CN111911309B - 用于提供衬套的改善的冷却性能的汽缸缸体设计 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于提供衬套的改善的冷却性能的汽缸缸体设计。提供了围绕汽缸衬套输送冷却剂的系统和方法。该系统和方法使用水套。水套包括位于水套的底部处的入口。入口具有平滑的引导路径，以将冷却剂平稳地输送到水套中。水套还包括在水套的顶部处的三个出口。

Description

用于提供衬套的改善的冷却性能的汽缸缸体设计
技术领域
本发明涉及用于内燃发动机(internal combustion engine)的衬套(liners)的冷却系统以及制造这种冷却系统的方法。
背景技术
因为在内燃发动机内产生的高温，特别是在包括汽缸衬套(cylinder liner)和汽缸盖(cylinder head)的发动机燃烧室的区域中产生的高温，内燃发动机需要冷却。虽然冷却是内燃发动机的必要功能，但冷却剂的蒸发会在汽缸衬套的某些区域中造成气蚀/空蚀。因此，开发用于冷却汽缸衬套的系统，特别是在环反转位置(ring reversal location)，一直是有挑战性的。
发明内容
一个实施方案涉及一种用于冷却汽缸衬套的冷却系统。冷却系统包括水套。水套包括置于水套的底部处的入口。入口具有平滑的引导路径，以将冷却剂平稳地输送到水套中。水套还包括置于水套的顶部处的三个出口。
另一个实施方案涉及一种发动机系统。发动机系统包括水套。水套包括置于水套的底部处的入口。入口具有平滑的引导路径，以将冷却剂平稳地输送到水套中。水套还包括置于水套的顶部处的三个出口。
又一实施方案涉及一种制造水套的方法。该方法包括：在水套的底部处形成入口；在入口内形成平滑的引导路径，用于将冷却剂平稳地输送到水套中；以及在水套的顶部处形成三个出口。
本发明涉及但不限于以下方面。
1)一种冷却系统，所述冷却系统用于冷却汽缸衬套，包括：
水套，所述水套包括：
入口，所述入口置于所述水套的底部处，所述入口置于第一拐角处，所述第一拐角位于所述冷却系统的排气侧和前侧处，所述入口具有平滑的引导路径，以将冷却剂平稳地输送到所述水套中；和
三个出口，所述三个出口位于所述水套的顶部处，所述三个出口的第一出口置于第二拐角处，所述第二拐角位于所述冷却系统的所述排气侧和后侧处，所述三个出口的第二出口置于第三拐角处，所述第三拐角位于所述冷却系统的所述后侧和进气侧处，所述三个出口的第三出口置于第四拐角处，所述第四拐角位于所述冷却系统的所述进气侧和所述前侧处。
2)根据1)所述的冷却系统，其中，所述平滑的引导路径由所述入口的内壁处的平滑表面和所述入口内的平滑的转弯点提供。
3)根据1)或2)所述的冷却系统，其中，所述水套还包括第一冷却剂路径、第二冷却剂路径、第三冷却剂路径和第四冷却剂路径。
4)根据3)所述的冷却系统，其中，所述第一冷却剂路径连接在所述入口和所述三个出口的所述第一出口之间，并且连接到所述第二冷却剂路径，所述第一冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第一出口。
5)根据4)所述的冷却系统，其中，所述第二冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第一出口和所述第二出口之间，并且连接到所述第三冷却剂路径，所述第二冷却剂路径将冷却剂从所述第一冷却剂路径引导到所述第二出口。
6)根据5)所述的冷却系统，其中，所述第三冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第二出口和所述第三出口之间，并且连接到所述第四冷却剂路径，所述第三冷却剂路径将冷却剂从所述第四冷却剂路径引导到所述第二出口。
7)根据6)所述的冷却系统，其中，所述第四冷却剂路径连接在所述第三出口和所述入口之间，所述第四冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第三出口。
8)根据1)-2)和4)-7)中任一项所述的冷却系统，其中，所述水套还包括三个蓄积器，每个蓄积器连接到出口。
9)一种发动机系统，包括：
汽缸缸体，所述汽缸缸体包括用于容纳多个汽缸的多个衬套；
多个水套，每个水套邻近对应的衬套的外表面设置，每个水套包括：
入口，所述入口置于所述水套的底部处，所述入口具有平滑的引导路径，以将冷却剂平稳地输送到所述水套中；以及
三个出口，所述三个出口置于所述水套的顶部处。
10)根据9)所述的发动机系统，其中，所述入口置于第一拐角处，所述第一拐角位于所述发动机系统的冷却系统的排气侧和前侧处。
11)根据9)或10)所述的发动机系统，其中，所述水套还包括第一冷却剂路径、第二冷却剂路径、第三冷却剂路径和第四冷却剂路径。
12)根据11)所述的发动机系统，其中，所述第一冷却剂路径连接在所述入口和所述三个出口的第一出口之间，并且连接到所述第二冷却剂路径，所述第一冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第一出口。
13)根据12)所述的发动机系统，其中，所述第二冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第一出口和第二出口之间，并且连接到所述第三冷却剂路径，所述第二冷却剂路径将冷却剂从所述第一冷却剂路径引导到所述第二出口。
14)根据13)所述的发动机系统，其中，所述第三冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第二出口和第三出口之间，并且连接到所述第四冷却剂路径，所述第三冷却剂路径将冷却剂从所述第四冷却剂路径引导到所述第二出口。
15)根据14)所述的发动机系统，其中，所述第四冷却剂路径连接在所述第三出口和所述入口之间，所述第四冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第三出口。
16)根据9)-10)和12)-15)中任一项所述的发动机系统，其中，所述水套还包括三个蓄积器，每个蓄积器连接到出口。
17)一种用于制造水套的方法，包括：
形成水套主体；
在所述水套主体的底部处形成入口；
在所述入口内形成平滑的引导路径，用于将冷却剂平稳地输送到所述水套主体中；以及
在所述水套主体的顶部处形成三个出口。
18)根据17)所述的方法，其中，所述入口在位于冷却系统的排气侧和前侧处的第一拐角处形成。
19)根据17)或18)所述的方法，还包括形成圆形冷却剂路径，所述圆形冷却剂路径连接在所述入口和所述三个出口之间。
20)根据17)或18)所述的方法，还包括形成蓄积器，所述蓄积器连接到所述三个出口中的每一个，用于蓄积冷却剂并将冷却剂输送到对应的出口中。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的发动机系统的以透视图的方式的图。
图2是图1的发动机系统的以另一个透视图的方式的图。
图3是根据示例性实施方案的水套的图。
图4是根据示例性实施方案的用于内燃发动机的冷却系统的水套的图。
图5是根据示例性实施方案的制造用于汽缸衬套的水套的过程的流程图。
具体实施方式
参考图1，以透视图示出了根据示例性实施方案的发动机系统100的图。发动机系统100可以包括任何合适的内燃发动机(例如，四缸发动机、六缸发动机等)。发动机系统100包括发动机缸体101。发动机缸体101包括多个汽缸开口(例如，汽缸开口103a、103b、103c、103d、103e、103f)。每个汽缸开口设计用于容纳汽缸。每个汽缸具有汽缸衬套，汽缸衬套形成圆柱形中空主体，用于容纳汽缸的活塞。活塞可以在汽缸衬套内往复地运动。在一些实施方案中，每个汽缸衬套具有在汽缸衬套的侧壁中形成的中止部(mid-stop)。当活塞到达上止点位置(top-dead-center position)(例如，在活塞行程的顶部处)时，中止部在活塞的顶部表面的上方在离发动机缸体101的顶部表面的一深度处被形成。
发动机缸体101包括多个水套(例如，水套105a、105b、105c、105d、105e、105f)，该多个水套用于围绕汽缸衬套的外表面输送冷却剂。水套可用于在发动机系统100内输送任何合适的冷却剂(例如，水、油等)。每个水套由围绕对应的汽缸衬套的薄壁(thin walls)形成。这种薄壁设计降低了汽缸衬套的热畸变并使汽缸衬套的热畸变一致。每个水套(例如，105a)具有一个入口(例如，入口107)和三个出口(例如，出口109、111、113)。
入口置于位于发动机缸体101的排气侧(exhaust side)115(例如，排气歧管所在的位置)和前侧121处的拐角处。入口(例如，入口107)被设计成具有独特的几何形状，该几何形状具有朝向汽缸衬套的外表面的平滑的引导路径(例如，没有急转弯的平滑壁)。这种设计允许冷却剂平稳地流入水套并流向汽缸衬套的外表面。入口位于水套的底部处，以便围绕汽缸衬套提供均匀的质量流。
三个出口置于汽缸缸体101的顶部表面处。每个出口都与水套的内部的蓄积器特征(accumulator feature)相连接。第一出口(例如，出口111)置于位于发动机缸体101的排气侧115和后侧119处的拐角处。第二出口(例如，出口109)置于位于发动机缸体101的进气侧(intake side)117和前侧121处的拐角处。第三出口(例如，出口113)置于位于发动机缸体101的进气侧117和后侧119处的拐角处。
参考图2，以另一透视图示出了图1的发动机系统100的图。三个出口位于水套的顶部表面处。每个出口(例如，出口111)包括连接到水套内的蓄积器(例如，蓄积器123)的出口孔。蓄积器被设计成用于蓄积冷却剂并将蓄积的冷却剂输送到出口孔。蓄积器具有朝向汽缸衬套的外表面的平滑的引导路径。
参考图3，示出了根据示例性实施方案的水套300的图。水套300被设计成类似于图1和图2中描述的水套。水套300包括入口301以及第一出口303、第二出口305和第三出口307。如上所述，水套300用在汽缸缸体内，并且位于由汽缸缸体的排气侧、进气侧、前侧和后侧限定的方向上。方向为了说明的目的而被限定。
入口301位于由排气侧和前侧形成的拐角处。入口301位于水套300的底部处。入口301被设计成具有平滑的引导路径，以向水套300输送均匀流。入口301具有比出口大的尺寸。
第一出口303置于由水套300的排气侧和后侧形成的拐角处。第一出口303位于水套300的顶部处。第一出口303连接到第一出口蓄积器309。第一出口蓄积器309从水套300的底部形成到水套300的顶部。第一出口蓄积器309连接在第一出口303和第一冷却剂路径317之间。第一出口蓄积器309被设计成收集在第一冷却剂路径317中输送的一部分冷却剂，并通过第一出口303将该部分冷却剂引导出水套300。第一出口蓄积器309具有平滑的引导路径(例如，平滑的流动路径、平滑的壁)以连接到第一冷却剂路径317。
第二出口305置于由水套300的进气侧和后侧形成的拐角处。第二出口305位于水套300的顶部处。第二出口305连接到第二出口蓄积器311。第二出口蓄积器311从水套300的底部形成到水套300的顶部。第二出口蓄积器311连接在第二出口305和第二冷却剂路径319之间。第二出口蓄积器311还连接在第二出口305和第三冷却剂路径321之间。第二出口蓄积器311被设计成收集在第二冷却剂路径319中输送的一部分冷却剂和在第三冷却剂路径321中输送的一部分冷却剂，并且通过第二出口305将收集的冷却剂引导出水套300。第二出口蓄积器311具有平滑的引导路径(例如，平滑的流动路径、平滑的壁)，以连接到第二冷却剂路径319和第三冷却剂路径321。
第三出口307置于由水套300的进气侧和前侧形成的拐角处。第三出口307位于水套300的顶部处。第三出口307连接到第三出口蓄积器313。第三出口蓄积器313从水套300的底部形成到水套300的顶部。第三出口蓄积器313连接在第三出口307和第四冷却剂路径323之间。蓄积器313被设计成收集在第四冷却剂路径323中输送的一部分冷却剂，并通过第三出口307将该部分冷却剂引导出水套300。第三出口蓄积器313具有平滑的引导路径(例如，平滑的流动路径、平滑的壁)以连接到第四冷却剂路径323。
冷却剂通过入口301平稳地流入水套300。冷却剂流入位于排气侧的第一冷却剂路径317以及流入位于前侧的第四冷却剂路径323。第一冷却剂路径317中的一部分冷却剂流动到第一出口蓄积器309。路径317中的剩余冷却剂流入位于后侧的第二冷却剂路径319。第四冷却剂路径323中的一部分冷却剂流入蓄积器313。第四冷却剂路径323中的剩余冷却剂流入位于水套300的进气侧的第三冷却剂路径321。第二冷却剂路径319中的冷却剂和第三冷却剂路径321中的冷却剂流入蓄积器311，并且进一步通过第二出口305流出水套。冷却剂路径317、319、321、323中的每一个都被设计成具有薄的厚度，以便提供均匀流。
参考图4，示出了根据示例性实施方案的用于内燃发动机的冷却系统的水套的图。水套400可以类似于图1-3中描述的水套。
水套400包括入口401和冷却剂路径403。入口401被设计成具有平滑的引导路径，该平滑的引导路径不包括沿着入口401的壁的急转弯或弯曲。平滑的引导路径包括沿着入口401的内壁表面的平滑壁表面。以这种方式，平滑的内壁表面(例如，没有粗糙的表面，例如凸起、点、曲线或急转弯)提供最小的流动阻力。入口401流体地连接到冷却剂路径403。在入口401和冷却剂路径403之间的连接点405被设计成具有最大转弯角，使得连接点405不限定会产生湍流和改变流速的“急”转弯。这种设计允许冷却剂平稳地输送到水套中，并在冷却剂路径403内形成均匀流。冷却剂路径403沿着汽缸衬套的外表面形成有厚度薄的路径(thin thickness path)。冷却剂路径403包括类似于图3的冷却剂路径317、319、321和323的冷却剂路径。
图5是根据示例性实施方案的制造用于汽缸衬套的水套的过程500的流程图。在501，形成具有薄壁的圆形路径，用于围绕汽缸衬套输送冷却剂。圆形路径的内表面形成为邻近汽缸衬套的外表面，以便有效地冷却汽缸衬套。
在503，在水套的第一拐角处形成入口，以将冷却剂注入水套的圆形路径中。入口形成在水套的底部。入口形成有平滑的路径和与圆形路径的平滑连接，以便将冷却剂平稳地输送到水套中。
在505，在水套的三个拐角(例如，第二拐角、第三拐角和第四拐角)处形成三个蓄积器。每个蓄积器被形成为平滑地连接到圆形路径，以便平稳地从圆形路径接收冷却剂。蓄积器从水套的底部形成到水套的顶部表面。
在507，形成三个出口。每个出口形成为在水套的对应的拐角处连接到蓄积器。每个出口形成在水套的顶部表面，以将冷却剂输送出水套。
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可被要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对特定的实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在独立的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实施。此外，虽然特征在上面可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。
重要的是，注意到在各种示例性实施方式中所示的系统的结构和布置在特性上仅仅是说明性的而不是限制性的。出现在所描述的实施方式的精神和/或范围内的所有变化和修改期望被保护。应理解，一些特征可能不是必要的，且缺少各种特征的实施方式可被设想为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求限定。应理解，在一个实施方案中描述的特征也可以与来自另一个实施方案的特征以被本领域普通技术人员理解的方式合并和/或组合。

Claims (17)

1.一种冷却系统，所述冷却系统用于冷却汽缸衬套，包括：
水套，所述水套包括：
入口，所述入口置于所述水套的底部处，所述入口置于第一拐角处，所述第一拐角位于所述冷却系统的排气侧和前侧处，所述入口具有平滑的引导路径，以将冷却剂平稳地输送到所述水套中；
三个出口，所述三个出口位于所述水套的顶部处，所述三个出口的第一出口置于第二拐角处，所述第二拐角位于所述冷却系统的所述排气侧和后侧处，所述三个出口的第二出口置于第三拐角处，所述第三拐角位于所述冷却系统的所述后侧和进气侧处，所述三个出口的第三出口置于第四拐角处，所述第四拐角位于所述冷却系统的所述进气侧和所述前侧处；以及
第一冷却剂路径和第二冷却剂路径，其中所述第一冷却剂路径连接在所述入口和所述三个出口的所述第一出口之间，并且连接到所述第二冷却剂路径，所述第一冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第一出口，并且其中所述第二冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第一出口和所述第二出口之间，所述第二冷却剂路径将冷却剂从所述第一出口引导到所述第二出口。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述平滑的引导路径由所述入口的内壁处的平滑表面和所述入口内的平滑的转弯点提供。
3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，其中，所述水套还包括第三冷却剂路径和第四冷却剂路径。
4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中，所述第二冷却剂路径连接到所述第三冷却剂路径。
5.根据权利要求4所述的冷却系统，其中，所述第三冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第二出口和所述第三出口之间，并且连接到所述第四冷却剂路径，所述第三冷却剂路径将冷却剂从所述第三出口引导到所述第二出口。
6.根据权利要求5所述的冷却系统，其中，所述第四冷却剂路径连接在所述第三出口和所述入口之间，所述第四冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第三出口。
7.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的冷却系统，其中，所述水套还包括三个蓄积器，每个蓄积器连接到所述第一出口、所述第二出口和所述第三出口中的一个。
8.一种发动机系统，包括：
汽缸缸体，所述汽缸缸体包括用于容纳多个汽缸的多个衬套；
多个水套，每个水套邻近对应的衬套的外表面设置，每个水套包括：
入口，所述入口置于所述水套的底部处，所述入口具有平滑的引导路径，以将冷却剂平稳地输送到所述水套中；
三个出口，所述三个出口置于所述水套的顶部处；以及
第一冷却剂路径和第二冷却剂路径，其中所述第一冷却剂路径连接在所述入口和所述三个出口的第一出口之间，并且连接到所述第二冷却剂路径，所述第一冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第一出口，并且其中所述第二冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第一出口和第二出口之间，所述第二冷却剂路径将冷却剂从所述第一出口引导到所述第二出口。
9.根据权利要求8所述的发动机系统，其中，所述入口置于第一拐角处，所述第一拐角位于所述发动机系统的冷却系统的排气侧和前侧处。
10.根据权利要求8或9所述的发动机系统，其中，所述水套还包括第三冷却剂路径和第四冷却剂路径。
11.根据权利要求10所述的发动机系统，其中，所述第二冷却剂路径连接到所述第三冷却剂路径。
12.根据权利要求11所述的发动机系统，其中，所述第三冷却剂路径连接在所述三个出口的所述第二出口和第三出口之间，并且连接到所述第四冷却剂路径，所述第三冷却剂路径将冷却剂从所述第三出口引导到所述第二出口。
13.根据权利要求12所述的发动机系统，其中，所述第四冷却剂路径连接在所述第三出口和所述入口之间，所述第四冷却剂路径将冷却剂从所述入口引导到所述第三出口。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的发动机系统，其中，所述水套还包括三个蓄积器，每个蓄积器连接到所述第一出口、所述第二出口和所述第三出口中的一个。
15.一种用于制造水套的方法，包括：
形成水套主体；
在所述水套主体的底部处形成入口；
在所述入口内形成平滑的引导路径，用于将冷却剂平稳地输送到所述水套主体中；
在所述水套主体的顶部处形成三个出口；
形成圆形冷却剂路径，所述圆形冷却剂路径连接在所述入口和所述三个出口之间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述入口在位于冷却系统的排气侧和前侧处的第一拐角处形成。
17.根据权利要求15或16所述的方法，还包括形成蓄积器，所述蓄积器连接到所述三个出口中的每一个，用于蓄积冷却剂并将冷却剂输送到对应的出口中。
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