帶有流體夾套的內燃發動機的製作方法

2023-12-10 05:00:41 2

各個實施例涉及用於內燃發動機的冷卻夾套和冷卻系統。

背景技術：

內燃發動機具有用於冷卻和潤滑的相關聯的流體系統。通常，流體夾套或通道一體地形成在所述發動機的汽缸體(或曲軸箱)和/或汽缸蓋內。夾套和通道的形狀可取決於用於形成它們的製造方法或受用於形成它們的製造方法的限制。

例如，就傳統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造連接的內孔的獨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，並且其深度有限，以適於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的以允許鑄造後模具開啟。此拔模角和製造工藝不允許夾套具有複雜結構以在冷卻劑流動通過夾套時產生使冷卻劑混合的流動動力學。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後利用諸如鑽孔的機加工工藝形成的。

在另一示例中，在傳統的砂型鑄造工藝中，汽缸體可以形成有敞開式平臺(open deck)或閉合式平臺(closed deck)。因為砂型可能需要具有一定的最小厚度以經歷鑄造工藝，所以砂型鑄造工藝可能會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面的布置。例如，如果缸孔間橋接部(interbore bridge)少於十二毫米，則砂鑄缸孔間冷卻通道將不能夠被封裝在空間內。

所述的製造工藝以及由此產生的流體夾套結構可限制流動特性的控制、對熱傳遞的控制以及對發動機溫度的控制。例如，冷卻夾套可限制對汽缸壁、缸孔壁或缸套的溫度和熱梯度的控制。

使用具有一連續形狀的單葉片(mono blade)通過壓鑄而形成的流體夾套產生可能不允許減小的體積和下述特徵的水套，該特徵既不允許流體沿分層並行路徑流動，也不允許實現均勻的缸孔壁溫度。這也可以是針對砂鑄產生的水套而言的。

技術實現要素：

在實施例中，發動機設置有汽缸體，所述汽缸體具有平臺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立並沿汽缸軸線彼此間隔開。

在另一實施例中，發動機設置有汽缸體，所述汽缸體具有平臺面、沿汽缸軸線延伸的第一汽缸套和鄰近於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聯的第一流體夾套以及與第一汽缸套和第二汽缸套相關聯的第二流體夾套。第一流體夾套和第二流體夾套彼此流體地獨立並沿汽缸軸線彼此間隔開。

在又一實施例中，提供了一種形成發動機缸體的方法。形成鑲塊組，每個鑲塊在金屬外殼中塗覆有丟棄公模材料。丟棄公模材料被配置為提供流體夾套。每個鑲塊具有被構造為提供入口通道的第一構件、被構造為提供出口通道的第二構件以及在第一構件和第二構件之間延伸並被構造為提供缸套冷卻通道的多個圓筒形構件。將多個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汽缸套周圍，每個鑲塊與鄰近的鑲塊間隔開。每個鑲塊的每個圓筒形構件被定位在各個汽缸套的周圍，所述汽缸套定位在每個鑲塊的第一構件和第二構件之間。在多個汽缸套和鑲塊組周圍鑄造發動機缸體。將丟棄公模材料從鑄造的發動機缸體移除以形成流體夾套。

本公開的各個實施例具有關聯的非限制性的優點。例如，一系列堆疊的流體夾套可圍繞汽缸套設置在發動機缸體中，以改善發動機的熱傳遞特性。流體夾套提供流體或冷卻迴路，所述流體或冷卻迴路在熱與夾套中周圍大量的冷卻劑混合時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迴路，以提供對熱傳遞和缸孔壁溫度的增強的控制。可以控制每個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生的熱能和排熱率相符。流經缸體的冷卻劑具有利用橫向流動策略的平行流動設計布局，以對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態缸孔變形。此外，可以獨立地控制通過每個夾套和冷卻迴路的流體的速度。通過在適當的位置形成夾套，夾套的形狀可被控制，並提供減小的水套體積，以在允許均勻的缸孔壁溫度的同時增加系統的熱能質量流量。發動機及其相關的系統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期間減少的燃料消耗和減少的發動機排放兩者看出。

附圖說明

圖1示出了根據實施例的內燃發動機的示意圖；

圖2示出了根據實施例的用於形成圖1的發動機的發動機缸體的公模鑲塊和缸套的透視圖；

圖3示出了用於圖1的發動機的且使用圖2的鑲塊形成的發動機缸體的剖視圖；

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示出了根據實施例的形成圖1的發動機的方法的流程圖。

具體實施方式

根據需要，在此提供本公開的詳細實施例；然而，應理解，所公開的實施例僅是示例性的，並且可以以各種和替代的形式實施。附圖不一定按比例繪製；一些特徵可被誇大或最小化以顯示特定部件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為限制，而僅作為用於教導本領域技術人員以各種方式利用本公開的代表性基礎。

圖1示出了內燃發動機20的示意圖。發動機20具有多個汽缸22，圖中示出了一個汽缸。在一個示例中，發動機20為直列式四缸發動機，而在其他示例中，發動機20具有其他布置和其他數量的汽缸。在一個示例中，汽缸可被布置為連體構造。汽缸體可具有敞開式平臺、半敞開式平臺或者閉合式平臺的構造。發動機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，發動機20的汽缸體和/或汽缸蓋可由包括纖維增強樹脂的複合材料以及其它合適的材料鑄造或模製而成。

發動機20具有與各個汽缸22相關聯的燃燒室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，並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。在一個示例中，缸套33是鐵質材料，而發動機20缸體的其餘部分和缸蓋一般被供以鋁、鋁合金或複合材料。

活塞34被連接到曲軸36。燃燒室24與進氣歧管38和排氣歧管40流體連通。進氣門42控制從進氣歧管38到燃燒室24的流動。排氣門44控制從燃燒室24到排氣歧管40的流動。進氣門42和排氣門44可以以本領域已知的各種方式操作以控制發動機的運轉。

燃料噴射器46將燃料從燃料系統直接輸送到燃燒室24中，因此發動機為直噴式發動機。發動機20可以使用低壓或高壓燃料噴射系統，或者在其它示例中可使用進氣道噴射系統。點火系統包括火花塞48，其被控制為以火花的形式提供能量而點燃燃燒室24中的燃料空氣混合物。在其它實施例中，可使用其它的燃料輸送系統和點火系統或技術，包括壓縮點火。

發動機20包括控制器和被配置為將信號提供給控制器用以控制輸送至發動機的空氣和燃料、點火正時、發動機輸出的功率和扭矩等的各種傳感器。發動機傳感器可包括但不限於排氣歧管40中的氧傳感器、發動機冷卻劑溫度傳感器、加速踏板位置傳感器、發動機歧管壓力(MAP)傳感器、用於曲軸位置的發動機位置傳感器、進氣歧管38中的空氣品質傳感器、節氣門位置傳感器等。

在一些實施例中，發動機20被用作車輛(諸如傳統車輛或啟動-停止車輛)中唯一的原動機。在其它實施例中，發動機可用於混合動力車輛，在混合動力車輛中，附加的原動機(諸如電機)可用於提供額外的動力以推進車輛。

每個汽缸22可在包括進氣衝程、壓縮衝程、點火衝程和排氣衝程的四衝程循環下工作。在其它實施例中，發動機可在二衝程循環下工作。在其它示例中，發動機20可工作為二衝程循環。在進氣衝程期間，進氣門42打開且排氣門44關閉，同時活塞34從汽缸22的頂部移動到汽缸22的底部，以將空氣從進氣歧管引入到燃燒室。活塞34在汽缸22的頂部的位置通常被稱為上止點(TDC)。活塞34在汽缸的底部的位置通常被稱為下止點(BDC)。

在壓縮衝程期間，進氣門42和排氣門44關閉。活塞34從汽缸22的底部朝著頂部移動以壓縮燃燒室24內的空氣。

然後燃料被引入到燃燒室24中並被點燃。在示出的發動機20中，燃料被噴射到燃燒室24中，然後使用火花塞48被點燃。在其它示例中，可以使用壓縮點火將燃料點燃。

在膨脹衝程期間，燃燒室24中被點燃的燃料空氣混合物膨脹，從而使活塞34從汽缸22的頂部移動到汽缸22的底部。活塞34的運動使曲軸36產生相應運動，並使發動機20輸出機械轉矩。

在排氣衝程期間，進氣門42保持關閉，排氣門44打開。活塞34從汽缸22的底部移動到汽缸22的頂部，以通過減小燃燒室24的體積而將廢氣和燃燒產物從燃燒室24中除去。廢氣從燃燒汽缸22流動至排氣歧管40和後處理系統(諸如催化轉化器)。

對於各個發動機衝程，進氣門42和排氣門44的位置和正時以及燃料噴射正時和點火正時可改變。

發動機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置於汽缸體62和汽缸蓋60之間以密封汽缸22。每個汽缸22沿各自的汽缸軸線66布置。對於具有直列布置的汽缸22的發動機，汽缸22沿缸體的縱向軸線68布置。

發動機20具有一個或更多個流體系統70。在示出的示例中，發動機20具有缸體62中帶有相關聯的夾套的三個流體系統72、82、92，但是可以考慮任何數量的系統。系統或夾套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72、82、92可以彼此分開，使得它們是獨立的系統，並且彼此流體獨立。在進一步的示例中，系統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72、82、92中的兩個或兩個以上可流體地連接；然而，可以使用諸如閥等的各種特徵分別控制通過發動機缸體中的每個夾套的流動。

發動機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72。流體系統72在缸體62中具有夾套，並且可以用作冷卻系統、潤滑系統等。在示出的示例中，流體系統72是冷卻夾套並被設置為從發動機20移除熱。從發動機20移除的熱的量可以由冷卻系統控制器或發動機控制器進行控制。流體系統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或更多個流體夾套或迴路。在本示例中，第一流體系統72包含水或水基冷卻劑。流體系統72具有一個或更多個泵74以及諸如散熱器的熱交換器76。泵74可(例如通過連接到發動機的旋轉軸)被機械地驅動或者可被電驅動。系統72還可以包括閥、節溫器等(未示出)，以在發動機運行期間控制系統72內的流體的流動或壓力或者引導流體。

發動機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82。流體系統82在缸體62中具有夾套，並且可以用作冷卻系統、潤滑系統等。在示出的示例中，流體系統82是冷卻夾套並被設置為從發動機20移除熱。從發動機20移除的熱的量可以由冷卻系統控制器或發動機控制器進行控制。流體系統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或更多個流體迴路。在本示例中，第二流體系統82包含空氣或其它冷卻劑。流體系統82具有一個或更多個泵84以及熱交換器86或者外部空氣入口。泵84可以是壓縮機或者風扇，並可(例如通過連接到發動機的旋轉軸)被機械地驅動或者可被電驅動。系統82還可以包括閥(未示出)，以在發動機運行期間控制系統82內的流體的流動或壓力或者引導流體。

發動機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92。流體系統92在缸體62中具有夾套，並且可以用作冷卻系統、潤滑系統等。在示出的示例中，流體系統92是潤滑夾套並被設置為從發動機20移除熱和/或在發動機的冷啟動操作期間對潤滑劑進行加熱。系統92可以由系統控制器或發動機控制器進行控制。流體系統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或更多個流體迴路。在本示例中，第三流體系統92包含潤滑劑，諸如發動機油。流體系統92具有一個或更多個泵94以及熱交換器96。泵94可(例如通過連接到發動機的旋轉軸)被機械地驅動或者可被電驅動。系統92還可以包括閥(未示出)，以在發動機運行期間控制系統92內的流體的流動或壓力或者引導流體。系統92還可包括各種通道以將潤滑劑提供給發動機的移動或者旋轉組件用於潤滑。

如下文所述，流體系統和夾套70中的各個部分和通道可以與發動機缸體和/或缸蓋一體地形成。流體系統70中的流體通道可位於汽缸體62內並且可以鄰近於並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中的每個的流動可被單獨和獨立地控制。在一個示例中，流動可以被控制為特定的大致恆定的流量，該流量可以根據發動機的溫度、流體的溫度和/或發動機的運行狀態進行選擇。在另一示例中，流動可以以「大量流入和大量流出(flood and dump)」策略進行控制，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特定的時間段，然後排出或離開缸體。該策略可以在發動機冷啟動期間使用以使潤滑劑的溫度升高至其操作溫度。

在一個示例中，在發動機冷啟動期間，使用「大量流入和大量流出」策略來控制第三流體系統92以對用於發動機的潤滑劑進行加熱。鄰近於燃燒室的上部最熱區域的第一流體系統72可以被控制為特定流量以防止熱點。第二流體系統82可以被控制為特定流量，或者可以不操作以允許發動機20預熱。

隨著發動機升溫，每個系統72、82、92中流體的流量可以基於流體溫度、發動機工況、環境狀況等而被獨立地控制以控制所述系統和發動機的溫度。

圖2示出了用於形成發動機缸體(諸如圖1所示的發動機缸體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造，但是也可以考慮其它構造。缸體可被鑄造、模製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，其與缸體的平臺面相關聯。箭頭106指示缸體的與平臺面側104相對的一側，其可與曲軸相關聯。平臺面104可以是閉合式平臺面、半閉合式平臺面或敞開式平臺面。在示出的示例中，缸體被配置為閉合式平臺面。

每個公模鑲塊102可通過丟棄公模或鹽公模材料108被外殼110包圍來形成。下文參照圖6提供鑲塊102的其它細節以及形成缸體的方法。

鑲塊102中的一個圍繞缸套100形成引導來自相關聯的流體系統72的流體的第一流體夾套112。鑲塊102中的另一個圍繞缸套100形成引導來自相關聯的流體系統82的流體的第二流體夾套114。鑲塊102中的又一個圍繞缸套100形成引導來自相關聯的流體系統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。在一個示例中，汽缸軸線118與圖1中的軸線66相對應。鑲塊102和相應的夾套112、114、116圍繞汽缸套100進行堆疊。夾套112、114、116可彼此流體獨立。鑲塊102在圖2至圖5中被示出為基本上彼此相似；然而，基於熱傳遞要求和其他考慮，每個夾套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被定位為鄰近於缸體的平臺面104。第一夾套112被定位在平臺面和第二夾套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。一個夾套中的流動可以平行於其他夾套中的流動。

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120和進氣側122。發動機的排氣側120是與排氣系統40相關聯的一側。發動機的進氣側122是與進氣系統38相關聯的一側。在其他實施例中，排氣側120和進氣側122可以相對於流體夾套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，下面關於夾套112的描述也適用於夾套114、116。

夾套112具有沿缸體的第一側(諸如排氣側120)縱向延伸的入口通道130。夾套112還具有沿缸體的相對的第二側(諸如進氣側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。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(cross flow)。

流體夾套112具有用於入口通道130的入口埠136。夾套112還具有用於出口通道132的出口埠138。在示出的示例中，入口埠136和出口埠138被設置在缸體的同一端面140上，但是也可以考慮其它構造。

缸套冷卻通道134經由一系列通道150被流體連接到入口通道130。每個通道150可被定位為鄰近於相應的缸套100。如圖所示，每個通道150可沿鄰近缸套100的中心線被定位。在其他實施例中，通道150可相對於缸套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特性。

一系列通道中的每個通道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一步位於入口通道130中的下遊而增加。例如，鄰近於缸體的端面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。這考慮了對到缸套冷卻通道134的各個區域的流體分配和流動的控制。在一個示例中，系列通道中的每個通道150的橫截面積可被選擇為提供通過通道150和到達缸套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聯的汽缸(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經由一系列通道152被流體連接到出口通道132。每個通道152可被定位為鄰近於相應的缸套100。如圖所示，每個通道152可沿鄰近缸套100的中心線被定位。在一個示例中，通道152可以與通道150對齊。在其他實施例中，通道152可相對於缸套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特性。

一系列通道中的每個通道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一步位於出口通道132中的下遊而減小。例如，鄰近於缸體的端面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。這考慮了對來自缸套冷卻通道134的流體分配和流動的控制。在一個示例中，系列通道中的每個通道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聯的汽缸(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，流體通過入口埠136進入夾套，並沿著入口通道130流動。然後，流體流過通道150並進入缸套冷卻通道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和出口埠138。

在一個示例中，如圖3所示，缸套冷卻通道134被示出為單個集成的冷卻通道，所述通道形成圍繞一系列缸套100的網並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的在發動機缸體一側(發動機缸體基於延伸通過軸線68的平面分成兩側)的外表面158或外周的形狀。本示例中的第一彎曲部設置在缸體的排氣側120。彎曲部156具有與每個缸套100相關聯的弧形區域160。相鄰缸套的弧形區域160鄰近於缸套100的缸孔間區域162彼此會合或相交。

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的在發動機缸體的基於延伸通過軸線68的平面的相對側的外表面158或外周的形狀。本示例中的第二彎曲部164設置在缸體的進氣側122。彎曲部164具有與每個缸套100相關聯的弧形區域166。相鄰缸套的弧形區域166鄰近於缸套100的缸孔間區域162彼此會合或相交。

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是由多個圓筒形部分或通道提供的，並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，以適應可用的封裝空間，並且還提供通過通道168、170的增加的流速以增加熱傳遞。

再次參照圖2，每個流體夾套的入口通道彼此平行或基本平行。同樣，每個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於彼此而改變。

如圖所示，每個夾套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中的每個的缸套冷卻通道134的體積可例如基於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相關聯，並且沿著汽缸軸線66彼此間隔開。夾套112、114、116可以彼此流體獨立，使得來自一個夾套的流體不與來自另一夾套的流體混合，或者來自一個夾套的流體不行進到另一夾套。從圖中可以看出，夾套112、114、116在缸體內可不具有任何連接通道，使得它們保持獨立。

圖6示出了根據實施例的形成發動機缸體的過程或方法200。根據本公開的各個示例，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，並且各個步驟可以串行地或同時執行。

過程200始於步驟202，在步驟202處，形成或提供鑲塊102。圖2中參照與每個夾套112、114、116相關聯的鑲塊102示出了鑲塊的示例。在使用工具壓鑄或模製缸體之前形成鑲塊102。鑲塊102包括丟棄公模區域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的某個區域未被覆蓋，則在形成發動機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通常按照各個流體夾套112、114、116的期望形狀和尺寸進行設置。

為了形成鑲塊102，按照預定形狀和尺寸形成丟棄公模108。然後圍繞公模108設置外殼110。在一個示例中，在保持公模108的完整性的同時，使用壓鑄或鑄造工藝來形成外殼110。可按照鑲塊102的形狀設置模具、模子或工具。將公模108定位在模具內，並且外殼110被鑄造或以其它方式形成在公模108周圍。可以由低壓鑄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範圍採用重力進料進行注入。用於形成外殼110的材料可以是與用於形成發動機缸體的材料相同的金屬或金屬合金，或者可以是與發動機缸體的材料不同的材料。在一個示例中，外殼110由鋁或鋁合金形成，缸體由鋁、鋁合金、複合材料、聚合物等形成。通過在低壓下提供熔融金屬，丟棄公模108保持其期望形狀並被保持在外殼110內。外殼110冷卻後，鑲塊102從工具中排出並可準備使用。

在步驟202中形成鑲塊之後，在步驟204處，將用於各個夾套112、114、116的鑲塊102插入並定位在工具內，並且移動工具的各個模具、滑塊或其他部件以封閉工具而為注入或鑄造工藝作準備。在一個示例中，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，每個鑲塊與鄰近的鑲塊間隔開。在一個示例中，所述工具被設置為用於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，所述工具被設置為用於例如複合材料、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被定位並約束在工具中的情況下封閉工具後，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動機缸體。

在一個示例中，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。熔融金屬可以在大於或小於20000psi(例如在15000-30000psi的範圍內)的壓力下被注入，並且可基於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並與鑲塊102的外殼110接觸，並在鑲塊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保持完好而用於後續處理以形成所述通道和夾套，並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動機缸體，然後發動機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製或成型工藝中注入工具中的複合材料或聚合物材料。注射過程可在高壓下發生，並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。所述材料被注入並流入工具中並與鑲塊102的外殼110接觸。外殼110保護丟棄公模材料，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於注入的材料的表層。外殼110可另外設置有塗層或表面粗糙度以在注入的材料凝固時與其形成結合層。因為外殼110具有較高的熱導率，所以它可以提高與複合缸體的熱傳遞。由於複合材料可具有可以另外吸走流體的多孔結構或纖維，所以外殼110在用於複合缸體時還可以有助於流體容納(fluid containment)。

在步驟208處，將發動機缸體從工具中移除，然後進行任何的精加工工作。步驟206中的工藝可以是近淨成形的鑄造或成型工藝，從而幾乎不需要進行後處理工作。

在本示例中，從工具移除後鑲塊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)被機加工以形成缸體的平臺面。

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，可以使用本領域已知的其他技術移除丟棄公模108。基於在壓鑄後處理或成型後處理中移除公模的能力，在本公開中丟棄公模108被稱為「丟棄公模」。由於外殼的包圍，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後，表層或外殼110為形成的發動機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的結構，所述特徵可精密準確地設置在成品發動機缸體內，並控制複雜的幾何形狀以及小尺寸(即，毫米級)。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構用於發動機缸體，這提供了對發動機溫度及發動機系統的更好的控制。在閉合式平臺發動機中，堆疊的夾套結構還允許夾套通過缸體而保持封閉，並在缸體中彼此分開，這減少或消除了流體的交叉汙染和洩漏問題。

本公開的各個實施例具有關聯的非限制性的優點。例如，一系列堆疊的流體夾套可圍繞汽缸套設置在發動機缸體中，以改善發動機的熱傳遞特性。流體夾套提供流體或冷卻迴路，所述流體或冷卻迴路在熱與夾套中周圍大量的冷卻劑混合時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迴路，以提供對熱傳遞和缸孔壁溫度的增強的控制。可以控制每個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生的熱能和排熱率相符。流經缸體的冷卻劑具有利用橫向流動策略的平行流動設計布局，以對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態缸孔變形。此外，可以獨立地控制通過每個夾套和冷卻迴路的流體的速度。通過在適當的位置形成夾套，夾套的形狀可被控制，並提供減小的水套體積，以在允許均勻的缸孔壁溫度的同時增加系統的熱能質量流量。發動機及其相關的系統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期間減少的燃料消耗和減少的發動機排放兩者看出。

雖然以上描述了示例性實施例，但並不意味著這些實施例描述了本發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，並且可以理解，在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，可以進行各種改變。此外，各個實施的實施例的特徵可以組合以形成本公開的進一步的實施例。