冷卻劑輸送基體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及對用于內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)的改進，尤其涉及適于提供用于內(nèi)燃發(fā)動機的兩相(蒸汽)冷卻系統(tǒng)的冷卻劑輸送基體(27)。冷卻劑輸送基體(27)構(gòu)造成位于發(fā)動機殼體的氣缸體(25)中。所述基體包括歧管(28)和自所述歧管(28)延伸的多個管(29)。所述基體進一步構(gòu)造成環(huán)繞位于所述氣缸體(25)中的至少一個氣缸(12)設(shè)置，所述管(29)具有至少一個孔(30)，所述至少一個孔指向成將液體冷卻劑噴射在所述至少一個氣缸(12)的壁上。
【專利說明】冷卻劑輸送基體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對用于內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)的改進，尤其涉及適于提供用于內(nèi)燃發(fā)動機的兩相(蒸汽)冷卻系統(tǒng)的基體。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃發(fā)動機具有至少一個氣缸，活塞能在所述氣缸中往復(fù)移動。活塞經(jīng)由連桿可驅(qū)動地連接至曲軸。內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸體可以是包括由氣缸壁限定的多個氣缸的單元。氣缸蓋可位于氣缸體的頂部上，在此處氣缸蓋構(gòu)成燃燒室的頂部。燃燒室的一個端部通常具有至少一個進氣口和相關(guān)聯(lián)的進氣閥，以及帶有相關(guān)聯(lián)的排氣閥的至少一個排氣口。一般地，進氣口和排氣口設(shè)置在氣缸蓋中。
[0003]四沖程內(nèi)燃發(fā)動機可具有進氣沖程，在該進氣沖程中進氣閥可使進氣口打開，使得燃燒室進入與空氣進氣系統(tǒng)流體連通的狀態(tài)。在進氣沖程期間，在燃燒室中的活塞可移動離開氣缸蓋，因此可以將新鮮的燃燒空氣吸入到燃燒室中。接著，活塞倒轉(zhuǎn)其方向并且朝向活塞蓋移動以進行壓縮沖程。
[0004]在壓縮沖程期間進氣閥和排氣閥是關(guān)閉的。在壓縮沖程期間的某一時刻將燃料噴射到燃燒室中。然后，在燃燒室中的燃料/空氣-混合物燃燒，活塞運動倒轉(zhuǎn)，并發(fā)生動力沖程。在此動力沖程期間，所產(chǎn)生的燃燒能量可轉(zhuǎn)化為增強的活塞運動的動能，其轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動。在動力沖程后，活塞運動倒轉(zhuǎn)其方向并朝向活塞蓋移動以進行排氣沖程。在排氣沖程期間，進氣閥關(guān)閉而排氣閥打開。
[0005]發(fā)動機冷卻對于避免高溫對發(fā)動機材料和潤滑劑的損壞而言是必要的。內(nèi)燃發(fā)動機在比發(fā)動機材料的熔化溫度高的溫度下運轉(zhuǎn)，并且熱到足以點燃潤滑劑。發(fā)動機冷卻裝置足夠快地消除能量以保持較低的溫度，從而不會損壞發(fā)動機。
[0006]在許多常規(guī)冷卻系統(tǒng)中，液體冷卻劑被泵入到環(huán)繞氣缸蓋的冷卻劑套(水套)中，在此處液體冷卻劑開始受熱。當(dāng)受熱的冷卻劑離開發(fā)動機時，其通過熱交換器——諸如裝配有風(fēng)扇的散熱器，該熱交換器冷卻冷卻劑。然后，冷卻的冷卻劑再循環(huán)回到發(fā)動機中。冷卻劑套通常鑄造在氣缸體中，以使冷卻劑通道與氣缸體成一體，這造成了設(shè)計上的復(fù)雜性和相關(guān)聯(lián)的制造成本。
[0007]近年來，對內(nèi)燃發(fā)動機技術(shù)的研發(fā)已集中在降低燃料消耗和廢氣排放上。然而，這類研發(fā)可能導(dǎo)致發(fā)動機的熱效率降低。已提出許多改進的冷卻和排氣熱量回收系統(tǒng)，以減少冷卻損失并利用廢熱提供額外的動力。一些這樣的系統(tǒng)使用兩(或雙)相冷卻(也被稱為蒸發(fā)冷卻)，其示例在US-B-5199387和EP-A-0579553中描述。
[0008]在這樣的兩相冷卻系統(tǒng)中，冷卻劑以兩相一即，液相和汽相一存在于發(fā)動機中。冷卻劑在發(fā)動機預(yù)熱期間處于液相，并由發(fā)動機加熱至沸點。冷卻劑在該沸點形成蒸汽，所形成的冷卻劑液體與冷卻劑蒸汽分離，其中所述蒸汽在以液相返回到發(fā)動機之前被引導(dǎo)至冷凝器用以冷凝。
[0009]還很明顯的是，可以優(yōu)化熱能回收的方式來使用分開的相，和冷卻劑可作為兩個相的混合物返回至發(fā)動機。
[0010]這樣的冷卻系統(tǒng)可提供更快速的發(fā)動機預(yù)熱，減少冷卻劑質(zhì)量流量，并且因此減小冷卻劑系統(tǒng)和散熱器尺寸、減小冷卻劑泵功率并增加可用于熱能回收系統(tǒng)的廢能的量。
[0011]本發(fā)明涉及對當(dāng)前技術(shù)的進一步改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明因此提供構(gòu)造成位于發(fā)動機殼體的氣缸體中的冷卻劑輸送基體，所述基體包括歧管和自所述歧管延伸的多個管，所述基體構(gòu)造成環(huán)繞位于氣缸體中的至少一個氣缸設(shè)置，所述管具有至少一個孔，所述至少一個孔指向成將液體冷卻劑噴射在至少一個氣缸的壁上。
[0013]本發(fā)明還提供用于內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括:前述冷卻劑輸送基體；供給泵，其流體地連接以在壓力下將液體冷卻劑供應(yīng)至所述冷卻劑輸送基體；抽出泵，其適于將汽化的冷卻劑從所述發(fā)動機殼體中抽出；以及，冷凝器，其流體地連接至所述抽出泵的下游并流體地連接至所述供給泵的上游。
[0014]本發(fā)明還提供內(nèi)燃發(fā)動機，該內(nèi)燃發(fā)動機包括殼體，該殼體設(shè)置有位于氣缸體中的多個氣缸、附接至氣缸體的氣缸蓋，以及前述的冷卻系統(tǒng)；其中，冷卻劑輸送基體位于所述氣缸體中，所述孔指向成將液體冷卻劑噴射在所述氣缸體和所述氣缸蓋的部件上。
[0015]本發(fā)明還提供用于冷卻前述內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述方法包括以下步驟:在壓力下將液體冷卻劑供給至所述冷卻劑輸送基體；將液體冷卻劑的多股射流噴射到發(fā)動機的選定的部件上；將汽化的冷卻劑從發(fā)動機氣缸體中抽出；使汽化的冷卻劑冷凝成液體冷卻齊U ;以及，使經(jīng)冷凝的液體冷卻劑再循環(huán)至所述冷卻劑輸送基體。
[0016]本發(fā)明還提供用于制造前述內(nèi)燃發(fā)動機的方法，該方法包括以下步驟:制造冷卻劑輸送基體；制造氣缸體和氣缸；將冷卻劑輸送基體設(shè)置在氣缸體內(nèi)，使得所述孔指向成將液體冷卻劑噴射在氣缸體和氣缸蓋的部件上；以及，將氣缸蓋附接至氣缸體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是內(nèi)燃發(fā)動機的示例性實施例的示意圖；
[0018]圖2是用于諸如在圖1中示出的內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖3是圖1的內(nèi)燃發(fā)動機的氣缸體的透視圖，其中除去了氣缸體壁的前部和氣缸蓋用以示出冷卻劑輸送基體；
[0020]圖4是圖3的氣缸體的平面圖，其中已除去氣缸蓋；
[0021]圖5是經(jīng)圖3的冷卻劑輸送基體的管的正視截面立面圖；
[0022]圖6是冷卻劑輸送基體到氣缸體的連接的正視截面立面圖；
[0023]圖7是示出從下面的氣缸體進入到氣缸蓋中的供給的平面圖，示出了用于冷卻劑的目標(biāo)點；和
[0024]圖8是經(jīng)氣缸體和氣缸蓋的上部部分的正視截面立面圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明涉及適于提供用于內(nèi)燃發(fā)動機的兩相(蒸汽)冷卻系統(tǒng)的基體，在該內(nèi)燃發(fā)動機中朝向氣缸體和氣缸蓋中的熱點噴射液體冷卻劑。液體冷卻劑在接觸熱的發(fā)動機部件時汽化，并且所產(chǎn)生的冷卻劑蒸汽自氣缸體和氣缸蓋抽出用于冷凝和回收利用。基體可獨立于發(fā)動機的氣缸體和氣缸蓋單獨制造，并且在發(fā)動機的制造期間插到發(fā)動機氣缸體中。
[0026]參照圖1，示出了示例性的內(nèi)燃發(fā)動機10的簡化示意圖。發(fā)動機10典型地包括發(fā)動機殼體11，該殼體中設(shè)置有多個氣缸12，每個氣缸中均安裝有活塞13?；钊?3能夠在氣缸12中以往復(fù)方式運動。燃料噴射器14設(shè)置成至少部分地延伸到各氣缸12中，并且可操作以將燃料直接噴射到氣缸12中、位于活塞13前面。隨著活塞13朝向噴射器14移動，所述活塞壓縮燃料，這將燃料點燃并且推動活塞13以相反方向后退。每個活塞13可借助于活塞桿16聯(lián)接至曲軸15，以使曲軸15能夠隨著活塞13在氣缸12中往復(fù)運動而轉(zhuǎn)動?？赏ㄟ^高壓泵17提供燃料，該高壓泵將加壓燃料供應(yīng)至加壓燃料源一諸如共軌18—該加壓燃料源進而流體地連接以將燃料供應(yīng)至燃料噴射器14。
[0027]同樣參照圖2，可借助于空氣進氣管道19將空氣供應(yīng)至發(fā)動機10。空氣進氣管道19可連接至進氣歧管20，該進氣歧管將空氣經(jīng)由進氣口(未示出)分配至氣缸12，用于燃燒過程。發(fā)動機10還可包括一個或多個排氣通道21，所述排氣通道自發(fā)動機殼體11中的排氣口(未示出)延伸，用于引導(dǎo)排氣離開氣缸12。排氣通道21可將排氣氣體經(jīng)由排氣管道22供應(yīng)至高壓渦輪增壓器23。其中設(shè)置有高壓渦輪增壓器23的排氣管道22可連接至排氣系統(tǒng)以提供排氣氣體流。
[0028]圖2是用于諸如圖1中示出的內(nèi)燃發(fā)動機10的冷卻系統(tǒng)24的一個實施例的示意圖。應(yīng)當(dāng)理解的是，除了本文所示出的內(nèi)燃發(fā)動機之外，冷卻系統(tǒng)24還適于與各種其它設(shè)計類型的內(nèi)燃發(fā)動機一起使用。
[0029]參照圖3至圖8，借助于在室溫下呈液體形式的冷卻劑41來冷卻發(fā)動機10。一種適當(dāng)?shù)睦鋮s劑41可基本上是水基的、可能具有一些占冷卻劑41小部分的防腐添加劑。冷卻劑41被供應(yīng)至氣缸體25中，氣缸12設(shè)置在該氣缸體中。氣缸蓋31可通過旋擰到氣缸體25的凸起部26 (參見圖3和圖4)中的多個螺釘而附接至氣缸體25。氣缸體25可具有開放式結(jié)構(gòu)(open deck)設(shè)計,具有位于氣缸蓋31和氣缸體25之間以密封所述氣缸蓋與所述氣缸體之間的接合的氣缸蓋墊32。在開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計中，氣缸12與氣缸體25的外壁分離。氣缸蓋31和氣缸體25可包括三個結(jié)構(gòu)，S卩，頂部結(jié)構(gòu)(未示出)、中部-結(jié)構(gòu)33和防火結(jié)構(gòu)34 (參見圖8)。防火結(jié)構(gòu)34基本上覆在氣缸體25上。
[0030]燃料噴射器14可穿過氣缸蓋31的防火結(jié)構(gòu)34中的孔45、46。在燃料噴射器14穿過防火結(jié)構(gòu)34之處，可以在燃料噴射器14與孔46之間形成密封。然而，在燃料噴射器14穿過中部-結(jié)構(gòu)33之處，在燃料噴射器14與中部-結(jié)構(gòu)33之間留有間隙。
[0031]通過冷卻劑輸送基體27將冷卻劑41分配在氣缸體25內(nèi)。冷卻劑輸送基體27設(shè)計成在壓力下將液體冷卻劑41的射流導(dǎo)引至發(fā)動機熱點——諸如氣缸12的壁和/或氣缸蓋31的防火結(jié)構(gòu)34的區(qū)域?；w27由可圍繞位于氣缸體25內(nèi)的氣缸12的歧管28以及可自歧管28延伸的多個管29形成。可限制管29的數(shù)量以優(yōu)化對發(fā)動機壓力的作用。在基體27中的管29的數(shù)量越多，則整個發(fā)動機10中的冷卻劑壓降越大。然而，較低的壓力可能意味著將不利地影響冷卻劑41的“噴射”強度。基體27還可以具有與所示出的設(shè)計不同的、能夠使冷卻劑41被輸送至期望位置的設(shè)計。在一個實施例中，基體27是鑄件，但其也可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧稀⒁匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞街圃於伞?br> [0032]管29可具有自管的內(nèi)腔延伸貫穿管的側(cè)壁的至少一個孔30，該至少一個孔能夠?qū)⒁后w冷卻劑41的加壓射流或噴射流導(dǎo)引到包圍氣缸12的氣缸體25中和/或?qū)б翚飧?2的壁。盡管需要設(shè)置足夠數(shù)量的孔30以形成冷卻劑41的有效噴射，但是可將孔30的數(shù)量限制成使得不會不利地影響冷卻劑壓力。歧管28也可具有一個或多個孔30，以幫助液體冷卻劑41分配到氣缸壁或其它發(fā)動機熱點上。
[0033]氣缸蓋31的防火結(jié)構(gòu)34可設(shè)置有多個復(fù)合角度孔口 35，所述孔口中的每一個均可與管29中的一個的內(nèi)腔配合作用。
[0034]液體冷卻劑儲存器43可位于氣缸體25中，其可包括油冷卻器44，該油冷卻器用于在液體冷卻劑41經(jīng)由適當(dāng)?shù)墓艿?5 (參見圖6)進入基體27之前冷卻該液體冷卻劑。
[0035]冷卻劑蒸汽管道36可流體地連接至氣缸蓋31，并且抽出泵37可設(shè)置在管道36中。水泵/抽出泵37的下游可以是冷凝器38?；亓鞅?供給泵39可設(shè)置在回流管道40中，該回流管道可從冷凝器38延伸至位于氣缸體25中的冷卻劑輸送基體27的歧管28。
[0036]冷卻劑輸送基體27可獨立于氣缸體25和氣缸蓋31制造，并且可以在發(fā)動機10制造期間插入到氣缸體25中。
[0037]工業(yè)適用性
[0038]當(dāng)發(fā)動機10冷啟動時，冷卻系統(tǒng)24中的冷卻劑41處于液相，并且在發(fā)動機預(yù)熱期間保持處于液相。發(fā)動機10運轉(zhuǎn)的同時，泵37、39工作以維持液體冷卻劑41持續(xù)流動至氣缸體25。液體冷卻劑41被泵送到位于氣缸體25中的冷卻劑輸送基體27的歧管28中，環(huán)繞歧管28循環(huán)，并進入管29中。一些液體冷卻劑41從歧管28中的和/或管29中的孔30中噴射出來(如圖4中的虛線箭頭所示)，所述孔的角度使得射流噴射在氣缸12的壁上。在發(fā)動機10已變熱時，氣缸12的壁將會具有使液體冷卻劑41在接觸時汽化以形成冷卻劑蒸汽42的溫度，蒸發(fā)過程起到冷卻氣缸12的壁的作用。
[0039]同時，液體冷卻劑41的射流還可通過防火結(jié)構(gòu)34中的多個孔口 35。這些孔口是成角度的(傾斜的)，用以朝向中部結(jié)構(gòu)33和排氣通道21的底面引導(dǎo)冷卻劑41流(如圖8中的直箭頭所示)，所述中部結(jié)構(gòu)和排氣通道的底面是已知的發(fā)動機10熱點。一些液體冷卻劑41在與中部結(jié)構(gòu)33和排氣通道21接觸時便汽化，而一些液體冷卻劑41向下噴射到防火結(jié)構(gòu)34上，在該防火結(jié)構(gòu)上發(fā)生另外的汽化。液體冷卻劑41以發(fā)動機10中的已知熱點為目標(biāo)，所述已知熱點可以是閥與(進氣/排氣)口之間的小間隙。
[0040]冷卻劑蒸汽42由于泵37所形成的抽吸力而被從氣缸體25和氣缸蓋31中抽出。一些冷卻劑蒸汽42(在圖8中以卷曲箭頭示出)經(jīng)由環(huán)繞燃料噴射器14的間隙進入到氣缸蓋31的上部部分中，所述冷卻劑蒸汽自該上部部分進入到冷卻劑蒸汽管道36中。來自下方的防火結(jié)構(gòu)34的冷卻劑蒸汽42自另一聚集點進入到冷卻劑蒸汽管道36中。然后，冷卻劑蒸汽42被引導(dǎo)通過冷凝器38并冷凝至液相，以形成液體冷卻劑41。液體冷卻劑41借助于回流泵39再循環(huán)回到氣缸體25，在此處重復(fù)前面提到的過程。
[0041]冷卻系統(tǒng)10因此提供了將液體冷卻劑41的射流或噴射流引入到氣缸體25和氣缸蓋31中的連續(xù)過程。將這些射流或噴射流引導(dǎo)至所述氣缸體和氣缸蓋中的已知熱點，并且抽出由此產(chǎn)生的冷卻劑蒸汽42。針對特定的冷卻要求，被噴射的冷卻劑液體41可特別地以發(fā)動機的某些區(qū)域為目標(biāo)。[0042]因為冷卻劑輸送基體27可獨立于發(fā)動機10單獨制造，所以這可以降低制造成本和復(fù)雜性。
【權(quán)利要求】
1.一種構(gòu)造成位于發(fā)動機殼體的氣缸體內(nèi)的冷卻劑輸送基體,所述基體包括歧管以及自所述歧管延伸的多個管，所述基體構(gòu)造成環(huán)繞位于所述氣缸體中的至少一個氣缸設(shè)置，所述管具有至少一個孔，所述至少一個孔指向成將液體冷卻劑噴射在所述至少一個氣缸的壁上。
2.一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括: 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的冷卻劑輸送基體； 供給泵，其流體地連接以在壓力下將液體冷卻劑供給至所述冷卻劑輸送基體； 抽出泵，其適于將已汽化的冷卻劑從所述發(fā)動機殼體中抽出；和 冷凝器，其流體地連接至所述抽出泵的下游并流體地連接至所述供給泵的上游。
3.一種包括殼體的內(nèi)燃發(fā)動機，所述殼體設(shè)置有位于氣缸體中的多個氣缸、附接至所述氣缸體的氣缸蓋和根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng),其中，所述冷卻劑輸送基體位于所述氣缸體中，所述孔指向成將液體冷卻劑噴射在所述氣缸體和所述氣缸蓋的部件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于，所述的管和/或歧管孔指向所述氣缸的壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于，所述氣缸蓋包括防火結(jié)構(gòu)，在該防火結(jié)構(gòu)中設(shè)置有多個孔口，所述多個孔口與所述管的開口端配合作用以提供用于將液體冷卻劑噴射到所述氣缸蓋中的通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于，所述的防火結(jié)構(gòu)孔口指向所述氣缸體的中部結(jié)構(gòu)和/或指向自所述氣缸蓋延伸的排氣管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃發(fā)動機，其特征在于，該內(nèi)燃發(fā)動機還包括設(shè)置成將燃料噴射到所述氣缸中的多個燃料噴射器，其中，所述燃料噴射器中的每一個都延伸穿過位于所述中部結(jié)構(gòu)中的孔并且在該燃料噴射器與所述中部結(jié)構(gòu)之間具有間隙，所述間隙為汽化的冷卻劑提供進入到所述氣缸蓋的上部部分中的通道。
8.一種用于冷卻根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述的內(nèi)燃發(fā)動機的方法，所述方法包括以下步驟: 在壓力下將液體冷卻劑供給至所述冷卻劑輸送基體； 將液體冷卻液的多股射流噴射到所述發(fā)動機的選定的部件上； 將汽化的冷卻劑從所述發(fā)動機氣缸體中抽出； 使所述汽化的冷卻劑冷凝成液體冷卻劑；以及 使經(jīng)冷凝的液體冷卻劑再循環(huán)至所述冷卻劑輸送基體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)燃發(fā)動機包括位于氣缸體中的多個氣缸以及附接至所述氣缸體的氣缸蓋，將液體冷卻劑的所述多股射流噴射到所述氣缸體和所述氣缸蓋的部件上。
10.一種用于制造權(quán)利要求8或9的內(nèi)燃發(fā)動機的方法，該方法包括以下步驟: 制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻劑輸送基體； 制造所述氣缸體和氣缸； 將所述冷卻劑輸送基體設(shè)置在所述氣缸體內(nèi)，使得所述孔指向成將液體冷卻劑噴射在所述氣缸體和/或所述氣缸蓋的部件上；和將所述氣缸蓋附接至所述氣缸體。
【文檔編號】F01P9/02GK104040135SQ201280052530
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月25日
【發(fā)明者】A·M·威廉姆斯, R·M·邁克達威, A·德里斯, J·伍特斯普恩 申請人:珀金斯發(fā)動機有限公司