发动机的水套

技术领域

本公开涉及一种发动机的水套，更具体地，涉及能够实现冷却水作为横穿流和平行流两者来流动的水套。

背景技术

在车辆中，通常使用冷却水来防止发动机的过热或过冷。在发动机的燃烧室中产生的一部分热量被吸收到汽缸盖、汽缸体、进气阀、排气阀、活塞等中。

然而，当这些部件的温度过度升高时，发生热变形或内壁上的油膜被破坏，从而引起润滑失效现象，使得可能发生热失效。

发动机的热故障可能会产生异常燃烧，诸如燃烧故障、爆震等，并可能对发动机部件造成严重损坏，诸如活塞燃烧。

此外，当发动机的温度过度升高时，热效率和输出可能劣化。相反，发动机的过度冷却导致输出和燃料效率的劣化，汽缸的低温磨损等，使得必须始终适当地控制发动机的温度。

在典型的发动机中，在汽缸体和汽缸盖中形成水套，并且在水套中循环的冷却水在燃烧室的火花塞周围进行冷却或在排气口和阀座周围的金属表面进行冷却。

为了冷却发动机，散热器应消散从发动机吸收的热量，同时冷却水在发动机与散热器之间循环。

即，散热器冷却在发动机中加热的冷却水，并且在散热器中冷却的冷却水再次冷却发动机，使得发动机的温度被控制为可以最佳地获得发动机的输出的工作温度。

在这种情况下，从发动机排出的冷却水可以通过热管理模块(TMM)或集成热管理系统(ITM)被传递到散热器或加热器芯。

TMM或ITM可以包括用于控制冷却水的流量的集成阀装置，例如集成流量控制阀。该集成流量控制阀将在发动机中加热的冷却水输送到散热器，以允许冷却冷却水，或将在发动机中加热的冷却水输送到加热器芯，以允许将冷却水用于室内加热。

在行进通过散热器和加热器芯时释放热量的冷却水由水泵再次引入发动机中，并继续在发动机、散热器和加热器芯之间循环。

除了以上描述之外，可以配置一种系统，使得从发动机排出的冷却水由水泵循环时，冷却水行进通过排热回收系统(EHRS)、自动变速箱油(ATF)加温器、机油加温器和废气再循环(EGR)冷却器，然后被引入发动机中。

同时，在发动机的冷却系统中，已知一种分离式冷却系统，在该分离式冷却系统中，在汽缸盖和汽缸体中的每者中实现冷却水的流动以提高冷却效率。

在现有的分离式冷却系统中，可以如图1所示配置水套(相关技术)。

在汽缸盖(未示出)中形成的水套11(下文称为“缸盖水套11”)与在汽缸体中形成的水套21(下文称为“缸体水套21”)独立地分开。冷却水从水泵(未示出)流向水套11和21所通过的入口22形成在汽缸体上，使得入口22可由两个水套11和21共享。

此外，水套11和21的出口12和23可以独立地形成在汽缸盖和汽缸体中。

因此，从水泵输送的冷却水被分离以通过入口22流动到缸盖水套11和缸体水套21。引入到缸盖水套11和缸体水套21中的冷却水在水套11和21中的每者的内部流动，然后通过分别独立地设置在汽缸盖和汽缸体上的出口12和23中的每者排出。

图1所示的分离式冷却系统为可以在水套11和21中的冷却水的流中实现冷却水的平行流的系统。图2(相关技术)示出了冷却水的平行流。

在图2中，当从顶部观看时以平面形状示出了汽缸盖10，当从前方观看时以正面形状示出了汽缸体20，并且汽缸盖10中的圆圈表示汽缸的位置。

如图2所示，在发动机中设置有多个汽缸。

此外，尽管未在图2中示出，但由于冷却水应沿孔的外部部分流动，其中，排气口、进气口和火花塞被安装在汽缸盖10中的每个汽缸中，所以图1中的缸盖水套11的冷却水路径的一部分形成为位于端口和孔周围的外部部分处。

在这种情况下，冷却水不填充或流动的部分在汽缸盖10的缸盖水套11中应该以与端口和孔对应的形状存在。该部分应被示为从示出缸盖水套11的图1中移除。

参考图1，冷却水不填充或流动的部分被示为缸盖水套11中的孔形开口13。

如上所述，在缸盖水套11的每个汽缸中形成有用于安装排气口、进气口、火花塞的开口13。

在汽缸体20中，缸体水套21形成为位于多个汽缸周围的外部部分处，以允许冷却水沿着多个汽缸的外围流动。

在平行流方式的情况下，冷却水在汽缸盖10中沿汽缸设置在图1的缸盖水套11中的方向流动以冷却汽缸盖10并且在汽缸体20中沿汽缸设置在图1的缸体中水套21中的方向流动，且示出了冷却水处于滞留的状态(参见图1和图2)。

图3(相关技术)为示出了分离式冷却系统的替代方法的示图，其示出了冷却水的横穿流。

在冷却水的流动状态为横穿流的发动机中，冷却水流动为横穿汽缸盖10中的汽缸之间。

特别地，当由水泵1输送的冷却水在汽缸体20中通过入口22被引入到图1的缸体水套21中时，冷却水被分配到图1的缸盖水套11和缸体水套21(参见图1和图3)中。

在引入到缸盖水套11中的冷却水在汽缸沿进气侧的路径设置的方向上移动的同时，一部分冷却水流动为横穿相邻汽缸的位置之间。在这种情况下，冷却水行进通过相邻汽缸的位置之间的水套路径。

在采用横穿流方式的发动机的情况下，为了防止在一个预定方向上不流动的冷却水的滞留，在汽缸盖10的缸盖水套11中的相邻汽缸的位置之间的路径内设置有分隔壁(未示出)，该分隔壁被配置成在从进气侧横穿到排气侧的方向上引导并引入冷却水，并且同时被配置成相对于冷却水的流动起阻力，以增加流动为从进气侧横穿到排气侧的冷却水的流速。

因此，在缸盖水套11中，冷却水呈现出横穿流的流动状态，在该流动状态中，冷却水由于分隔壁而流动为横穿相邻汽缸的位置之间。

在这种情况下，引入到缸体水套21中的冷却水按顺序行进通过汽缸的外围并且与缸盖水套11中的冷却水汇合。然后，汇合的冷却水通过设置在汽缸盖10中的出口12被排出。

同时，当在车辆的低速行驶段中以平行流状态执行分开式冷却时，汽缸体侧的温度高，而汽缸盖侧的温度低，使得可以提高性能并减少摩擦并因此可以提高燃料效率。

此外，在应该实现发动机的最大性能的区段中，例如在包括车辆的快速加速段中，冷却水以横穿流的形式流动是有利的。

然而，在现有的分离式冷却系统中，仅以平行流方式和横穿流方式中的一种来设计和配置发动机的水套。

因此，在汽缸盖侧的冷却水的流动为平行流方式的发动机中，无法在最大性能实施段中实现横穿流形式的冷却水的流动。

相反，在汽缸盖侧的冷却水的流动为横穿流方式的发动机中，无法在车辆的低速行驶段中实现平行流形式的冷却水的流动。

在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开的背景的理解，并因此其可能包含不构成本国本领域普通技术人员已知的相关技术的信息。

发明内容

在一个方面，本公开提供了一种发动机的水套，其能够实现冷却水以横穿流和平行流两者流动。

在另一方面，本公开提供了一种发动机的水套，其能够根据发动机操作状况选择性地实现横穿流和平行流中的一者。

在一个优选的实施例中，提供了一种发动机的水套，其包括：缸盖水套，该缸盖水套形成在发动机的汽缸盖中；缸体水套，该缸体水套形成在发动机的汽缸体中；以及分隔壁，该分隔壁被配置成在缸盖水套中的汽缸的位置之间的空间中引起冷却水的横穿流，其中，分隔壁具有配置成根据发动机操作状况而变化的形状，并且该分隔壁允许冷却水根据在缸盖水套中变化的形状而以横穿流和平行流中的所选一者流动。

发动机操作状况可以包括冷却水的温度。

分隔壁可以被安装在冷却水路径的底部上，以允许分隔壁的高度根据在缸盖水套中的汽缸的位置之间的空间中的冷却水的温度而变化。

在这种情况下，分隔壁可以包括根据冷却水的温度而膨胀或收缩并且形状变化的蜡部。

分隔壁可以被安装在冷却水路径的底部上，以允许分隔壁的高度根据在缸盖水套中的汽缸的位置之间的空间中的冷却水的温度而变化。

分隔壁可以具有固定到冷却水路径的底部的护套材料围绕蜡部的结构。

护套材料可以包括在蜡部膨胀时变形且在蜡部收缩时恢复的具有弹性的材料。

在这种情况下，护套材料可以包括橡胶材料。

下文讨论了本公开的其他方面和优选实施例。

附图说明

现在将参考本公开的在附图示出的某些示例性实施例详细描述本公开的上述和其他特征，这些附图在下文中仅以举例说明的方式给出，因此并不限制本公开，并且其中：

图1(相关技术)为示出了发动机的已知水套的配置的透视图；

图2(相关技术)为示出了冷却水的已知平行流的示图；

图3(相关技术)为示出了冷却水的已知横穿流的示图；

图4为示出了根据本公开的实施例的水套中的分隔壁的位置的平面图；

图5为示出了在根据本公开的实施例的水套中根据发动机操作状况的蜡型分隔壁的状态的剖视图；以及

图6A至图6B为示出了在根据本公开的实施例的水套中根据发动机操作状况的冷却水的流动状态的示图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，其呈现了说明本公开的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。本文所公开的本公开的具体设计特征(包括例如具体的尺寸、定向、位置和形状工况将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。

在附图中，在附图的多个附图之中，附图标记指代本公开的相同或等同部分。

具体实施方式

应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种船只和船舶的水运工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，来自石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆为具有两个或更多动力源的车辆，例如兼具汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所用，除非语境另外清楚地指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。在整个说明书中，除非明确地相反地描述，否则词语“包括”和如“包含”或“含有”的变型应被理解为暗示包含所列出的元件，但不排除任何其他元件。另外，说明书中描述的术语“单元”、“部”、“件”和“模块”表示用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件部件或软件组件和它们的组合来实现。

此外，本公开的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、压缩光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读介质还可以分布在网络联接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式存储和执行，例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)。

现在将在下文中详细参考本公开的各种实施例，在附图中示出并在下面描述了其示例。虽然本公开将结合示例性实施例进行描述，但应当理解，本说明书并不旨在将本公开限制于那些示例性实施例。相反，本公开旨在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的各种替代、修改、等同物和其他实施例。

下面将详细描述本公开的实施例，本公开所属领域的技术人员参考附图将容易地实施本公开的实施例。然而，本公开不限于本文公开的实施例，并且可以以其他形式实现。

图4为示出了根据本公开的实施例的水套的示图，该示图为示出了水套中的分隔壁的位置的平面图。特别地，图4示出了在缸盖水套中安装有用于以横穿流方式实现冷却水的流动的蜡型分隔壁的位置。

此外，图5为示出了在根据本公开的实施例的水套中根据发动机操作状况的蜡型分隔壁的状态的剖视图，其示出了根据作为发动机操作状况的冷却水的温度的蜡型分隔壁的状态变化。

在图5中，a部分示出了冷却水的温度低的情况，而b部分示出了冷却水的温度高的情况。

图6A至图6B为示出了在根据本公开的实施例的水套中根据发动机操作状况的冷却水的流动状态的状态示图。图6A示出了冷却水的平行流的状态，而图6B示出了冷却水的横穿流的状态。

当分隔壁处于图5的a部分所示的状态时，可以实现图6A所示的冷却水的平行流，并且当分隔壁处于图5的b部分所示的状态时，可以实现图6B所示的冷却水的横穿流。

根据本公开的实施例的发动机的水套可以应用于分离式冷却系统，在该分离式冷却系统中，冷却水的流动分开地流向汽缸盖(未示出)和汽缸体(未示出)中的每者。

根据本公开的实施例的发动机的水套可以包括形成在汽缸盖中的水套11(下文称为“缸盖水套11”)和形成在汽缸体中的水套(未示出)(下文称为“缸体水套”)。

在本公开中，缸体水套的示例可以指代在图1中由附图标记“21”指示的传统的缸体水套。

在本公开的实施例中，缸盖水套11的内部空间可以与缸体水套(在图1中由附图标记“21”指示)的内部空间独立地分开。在这种情况下，在两个水套11和21的独立内部空间中流动的冷却水独立地冷却汽缸盖(在图2和图3中由附图标记“10”指示)和汽缸体(在图2和图3中由附图标记“20”指示)。

如上所述，根据本公开的能够执行分开式冷却的水套的配置，特别是包括缸盖水套和缸体水套的水套的配置，与应用于已知的分离式冷却系统的水套的配置没有区别。

在典型的发动机中，在汽缸盖中形成有安装排气口、进气口和火花塞的孔。在本公开中，缸盖水套11的冷却水路径的一部分形成端口和孔周围的外部部分，以允许冷却水沿着汽缸盖中的每个汽缸中的端口和孔的外围流动。

在这种情况下，冷却水不填充或流动的部分在汽缸盖的缸盖水套11中应该以与端口和孔对应的形状存在。该部分应被示为从示出缸盖水套11的图4中移除。

参考图4，冷却水不填充或流动的部分被示为缸盖水套11中的孔形开口13。

如上所述，在缸盖水套11的每个汽缸中形成有用于安装排气口、进气口、火花塞的开口13。

此外，在汽缸体中，缸体水套形成为位于多个汽缸周围的外部部分处，以允许冷却水沿着多个汽缸的外围流动。

此外，在根据本公开的实施例的发动机的水套中的引入冷却水所通过的入口和排出冷却水所通过的出口的配置可以与已知的水套的配置没有不同。

例如，在根据本公开的实施例的发动机的水套中，可以以与已知的平行流式水套相同的方式设置入口和出口。

也就是说，如在图1和图2中所示的已知的平行流式水套中，冷却水从水泵(在图2中由附图标记“1”指示)引入至水套所通过的入口22形成在汽缸体20处，使得入口22可以被两个水套共享。

此外，水套的出口12可以独立地形成在汽缸盖10和汽缸体20中(参见图2)。

可替代地，在根据本公开的实施例的发动机的水套中，可以以与已知的横穿流式水套相同的方式设置入口和出口。

即，如在图3中所示的已知的横穿流式水套中，入口(在图3中由附图标记“22”指示)形成在汽缸体20处，使得入口22可以被两个水套共享，并且出口形成在汽缸盖10处，使得出口可以被两个水套共享(参见图3)。

同时，通过改进缸盖水套11的配置来实现根据本公开的实施例的水套。如在传统的横穿流式水套中那样，在缸盖水套11中设置有能够实现冷却水的横穿流状态的分隔壁15。

然而，根据本公开，缸盖水套11中的分隔壁15不是如相关技术中的固定式分隔壁，而是其形状根据发动机操作状况而变化的可变分隔壁，其中，发动机操作状况可以包括冷却水的温度。

此外，在根据本公开的实施例的水套中，缸体水套可以具有与已知的缸体水套相同的配置。

因此，图4示出了具有与已知水套配置不同的配置的缸盖水套11，即，缸盖水套11具有可变分隔壁15而不是如相关技术中的固定分隔壁。

如图4所示，在本公开中，安装可变分隔壁15的位置在缸盖水套11的内部空间中的冷却水在其中填充并流动的两个相邻汽缸的位置之间。与相关技术的固定式分隔壁的安装位置相比，该位置没有差别。

即，根据本公开，用于实现冷却水的横穿流的分隔壁15位于缸盖水套11的冷却水在其中填充并流动的内部空间中。在这种情况下，分隔壁15被设置为位于汽缸的位置之间，并且分隔壁15的安装位置与相关技术的安装位置没有不同。

参考图5，可以看到根据冷却水的温度的分隔壁状态作为发动机操作状况的状态。图5的a部分示出了冷却水的温度低的情况，而图5的b部分示出了冷却水的温度高的情况。

在本公开中，表示图5的b部分所示状态的蜡型可变分隔壁15处于可以在汽缸盖中的缸盖水套11中实现冷却水的横穿流的状态。因此，当与已知的分隔壁的状态相比时，缸盖水套11中的蜡型可变分隔壁15的位置和形状可以类似于已知的分隔壁的位置和形状。

此外，由于冷却水的温度高，示出图5的b部分的状态的可变分隔壁15可以实现冷却水的横穿流。然而，当冷却水的温度低并且可变分隔壁15呈现图5的a部分中的状态时，由于可变分隔壁15不用作传统分隔壁，所以本公开的缸盖水套11与没有分隔壁的传统缸盖水套(即，传统平行流式缸盖水套)没有区别。

在本公开中，可变分隔壁15可以安装在缸盖水套11的内部空间中的冷却水路径的底部上。可变分隔壁15可包括：护套材料18，其固定地安装在缸盖水套11的内部空间中的冷却水路径的底部上；以及蜡部16，其填充在护套材料18的内部，并且其形状根据温度被膨胀并变形或收缩并恢复。

在本公开的实施例中，护套材料18可以由具有弹性和良好的恢复力的材料制成，例如，由于弹性而在变形之后具有预定水平或更大的恢复力的橡胶材料。

护套材料18可以被安装为在护套材料18的内部空间被密封的状态下被固定至缸盖水套11的冷却水路径的底部。护套材料18的密封内部空间填充有蜡部16。

如上所述，可变分隔壁15具有护套材料18围绕蜡部16的外表面的配置。

此外，在本公开的实施例中，当可变分隔壁15被安装在缸盖水套11的冷却水路径的底部上时，可变分隔壁15应当仅在竖直方向上尽可能地可膨胀和收缩。

即，在本公开中，可变分隔壁15的高度应根据冷却水的温度而可变。

为此，可以在蜡部16的上端安装盖17，以防止蜡部16横向变形。盖17可以固定地安装为能够覆盖蜡部16的侧表面的至少一部分及其上表面。

盖17可以由即使在高温冷却水的条件下也不会变形的材料(例如，金属板材料或在高温下不会膨胀或变形并且不会被冷却水腐蚀的耐热性高强度合成树脂板材料)制成。

此外，护套材料18在盖17的侧表面的整个周界上安装在盖17与缸盖水套的冷却水路径的底部之间。如上所述，在这种情况下，护套材料18被安装成能够覆盖蜡部16的外表面。

当冷却水的温度升高时，蜡部16膨胀并变形，而当冷却水的温度下降时，蜡部16收缩并恢复。在本公开中，可以使用已知恒温器的蜡部作为可变分隔壁15的蜡部16。

当冷却水的温度升高时，蜡部16从冷却水路径的底部竖直地逐渐膨胀，并且当冷却水的温度达到预定水平的温度时，蜡部16膨胀以使可变分隔壁15具有能够实现冷却水的横穿流的形状。

即，直到蜡部16具有能够在缸盖水套11中的汽缸的位置之间实现冷却水的横穿流的可变分隔壁15的形状，例如，蜡部16具有与传统的横式水套类似的可变分隔壁15的形状，蜡部16才被设置为膨胀。

特别地，当冷却水的温度低于100℃时，蜡部16不能充分膨胀而不能用作可变分隔壁15。在这种情况下，在包括缸盖水套11的水套中以平行流的形式执行分开式冷却。

图6A示出了在冷却水的温度低的条件下可变分隔壁不起作用的状态。

如附图所示，在蜡部16未膨胀而不能用作可变分隔壁15的状态下，冷却水的流动被滞留在缸盖水套11的内部空间中的相邻汽缸的位置之间的空间中。因此，可能无法实现横穿相邻汽缸的位置之间的空间的冷却水的流动，即，冷却水的横穿流。

也就是说，在通过入口引入的冷却水从缸体水套21流动到缸盖水套11之后，冷却水以平行流的形式流向出口12，其中，冷却水仅沿在缸盖水套11的内部空间中设置汽缸的方向流动，然后通过出口12被排出。

相反，当冷却水的温度上升到预定水平或更高的温度时，例如，当冷却水的温度上升到105℃或更高时，处于膨胀状态下的蜡部16可以用作可变分隔壁15。

在这种情况下，在引入到缸盖水套11中的冷却水在沿进气侧的路径设置汽缸的方向上流动的同时，一部分冷却水由于可变分隔壁15而流动为横穿相邻汽缸的位置之间。

在这种情况下，冷却水可以在汽缸的位置之间的每个路径中沿从进气侧到排气侧的方向流动。

如上所述，在可变分隔壁15起作用的同时，冷却水在缸盖水套11中以横穿流的形式流动的原理与传统的横穿流水套没有什么不同。

当蜡部16膨胀以用作可变分隔壁15时，在横穿相邻汽缸的位置的方向上流动的冷却水由可变分隔壁15引导。此外，可变分隔壁15增加相邻汽缸的位置之间的冷却水的流速，同时对冷却水在平行方向上的流动起阻力作用。

如上所述，当冷却水的温度等于或大于105℃的温度时，可以在水套中实现冷却水流的横穿流，使得可以减少爆震并提高发动机性能。

因此，在根据本公开的发动机的水套中，可以实现冷却水的横穿流和平行流两者。特别地，可以根据发动机操作状况选择性地实现横穿流和平行流中的一者，使得有利于减少爆震并提高发动机性能。

如上所述，根据本公开的发动机的水套，可以实现冷却水的横穿流和平行流两者。特别地，水套可以被配置成根据发动机操作状况选择性地实现横穿流和平行流中的一者，使得有利于减少爆震并提高发动机性能。

尽管已经详细描述了本公开的实施例，但本公开的范围不限于这些实施例，并且本领域技术人员使用本公开的基本概念进行的各种修改和改进由所附权利要求书限定，并且进一步落入本公开的范围内。