各個(gè)實(shí)施例涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋及其冷卻。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可能需要在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間根據(jù)氣缸內(nèi)燃燒過程產(chǎn)生的熱進(jìn)行冷卻。發(fā)動(dòng)機(jī)可由氣缸體和氣缸蓋形成，氣缸體和氣缸蓋配合以限定氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和氣缸蓋可具有形成在其中的各種通道，以提供通過發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻劑流，從而在操作期間控制溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，一種氣缸蓋設(shè)置有限定冷卻夾套的構(gòu)件，所述冷卻夾套具有第一縱向通道、第二縱向通道和第三通道，第一縱向通道具有圍繞火花塞的環(huán)形部分，第二縱向通道具有圍繞排氣門的環(huán)形部分，第三通道圍繞一體式排氣歧管并流體連接第一縱向通道和第二縱向通道。第一縱向通道具有在冷卻劑流動(dòng)方向上連續(xù)減小的橫截面積，第二縱向通道具有在冷卻劑流動(dòng)方向上連續(xù)增大的橫截面積。

在另一實(shí)施例中，一種發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有氣缸蓋，氣缸蓋具有與氣缸體的相應(yīng)表面配合的平臺(tái)面。在氣缸蓋中限定冷卻夾套，所述冷卻夾套由一系列通道形成，所述通道通過一系列彎曲的連接部相互連接以圍繞著氣缸蓋中的火花塞、排氣門和一體式排氣歧管引導(dǎo)冷卻劑。冷卻夾套中的每個(gè)通道的長度均大于通道的平均有效直徑。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻夾套具有第一通道，第一通道沿著氣缸蓋的第一縱向軸線延伸并具有圍繞每個(gè)火花塞的環(huán)形區(qū)域，第一通道具有連續(xù)減小的橫截面積；其中，所述冷卻夾套具有第二通道，第二通道沿氣缸蓋的第二縱向軸線延伸并具有圍繞每個(gè)排氣門的環(huán)形區(qū)域和跨過氣缸蓋的每個(gè)排氣橋延伸的橋通道，第二通道具有連續(xù)增大的橫截面積。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻夾套具有圍繞所述一體式排氣歧管并鄰近氣缸蓋排氣面的第三通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻夾套具有一系列下通道，所述一系列下通道將第一通道流體地連接到第三通道并且所述一系列下通道彼此縱向間隔開，所述一系列下通道中的每個(gè)下通道的橫截面積均隨著第一通道的橫截面積的減小而增大。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻夾套具有一系列上通道，所述一系列上通道將第三通道流體地連接到第二通道并且所述一系列上通道彼此縱向間隔開，所述一系列上通道中的每個(gè)上通道的橫截面積隨著第二通道的橫截面積的增大而減小。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻夾套的互相連接的通道被布置為使得冷卻劑從第一通道依次流過一系列下通道、第三通道、一系列上通道，并流到第二通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括限定氣缸體冷卻夾套的氣缸體；其中，氣缸蓋中的冷卻夾套限定至少一個(gè)供給通道，所述供給通道將氣缸體冷卻夾套流體地連接到第一通道以向第一通道提供冷卻劑。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括流體地連接到第二通道的出口。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括泵送系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)冷卻劑流過冷卻夾套；其中，泵送系統(tǒng)包括(i)電動(dòng)冷卻劑泵或(ii)第一機(jī)械冷卻劑泵和第二電動(dòng)冷卻劑泵，電動(dòng)冷卻劑泵驅(qū)動(dòng)冷卻劑流過冷卻夾套，第一機(jī)械冷卻劑泵在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間驅(qū)動(dòng)冷卻劑流過冷卻夾套，第二電動(dòng)冷卻劑泵在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)驅(qū)動(dòng)冷卻劑流過冷卻夾套。

在又一實(shí)施例中，一種發(fā)動(dòng)機(jī)部件具有限定冷卻夾套的氣缸蓋。冷卻夾套具有從氣缸蓋的第一端部區(qū)域縱向延伸到氣缸蓋的第二端部區(qū)域的第一通道，第一通道具有朝向第二端部區(qū)域且沿冷卻劑流經(jīng)的方向連續(xù)減小的橫截面積。第一通道具有一系列環(huán)形區(qū)域，每個(gè)環(huán)形區(qū)域均圍繞尺寸適于接納火花塞的凹入。所述冷卻夾套具有從氣缸蓋的第二端部區(qū)域縱向延伸到氣缸蓋的第一端部區(qū)域的第二通道，第二通道具有朝向第一端部區(qū)域且沿著冷卻劑流經(jīng)的方向連續(xù)增大的橫截面積。第二通道接收來自第一通道的冷卻劑。第二通道具有一系列成對(duì)的環(huán)形區(qū)域，每對(duì)環(huán)形區(qū)域均圍繞一對(duì)凹入，所述凹入的尺寸適于接納一對(duì)排氣門。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻夾套具有一系列通道，所述通道將第一通道流體地連接到第二通道以向第二通道提供流動(dòng)，所述一系列通道在氣缸蓋的第一端部和第二端部之間彼此縱向間隔開，其中，所述一系列通道中的每個(gè)通道的橫截面積均朝向氣缸蓋的第二端部增大。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻夾套具有圍繞氣缸蓋中的一體式排氣歧管的排氣通道的環(huán)形通道，所述環(huán)形通道鄰近氣缸蓋的排氣面且接收來自第一通道的冷卻劑。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二通道經(jīng)由所述環(huán)形通道接收來自第一通道的冷卻劑。

附圖說明

圖1示出了能夠?qū)崿F(xiàn)所公開的實(shí)施例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；

圖2示出了傳統(tǒng)的冷卻夾套系統(tǒng)的芯和根據(jù)實(shí)施例的冷卻夾套的芯的透視圖；

圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的冷卻夾套的透視圖；

圖4示出了圖3的冷卻夾套的另一透視圖；

圖5示出了圖3的冷卻夾套的流動(dòng)示意圖；

圖6示出了根據(jù)另一實(shí)施例的冷卻夾套的流動(dòng)示意圖；

圖7示出了根據(jù)又一實(shí)施例的冷卻夾套的流動(dòng)示意圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)需要，在此提供本公開的詳細(xì)實(shí)施例。然而，應(yīng)理解，公開的實(shí)施例僅為示例，并且可按照各種和替代的形式實(shí)施。附圖無需按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用本公開的代表性基礎(chǔ)。

圖1示出了示意性的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)20。發(fā)動(dòng)機(jī)20具有多個(gè)氣缸22，其中一個(gè)氣缸被示出。發(fā)動(dòng)機(jī)20可具有任意數(shù)量的氣缸，并且氣缸可以以各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置。發(fā)動(dòng)機(jī)20具有與每個(gè)氣缸22相關(guān)聯(lián)的燃燒室24。氣缸22由氣缸壁32和活塞34形成?；钊?4連接到曲軸36。燃燒室24與進(jìn)氣歧管38和排氣歧管40流體連通。進(jìn)氣門42控制從進(jìn)氣歧管38進(jìn)入到燃燒室24的流動(dòng)。排氣門44控制從燃燒室24到排氣系統(tǒng)40或排氣歧管的流動(dòng)。進(jìn)氣門42和排氣門44可以以本領(lǐng)域中已知的各種方式操作以控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作。

燃料噴射器46將燃料從燃料系統(tǒng)直接輸送到燃燒室24中，因此發(fā)動(dòng)機(jī)是直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)20可使用低壓或高壓燃料噴射系統(tǒng)，或者在其它示例中可使用進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)包括火花塞48，火花塞48被控制為提供火花形式的能量以點(diǎn)燃燃燒室24中的燃料空氣混合物?；鸹ㄈ?8可位于氣缸22的頂部或一側(cè)。在其它實(shí)施例中，可使用其它燃料輸送系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)或技術(shù)(包括壓縮點(diǎn)火)。

發(fā)動(dòng)機(jī)20包括控制器和各種傳感器，這些傳感器被配置為向控制器提供信號(hào)用于控制向發(fā)動(dòng)機(jī)輸送的空氣和燃料、點(diǎn)火正時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率和扭矩、排氣系統(tǒng)等。發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器可包括但不限于排氣系統(tǒng)40中的氧傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度傳感器、加速踏板位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)歧管壓力(map)傳感器、針對(duì)曲軸位置的發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器、進(jìn)氣歧管38中的空氣質(zhì)量傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、排氣系統(tǒng)40中的排氣溫度傳感器等。

在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20被用作車輛(諸如，傳統(tǒng)車輛或停止-啟動(dòng)車輛)中唯一的原動(dòng)機(jī)。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可被用在混合動(dòng)力車輛中，其中附加的原動(dòng)機(jī)(諸如，電機(jī))可用于提供額外的動(dòng)力以推進(jìn)車輛。

每個(gè)氣缸22可以在包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、點(diǎn)火沖程和排氣沖程的四沖程循環(huán)下操作。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以以兩沖程循環(huán)進(jìn)行操作。在進(jìn)氣沖程期間，進(jìn)氣門42打開，排氣門44關(guān)閉，同時(shí)活塞34從氣缸22的頂部運(yùn)動(dòng)到氣缸22的底部，以將空氣從進(jìn)氣歧管引入到燃燒室。活塞34在氣缸22的頂部的位置通常稱為上止點(diǎn)(tdc)?；钊?4在氣缸底部的位置通常稱為下止點(diǎn)(bdc)。

在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門42和排氣門44關(guān)閉?；钊?4從氣缸22的底部向頂部運(yùn)動(dòng)以壓縮燃燒室24內(nèi)的空氣。

燃料被引入到燃燒室24中并被點(diǎn)燃。在所示的發(fā)動(dòng)機(jī)20中，燃料被噴射到燃燒室24中，然后使用火花塞48點(diǎn)燃。在其它示例中，可使用壓縮點(diǎn)火點(diǎn)燃燃料。

在膨脹沖程期間，燃燒室24中點(diǎn)燃的燃料空氣混合物膨脹，從而使活塞34從氣缸22的頂部運(yùn)動(dòng)到氣缸22的底部?；钊?4的運(yùn)動(dòng)引起曲軸36相應(yīng)地運(yùn)動(dòng)并且提供發(fā)動(dòng)機(jī)20的機(jī)械扭矩輸出。

在排氣沖程期間，進(jìn)氣門42保持關(guān)閉，排氣門44打開。活塞34從氣缸的底部運(yùn)動(dòng)到氣缸22的頂部，以通過減小燃燒室24的容積從燃燒室24中排出廢氣和燃燒產(chǎn)物。廢氣從燃燒的氣缸22流動(dòng)到如下描述的排氣系統(tǒng)40和后處理系統(tǒng)(諸如，催化轉(zhuǎn)化器)。

進(jìn)氣門42和排氣門44的位置和正時(shí)以及燃料噴射正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)可針對(duì)各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)沖程而變化。

發(fā)動(dòng)機(jī)20具有彼此配合以形成燃燒室24的氣缸體70和氣缸蓋72。缸蓋密封墊(未示出)可布置在氣缸體70和氣缸蓋72之間以密封燃燒室24。氣缸體70具有沿著分模線74與氣缸蓋72的缸蓋平臺(tái)面(deckface)相對(duì)應(yīng)并配合的缸體平臺(tái)面。

發(fā)動(dòng)機(jī)20包括流體系統(tǒng)80。在一個(gè)示例中，流體系統(tǒng)80是從發(fā)動(dòng)機(jī)20去除熱的冷卻系統(tǒng)80。在另一示例中，流體系統(tǒng)80是潤滑發(fā)動(dòng)機(jī)部件的潤滑系統(tǒng)。

對(duì)于冷卻系統(tǒng)80而言，從發(fā)動(dòng)機(jī)20去除的熱的量可由冷卻系統(tǒng)控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、一個(gè)或更多個(gè)恒溫器等來控制。系統(tǒng)80可作為在發(fā)動(dòng)機(jī)中鑄造、機(jī)加工或以其它方式形成的一個(gè)或更多個(gè)冷卻夾套而一體形成到發(fā)動(dòng)機(jī)20中。系統(tǒng)80具有可含有乙二醇/水防凍混合物、另一種水基流體或另一種冷卻劑作為工作流體的一個(gè)或更多個(gè)冷卻回路。在一個(gè)示例中，冷卻劑回路具有位于氣缸體70中的第一冷卻夾套84和位于氣缸蓋72中的第二冷卻夾套86，夾套84、86彼此流體連通。在另一示例中，夾套86是獨(dú)立控制的并與夾套84相獨(dú)立。冷卻回路80和夾套84、86中的冷卻劑從高壓區(qū)域向低壓區(qū)域流動(dòng)。

流體系統(tǒng)80具有一個(gè)或更多個(gè)泵88。在冷卻系統(tǒng)80中，泵88將回路中的流體供應(yīng)給氣缸體70中的流體通道，然后到達(dá)氣缸蓋72。冷卻系統(tǒng)80還可包括閥或恒溫器(未示出)以控制冷卻劑的流動(dòng)或壓力或者引導(dǎo)系統(tǒng)80內(nèi)的冷卻劑。氣缸體70中的冷卻通道可鄰近一個(gè)或更多個(gè)燃燒室24和氣缸22。類似地，氣缸蓋72中的冷卻通道可鄰近一個(gè)或更多個(gè)燃燒室24和排氣門44的排氣口。流體從氣缸蓋72流出發(fā)動(dòng)機(jī)20，流到熱交換器90(諸如，散熱器，其中熱從冷卻劑傳遞到環(huán)境中)。

圖2示出了用于形成氣缸蓋的傳統(tǒng)的上冷卻夾套100和下冷卻夾套102的芯的透視圖。傳統(tǒng)的夾套100、102可被大體設(shè)計(jì)為占據(jù)氣缸蓋的大部分以在開式夾套構(gòu)造中經(jīng)其分配冷卻劑。圖2中還示出了根據(jù)本公開并以虛線示出的冷卻夾套200以進(jìn)行比較。氣缸蓋可以是如上參照?qǐng)D1所述的用于發(fā)動(dòng)機(jī)20的氣缸蓋72。夾套100、102、200被示出用于直列三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋，這種發(fā)動(dòng)機(jī)具有位于氣缸蓋中的一體式排氣歧管且每個(gè)氣缸設(shè)有四個(gè)頂置氣門(例如，每個(gè)氣缸具有兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門)；然而，根據(jù)本公開，冷卻夾套200可被構(gòu)造用于其它氣缸蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造。冷卻夾套100、102、200被示出為用于形成氣缸蓋內(nèi)的每個(gè)夾套的冷卻通道的芯。每個(gè)芯表示氣缸蓋內(nèi)相應(yīng)通道的負(fù)視圖，并且可以表示在氣缸蓋的鑄造過程中所使用的砂芯或失芯(lostcore)的形狀。

大體如圖2中i、ii、iii所布置和示出的，氣缸蓋與相應(yīng)的氣缸體配合以提供三個(gè)氣缸，且氣缸蓋可如圖1所示的接收來自氣缸體的冷卻劑。氣缸蓋為每個(gè)氣缸的兩個(gè)進(jìn)氣門提供支撐，所述進(jìn)氣門位于相關(guān)聯(lián)的氣缸的如圖2所示的區(qū)域150中。每個(gè)氣缸的火花塞位于區(qū)域152中。每個(gè)氣缸的第一排氣門和第二排氣門位于區(qū)域154、156中。氣缸蓋具有穿過區(qū)域158的一體式排氣歧管，區(qū)域158鄰近氣缸蓋的排氣面。如圖1所示，排氣歧管40附連到氣缸蓋的排氣面。一體式排氣歧管提供形成在氣缸蓋內(nèi)的從排氣門和排氣口到氣缸蓋的排氣面的排氣通道或流道，其中，在該排氣面處連接排氣歧管、渦輪增壓器等。

與傳統(tǒng)的夾套100、102相比，冷卻夾套200為氣缸蓋提供了等效冷卻，但占據(jù)了氣缸蓋的更小體積。由于冷卻夾套200的體積小于傳統(tǒng)的夾套100、102，因此可使用更小的泵88在冷卻夾套200內(nèi)提供相同的流速和傳熱速率。類似地，由于冷卻夾套200的體積小于傳統(tǒng)的夾套100、102，因此使用相同的泵88可提供更高的流速和傳熱速率。冷卻夾套200僅將冷卻劑引導(dǎo)到在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間是熱的且需要冷卻的氣缸蓋區(qū)域。冷卻夾套200不會(huì)將冷卻劑引導(dǎo)到在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間溫度升高但在最大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和高的環(huán)境溫度下保持在氣缸蓋材料的熔點(diǎn)以下或特定閾值以下的發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域。

冷卻夾套200的冷卻通道可形成為如本文所描述的復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)，并在部件或氣缸蓋被鑄造、模制等時(shí)形成為通常不需要進(jìn)一步機(jī)加工或處理的凈成形。部件或氣缸蓋可由金屬(例如，鋁或鋁合金)以高壓、近凈壓鑄或凈壓鑄工藝形成。在一個(gè)示例中，冷卻夾套由失芯材料(諸如鹽芯、砂芯、玻璃芯、泡沫芯或其它合適的失芯材料)形成或包括失芯材料。

冷卻夾套200設(shè)置有使流動(dòng)干擾最小化的形狀。例如，流體連接部(junction)被設(shè)置為y形連接部。流體通道可具有連續(xù)增大或減小的錐形截面。由冷卻夾套中的流體通道制成的轉(zhuǎn)角是使用光滑的彎曲結(jié)構(gòu)制成的，并且可具有不大于九十度的彎曲度，且可包括比通道直徑大數(shù)倍的曲率半徑。冷卻夾套200可具有輕微的弧度或彎曲以在部件的限制內(nèi)更好地封裝通道。

冷卻夾套200中的流體通道可具有圓形截面形狀或其它截面形狀，包括橢圓形、卵形或包括凸凹區(qū)域的形狀(例如，蕓豆形狀)以及其它規(guī)則和不規(guī)則形狀。冷卻夾套200的通道的截面形狀可大體相同或者可在夾套內(nèi)的不同位置處相對(duì)其它通道變化或在單個(gè)通道內(nèi)變化。此外，夾套200內(nèi)的通道的有效直徑或橫截面積可在插入件的各個(gè)區(qū)域中增大或減小，例如，作為增大或減小的錐形部分。變化的橫截面積可被設(shè)置為逐漸的、連續(xù)的變化，并且沒有任何梯級(jí)或間斷，以減少流體回路中的流動(dòng)損失或使流動(dòng)損失最小化。

還要注意，冷卻夾套200可去除存在于如圖2所示出的傳統(tǒng)的冷卻夾套100、102中的各種塞子或端蓋。這通過減少可能發(fā)生流體泄漏的位置來改善系統(tǒng)200的完整性，并進(jìn)一步減少了冷卻夾套的體積，從而產(chǎn)生更高效率的系統(tǒng)。由于減少了形成諸如氣缸蓋的成品部件的步驟和工藝的數(shù)量，因此還增加了可制造性。

冷卻夾套200具有如圖3至圖4所示的一系列相互連接的流體通道，流體通道將增壓后的潤滑劑引導(dǎo)到氣缸蓋的各個(gè)區(qū)域以用于氣缸蓋的熱管理?；诒竟_，嚴(yán)密地控制通道的位置、形狀和尺寸，以在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間控制氣缸蓋的溫度，并提供有效的高效冷卻夾套。冷卻夾套200的通道具有各種彎曲形狀和結(jié)構(gòu)，并在橫截面積和方向上平滑地變化，以降低流動(dòng)損失。例如，總壓力損失是由于摩擦導(dǎo)致的，該摩擦由以下兩個(gè)不同方面組成：一方面是由于一定長度的封閉管道造成的主要損失；另一方面是由流動(dòng)路徑中的彎曲和/或流動(dòng)面積的突然變化引起的局部損失。局部損失通常稱為“k損失”，并且是這兩種損失中更容易控制并減少系統(tǒng)的總壓力損失的損失。

通過改善冷卻夾套200的流動(dòng)特性，可使用較小型的泵88，并且系統(tǒng)可以以更高的效率進(jìn)行操作，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、燃料經(jīng)濟(jì)性，并減少發(fā)動(dòng)機(jī)的總寄生損失。通道的尺寸(例如，圓形通道的直徑或非圓形截面通道的有效直徑)和長度影響夾套200內(nèi)的壓力、流量和損失。所述尺寸也可以指通道的橫截面積，其中橫截面積與有效直徑相關(guān)。同樣，通道的形狀(例如，通道中的轉(zhuǎn)角或彎曲的數(shù)量、轉(zhuǎn)角的緊密程度以及直徑的變化)也影響夾套200內(nèi)的壓力、流量和損失。通道的逐漸的、平滑的或連續(xù)的直徑或面積變化使流動(dòng)損失比離散的或梯級(jí)的直徑變化更低。類似地，平滑的、弧形的彎曲或轉(zhuǎn)角使流動(dòng)損失比具有拐角性質(zhì)的成角度的轉(zhuǎn)角或彎曲更低。

傳統(tǒng)的冷卻夾套100、102通常被成形為在滿足燃燒要求和部件定位要求之后無論氣缸蓋體積剩余多少，都供給冷卻劑。在冷卻夾套100、102與氣缸蓋的剩余體積相關(guān)聯(lián)之后，可使用平衡和羅紋技術(shù)或者簡(jiǎn)單地通過增加泵的體積流量(例如，通過調(diào)節(jié)葉片形狀，改變傳動(dòng)裝置以提高泵轉(zhuǎn)速等)來解決各種局部的流動(dòng)和/或熱問題。使用傳統(tǒng)的冷卻夾套100、102，氣缸蓋的區(qū)域會(huì)“過冷”，并且氣缸蓋的其它區(qū)域可能需要更多的冷卻。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的變化，例如，在轉(zhuǎn)變至增壓壓力更高的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)或增壓發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度將增加，并且發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻需求也會(huì)增加。冷卻夾套100、102的冷卻能力會(huì)限制發(fā)動(dòng)機(jī)增壓壓力或其它發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)特性。此外，當(dāng)冷卻系統(tǒng)中的泵充當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的寄生損失時(shí)，冷卻夾套100、102中的任何低效性還會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的整體燃料效率。此外，冷卻夾套100、102的大通道和體積需要更長的時(shí)間來加熱和/或冷卻，這直接影響排放要求。

冷卻夾套200通過提供通道尺寸變化且互連的冷卻通道網(wǎng)絡(luò)來提供冷卻劑的定向流動(dòng)，以減少通過夾套200的流動(dòng)損失或者使流動(dòng)損失最小化，并將更高或最大化的流速提供給熱載荷高的氣缸蓋區(qū)域或臨界區(qū)域，而氣缸蓋的普通區(qū)域具有低的工作溫度和低的熱負(fù)荷。夾套200設(shè)置有通道互連的網(wǎng)絡(luò)，其被布置為以均勻的方式將流動(dòng)首先分配到優(yōu)先級(jí)高的熱通量位置。夾套200中的通道的形狀和尺寸可基于相關(guān)聯(lián)的氣缸蓋的結(jié)構(gòu)、相關(guān)聯(lián)的氣缸蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)的熱通量以及各種制造限制而變化。結(jié)果，冷卻夾套200向具有較高工作溫度的區(qū)域提供更冷和更快的冷卻劑，從而提高了夾套200和整個(gè)冷卻系統(tǒng)的效率。夾套200中的通道的大小可大體被形成為具有窄的或小的直徑，例如在多個(gè)示例中，通道的長徑比大于3、大于5或大于10。

冷卻夾套200的總體積相對(duì)于夾套100、102顯著減小。當(dāng)夾套200中的通道的體積減小或最小化時(shí)，夾套200的總體積減小，并且預(yù)熱/冷卻氣缸蓋的時(shí)間也會(huì)減少。

類似地，由于夾套200的體積較小，對(duì)用于冷卻系統(tǒng)的泵需求降低，因此需要的操作功率較低并提供增加的系統(tǒng)效率。

夾套200的各種通道的尺寸被形成為在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間為氣缸蓋的高溫區(qū)域提供足夠的冷卻。類似地，為了防止例如在發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛關(guān)閉之后諸如夾套200的通道中的冷卻劑的氣相變化的問題，可設(shè)置輔助電動(dòng)冷卻劑泵89以使冷卻劑在發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛關(guān)閉之后循環(huán)并防止相變。冷卻劑泵89可與泵88順序布置用于串聯(lián)流動(dòng)，或者可如圖1所示與泵88并聯(lián)布置用于并聯(lián)流動(dòng)。

圖3至圖4示出了根據(jù)本公開并如圖2所示的冷卻夾套200的透視圖。圖5示出了圖3至圖4的冷卻夾套的示意圖?！皊”、“m”和“b”表示相似元件相對(duì)于彼此的尺寸，s表示最小尺寸，m表示中等或中間尺寸，b表示最大尺寸。當(dāng)在一組相似元件中提供三個(gè)以上的通道時(shí)，相對(duì)尺寸趨勢(shì)可以保持相同，通道相對(duì)于彼此按最大到最小布置，或者按最小到最大布置。

夾套200具有第一主通道202和第二主通道204。每個(gè)通道202、204大體沿著發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線226延伸或平行于發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線226延伸。通道202可以是入口通道，并且大體與冷卻氣缸蓋的火花塞區(qū)域152相關(guān)聯(lián)。通道204可以是出口通道，并且大體與冷卻氣缸蓋中的排氣門區(qū)域154和相鄰氣門之間的排氣門橋相關(guān)聯(lián)。第一通道和第二通道通過一體式排氣歧管(iem)冷卻通道206連接，冷卻通道206與冷卻圍繞iem的區(qū)域158和氣缸蓋的排氣面相關(guān)聯(lián)。第一通道202從流體連接到氣缸體中的冷卻夾套84的冷卻劑供給通道接收冷卻劑。第二通道204將冷卻劑提供給氣缸蓋的冷卻劑出口，冷卻劑進(jìn)而流入冷卻系統(tǒng)80中的泵、散熱器或其它部件。

入口通道202接收至少一種冷卻劑供給，并且在本示例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)縱向位置處接收冷卻劑供給。氣缸體冷卻夾套84可設(shè)置在具有敞開式平臺(tái)、半敞開式平臺(tái)或封閉式平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，并且在氣缸體平臺(tái)面和/或氣缸蓋密封墊中適當(dāng)?shù)卦O(shè)置孔，以提供從氣缸體到氣缸蓋夾套200的冷卻劑流。在本示例中，入口通道202經(jīng)由位于發(fā)動(dòng)機(jī)的第一端212的第一供給通道208和第二供給通道210從氣缸體中的冷卻夾套接收冷卻劑供給。入口通道202經(jīng)由第三供給通道214和第四供給通道216接收另一冷卻劑供給，經(jīng)由第五供給通道218和第六供給通道220接收又一冷卻劑供給，并在發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)端224處接收最后的第七冷卻劑供給222，使得冷卻劑大體通過圖3中的通道202從右向左流動(dòng)。通道222的橫截面積可大于圖3所示的橫截面積，可通過使用孔口(例如，使用氣缸蓋密封墊中的孔口)而限制通過通道222的流動(dòng)，或者在夾套200中可能不存在通過通道222的流動(dòng)。可通過使用孔口(例如，氣缸蓋密封墊中的孔口)而在相應(yīng)供給通道的入口處限制通過任何供給通道的流動(dòng)。

在本示例中，氣缸蓋的每個(gè)縱向位置處的供給通道均位于發(fā)動(dòng)機(jī)的主縱向軸線226的任一側(cè)上。在其它示例中，可在發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向位置處僅設(shè)置一個(gè)供給通道，或者可設(shè)置多于兩個(gè)供給通道。在本示例中，處于下面的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體冷卻夾套中的冷卻劑從發(fā)動(dòng)機(jī)的端部224流到發(fā)動(dòng)機(jī)的另一端部212。在其它示例中，處于下面的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中的冷卻劑可沿相反的方向流動(dòng)或者以另一種流動(dòng)方式流動(dòng)。

冷卻夾套200還具有與連接到相關(guān)聯(lián)的供給通道的每對(duì)進(jìn)氣門(inletvalve)相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣門冷卻通道228。在其它示例中，夾套200可不具有進(jìn)氣門冷卻通道228。出于圖5的清楚起見，進(jìn)氣門冷卻通道228僅在圖3至圖4中示出。進(jìn)氣門冷卻通道228可設(shè)置為提供小的冷卻劑流或?yàn)闅飧左w夾套的區(qū)域提供釋放，并且不會(huì)對(duì)氣缸蓋夾套200的流動(dòng)產(chǎn)生明顯的影響。通道228可具有各種尺寸，并且其橫截面積可比圖3所示的橫截面積更大?；蛘撸赏ㄟ^使用孔口來限制通過通道228的流動(dòng)。

每個(gè)供給通道208至222的橫截面積比在前的上游供給通道小。各個(gè)供給通道的橫截面積沿著供給通道的長度增加，以使供給通道中的冷卻劑平穩(wěn)地流入且與入口通道中的冷卻劑進(jìn)行混合。每個(gè)縱向位置處的供給通道可具有彼此相等的橫截面積和總體形狀，或者在橫截面積和/或形狀上可不同。在本示例中，供給通道208比下游的供給通道214具有更大的橫截面積，供給通道214又比下游的供給通道218具有更大的橫截面積，供給通道218比供給通道222具有更大的橫截面積。

入口通道202本身的橫截面積沿著通道202的長度和冷卻劑經(jīng)其流過的方向連續(xù)地減小。通道202包括環(huán)形通道區(qū)域230、232、234以提供圍繞火花塞的冷卻劑流。環(huán)形通道區(qū)域可具有與入口通道202的在前的緊鄰環(huán)形通道區(qū)域的部分相等的橫截面積。本示例具有三個(gè)環(huán)形通道區(qū)域，其橫截面積與整個(gè)入口通道202的橫截面積減小對(duì)應(yīng)地減小。環(huán)形通道區(qū)域230具有比下游的環(huán)形通道區(qū)域232更大的橫截面積，環(huán)形通道區(qū)域232又具有與下游的環(huán)形通道區(qū)域234相比更大的橫截面積。

冷卻劑流在每個(gè)環(huán)形通道區(qū)域230、232、234處通過一系列下通道中的相應(yīng)下通道236、238、240離開入口通道202。每個(gè)下通道236、238、240將入口通道202的相應(yīng)環(huán)形通道區(qū)域與iem冷卻通道206流體連接。每個(gè)下通道236、238、240與在前的上游下通道相比具有更大的橫截面積。在本示例中，下通道236具有比下通道238更小的橫截面積，而下通道238又具有比通道240更小的橫截面積。單個(gè)下通道的橫截面積可沿著下通道的長度方向增大。每個(gè)下通道可大體跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流道或通道并位于排氣流道或通道的下方，以幫助冷卻鄰近排氣通道的氣缸蓋。

iem冷卻通道206提供圍繞與氣缸蓋的排氣面(如區(qū)域158所示)鄰近的排氣通道的通道。在沒有冷卻的情況下，由于排氣組件連接到排氣面，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間氣缸蓋的排氣面會(huì)達(dá)到高溫，并因此限制了流向周圍環(huán)境的熱損失。

冷卻劑通過上通道246、248、250離開iem通道206。冷卻劑經(jīng)由iem通道的第一部分242或第二部分244從下通道流過iem通道206而流到上通道。在本示例中，上通道246、248、250彼此連接并且匯合以提供到iem通道206的單個(gè)流體連接。iem冷卻通道206的橫截面積與下通道240的出口的橫截面積相匹配或略大于該出口的橫截面積，并且在一個(gè)示例中，這會(huì)產(chǎn)生大約為出口240處的橫截面積的一半的橫截面積，并且這是基于作為環(huán)形通道的iem通道206的，此處流動(dòng)可通過環(huán)形通道206上的兩個(gè)單獨(dú)的路徑流到三個(gè)可能的出口246、248和250。

如下所述，每個(gè)上通道246、248、250在沿著相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線226而言的出口通道204的多個(gè)位置處將iem通道206流體連接到第二出口通道204。每個(gè)上通道246、248、250與在后的下游上通道相比具有更大的橫截面積。在本示例中，上通道246具有比上通道248更大的橫截面積，上通道248又具有比通道250更大的橫截面積。單個(gè)上通道的橫截面積可沿著上通道的長度減小。每個(gè)上通道可大體跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流道或通道并且位于排氣流道或通道的上方，以幫助冷卻鄰近排氣通道的氣缸蓋。

第二通道或出口通道204本身的橫截面積沿通道204的長度和冷卻劑經(jīng)其流動(dòng)的方向連續(xù)增大。通道204包括用于冷卻與每對(duì)排氣門鄰近的氣缸蓋的排氣門區(qū)域252、254、256。每個(gè)排氣門區(qū)域具有圍繞氣缸的每個(gè)排氣門的第一環(huán)形區(qū)域258和第二環(huán)形區(qū)域260，以提供一對(duì)環(huán)形區(qū)域。橋區(qū)域262連接一對(duì)環(huán)形區(qū)域258、260，并提供直接流過或跨過氣缸中的排氣橋的冷卻劑流動(dòng)。在沒有足夠的冷卻的情況下，排氣橋會(huì)由于鄰近燃燒室的排氣區(qū)域并位于兩個(gè)排氣門和端口之間而達(dá)到高的工作溫度。排氣門區(qū)域254、256具有與針對(duì)區(qū)域252所描述的結(jié)構(gòu)相比相似的結(jié)構(gòu)。

每個(gè)排氣門區(qū)域的橫截面積可與在前的緊鄰排氣門區(qū)域的出口通道204的橫截面積相等。本示例具有三個(gè)排氣門通道區(qū)域，其橫截面積的增大對(duì)應(yīng)于整個(gè)出口通道204的橫截面積的增大。排氣門區(qū)域252具有比下游的排氣門區(qū)域254更小的橫截面積，排氣門區(qū)域254又具有與下游的排氣門區(qū)域256相比更小的橫截面積。

在一個(gè)示例中，每個(gè)上通道246至250可剛好在每個(gè)排氣門區(qū)域前面連接到出口通道204。在其它示例中，上通道可連接到出口通道的排氣門區(qū)域(例如，環(huán)形區(qū)域)。

冷卻夾套200具有來自出口通道204的單個(gè)出口264。在其它示例中，冷卻夾套200可具有多于一個(gè)的出口。通道266為冷卻夾套200提供脫氣線路，并且大體位于氣缸蓋中的冷卻夾套200的高點(diǎn)處。通道266可具有各種尺寸，并且可比圖3所示的橫截面積更大或更小?；蛘撸赏ㄟ^使用孔口來限制通過通道266的流動(dòng)，或者如果夾套具有替代的脫氣策略，則可在夾套200中不存在通過通道266的流動(dòng)。

入口通道202和出口通道204中的冷卻劑沿相反的方向流動(dòng)，并且在氣缸蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)中大體縱向流動(dòng)。在其它示例中，冷卻劑可在入口通道202和出口通道204中沿相同方向流動(dòng)；然而，上通道的橫截面積大體上反置。

如圖3至圖4所示，夾套200的每個(gè)通道為冷卻劑提供平滑的彎曲的流動(dòng)路徑，而沒有流動(dòng)擾動(dòng)、突然的約束或急劇的彎曲或轉(zhuǎn)角，并且通道在同樣也是平滑的、彎曲的和連續(xù)的連接部或交匯處接合。因此，夾套200中的損耗減小，流量和冷卻效率提高。

類似地，夾套200中的每個(gè)通道提供連續(xù)變化的橫截面積。入口通道202的橫截面積隨著流體流動(dòng)而減小，出口通道204的橫截面積隨著流體流動(dòng)而增大。連接到入口通道或出口通道的橫流通道的橫截面積相對(duì)于彼此不同。在本示例中，橫流通道可以是上通道或下通道。例如，一系列橫流通道中的橫流通道的橫截面積隨著相應(yīng)的入口通道或出口通道的橫截面積的減小而增大。

圖6中示意性地示出了根據(jù)本公開的另一冷卻夾套300。對(duì)于與圖3至圖5中所示的元件相同或相似的元件指定相同的標(biāo)號(hào)?！皊”、“m”和“b”表示相似元件相對(duì)于彼此的大小，s表示最小，m表示中等或中間大小，b表示最大。圖6提出并行流動(dòng)路徑，并且整體概念布局是完整的，例如，它具有更多的蜘蛛網(wǎng)狀樣貌，其可提高和改進(jìn)氣缸蓋冷卻管理和熱管理。

夾套300的第一通道202由三個(gè)供給通道302、304、306供給。三個(gè)供給通道中的每一個(gè)與冷卻劑源(例如，氣缸體夾套84)流體連通。供給通道302、304、306各自流體地連接到通道202的相應(yīng)的環(huán)形區(qū)域230、232、234(與圖5所示的環(huán)形通道的上游相對(duì))。

一系列下通道236、238、240可在各自的環(huán)形區(qū)域230、232、234的下游連通到第一通道202，并且可在流體流到iem通道206之前接合或合并在一起。上通道246、248、250以及具有環(huán)形排氣口區(qū)域252、254、256的第二通道204可以以與上面參照?qǐng)D3至圖5描述的相似的方式布置。

圖7中示意性地示出了根據(jù)本公開的另一冷卻夾套400。對(duì)于與圖3至5中所示的相同或相似的元件指定相同的標(biāo)號(hào)。“s”、“m”和“b”表示相似元件相對(duì)于彼此的大小，s表示最小，m表示中等或中間大小，b表示最大。在圖7中，與先前描述的夾套相比，排氣門區(qū)域154、156在夾套中的冷卻路徑中具有更高的優(yōu)先級(jí)。

主供給通道402向第一通道202和環(huán)繞火花塞的環(huán)形區(qū)域230、232、234提供冷卻劑。第一通道202的每個(gè)環(huán)形區(qū)域還可接收(例如)來自氣缸體冷卻夾套的供給403、404、406。第一系列通道408至418將第一通道202的環(huán)形區(qū)域流體連接到iem通道206，iem通道206可具有如圖所示的不均勻的橫截面積。冷卻劑通過通道420從iem通道206流出，通道420與冷卻劑出口422連接。

第二系列通道424至428將第一通道202流體連接到第二通道204。第二通道包括用于冷卻排氣門的環(huán)形區(qū)域252、254、256。冷卻劑經(jīng)由通道430從流體通道204流出。通道430在冷卻劑出口422之前與通道420合并。如從圖7可以看出的，冷卻劑被引導(dǎo)為首先冷卻氣缸蓋的火花塞區(qū)域，然后分成分流并行流動(dòng)配置以將冷卻劑引導(dǎo)到氣缸蓋的iem區(qū)域和排氣門區(qū)域。

通常，冷卻夾套可根據(jù)以下一般原則來設(shè)定尺寸。當(dāng)然，(例如)由于氣缸蓋的整體結(jié)構(gòu)和其它系統(tǒng)所施加的封裝約束等可能需要由此有所偏離。入口通道的橫截面積連續(xù)減小，而出口通道的橫截面積連續(xù)增大。連接入口通道和出口通道的橫流通道在橫截面上彼此不同，其中提供從入口通道到出口通道的流動(dòng)的第一個(gè)通道具有比提供從入口通道到出口通道的流動(dòng)的最后一個(gè)通道更小的橫截面積。冷卻夾套的入口和出口的橫截面積彼此大體相等，或者出口橫截面積大于入口橫截面積。如下所述，在系統(tǒng)的各個(gè)階段下，系統(tǒng)的橫截面積大體保持恒定的值。

雖然上文描述了示例性實(shí)施例，但是并不意味著這些實(shí)施例描述了本公開的所有可能形式。更確切地，說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應(yīng)該理解，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下能夠進(jìn)行各種變化。此外，可組合各個(gè)實(shí)施的實(shí)施例的特征以形成本公開的進(jìn)一步的實(shí)施例。