發動機冷卻系統、發動機系統及車輛的製作方法
2024-04-12 17:01:05 1
1.本技術涉及車輛技術領域，具體涉及一種發動機冷卻系統、發動機系統及包括該發動機系統的車輛。
背景技術：
2.現有技術中，發動機在設計的過程中，通常是將進水口設置在第一缸，出水口設置在第四缸，並使冷卻液從第一缸流動至第四缸，以逐個冷卻各缸體及缸蓋，但是上述的這種冷卻方式，四個缸的總體冷卻均勻性較差。
技術實現要素：
3.為了克服上述現有技術存在的問題，本技術的主要目的在於提供一種能夠均勻冷卻各缸體及缸蓋的發動機冷卻系統。
4.為了實現上述目的，本技術具體採用以下技術方案：
5.本技術提供了一種發動機冷卻系統，所述發動機冷卻系統應用於發動機系統，所述發動機系統包括缸體和缸蓋，所述發動機冷卻系統包括氣缸冷卻迴路，所述氣缸冷卻迴路包括：
6.第一水套，所述第一水套設置於所述缸體的排氣側；
7.第二水套，所述第二水套設置於所述缸體的進氣側；
8.第三水套，，所述第三水套設置於所述缸蓋的排氣側，且所述第三水套與所述第一水套連接；
9.第四水套，所述第四水套設置於所述缸蓋的進氣側，且所述第四水套與所述第三水套及第二水套分別連接；
10.散熱器，所述散熱器的進水端與所述第二水套的出水端連接；
11.水泵，所述水泵的出水端與所述第一水套的進水端連接，所述水泵的進水端與所述散熱器的出水端連接，
12.在進行熱交換時，經所述散熱器冷卻後的冷卻液依次流經所述水泵、所述第一水套、所述第三水套、所述第四水套和所述第二水套後流回至所述散熱器內，使所述冷卻液與所述缸體、所述缸蓋進行熱交換。
13.在一些實施例中，所述氣缸冷卻迴路還包括節溫器，所述節溫器的出水端與所述水泵的進水端連接，所述節溫器的進水端與所述散熱器的出水端連接，所述第二水套的出水端與所述節溫器的進水端及所述散熱器的進水端分別連接。
14.在一些實施例中，所述發動機冷卻系統還包括進出水支座，所述進出水支座設置於所述缸體的排氣側，所述水泵和所述節溫器分別安裝於所述進出水支座。
15.在一些實施例中，所述發動機冷卻系統還包括暖風冷卻迴路，所述暖風冷卻迴路包括暖風機，所述暖風機的進水端與所述第四水套的出水端連接，所述暖風機的出水端與所述節溫器的進水端連接；
16.在進行熱交換時，由所述第四水套流出的冷卻液流經所述暖風機後流回所述節溫器，使所述冷卻液在所述暖風機中進行熱交換。
17.在一些實施例中，所述發動機冷卻系統還包括冷卻液排氣迴路，所述冷卻液排氣迴路包括膨脹箱，所述膨脹箱的進水端與所述第四水套連接，所述膨脹箱的出水端與所述節溫器進水端連接。
18.在一些實施例中，所述發動機冷卻系統還包括egr冷卻迴路，所述egr冷卻迴路包括egr冷卻器，所述egr冷卻器的進水端與所述水泵的出水端連接，所述egr冷卻器的出水端與所述節溫器的進水端連接；
19.在進行熱交換時，由所述水泵流出的冷卻液在所述egr冷卻器，中進行熱交換。
20.在一些實施例中，所述發動機冷卻系統還包括增壓器冷卻迴路，所述增壓器冷卻迴路包括增壓器中間體，所述增壓器中間體的進水端與所述水泵的出水端連接，所述增壓器中間體的出水端與所述節溫器及所述散熱器分別連接；
21.在進行熱交換時，由所述水泵流出的冷卻液流經增壓器中間體，使所述冷卻液與所述增壓器中間體進行熱交換。
22.在一些實施例中，所述發動機冷卻系統還包括機油冷卻迴路，所述機油冷卻迴路包括機油冷卻器，所述機油冷卻器安裝於所述進出水支座，且所述機油冷卻器的進水端與所述水泵的出水端連接，所述機油冷卻器的出水端與所述水泵的進水端連接；
23.在進行熱交換時，由所述水泵流出冷卻液在機油冷卻器中進行熱交換。
24.相應地，本技術還提供了一種發動系統，所述發動機系統包括缸體、缸蓋和如以上任一實施例所述的發動機冷卻系統，所述發動機冷卻系統用於冷卻所述缸體和所述缸蓋。
25.相應地，本技術還提供了一種車輛，所述車輛包括車身和如以上任一實施例所述的發動機系統，所述發動機系統設置於所述車身。
26.相比於現有技術，本技術的發動機冷卻系統包括第一水套、第二水套、第三水套、第四水套、散熱器和水泵，第一水套設置於缸體的排氣側，第二水套設置於缸體的進氣側，第三水套設置於缸蓋的排氣側，且第三水套與第一水套連接，第四水套設置於缸蓋的進氣側，且第四水套與第三水套及第二水套分別連接，散熱器的進水端與第二水套的出水端連接，水泵的出水端與第一水套的進水端連接，水泵的進水端與散熱器的出水端連接。在進行熱交換時，經散熱器冷卻後的冷卻液依次流經水泵、第一水套、第三水套、第四水套和第二水套後流回至散熱器內，使冷卻液與缸體、缸蓋進行熱交換。可見，本技術採用橫流式的冷卻方式，使冷卻液從氣缸的排氣側進入，先冷卻燃燒室，再冷卻缸蓋的排氣通道，最後流到氣缸的進氣側，從而有利於減小缸體進氣側、排氣側的溫差，且實現了冷卻液對各氣缸由排氣側到進氣側的獨立冷卻，使各氣缸的冷卻更加的均勻。
附圖說明
27.圖1為本技術實施例提供的發動機冷卻系統的結構示意圖。
28.圖2為本技術實施例提供的進出水支座的結構示意圖。
29.圖3為本技術實施例提供的進出水支座另一視角的結構示意圖。
30.圖4為本技術實施例提供的第一密封圈的結構示意圖。
31.圖5為本技術實施例提供的第二密封圈的結構示意圖。
32.圖6為本技術實施例提供的第三密封圈的結構示意圖。
33.圖7為本技術實施例提供的第四密封圈的結構示意圖。
34.圖8為本技術實施例提供的第五密封圈的結構示意圖。
35.圖9為本技術實施例提供的第六密封圈的結構示意圖。
36.圖10為本技術實施例提供的暖通出水管總成結構示意圖。
37.圖11為本技術實施例提供的暖通進水管總成結構示意圖。
38.圖12為本技術實施例提供的egr進水管總成結構示意圖。
39.附圖標識：
40.1、氣缸冷卻迴路；11、第一水套；12、第二水套；13、第三水套；14、第四水套；15、水泵；16、散熱器；17、節溫器；2、暖風冷卻迴路；21、暖風機；22、第一金屬管；23、第二金屬管；24、第一膠管；25、第二膠管；26、暖通出水管總成；27、暖通進水管總成；3、冷卻液排氣迴路；31、膨脹箱；32、第三膠管；33、第四膠管；4、egr冷卻迴路；41、egr冷卻器；42、第三金屬管；43、第五膠管；44、第六膠管；45、egr進水管總成；5、增壓器冷卻迴路；51、增壓器中間體；52、第七膠管；53、第八膠管；6、機油冷卻迴路；61、機油冷卻器；7、進出水支座；71、第一安裝面；711、第一進水口；712、第一出水口；713、第一進油口；714、第一出油口；715、安裝孔；72、第二安裝面；721、第二進水口；722、第二出水口；723、第二進油口；724、第二出油口；725、第四進水口；726、第四出水口；727、螺栓孔；73、第三安裝面；731、第三進水口；732、第三出水口；74、節溫器安裝孔；75、進水管接口；76、進水接管；77、出水接管；78、回水接頭；81、第一密封圈；82、第二密封圈；83、第三密封圈、84、第四密封圈；85、第五密封圈；86、第六密封圈；100、缸體；200、缸蓋。
具體實施方式
41.為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，並不用於限定本技術。
42.在本技術的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「第一」、「第二」僅用於描述的目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性；除非另有規定或說明，術語「多個」是指兩個或兩個以上，術語「多種」是指兩種或兩種以上；術語「連接」、「固定」等均應做廣義理解，例如，「連接」可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接，或電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本技術中的具體含義。
43.本說明書的描述中，需要理解的是，本技術實施例所描述的「上」、「下」等方位詞是以附圖所示的角度來進行描述的，不應理解為對本技術實施例的限定。此外，在上下文中，還需要理解的是，當提到一個元件連接在另一個元件「上」或者「下」時，其不僅能夠直接連接在另一個元件「上」或者「下」，也可以通過中間元件間接連接在另一個元件「上」或者「下」。
44.現有發動機在設計過程中，通常將冷卻系統的零件設置在發動機溫度相對較低的進氣側，以確保冷卻系統的零件不受發動機排氣高溫的影響。但是，將冷卻系統的零件設置在發動機的進氣側，會使發動機的進氣側設置相對擁擠，而發動機的排氣側相對簡單，造成
發動機結構不緊湊。此外，由於冷卻系統的零件遠離發動機的運動中心，會加劇發動機的振動，引起發動機的振動噪聲過大。因此，如何合理布置冷卻系統成為發動機設計的關鍵。
45.本技術的實施例公開了一種發動機冷卻系統，應用於發動機系統，發動機系統包括氣缸，氣缸是將壓縮氣體的壓力能轉換為機械能的氣動執行元件。其中，氣缸通常包括缸體和缸蓋，缸體設置有多個，多個缸體並排分布，缸蓋的數量與缸體的數量對應設置，且各缸蓋分別安裝在各缸體的上面，以從上部密封氣缸並構成燃燒室。該發動機冷卻系統包括氣缸冷卻迴路、暖風冷卻迴路、冷卻液排氣迴路、egr冷卻迴路、增壓器冷卻迴路和機油冷卻迴路。氣缸冷卻迴路主要用於對各燃燒室及缸蓋排氣通道進行冷卻，暖風冷卻迴路用於滿足暖風需求，冷卻液排氣迴路主要用於冷卻液排氣，egr冷卻迴路主要用於對egr(廢氣再循環)系統中的廢氣進行冷卻，增壓器冷卻迴路主要用於對增壓器中間體中的浮動軸承進行冷卻，機油冷卻迴路用於對發動機機油進行冷卻。
46.參照圖1所示，氣缸冷卻迴路1包括第一水套11、第二水套12、第三水套13、第四水套14、散熱器16、水泵15、節溫器17、排氣氣道下層水套和排氣歧管上層水套。第一水套11設置於缸體100的排氣側，第二水套12設置於缸體100的進氣側，第三水套13設置於缸蓋200的排氣側，且第三水套13與第一水套11連接，第四水套14設置於缸蓋200的進氣側，且第四水套14與第三水套13及第二水套12分別連接。排氣氣道下層水套和排氣歧管上層水套分別設置於缸蓋200。水泵15的出水端與第一水套11的進水端連接，水泵15的進水端與節溫器17的出水端連接，節溫器17的進水端與散熱器16的出水端連接，第二水套12的出水端與散熱器16的進水端及節溫器17的進水端分別連接。其中，水泵15為分體式電子水泵。
47.當冷卻液的溫度較高，需進行大循環熱交換時，經散熱器16冷卻後的冷卻液依次流經節溫器17、水泵15、第一水套11、第三水套13、第四水套14的第一部分、排氣氣道下層水套、排氣歧管上層水套、第四水套14的第二部分和第二水套12後流回至散熱器16內，使冷卻液與缸體100、缸蓋200進行熱交換，從而對各缸的燃燒室及各缸蓋200的排氣通道進行冷卻。當冷卻液的溫度較低，只需進行小循環熱交換時，由水泵15流出的冷卻液依次流經第一水套11、第三水套13、第四水套14的第一部分、排氣氣道下層水套、排氣歧管上層水套、第四水套14的第二部分和第二水套12後流回至節溫器17內，使冷卻液與缸體100、缸蓋200進行熱交換，從而對各缸的燃燒室及各缸蓋的排氣通道進行冷卻。
48.本實施例不管是進行大循環熱交換還是小循環熱交換，都是採用橫流式的冷卻方式，使冷卻液從氣缸的排氣側進入，先冷卻燃燒室，再冷卻缸蓋的排氣通道，最後流到氣缸的進氣側，從而有利於減小缸體100進氣側、排氣側的溫差，且實現了冷卻液對各氣缸由排氣側到進氣側的獨立冷卻，使各氣缸的冷卻更加的均勻。
49.同時，通過節溫器17主閥門控制大小循環切換，通過節溫器17副閥門結構控制內置小循環通斷，溫度波動較小，蠟包感溫性更好，有利於節溫器17及時響應開啟和關閉。
50.暖風冷卻迴路2包括暖風機21、第一金屬管22、第二金屬管23、第一膠管24和第二膠管25，暖風機21的進水端經第一膠管24、第一金屬管22與第四水套14的出水端連接，暖風機21的出水端經第二金屬管23、第二膠管25與節溫器17的進水端連接。在進行熱交換時，由第四水套14流出的冷卻液流經暖風機21後流回節溫器17，使冷卻液在暖風機21中進行熱交換，以滿足暖風需求。其中，第一金屬管22和第一膠管24組成暖通進水管總成27，參見圖11所示，第二金屬管23和第二膠管25組成暖通出水管總成26，參見圖10所示。
51.在本實施例中，通過節溫器17可以控制各冷卻循環迴路的通斷，從而切換氣缸冷卻迴路1中的大小循環熱交換迴路及暖風冷卻迴路2，進而滿足實際需求。
52.冷卻液排氣迴路3包括膨脹箱31、第三膠管32和第四膠管33，膨脹箱31的進水端經第三膠管32、第一金屬管22與第四水套14連接，膨脹箱31的出水端經第四膠管33與節溫器17的進水端連接。在冷卻液進行熱交換產生水蒸汽時，水蒸汽可以通過各管路回流至膨脹箱31內。本實施例具有自動排氣功能，且排氣孔位於冷卻系統的最高點暖通水管上，管內達到一定壓力時系統通過膨脹箱31排氣，有利於售後手工加注冷卻液後排氣，保證系統的安全可靠。
53.egr冷卻迴路4包括egr冷卻器41、第三金屬管42、第五膠管43和第六膠管44，egr冷卻器41的進水端經第五膠管43、第三金屬管42與水泵15的出水端連接，egr冷卻器41的出水端經第六膠管44、第二膠管25與節溫器17的進水端連接。在進行熱交換時，由水泵15流出的冷卻液在egr冷卻器41中與再循環廢氣進行熱交換，以冷卻再循環廢氣。其中，第三金屬管42和第五膠管43組成egr進水管總成45，參見圖12所示。
54.增壓器冷卻迴路5包括增壓器中間體51、第七膠管52和第八膠管53，增壓器中間體51的進水端經第七膠管52與水泵15的出水端連接，增壓器中間體51的出水端經第八膠管53與節溫器17及散熱器16的進水端連接。在進行熱交換時，由水泵15流出的冷卻液流經增壓器中間體51，使冷卻液與增壓器中間體51進行熱交換，從而冷卻增加器中間體。
55.機油冷卻迴路6包括機油冷卻器61，機油冷卻器61的進水端與水泵15的出水端連接，機油冷卻器61的出水端與水泵15的進水端連接。在進行熱交換時，由水泵15流出冷卻液在機油冷卻器61中與發動機機油進行熱交換，從而冷卻發動機機油。
56.本實施例為克服現有技術縱流式水套上遊氣缸的熱量被冷卻液帶至下遊氣缸的缺陷，採用橫流式對發動機氣缸進行冷卻，具體為，使冷卻液從氣缸體100一缸的排氣側進水口進入到缸體100排氣側水套(第一水套)，而缸體100內採用隔斷設計，隔斷缸體100進氣側與排氣側水套之間的液體流動，使冷卻液沿著排氣側各缸體100的水套流至缸蓋200水套，再從缸蓋200進氣側水套回流，流至缸體100進氣側水套，最後通過出水口流出，且缸體100出水口和進水口均位於缸體100排氣側，從而實現了冷卻液對各氣缸的獨立冷卻，使各氣缸的冷卻更加的均勻，提升了發動機的動力性。
57.參照圖2和圖3所示，該發動機系統還包括進出水支座7，進出水支座7設置於第一缸體100的排氣側，且進出水支座7上設置有缸體100進水口和缸體100出水口，缸體100進水口與第一水套11的進水端對應，缸體100出水口與第二水套12的出水端對應。水泵15和節溫器17分別安裝於進出水支座7。本實施例將發動機進水口支座和出水口支座集成在一個支座上，減小了發動機的縱向布置的尺寸，提升空間利用率。將節溫器17設置於進出水支座7上，將水泵15安裝在進出水支座7上，並使水泵15前部布置在進出水支座7上，使整個進出水支座7集成度極高，整個系統結構更加緊湊。
58.具體地，進出水支座7包括第一安裝面71、第二安裝面72、第三安裝面73和節溫器安裝孔74，第一安裝面71用於與缸體100安裝，且第一安裝面71上設有第一進水口711、第一出水口712、第一進油口713和第一出油口714。第二安裝面72用於安裝機油冷卻器61，且第二安裝面72上設有第二進水口721、第二出水口722、第二進油口723、第二出油口724、第四進水口725和第四出水口726，第二進油口723通過支座本體內部通道與第一出油口714連
通，第二出油口724通過支座本體內部通道與第一進油口713連通，第二進水口721通過支座本體內部通道與第一進水口711連通。第四進水口725通過支座本體內部通道與第一進水口711連通，且第四進水口725用於與egr冷卻器41的進液端連接，第四出水口726用於與egr冷卻器的出液端及節溫器17連接。第三安裝面73用於安裝水泵15，且第三安裝面73設有第三進水口731和第三出水口732，第三進水口731用於與水泵15的進液端連接，第三出水口732用於與水泵15的出液端連接，且第三出水口732通過支座本體內部通道與第一進水口711連通。節溫器安裝孔74用於安裝節溫器17。
59.進一步地，進出水支座7還設有進水管接口75、進水接管76、出水接管77和回水接頭78，進水管接口75通過支座本體內部通道與第一出水口712連通，且進水管接口75用於與散熱器16的進液端連接。進水接管76通過支座本體內部通道與第一進水口711連通，出水接管77通過支座本體內部通道與第一出水口712連通，進水接管76用於與增壓器的進液端連接，出水接管77用於與增壓器的出液端連接。回水接頭78用於與膨脹箱31的出液端連接。本實施例的進出水支座7集成有機油冷卻器61、節溫器17、水泵15、進水管接口75、進水接管76、出水接管77和回水接頭78，可以減小冷卻液流動阻力，布置更緊湊。
60.該發動機冷卻系統還包括第一密封圈81、第二密封圈82、第三密封圈83、第四密封圈84、第五密封圈85和第六密封圈86。其中，第一密封圈81用於密封第一進水口711、第一出水口712與第一水套11、第二水套12的連接處。第二密封圈82用於密封第一進油口713、第一出油口714與缸體100進出油端的連接處。第三密封圈83用於密封水泵15進出水端與第三進水口731、第三出水口732的連接處。第四密封圈84用於密封第二進水口721、第二出水口722與機油冷卻器61的連接處，第五密封圈85用於密封第二進油口723與機油冷卻器61的連接處，第六密封圈86用於密封第二出油口724與機油冷卻器61的連接處。
61.組裝時，將進出水支座7的第一安裝面71通過螺栓固定在缸體100上，並通過第一密封圈81、第二密封圈82進行密封。將水泵15通過螺栓安裝在進出水支座7的第三安裝面73上，使水泵15的高度延伸方向垂直於第三安裝面73，並通過第三密封圈83進行密封。將機油冷卻器61通過螺栓安裝在進出水支座7的第二安裝面72上，並通過第四密封圈84、第五密封圈85及第六密封圈86進行密封。將節溫器17安裝於進出水支座7的節溫器安裝孔。將暖通出水管總成26通過螺栓固定於進出水支座7，並位於第四出水口726，且通過第密封圈87進行密封。暖通進水管總成27通過螺栓固定在缸體100上，並通過第八密封圈88進行密封。將egr進水管總成45通過螺栓固定在進出水支座7上，並位於第四進水口725，且通過第九密封圈89進行密封。然後再對應安裝暖風機21、egr冷卻器41、散熱器16、膨脹閥31和增壓器51，形成如圖1所示的各冷卻迴路。其中，第一密封圈81至第五密封圈85均為集成在進出水支座7上，冷卻系統零件均採用耐高溫的金屬材料，且均位於發動機排氣側，為發動機的緊湊化設計提供了空間。
62.因為發動機臺架試驗控制發動機出水溫度，發動機冷卻系統試驗僅考核各個工況下冷卻液的溫度，所以冷卻系統的好壞通常通過油耗數據表現出來。本實施例通過節溫器17的設置，減少了發動機內部的溫度波動，對發動機油耗貢獻比例約為0.5％～1％。表1的數據來自發動機出廠技術條件，l2b為一款應用節溫器17安裝於進水口位置的發動機，lmu為另一款應用節溫器17安裝於進水口位置的發動機。
[0063][0064]
表1各發動機全負荷最低燃油消耗率對比
[0065]
同時，本實施例將冷卻系統的部件均布置在空間較大的缸體排氣側且緊貼發動機氣缸，從而為其他整車部件提供了更多的安裝空間。而水泵15垂直安裝的方式減小了輪繫結構，使發動機輪系尺寸減小11mm，橫流式的缸體100進水口及出水口集成結構減小了縱向布置發動機前端到後端的尺寸，相較傳統縱流式缸體100進水口及出水口結構，可以節省出水口支座加上節溫器17殼體的裝配總高度。
[0066]
另外，設計冷卻液在各水套中為橫流式，從而降低水套整體流阻，使冷卻液流動性更好，有利於減少水泵15的耗電功率，因為相同水流量同時通過缸蓋和缸體100，不需要額外的缸體100水流量，因而橫流式水套的流阻會更小，通過缸蓋的橫流方向通道較短，有助於降低流阻。而採用電子水泵總成，可以實現調速功能，避免定比水泵低轉速過剩設計帶來的能耗損失，又可以通過調速滿足低速高負荷的冷卻需求，同時減去了輪系定比驅動水泵的摩擦損失。且本實施例通過水泵15的節流或關閉控制，實現了水溫快速提升的目的，且缸體水套、缸蓋水套及集成排氣歧管冷卻水套串聯傳導的熱量，也有利於快速提升水溫。
[0067]
基於上述實施例的基礎上，本技術還公開一種發動機系統，該發動機系統包括缸體、缸蓋和如以上任一實施例所述的發動機冷卻系統，該發動機冷卻系統用於冷卻缸體、缸蓋。
[0068]
相應地，本技術還公開了一種車輛，該車輛包括車身及以上任一實施例所述的發動機系統，該發動機系統設置於車身。
[0069]
以上所述，僅為本技術較佳的具體實施方式，但本技術的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本技術揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本技術的保護範圍之內。因此，本技術的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。