同时上水，缸盖进水主水道9作为缸盖水套接收冷却水的缓冲区，首先将该冷却水直接传输至排气侧下层水腔11，并顺流至鼻梁区水腔10(水流路径参见图3所示)。

步骤3.4：鼻梁区水腔10的冷却水进一步传输至排气侧上层水腔12，如图1所示面向“U型”开口端，缸盖水套内部水流呈横向流动，即排气侧上层水腔12和排气侧下层水腔11部分的水流流通至进气侧水腔14，并最终由进气侧水腔14和排气侧上层水腔12将缸盖水套中的冷却水汇集至出水独立集水腔15(水流路径参见图4和图2所示)。

步骤4：出水独立集水腔15和机体水套出水腔16通过节温器17连接至总出水管18，使缸体水套与缸盖水套中的两路冷却水均汇集至发动机水套进气侧前端，至此，流经缸体水套和缸盖水套的冷却水最终由总出水管18输出至外部水箱中进行流体冷却，本实施例中流体为冷却水(水流路径参见图1中部分箭头所示)。

(二)小循环模式

发动机温度低于其正常工作的温度范围时，需要对发动机进行升温操作，流经发动机的冷却水不进入散热器，仅在发动机水套内部进行温度的补充，在图5所示的具体实施流程中，对应为第一散热器和第二散热器控制的阀门关闭，进入小循环。

本实施例中，具体的，在小循环模式下，包括行数大循环实施方式中的步骤1、步骤3及其子步骤，且其中：

步骤1变换为：节温器2和节温器17探测到的温度低于发动机正常的工作温度范围，控制相应的阀门为关闭状态。

步骤3还包括：开启外部暖风，借助暖风的力量将缸盖水套中的冷却水由暖风取水口13传输至暖风回水口4后再次进入进水集水腔3，然后重复大循环实施方式中的步骤3.1-步骤3.4。

直至节温器测得的温度达到发动机正常的工作温度范围时，小循环模式完全转换至大循环模式，此时，发动机机体水套(包括缸体水套和缸盖水套)内部的流体可为冷却水、暖气、冷却水和暖气的并存体等。

最后，需要说明的是，在上述发动机工作细节的具体实施例中，涉及暖风的工作步骤可同时存在于大循环模式中，节温器通过实时的温度监测为发动机实时变换所需的工作模式，以保证发动机始终在合适温度范围下进行工作。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纵横混流的双回路发动机冷却系统，其特征在于，包括：

缸体水套，呈“U型”或“类U型”贴设于发动机机体的外围；

缸盖水套，包括排气侧下层水腔、排气侧上层水腔和进气侧水腔，且三者之间通过多个并行排布的鼻梁区水腔互相连通；

缸体缸盖分水腔，包括第一出水口和第二出水口，所述第一出水口与所述缸体水套的一端相连通，所述第二出水口与所述缸盖水套相连通；

出水独立集水腔，设置于所述发动机机体外侧，并与所述排气侧上层水腔和所述进气侧水腔均通过连接口相连通；

以及，机体水套出水腔，设置于所述缸体水套的另一端。

2.根据权利要求1所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述缸体水套还包括设置于发动机机体中相邻气缸体之间的水孔。

3.根据权利要求2所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述缸盖水套还包括：

缸盖进水主水道，用于连通所述缸体缸盖分水腔的第二出水口、与所述鼻梁区水腔和所述排气侧下层水腔。

4.根据权利要求3所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述缸盖进水主水道和所述出水独立集水腔分别设置与所述缸体水套的“U型”两边相互平行。

5.根据权利要求4所述的发动机冷却系统，其特征在于：

所述缸盖进水主水道的长度与所述缸盖水套的排气侧下层水腔和所述鼻梁区水腔的总长度相匹配；

所述出水独立集水腔的长度与所述缸盖水套的排气侧上层水腔和进气侧水腔的连接口的总长度相匹配。

6.根据权利要求5所述的发动机冷却系统，其特征在于，还包括：

进水集水腔，通过一水泵与所述缸体缸盖分水腔的入水口相连通；

暖风回水口，设置于所述进水集水腔上；

暖风取水口，设置于所述排气侧上层水腔上。

7.根据权利要求6所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述进水集水腔通过第一节温器与总进水管相连。

8.根据权利要求7所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述出水独立集水腔与所述机体水套出水腔通过第二节温器与总出水管相连。

9.根据权利要求8所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述总进水管和所述总出水管均连接至外部水箱。

10.根据权利要求9所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述暖风回水口和所述暖风取水口之间连接一外设的暖风组件。

Images