CN114542318A - 包括液体冷却回路的内燃发动机 - Google Patents

Abstract

一种内燃发动机，其至少包括容置气缸的曲轴箱、适于联接至曲轴箱的气缸盖以及液体冷却回路，其中，液体冷却回路包括至少一个入口孔口和至少一个出口孔口、下冷却室和上冷却室，下冷却室容置在所述气缸盖中且在与所述气缸盖的火力层相邻的位置，上冷却室容置在所述气缸盖中且在所述下室上方，使得所述下室置于所述上室与所述火力层之间，其中，所述入口孔口设置在所述上室或下室中并且所述出口孔口设置在所述下室或上室中，位于内燃发动机的同一侧，使得冷却液在大致U形路径中流动，从而在所述上室与所述下室之间相对于所述发动机的曲轴横向地移动。

Description

包括液体冷却回路的内燃发动机

本申请是国际申请日为2017年8月24日、中国国家申请号为201780051285.3(国际申请号为PCT/IB2017/055104)且发明名称为“包括液体冷却回路的内燃发动机”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及内燃发动机用冷却回路领域。

背景技术

内燃发动机的气缸盖和气缸必须被适当地冷却。冷却回路包括发动机的外部上的部分和发动机的内部上的部分，发动机的外部上的部分包括至少一个散热器，发动机的内部上的部分包括穿过发动机的热临界区域的一个或更多个通道。来自冷却回路的外部部分的冷却液通常被引入到气缸套中，并且冷却液从气缸套朝向发动机的气缸盖流动，以对容纳在气缸盖中的元件进行冷却。

假设气缸竖向布置，冷却液从底部向顶部移动，即从气缸的冷却室朝向气缸盖移动。随后，冷却液被收集以便在冷却回路的外部部分中重新循环。

最关键的区域显然位于所谓的火力层附近。比如喷射器和气门特别是排气口之类的元件必须被适当地冷却。

US8584627示出了一种解决方案，在该解决方案中，气缸盖借助于两个室被冷却，这两个室即为与燃烧室相邻的下室和布置在下室上方并且紧邻下室的相邻的上室。两个室均垂直于气缸的延伸轴线延伸。

根据该布局，液体进入气缸的冷却室，并且第一部分从冷却室到达下室并且第二部分从冷却室到达上室。到达上室的第一部分随后进入下室中，从而与第二部分汇合。

下室容置出口孔口，该出口孔口在发动机的冷却回路的内部部分与发动机的冷却回路的外部部分之间建立连通。

US8584627的下室设计成对火力层和气缸盖的排气口进行冷却，但是说明书和附图没有阐述所谓的旁通孔口相对于进气口和排气口的布置。

相同的考虑也适于通向上室的管道，根据描述，管道可以布置在气缸盖的相对的纵向侧。

WO2016075521示出一示意图，在该示意图中，发动机的内部回路呈U形，其中，入口和出口以下述方式布置在发动机的一侧上：U平行于发动机的不同气缸的排布定向，使得冷却液首先对所有气缸的所有进气口的上部连续地进行冷却，并且然后，根据相对于先前顺序相反的次序对相同口的下部进行冷却。因此，U形路径包含在与气缸排布轴线所在平面平行的平面中。

我们认为该布局可以改进。当水泵降低冷却液流量时，其实难以确保冷却液实际到达上室。

发明内容

本发明的目的是对US8584627和WO2016075521中所示的前述冷却布局进行改进。

本发明的另一目的是提供US8584627中缺乏的实施细节。

本发明所基于的构思是将气缸的冷却回路分成两个室，如US8584627中所公开的，即上室和下室。下室与火力层相邻，因此置于上室与火力层之间。

此外，根据本发明，每个气缸的冷却回路限定了大致U形路径，该路径设置在所述上室与所述下室之间。该路径垂直于限定内燃发动机的两个或更多个气缸的轴线所在的平面定向，或者更简单地，该路径横向于内燃发动机的曲轴定向。

因此，入口孔口设置在上室或下室中并且出口孔口设置在下室或上室中，入口孔口和出口孔口两者均位于气缸的靠近进气口或排气口的同一侧。优选地，入口和出口布置在内燃发动机的布置有出口孔口的一侧，使得冷却液通过在所述大致U形路径中流动来首先冷却气缸盖的上部部分并且然后冷却气缸盖的下部部分，或者，首先冷却气缸盖的下部部分并且然后冷却气缸盖的上部部分。

因此，内燃发动机具有与气缸一样多的U形回路，所有的U形回路都垂直于包含所有气缸的轴线的所述平面定向。从现在开始，该平面将被称为排布平面。

根据本发明的优选实施方式，气缸盖并且准确地是上室由发动机的外部直接供给。从此处，液体横向于气缸的延伸轴线并且垂直于所述排布平面移动，然后向下流动，从而涌入气缸盖的下室，并且最后移动返回从而到达设置在盖的上室中的出口孔口。

通过这样做，在冷却液泵的低流量的条件下也可以确保冷却液的连续且充足的流入，并且同时，可以确保发动机的盖以有效的方式被冷却。

根据本发明的优选实施方式，液体进入盖的下室，从围绕排气管道的区域朝向围绕进气管道的区域流动，并且从此处，主要通过邻近进气管道的一个或更多个孔口并且可选地且辅助地通过邻近喷射器的一个或更多个孔口到达上室以对喷射器进行冷却，该喷射器居中布置在盖的入口孔口与出口孔口之间。

气缸的冷却室优选地借助于外孔口被供给冷却液，该外孔口独立于盖的孔口。替代性地，冷却液通过气缸的冷却室进入发动机，然后向上移动从而到达下室，并且从此处，形成了前述U形路径。

根据本发明的优选实施方式，用以使冷却液进入气缸的冷却室的入口孔口设置在发动机的所述两个或更多个气缸的进气管道所在的一侧，使得，可以在设置在气缸的冷却室中的路径与设置在相关的气缸的盖中的路径之间获得——作为整体——S形路径，其中，S的轴线与相关的气缸的轴线重合或者无论如何都平行于相关的气缸的轴线，其中，S位于垂直于前述排布平面或等同地垂直于曲轴的平面上。

气缸的冷却室和盖的下室可以通过调节孔——如果需要——连接，该调节孔用于气缸的冷却室的除气并且位于气缸的冷却室的入口孔口的区域中。

类似地，调节除气孔可以布置在下室与上室之间并且位于布置有回路的出口孔口的同一侧。

这些调节孔口不输送超过所有冷却液的10％-20％的流量；因此，上述理念保持不变。所述调节孔口的可能存在证明了表述“大致U形”中的术语“大致”的使用是合理的。

根据本发明，提供了一种包括液体冷却回路的内燃发动机。

根据本发明，还提供了一种用于对内燃发动机进行冷却的方法。

权利要求书描述了本发明的优选变型，并且形成了描述的一体部分。

附图说明

通过参照仅示出非限制性示例的附图阅读本发明的实施方式(和相关变型)的以下详细描述，本发明的其他目的和优点将得到最佳地理解，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的第一优选实施方式的冷却回路；

图2示出了根据图1的布局的内燃发动机的气缸盖的下冷却室的横截面；

图3示出了图2的内燃发动机的根据内燃发动机的气缸的对称轴线且垂直于相关的曲轴的截面；

图4示意性地示出了根据本发明的第二优选实施方式的冷却回路；

图5示出了根据图4的布局的内燃发动机的气缸盖的下冷却室的横截面；

图6示出了根据图4的布局的内燃发动机的气缸盖的上冷却室的横截面。

在图中，相同的附图标记指示相同的元件或部件。

为了更容易理解本发明，相同的附图标记被用于不同变型的等同部件。

对于本发明而言，术语“第二”部件并不意味着存在“第一”部件。事实上，使用这些术语仅是为了更清楚，并且这些术语不应以限制性方式解释。

具体实施方式

图1示意性地示出了内燃发动机的一部分，特别是发动机本身内部上的相关的冷却回路。该布局根据气缸的纵向截面示出，即，平行于气缸3在与(离开纸面的)曲轴(CS)垂直的方向上的延伸轴线X示出，并且根据相关的横截面显示，使得在图的左侧理想地存在进气口并且在右侧存在排气口。

假设内燃发动机通常包括两个或更多个气缸，则包含所述两个或更多个气缸的轴线的平面被称为“排布平面”。内燃发动机的曲轴通常位于所述平面上。

因此，图1、图3和图4的截面垂直于排布平面并且大致穿过气缸的对称轴线X。进气管道18和排气管道6在图1、图3和图4中以虚线示出。在图4中，它们被明确地称为“进气”和“排气”。

回路包括气缸3的冷却室2。冷却室2可以是单个的或者可以被分成两部分。此外，当内燃发动机包括不同的气缸时，每个气缸可以包括其自己单独的冷却室，或者两个或更多个气缸可以共用一个冷却室。此外，如果冷却室2由不同的气缸共用，则冷却室2可以被分成多个部分，所有部分由所述不同的气缸共用。

气缸3的冷却室2优选地通过孔口19直接连接至发动机的冷却回路的“外部”部分。所述外部部分包括至少一个散热器(未示出)以将热释放至外部。泵(未示出)允许冷却液再循环。

根据本发明，像在US8584627中一样，气缸盖的冷却回路由两个室——与火力层14相邻的下室8和与下室相邻并且布置在下室上方的上室5——形成。换句话说，下室像三明治一样布置在火力层14与上室5之间。

根据本发明的第一变型，上室5借助于专用套筒(未示出)由冷却回路的外部部分直接供给。

因此，发动机优选地包括两个独立入口：曲轴箱B中的用以供给气缸的冷却室的一个入口19；以及气缸盖H中的用以供给气缸盖H的上室5的一个入口13。

优选地，入口13靠近排气管道布置，使得进入盖的上室的液体从围绕排气管道的区域朝向围绕进气管道的区域横向流动，并且，主要通过沿着与入口孔口13相反的一侧紧邻进气口布置的端部孔口7到达下室，并且少量通过与喷射器9邻近的孔口11——这完全是可选的——到达下室，从而允许液体对布置在大致中央位置的喷射器进行冷却。

因此，该孔口在相对于进气口IV的周缘位置中平行于相关气缸的轴线延伸。

气缸盖的允许液体在完成其任务之后被收集的出口孔口17位于与孔口13相同的一侧，使得冷却液在已经到达下室之后沿与冷却液到达下室之前相比相反的方向移动，即从进气口向排气口移动，从而遵循大致U形路径。U位于与曲轴垂直的平面上，其中，U的轴线垂直于气缸的轴线。

优选地，下室8包括端部部分16，端部部分16从下室向上延伸至上室并且围绕排气管道6的端部部分，以在冷却液被释放至冷却回路的外部部分之前从排气管道6接收更多的热。

通过图1至图3描述的第一变型优选地包括一体结合在发动机的气缸盖中的排气管道。

气缸的冷却室2优选地借助于独立的液体流来冷却，该独立的液体流从排气口朝向进气口大体上穿过冷却室2。此时，液体被收集在曲轴箱的相对于入口19并且因此也相对于盖的入口13和盖的出口17相反的一侧，在纸张的左侧。换句话说，出口位于发动机的与发动机的进气管道对应的同一侧。

图1示出了在气缸的冷却室与下室8之间建立连通的管道DG。优选地通过气缸盖的垫圈调节的该孔口适于允许气缸的冷却室的除气。

图1示意性地示出了点划线轴线X，该轴线X表示气缸3的轴线，如果气缸具有筒形对称性，则该轴线X可以是气缸3的旋转轴线，其中，喷射器9优选地在该轴线X上居中。然而，气缸3的横截面——即垂直于气缸3的延伸轴线的横截面——可以是椭圆形的，并且喷射器9可以以非完全居中的方式布置。

图2示出了横向于轴线X的、穿过下室8的截面。图2示出了关于气缸的冷却室的孔口，并且以虚线示出了用于来自上室的液体的入口孔口7。

该截面优选地相对于垂直于轴线X的轴线Y对称。这意味着在图2的一侧使用的每个附图标记也隐含地存在于图2的另一侧。

发动机的气缸盖优选地是具有四个气门的类型，即具有两个进气气门IV和两个排气气门EV，其中，喷射器9大致布置在中央。

根据图2，对称轴线Y以下述方式布置：在每一侧存在进气气门IV和排气气门EV。换句话说，两个排气气门彼此相邻并且两个进气气门彼此相邻。

排气口和喷射器的位置可以略微改变，从而将所述对称轴线Y变成盖的两个非对称侧之间的某分离轴线。

孔口7——主要地、以及孔口11——可选地与上方的上室5连通，下室从上室5接收冷却液。

为了更好地理解附图，图1还示出了流动穿过相应的孔口11和7的流F1、F2。

冷却液的第一较大部分F1穿过孔口7从上室5流动至下室8，孔口7设置在进气气门IV与发动机的和入口孔口13所在的壁相对的壁之间。因此，该孔口11位于轴线Y上或者靠近轴线Y。

冷却流体的第二较小且可选部分F2穿过孔口11从上室5流动至下室8，孔口11设置在喷射器的座与排气气门EV之间。因此，该孔口11位于轴线Y上或者靠近轴线Y。明显地，孔口11和7设置成在室8与室5之间建立连通，并且孔口11和7可以倾斜，即不必平行于轴线X。

优选地，孔口7和孔口11——如果需要——通过气缸盖的上表面与气缸盖的外部连通，并且通过遮挡装置与外部隔离。具体地，在铸造气缸盖之后，制造适合的孔，并且在允许操作者确保孔口7和11正确的检查之后，检查孔借助于螺纹塞或通过焊接被封闭。

从在图2中以虚线示出的孔口7进入的冷却液的一部分与可以从除气孔口进入的液体的最小部分一起继续沿周缘流动直至出口孔口17。液体的另一部分从孔口7居中地流动，从而包绕喷射器，并且通过进一步流动，这部分液体也到达出口孔口17。出于描述的目的，术语口和气门可以无差别地使用，只要气门的冷却是通过冷却相关的口来间接操作的。

优选地，液体的第一部分F1构成冷却气缸盖的液体的总流量的60％-70％。因此，液体的第二部分F2构成流量的其余30％-40％。

图4的变型与先前的一个变型不同，因为冷却流体的循环从下室8至上室5进行。

因此，在这种情况下，再次，冷却流体在气缸盖中沿U形路径流动，其中，U的轴线位于垂直于曲轴且延伸穿过相关的气缸的轴线X的平面上，其中，U的轴线垂直于相关的气缸的轴线X。

就像在图1的变型中，液体入口用附图标记13指示，但是液体入口布置在下室中并且可以与发动机的外部连通，或者如在图4中所见，液体入口可以与气缸的冷却室2连通。

在第二种情况下，冷却流体从设置在冷却室2中的单个入口19进入发动机，并且到达发动机的相反侧，从而向上流动直到冷却流体穿过相关的孔口13进入下室8为止。

此时，液体根据从排气管道至进气管道移动的运动流动返回，向上移动穿过孔口7以进入上室5，并且然后根据与先前运动相比反向的且从进气管道至排气管道移动的运动流动返回。

可以设置有辅助孔口11，该辅助孔口11布置在相对于喷射器9与孔口7相对的位置。

当发动机是每个气缸具有四个气门的类型时，该孔口11优选地布置在喷射器与气缸的两个排气孔口之间，如图5中所见。

辅助孔口可以实现下室的仅除气功能，或者辅助孔口可以输送辅助流量，该辅助流量无论如何不超过总流量的20％-30％。

根据本发明的优选方面，再次，排气管道一体结合在发动机的气缸盖中。

上室定形状成包绕排气管道的外部部分，从而形成其自身绕所述排气管道缠绕的螺旋循环。

由于这种构造，可以说最靠近上室的排气管道的部分58在盖中向下延伸成大致处于与下室8相同的高度，但是部分58具有明显位于上室5的最高点的出口孔口以同样允许可能的气体流出。

图5根据横向于轴线X的截面示出了图4的布局的下室。

可以看到存在相对于穿过喷射器9的对称轴线Y对称布置的一对孔口13。该对称轴线也垂直于曲轴CS。

使用一对孔口13而不是一个单个孔口的事实取决于示出的解决方案具有每个气缸四个气门的事实，但本发明所基于的理念保持不变。

孔口4主要用于执行气缸3的冷却室2的除气。孔口4布置在发动机的相对于入口孔口13相反的一侧并且相对于气缸盖的对称轴线Y对称布置。

对称轴线Y垂直于曲轴并且穿过喷射器9，并且因此穿过相关的气缸的轴线X。

因此，引导穿过孔口4的冷却液不超过总体的10％-20％。

图6示出了图4的解决方案的上室5。

可以看到主孔口7，冷却液穿过该主孔口7从下室流动至上室，以通过上室朝向排气管道6流动返回并且被收集，以通过发动机的冷却回路的外部部分再循环。

当阅读以上描述时，本领域技术人员可以在不引入其他制造细节的情况下完成本发明的主题。如果没有被本文中明确描述的差异明确地排除，则包含在关于现有技术的部分中的信息应当被认为是详细描述的组成部分。

Claims (15)

1.一种内燃发动机，所述内燃发动机至少包括曲轴箱(B)、气缸盖(H)和液体冷却回路(1)，所述曲轴箱(B)容置气缸(3)，所述气缸盖(H)适于联接至所述曲轴箱并且包括至少一个排气口(6)和至少一个进气口，其中，所述液体冷却回路包括与所述发动机的外部连通的至少一个入口孔口(13)和至少一个出口孔口(17)，

下冷却室(8)，所述下冷却室(8)容置在所述气缸盖(H)中并且在与所述气缸盖的火力层(14)相邻的位置，

上冷却室(5)，所述上冷却室(5)容置在所述气缸盖(H)中并且在所述下冷却室上方，使得所述下冷却室置于在所述上冷却室与所述火力层之间，

其特征在于，所述入口孔口和所述出口孔口布置在所述发动机的布置有所述排气口(6)的同一侧，并且其中，所述上冷却室和所述下冷却室彼此相互连通，使得冷却液在大致U形路径中流动，从而根据横向于相关的曲轴的方向首先移动通过所述上冷却室并且然后移动通过所述下冷却室，或者，首先移动通过所述下冷却室并且然后移动通过所述上冷却室；

其中，所述U形路径将所述至少一个排气口(6)连接至至少一个对应的进气口；

其中，所述气缸盖包括喷射器(9)，所述喷射器(9)布置在所述气缸盖的大致中央位置并且在至少一个进气气门(IV)与至少一个排气气门(EV)之间，并且其中，所述上冷却室和所述下冷却室借助于至少一个主孔口(7)相互连通，所述至少一个主孔口(7)布置在所述进气气门(IV)与所述发动机的和所述入口孔口(13)相反的外侧之间。

2.根据权利要求1所述的发动机，还包括辅助孔口(11)，所述辅助孔口(11)布置在所述至少一个排气气门(EV)与所述喷射器(9)之间。

3.根据权利要求2所述的发动机，其中，所述气缸盖包括彼此相邻的一对进气气门(IV)和彼此相邻的一对排气气门(EV)，并且其中，所述上冷却室和所述下冷却室借助于主孔口(7)并且可选地还借助于辅助孔口(11)相互连通，所述主孔口(7)布置在所述进气气门(IV)与所述发动机的和所述入口孔口(13)相反的一侧之间，所述辅助孔口(11)布置在所述排气气门(EV)与所述喷射器(9)之间。

4.根据权利要求2所述的发动机，其中，所述冷却液在所述上冷却室中根据第一方向移动，所述第一方向相对于所述气缸的延伸轴线(X)是横向的并且将所述至少一个排气口(6)连接至所述至少一个进气口(IV)，所述冷却液朝向所述下冷却室穿过所述主孔口并可选地穿过所述辅助孔口，并且随后所述冷却液在所述下冷却室中沿与横向的所述第一方向相反的方向相对于所述延伸轴线(X)横向地移动。

5.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述主孔口和可选地辅助孔口通过所述气缸盖的上表面与所述气缸盖的外部连通并且通过遮挡装置与所述外部隔离。

6.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述曲轴箱(B)包括所述气缸的冷却室(2)，所述冷却室具有第二入口孔口(19)和第二出口孔口(15)，所述第二入口孔口(19)布置在所述发动机的容置有所述入口孔口(13)的同一侧，所述第二出口孔口(15)与所述内燃发动机的外部连通并且布置在所述发动机的容置有所述第二入口孔口(19)的相反侧。

7.根据权利要求6所述的发动机，还包括位于所述气缸的所述冷却室(2)与所述下冷却室(8)之间以允许所述气缸的冷却室的除气的孔口(DG)。

8.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述下冷却室包括端部部分(16)，所述端部部分(16)从所述下冷却室向上延伸，并且所述端部部分(16)围绕与所述排气口(6)操作性地连通的排气管道的端部部分。

9.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述至少一个入口孔口(13)容置在所述下冷却室(8)中，并且所述至少一个出口孔口(17)容置在所述上冷却室(5)中。

10.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述至少一个入口孔口(13)与所述外部连通，或者其中，所述曲轴箱(B)包括至少一个气缸(3)和所述气缸的冷却室(2)，并且其中，所述下冷却室(8)的所述至少一个入口孔口(13)与所述气缸(3)的所述冷却室(2)在所述发动机的内部连通。

11.根据权利要求10所述的发动机，其中，当所述至少一个入口孔口(13)与所述气缸(3)的所述冷却室(2)在所述发动机的内部连通时，所述气缸的所述冷却室(2)包括朝向所述发动机的外部的第二入口孔口(19)，所述第二入口孔口(19)布置在所述发动机的相对于所述出口孔口(17)的相反侧。

12.根据权利要求9所述的发动机，其中，靠近所述出口孔口(17)的所述上冷却室朝向所述下冷却室突出从而包绕所述至少一个排气管道，并且所述上冷却室定形状成使所述冷却液绕所述至少一个排气管道螺旋运动。

13.根据权利要求9所述的发动机，其中，所述气缸盖包括彼此相邻的一对进气气门(IV)和彼此相邻的一对排气气门(EV)，所述喷射器(9)居中地布置在所述进气气门与所述排气气门之间，并且其中，所述上冷却室和所述下冷却室借助于主孔口(7)并且可选地借助于辅助孔口(11)相互连通，所述主孔口(7)布置在所述进气气门(IV)与所述发动机的和所述至少一个入口孔口(13)相反的外侧之间，所述辅助孔口(11)布置在所述喷射器与所述一对排气气门之间。

14.根据权利要求13所述的发动机，其中，所述进气口和所述排气口相对于第二对称轴线(Y)对称布置，所述第二对称轴线(Y)垂直于所述气缸的所述延伸轴线(X)，并且其中，所述至少一个入口孔口被分成两个入口孔口(13)，每个入口孔口关于所述第二对称轴线(Y)相对于另一个入口孔口对称布置。

15.根据权利要求14所述的发动机，其中，所述气缸(3)的冷却室包括一对除气孔口(4)，所述一对除气孔口(4)布置在所述发动机的相对于所述两个入口孔口(13)的相反侧，并且所述一对除气孔口(4)相对于所述第二对称轴线相互对称。

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