各個(gè)實(shí)施例涉及用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻夾套和冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有用于冷卻和潤滑的相關(guān)聯(lián)的流體系統(tǒng)。通常，流體夾套或通道一體地形成在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體(或曲軸箱)和/或汽缸蓋內(nèi)。夾套和通道的形狀可取決于用于形成它們的制造方法或受用于形成它們的制造方法的限制。

例如，就傳統(tǒng)壓鑄工藝和開頂式汽缸體(open deck cylinder block)而言，可使用具有以連體構(gòu)造連接的內(nèi)孔的獨(dú)立汽缸套和圍繞汽缸套的冷卻夾套來形成汽缸體。冷卻夾套通常具有光滑的輪廓，并且其深度有限，以適于安裝在缸蓋螺栓柱和缸孔壁之間。冷卻夾套的拔模角是均勻且連續(xù)的以允許鑄造后模具開啟。此拔模角和制造工藝不允許夾套具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)以在冷卻劑流動(dòng)通過夾套時(shí)產(chǎn)生使冷卻劑混合的流動(dòng)動(dòng)力學(xué)。此外，該鑄造工藝通常不允許形成缸孔間冷卻通道及類似物，而這些通道通常是在鑄造后利用諸如鉆孔的機(jī)加工工藝形成的。

在另一示例中，在傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝中，汽缸體可以形成有敞開式平臺(tái)(open deck)或閉合式平臺(tái)(closed deck)。因?yàn)樯靶涂赡苄枰哂幸欢ǖ淖钚『穸纫越?jīng)歷鑄造工藝，所以砂型鑄造工藝可能會(huì)限制流體夾套的形狀。砂型鑄造也可能限制汽缸和缸蓋螺栓柱周圍的平臺(tái)面的布置。例如，如果缸孔間橋接部(interbore bridge)少于十二毫米，則砂鑄缸孔間冷卻通道將不能夠被封裝在空間內(nèi)。

所述的制造工藝以及由此產(chǎn)生的流體夾套結(jié)構(gòu)可限制流動(dòng)特性的控制、對(duì)熱傳遞的控制以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的控制。例如，冷卻夾套可限制對(duì)汽缸壁、缸孔壁或缸套的溫度和熱梯度的控制。

使用具有一連續(xù)形狀的單葉片(mono blade)通過壓鑄而形成的流體夾套產(chǎn)生可能不允許減小的體積和下述特征的水套，該特征既不允許流體沿分層并行路徑流動(dòng)，也不允許實(shí)現(xiàn)均勻的缸孔壁溫度。這也可以是針對(duì)砂鑄產(chǎn)生的水套而言的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有汽缸體，所述汽缸體具有平臺(tái)面和帶有汽缸軸線的汽缸套。汽缸體限定了圍繞汽缸套的第一流體夾套、圍繞汽缸套的第二流體夾套以及圍繞汽缸套的第三流體夾套。第一流體夾套、第二流體夾套和第三流體夾套彼此流體地獨(dú)立并沿汽缸軸線彼此間隔開。

在另一實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置有汽缸體，所述汽缸體具有平臺(tái)面、沿汽缸軸線延伸的第一汽缸套和鄰近于第一汽缸套的第二汽缸套。汽缸體限定了與第一汽缸套和第二汽缸套相關(guān)聯(lián)的第一流體夾套以及與第一汽缸套和第二汽缸套相關(guān)聯(lián)的第二流體夾套。第一流體夾套和第二流體夾套彼此流體地獨(dú)立并沿汽缸軸線彼此間隔開。

在又一實(shí)施例中，提供了一種形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的方法。形成鑲塊組，每個(gè)鑲塊在金屬外殼中涂覆有丟棄公模材料。丟棄公模材料被配置為提供流體夾套。每個(gè)鑲塊具有被構(gòu)造為提供入口通道的第一構(gòu)件、被構(gòu)造為提供出口通道的第二構(gòu)件以及在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間延伸并被構(gòu)造為提供缸套冷卻通道的多個(gè)圓筒形構(gòu)件。將多個(gè)汽缸套彼此鄰近地定位在鑄造工具上。將鑲塊組堆疊在所述多個(gè)汽缸套周圍，每個(gè)鑲塊與鄰近的鑲塊間隔開。每個(gè)鑲塊的每個(gè)圓筒形構(gòu)件被定位在各個(gè)汽缸套的周圍，所述汽缸套定位在每個(gè)鑲塊的第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間。在多個(gè)汽缸套和鑲塊組周圍鑄造發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。將丟棄公模材料從鑄造的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體移除以形成流體夾套。

本公開的各個(gè)實(shí)施例具有關(guān)聯(lián)的非限制性的優(yōu)點(diǎn)。例如，一系列堆疊的流體夾套可圍繞汽缸套設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的熱傳遞特性。流體夾套提供流體或冷卻回路，所述流體或冷卻回路在熱與夾套中周圍大量的冷卻劑混合時(shí)將熱從缸孔或缸套壁帶走。所述夾套提供沿汽缸壁長度分層或堆疊的分開的冷卻劑回路，以提供對(duì)熱傳遞和缸孔壁溫度的增強(qiáng)的控制?？梢钥刂泼總€(gè)夾套中的流體的速度和/或流量，以與汽缸中的燃燒事件所產(chǎn)生的熱能和排熱率相符。流經(jīng)缸體的冷卻劑具有利用橫向流動(dòng)策略的平行流動(dòng)設(shè)計(jì)布局，以對(duì)汽缸壁表面提供受控的基本均勻的溫度。通過提供均勻的汽缸壁或汽缸套溫度，可以減少諸如從缸孔間橋接部到缸孔底部的不均勻溫度造成的動(dòng)態(tài)缸孔變形。此外，可以獨(dú)立地控制通過每個(gè)夾套和冷卻回路的流體的速度。通過在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬蓨A套，夾套的形狀可被控制，并提供減小的水套體積，以在允許均勻的缸孔壁溫度的同時(shí)增加系統(tǒng)的熱能質(zhì)量流量。發(fā)動(dòng)機(jī)及其相關(guān)的系統(tǒng)性能隨著均勻或基本均勻的缸孔壁溫度而提高，這可以從正常駕駛循環(huán)期間減少的燃料消耗和減少的發(fā)動(dòng)機(jī)排放兩者看出。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖；

圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的用于形成圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的公模鑲塊和缸套的透視圖；

圖3示出了用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的且使用圖2的鑲塊形成的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的剖視圖；

圖4示出了圖2的公模鑲塊和缸套的另一剖視圖；

圖5示出了圖2的公模鑲塊和缸套的又一剖視圖；

圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的形成圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法的流程圖。

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，所公開的實(shí)施例僅是示例性的，并且可以以各種和替代的形式實(shí)施。附圖不一定按比例繪制；一些特征可被夸大或最小化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)被解釋為限制，而僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式利用本公開的代表性基礎(chǔ)。

圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)20的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)20具有多個(gè)汽缸22，圖中示出了一個(gè)汽缸。在一個(gè)示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20為直列式四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，而在其他示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20具有其他布置和其他數(shù)量的汽缸。在一個(gè)示例中，汽缸可被布置為連體構(gòu)造。汽缸體可具有敞開式平臺(tái)、半敞開式平臺(tái)或者閉合式平臺(tái)的構(gòu)造。發(fā)動(dòng)機(jī)20的汽缸體和汽缸蓋可由鋁、鋁合金或其他金屬鑄造而成。在另一示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20的汽缸體和/或汽缸蓋可由包括纖維增強(qiáng)樹脂的復(fù)合材料以及其它合適的材料鑄造或模制而成。

發(fā)動(dòng)機(jī)20具有與各個(gè)汽缸22相關(guān)聯(lián)的燃燒室24。汽缸22由汽缸壁32和活塞34形成。汽缸壁32可以由汽缸套33形成，并且汽缸套可以具有與汽缸體不同的材料或者與汽缸體相同的材料。在一個(gè)示例中，缸套33是鐵質(zhì)材料，而發(fā)動(dòng)機(jī)20缸體的其余部分和缸蓋一般被供以鋁、鋁合金或復(fù)合材料。

活塞34被連接到曲軸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到燃燒室24的流動(dòng)。排氣門44控制從燃燒室24到排氣歧管40的流動(dòng)。進(jìn)氣門42和排氣門44可以以本領(lǐng)域已知的各種方式操作以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

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)為直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)20可以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，其被控制為以火花的形式提供能量而點(diǎn)燃燃燒室24中的燃料空氣混合物。在其它實(shí)施例中，可使用其它的燃料輸送系統(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包括控制器和被配置為將信號(hào)提供給控制器用以控制輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料、點(diǎn)火正時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率和扭矩等的各種傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器可包括但不限于排氣歧管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、用于曲軸位置的發(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)車輛或啟動(dòng)-停止車輛)中唯一的原動(dòng)機(jī)。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可用于混合動(dòng)力車輛，在混合動(dòng)力車輛中，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)汽缸22可在包括進(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)下工作。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可在二沖程循環(huán)下工作。在其它示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20可工作為二沖程循環(huán)。在進(jìn)氣沖程期間，進(jìn)氣門42打開且排氣門44關(guān)閉，同時(shí)活塞34從汽缸22的頂部移動(dòng)到汽缸22的底部，以將空氣從進(jìn)氣歧管引入到燃燒室?；钊?4在汽缸22的頂部的位置通常被稱為上止點(diǎn)(TDC)?；钊?4在汽缸的底部的位置通常被稱為下止點(diǎn)(BDC)。

在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門42和排氣門44關(guān)閉?；钊?4從汽缸22的底部朝著頂部移動(dòng)以壓縮燃燒室24內(nèi)的空氣。

然后燃料被引入到燃燒室24中并被點(diǎn)燃。在示出的發(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被點(diǎn)燃。在其它示例中，可以使用壓縮點(diǎn)火將燃料點(diǎn)燃。

在膨脹沖程期間，燃燒室24中被點(diǎn)燃的燃料空氣混合物膨脹，從而使活塞34從汽缸22的頂部移動(dòng)到汽缸22的底部?；钊?4的運(yùn)動(dòng)使曲軸36產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，并使發(fā)動(dòng)機(jī)20輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩。

在排氣沖程期間，進(jìn)氣門42保持關(guān)閉，排氣門44打開?；钊?4從汽缸22的底部移動(dòng)到汽缸22的頂部，以通過減小燃燒室24的體積而將廢氣和燃燒產(chǎn)物從燃燒室24中除去。廢氣從燃燒汽缸22流動(dòng)至排氣歧管40和后處理系統(tǒng)(諸如催化轉(zhuǎn)化器)。

對(duì)于各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)沖程，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)可改變。

發(fā)動(dòng)機(jī)20具有連接到汽缸體62或曲軸箱的汽缸蓋60以形成汽缸22和燃燒室24。汽缸蓋密封墊64置于汽缸體62和汽缸蓋60之間以密封汽缸22。每個(gè)汽缸22沿各自的汽缸軸線66布置。對(duì)于具有直列布置的汽缸22的發(fā)動(dòng)機(jī)，汽缸22沿缸體的縱向軸線68布置。

發(fā)動(dòng)機(jī)20具有一個(gè)或更多個(gè)流體系統(tǒng)70。在示出的示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20具有缸體62中帶有相關(guān)聯(lián)的夾套的三個(gè)流體系統(tǒng)72、82、92，但是可以考慮任何數(shù)量的系統(tǒng)。系統(tǒng)或夾套72、82、92可以是彼此相同或基本上相似的，或者可以形成有不同的形狀和通道。系統(tǒng)72、82、92可以彼此分開，使得它們是獨(dú)立的系統(tǒng)，并且彼此流體獨(dú)立。在進(jìn)一步的示例中，系統(tǒng)72、82、92可各自包含不同的流體。需要注意的是，在本公開中，流體可以指液相、蒸汽相或氣相；所述流體可以包括冷卻劑和/或潤滑劑，包括水、油和空氣。在其它示例中，系統(tǒng)72、82、92中的兩個(gè)或兩個(gè)以上可流體地連接；然而，可以使用諸如閥等的各種特征分別控制通過發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中的每個(gè)夾套的流動(dòng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)20具有可與汽缸體62和/或汽缸蓋60至少部分地集成的第一流體系統(tǒng)72。流體系統(tǒng)72在缸體62中具有夾套，并且可以用作冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等。在示出的示例中，流體系統(tǒng)72是冷卻夾套并被設(shè)置為從發(fā)動(dòng)機(jī)20移除熱。從發(fā)動(dòng)機(jī)20移除的熱的量可以由冷卻系統(tǒng)控制器或發(fā)動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行控制。流體系統(tǒng)72具有可包含水、其它冷卻劑或潤滑劑作為工作流體的一個(gè)或更多個(gè)流體夾套或回路。在本示例中，第一流體系統(tǒng)72包含水或水基冷卻劑。流體系統(tǒng)72具有一個(gè)或更多個(gè)泵74以及諸如散熱器的熱交換器76。泵74可(例如通過連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸)被機(jī)械地驅(qū)動(dòng)或者可被電驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)72還可以包括閥、節(jié)溫器等(未示出)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間控制系統(tǒng)72內(nèi)的流體的流動(dòng)或壓力或者引導(dǎo)流體。

發(fā)動(dòng)機(jī)20具有可與汽缸體62和/或汽缸蓋60至少部分地集成的第二流體系統(tǒng)82。流體系統(tǒng)82在缸體62中具有夾套，并且可以用作冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等。在示出的示例中，流體系統(tǒng)82是冷卻夾套并被設(shè)置為從發(fā)動(dòng)機(jī)20移除熱。從發(fā)動(dòng)機(jī)20移除的熱的量可以由冷卻系統(tǒng)控制器或發(fā)動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行控制。流體系統(tǒng)82具有可包含水、其它冷卻劑或潤滑劑作為工作流體的一個(gè)或更多個(gè)流體回路。在本示例中，第二流體系統(tǒng)82包含空氣或其它冷卻劑。流體系統(tǒng)82具有一個(gè)或更多個(gè)泵84以及熱交換器86或者外部空氣入口。泵84可以是壓縮機(jī)或者風(fēng)扇，并可(例如通過連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸)被機(jī)械地驅(qū)動(dòng)或者可被電驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)82還可以包括閥(未示出)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間控制系統(tǒng)82內(nèi)的流體的流動(dòng)或壓力或者引導(dǎo)流體。

發(fā)動(dòng)機(jī)20具有可與汽缸體62和/或汽缸蓋60至少部分地集成的第三流體系統(tǒng)92。流體系統(tǒng)92在缸體62中具有夾套，并且可以用作冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等。在示出的示例中，流體系統(tǒng)92是潤滑夾套并被設(shè)置為從發(fā)動(dòng)機(jī)20移除熱和/或在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)操作期間對(duì)潤滑劑進(jìn)行加熱。系統(tǒng)92可以由系統(tǒng)控制器或發(fā)動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行控制。流體系統(tǒng)92具有可包含水、其它冷卻劑或潤滑劑作為工作流體的一個(gè)或更多個(gè)流體回路。在本示例中，第三流體系統(tǒng)92包含潤滑劑，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)油。流體系統(tǒng)92具有一個(gè)或更多個(gè)泵94以及熱交換器96。泵94可(例如通過連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸)被機(jī)械地驅(qū)動(dòng)或者可被電驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)92還可以包括閥(未示出)，以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間控制系統(tǒng)92內(nèi)的流體的流動(dòng)或壓力或者引導(dǎo)流體。系統(tǒng)92還可包括各種通道以將潤滑劑提供給發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)組件用于潤滑。

如下文所述，流體系統(tǒng)和夾套70中的各個(gè)部分和通道可以與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和/或缸蓋一體地形成。流體系統(tǒng)70中的流體通道可位于汽缸體62內(nèi)并且可以鄰近于并至少部分地圍繞汽缸套33、汽缸22和燃燒室24。通過夾套72、82、92中的每個(gè)的流動(dòng)可被單獨(dú)和獨(dú)立地控制。在一個(gè)示例中，流動(dòng)可以被控制為特定的大致恒定的流量，該流量可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、流體的溫度和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行選擇。在另一示例中，流動(dòng)可以以“大量流入和大量流出(flood and dump)”策略進(jìn)行控制，在該策略中，流體流入缸體中的夾套中，總體上保持停滯在缸體中達(dá)特定的時(shí)間段，然后排出或離開缸體。該策略可以在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間使用以使?jié)櫥瑒┑臏囟壬咧疗洳僮鳒囟取?/p>

在一個(gè)示例中，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間，使用“大量流入和大量流出”策略來控制第三流體系統(tǒng)92以對(duì)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑劑進(jìn)行加熱。鄰近于燃燒室的上部最熱區(qū)域的第一流體系統(tǒng)72可以被控制為特定流量以防止熱點(diǎn)。第二流體系統(tǒng)82可以被控制為特定流量，或者可以不操作以允許發(fā)動(dòng)機(jī)20預(yù)熱。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)升溫，每個(gè)系統(tǒng)72、82、92中流體的流量可以基于流體溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)工況、環(huán)境狀況等而被獨(dú)立地控制以控制所述系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度。

圖2示出了用于形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體(諸如圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體62)的一組缸套100和丟棄公模鑲塊(lost core insert)102的透視圖。從圖中可以看出，缸套100被布置為直列四缸構(gòu)造，但是也可以考慮其它構(gòu)造。缸體可被鑄造、模制或以其他方式形成在缸套100和鑲塊102周圍。缸體的頂部由箭頭104指示，其與缸體的平臺(tái)面相關(guān)聯(lián)。箭頭106指示缸體的與平臺(tái)面?zhèn)?04相對(duì)的一側(cè)，其可與曲軸相關(guān)聯(lián)。平臺(tái)面104可以是閉合式平臺(tái)面、半閉合式平臺(tái)面或敞開式平臺(tái)面。在示出的示例中，缸體被配置為閉合式平臺(tái)面。

每個(gè)公模鑲塊102可通過丟棄公模或鹽公模材料108被外殼110包圍來形成。下文參照?qǐng)D6提供鑲塊102的其它細(xì)節(jié)以及形成缸體的方法。

鑲塊102中的一個(gè)圍繞缸套100形成引導(dǎo)來自相關(guān)聯(lián)的流體系統(tǒng)72的流體的第一流體夾套112。鑲塊102中的另一個(gè)圍繞缸套100形成引導(dǎo)來自相關(guān)聯(lián)的流體系統(tǒng)82的流體的第二流體夾套114。鑲塊102中的又一個(gè)圍繞缸套100形成引導(dǎo)來自相關(guān)聯(lián)的流體系統(tǒng)92的流體的第三流體夾套116。

從圖2中可以看出，夾套112、114、116沿汽缸軸線118彼此間隔開。在一個(gè)示例中，汽缸軸線118與圖1中的軸線66相對(duì)應(yīng)。鑲塊102和相應(yīng)的夾套112、114、116圍繞汽缸套100進(jìn)行堆疊。夾套112、114、116可彼此流體獨(dú)立。鑲塊102在圖2至圖5中被示出為基本上彼此相似；然而，基于熱傳遞要求和其他考慮，每個(gè)夾套112、114、116的形狀和尺寸可彼此不同。

從圖中可以看出，第一夾套112被定位為鄰近于缸體的平臺(tái)面104。第一夾套112被定位在平臺(tái)面和第二夾套114之間。第二夾套114被定位在第一夾套112和第三夾套116之間。一個(gè)夾套中的流動(dòng)可以平行于其他夾套中的流動(dòng)。

圖3示出了通過第一流體夾套112截取的剖視圖。圖3被示出為成品缸體62的剖視圖。缸體62具有排氣側(cè)120和進(jìn)氣側(cè)122。發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣側(cè)120是與排氣系統(tǒng)40相關(guān)聯(lián)的一側(cè)。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣側(cè)122是與進(jìn)氣系統(tǒng)38相關(guān)聯(lián)的一側(cè)。在其他實(shí)施例中，排氣側(cè)120和進(jìn)氣側(cè)122可以相對(duì)于流體夾套112以其他方式定向。流體夾套114、116提供有與圖3類似的剖視圖，下面關(guān)于夾套112的描述也適用于夾套114、116。

夾套112具有沿缸體的第一側(cè)(諸如排氣側(cè)120)縱向延伸的入口通道130。夾套112還具有沿缸體的相對(duì)的第二側(cè)(諸如進(jìn)氣側(cè)122)縱向延伸的出口通道132。夾套112具有圍繞缸套100的缸套冷卻通道134或者通道網(wǎng)。缸套冷卻通道134將入口通道130和出口通道132流體連接。夾套112被成形為橫跨缸體橫向流動(dòng)(cross flow)。

流體夾套112具有用于入口通道130的入口端口136。夾套112還具有用于出口通道132的出口端口138。在示出的示例中，入口端口136和出口端口138被設(shè)置在缸體的同一端面140上，但是也可以考慮其它構(gòu)造。

缸套冷卻通道134經(jīng)由一系列通道150被流體連接到入口通道130。每個(gè)通道150可被定位為鄰近于相應(yīng)的缸套100。如圖所示，每個(gè)通道150可沿鄰近缸套100的中心線被定位。在其他實(shí)施例中，通道150可相對(duì)于缸套100和缸套冷卻通道134偏移、成角度或以其他方式定位，以控制夾套中流體的流動(dòng)特性。

一系列通道中的每個(gè)通道150可具有相同的橫截面積，或可具有不同的橫截面積。在本示例中，通道150的橫截面積隨著所述通道進(jìn)一步位于入口通道130中的下游而增加。例如，鄰近于缸體的端面140的通道150的橫截面積可以是最小的，通道的橫截面積沿軸線68而增加，或在圖3中向右增加。這考慮了對(duì)到缸套冷卻通道134的各個(gè)區(qū)域的流體分配和流動(dòng)的控制。在一個(gè)示例中，系列通道中的每個(gè)通道150的橫截面積可被選擇為提供通過通道150和到達(dá)缸套100的大致相等的流量，或者可被選擇為將較高的流量提供到通常具有較高工作溫度的相關(guān)聯(lián)的汽缸(諸如中間的汽缸)，而將較低的流量提供到端部的汽缸。

缸套冷卻通道134經(jīng)由一系列通道152被流體連接到出口通道132。每個(gè)通道152可被定位為鄰近于相應(yīng)的缸套100。如圖所示，每個(gè)通道152可沿鄰近缸套100的中心線被定位。在一個(gè)示例中，通道152可以與通道150對(duì)齊。在其他實(shí)施例中，通道152可相對(duì)于缸套100、缸套冷卻通道134和通道150偏移、成角度或以其他方式定位，以控制夾套中流體的流動(dòng)特性。

一系列通道中的每個(gè)通道152可具有相同的橫截面積，或可具有不同的橫截面積。在本示例中，通道152的橫截面積隨著所述通道進(jìn)一步位于出口通道132中的下游而減小。例如，鄰近于缸體的端面140的通道152的橫截面積可以是最小的，通道的橫截面積沿軸線68而減小，或在圖3中向左減小。這考慮了對(duì)來自缸套冷卻通道134的流體分配和流動(dòng)的控制。在一個(gè)示例中，系列通道中的每個(gè)通道152的橫截面積可被選擇為提供通過通道的大致相等的流量，或者可被選擇為從通常具有較高工作溫度的相關(guān)聯(lián)的汽缸(諸如中間的汽缸)提供較高的流量，而從端部的汽缸提供較低的流量。

如箭頭所示，流體通過入口端口136進(jìn)入夾套，并沿著入口通道130流動(dòng)。然后，流體流過通道150并進(jìn)入缸套冷卻通道134。如箭頭所示，流體從缸套冷卻通道134流出，流過通道152，流到出口通道132和出口端口138。

在一個(gè)示例中，如圖3所示，缸套冷卻通道134被示出為單個(gè)集成的冷卻通道，所述通道形成圍繞一系列缸套100的網(wǎng)并被成形為提供流體混合以提高與缸套100和缸體的熱傳遞。缸套冷卻通道134具有第一彎曲部156，所述第一彎曲部156遵循缸套100的在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體一側(cè)(發(fā)動(dòng)機(jī)缸體基于延伸通過軸線68的平面分成兩側(cè))的外表面158或外周的形狀。本示例中的第一彎曲部設(shè)置在缸體的排氣側(cè)120。彎曲部156具有與每個(gè)缸套100相關(guān)聯(lián)的弧形區(qū)域160。相鄰缸套的弧形區(qū)域160鄰近于缸套100的缸孔間區(qū)域162彼此會(huì)合或相交。

缸套冷卻通道134具有第二彎曲部164，所述第二彎曲部164遵循缸套100的在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的基于延伸通過軸線68的平面的相對(duì)側(cè)的外表面158或外周的形狀。本示例中的第二彎曲部164設(shè)置在缸體的進(jìn)氣側(cè)122。彎曲部164具有與每個(gè)缸套100相關(guān)聯(lián)的弧形區(qū)域166。相鄰缸套的弧形區(qū)域166鄰近于缸套100的缸孔間區(qū)域162彼此會(huì)合或相交。

缸套冷卻通道134具有在相鄰缸套100之間延伸通過缸孔間區(qū)域162的一系列缸孔間通道168。缸孔間通道168流體地連接第一彎曲部156和第二彎曲部164。通道170可以設(shè)置在缸套冷卻通道的每端以連接第一彎曲部156和第二彎曲部164，在示出的示例中，通道170具有與缸孔間通道168基本上相近或相同的尺寸。

在另一示例中，缸套冷卻通道134是由多個(gè)圓筒形部分或通道提供的，并且這些圓筒形部分可重疊或相交以形成所述的缸孔間通道168。

缸孔間通道168和通道170可具有比第一彎曲部156和第二彎曲部164小的橫截面積，以適應(yīng)可用的封裝空間，并且還提供通過通道168、170的增加的流速以增加熱傳遞。

再次參照?qǐng)D2，每個(gè)流體夾套的入口通道彼此平行或基本平行。同樣，每個(gè)流體夾套的出口通道彼此平行或基本平行。封裝考慮因素等可能使所述通道相對(duì)于彼此而改變。

如圖所示，每個(gè)夾套112、114、116的缸套冷卻通道134可具有相同的體積或基本上相同的體積。在其它示例中，夾套112、114、116中的每個(gè)的缸套冷卻通道134的體積可例如基于期望的熱傳遞特性而彼此不同。

從圖中可以看出，夾套112、114、116與缸套100相關(guān)聯(lián)，并且沿著汽缸軸線66彼此間隔開。夾套112、114、116可以彼此流體獨(dú)立，使得來自一個(gè)夾套的流體不與來自另一夾套的流體混合，或者來自一個(gè)夾套的流體不行進(jìn)到另一夾套。從圖中可以看出，夾套112、114、116在缸體內(nèi)可不具有任何連接通道，使得它們保持獨(dú)立。

圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的過程或方法200。根據(jù)本公開的各個(gè)示例，方法200可包括比示出的步驟更多或更少的步驟，這些步驟可以以另一順序被重新排列，并且各個(gè)步驟可以串行地或同時(shí)執(zhí)行。

過程200始于步驟202，在步驟202處，形成或提供鑲塊102。圖2中參照與每個(gè)夾套112、114、116相關(guān)聯(lián)的鑲塊102示出了鑲塊的示例。在使用工具壓鑄或模制缸體之前形成鑲塊102。鑲塊102包括丟棄公模區(qū)域108。外殼110包圍或封裝丟棄公模108，使得外殼覆蓋丟棄公模108的外表面的至少一部分。外殼110可完全封裝丟棄公模108，或者可以覆蓋丟棄公模108的一部分。如果丟棄公模108的某個(gè)區(qū)域未被覆蓋，則在形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體期間它不與所注入的材料相互作用以防止破壞所述公模。丟棄公模108可以是鹽公模、砂公模、玻璃公模、泡沫公模或其它合適材料的丟棄公模。公模108通常按照各個(gè)流體夾套112、114、116的期望形狀和尺寸進(jìn)行設(shè)置。

為了形成鑲塊102，按照預(yù)定形狀和尺寸形成丟棄公模108。然后圍繞公模108設(shè)置外殼110。在一個(gè)示例中，在保持公模108的完整性的同時(shí)，使用壓鑄或鑄造工藝來形成外殼110。可按照鑲塊102的形狀設(shè)置模具、模子或工具。將公模108定位在模具內(nèi)，并且外殼110被鑄造或以其它方式形成在公模108周圍?？梢杂傻蛪鸿T造工藝通過將熔融金屬或其它材料注入模具中而形成外殼110。熔融金屬可在2-10psi之間、2-5psi之間的低壓或在其他相似的低壓范圍采用重力進(jìn)料進(jìn)行注入。用于形成外殼110的材料可以是與用于形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的材料相同的金屬或金屬合金，或者可以是與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的材料不同的材料。在一個(gè)示例中，外殼110由鋁或鋁合金形成，缸體由鋁、鋁合金、復(fù)合材料、聚合物等形成。通過在低壓下提供熔融金屬，丟棄公模108保持其期望形狀并被保持在外殼110內(nèi)。外殼110冷卻后，鑲塊102從工具中排出并可準(zhǔn)備使用。

在步驟202中形成鑲塊之后，在步驟204處，將用于各個(gè)夾套112、114、116的鑲塊102插入并定位在工具內(nèi)，并且移動(dòng)工具的各個(gè)模具、滑塊或其他部件以封閉工具而為注入或鑄造工藝作準(zhǔn)備。在一個(gè)示例中，汽缸套100被彼此鄰近地定位在工具上。一組鑲塊102圍繞缸套堆疊，每個(gè)鑲塊與鄰近的鑲塊間隔開。在一個(gè)示例中，所述工具被設(shè)置為用于諸如鋁或鋁合金的金屬的高壓壓鑄工藝的工具。在另一示例中，所述工具被設(shè)置為用于例如復(fù)合材料、聚合物材料、熱固性材料、熱塑性材料等的注射成型工藝的工具。

在鑲塊102和缸套100被定位并約束在工具中的情況下封閉工具后，在步驟206處，將材料注入或以其他方式提供到工具中以大體上形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。

在一個(gè)示例中，所述材料是諸如鋁、鋁合金的金屬或者是在高壓壓鑄工藝中作為熔融金屬被注入工具中的其它金屬。在高壓壓鑄工藝中，熔融金屬可在至少20000磅每平方英寸(psi)的壓力下被注入到工具中。熔融金屬可以在大于或小于20000psi(例如在15000-30000psi的范圍內(nèi))的壓力下被注入，并且可基于所使用的金屬或金屬合金、模腔的形狀和其他考慮因素選擇壓力。

熔融金屬流入工具中并與鑲塊102的外殼110接觸，并在鑲塊102周圍形成鑄件表層。鑲塊的外殼110可以被部分地熔化以與注入的金屬融合。在沒有外殼110的情況下，注入的熔融金屬可使丟棄公模108瓦解或變形。通過提供外殼110，公模108保持完好而用于后續(xù)處理以形成所述通道和夾套，并允許形成諸如缸孔間通道的小尺寸通道。

熔融金屬在工具中冷卻而形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，然后發(fā)動(dòng)機(jī)缸體作為半成品組件從工具中移除。

在另一示例中，所述材料是在注射成型或者其它模制或成型工藝中注入工具中的復(fù)合材料或聚合物材料。注射過程可在高壓下發(fā)生，并且作為過程的一部分所述工具可被加熱和/或冷卻以固化注入的材料。所述材料被注入并流入工具中并與鑲塊102的外殼110接觸。外殼110保護(hù)丟棄公模材料，防止其被注入的材料破壞、變形或改變。外殼110可在成型過程期間提供鄰近于注入的材料的表層。外殼110可另外設(shè)置有涂層或表面粗糙度以在注入的材料凝固時(shí)與其形成結(jié)合層。因?yàn)橥鈿?10具有較高的熱導(dǎo)率，所以它可以提高與復(fù)合缸體的熱傳遞。由于復(fù)合材料可具有可以另外吸走流體的多孔結(jié)構(gòu)或纖維，所以外殼110在用于復(fù)合缸體時(shí)還可以有助于流體容納(fluid containment)。

在步驟208處，將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體從工具中移除，然后進(jìn)行任何的精加工工作。步驟206中的工藝可以是近凈成形的鑄造或成型工藝，從而幾乎不需要進(jìn)行后處理工作。

在本示例中，從工具移除后鑲塊102保持在半成品組件中。鑄件表層包圍丟棄公模材料。鑄件表層可包含外殼110的至少一部分。所述組件的表面可(例如，通過銑削)被機(jī)加工以形成缸體的平臺(tái)面。

可以使用加壓流體(諸如高壓水射流或其它溶劑)移除丟棄公模。在其它示例中，可以使用本領(lǐng)域已知的其他技術(shù)移除丟棄公模108?；谠趬鸿T后處理或成型后處理中移除公模的能力，在本公開中丟棄公模108被稱為“丟棄公?！薄Ｓ捎谕鈿さ陌鼑?，本公開中的丟棄公模在壓鑄或成型工藝期間保持完好。移除公模108后，表層或外殼110為形成的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體提供所述的流體夾套的壁和形狀。

通過使用所述的鑲塊102的結(jié)構(gòu)，所述特征可精密準(zhǔn)確地設(shè)置在成品發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)，并控制復(fù)雜的幾何形狀以及小尺寸(即，毫米級(jí))。這允許形成難以定位位置的小尺寸通道(諸如缸孔間通道)。此外，使用鑲塊102允許堆疊的流體夾套結(jié)構(gòu)用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，這提供了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的更好的控制。在閉合式平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中，堆疊的夾套結(jié)構(gòu)還允許夾套通過缸體而保持封閉，并在缸體中彼此分開，這減少或消除了流體的交叉污染和泄漏問題。

本公開的各個(gè)實(shí)施例具有關(guān)聯(lián)的非限制性的優(yōu)點(diǎn)。例如，一系列堆疊的流體夾套可圍繞汽缸套設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的熱傳遞特性。流體夾套提供流體或冷卻回路，所述流體或冷卻回路在熱與夾套中周圍大量的冷卻劑混合時(shí)將熱從缸孔或缸套壁帶走。所述夾套提供沿汽缸壁長度分層或堆疊的分開的冷卻劑回路，以提供對(duì)熱傳遞和缸孔壁溫度的增強(qiáng)的控制?？梢钥刂泼總€(gè)夾套中的流體的速度和/或流量，以與汽缸中的燃燒事件所產(chǎn)生的熱能和排熱率相符。流經(jīng)缸體的冷卻劑具有利用橫向流動(dòng)策略的平行流動(dòng)設(shè)計(jì)布局，以對(duì)汽缸壁表面提供受控的基本均勻的溫度。通過提供均勻的汽缸壁或汽缸套溫度，可以減少諸如從缸孔間橋接部到缸孔底部的不均勻溫度造成的動(dòng)態(tài)缸孔變形。此外，可以獨(dú)立地控制通過每個(gè)夾套和冷卻回路的流體的速度。通過在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬蓨A套，夾套的形狀可被控制，并提供減小的水套體積，以在允許均勻的缸孔壁溫度的同時(shí)增加系統(tǒng)的熱能質(zhì)量流量。發(fā)動(dòng)機(jī)及其相關(guān)的系統(tǒng)性能隨著均勻或基本均勻的缸孔壁溫度而提高，這可以從正常駕駛循環(huán)期間減少的燃料消耗和減少的發(fā)動(dòng)機(jī)排放兩者看出。

雖然以上描述了示例性實(shí)施例，但并不意味著這些實(shí)施例描述了本發(fā)明的所有可能的形式。更確切地，說明書中使用的詞語是描述性詞語而不是限制性詞語，并且可以理解，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變。此外，各個(gè)實(shí)施的實(shí)施例的特征可以組合以形成本公開的進(jìn)一步的實(shí)施例。