衬套冷却剂流动导引特征的制作方法

1.本发明总体上涉及用于冷却发动机系统的系统。


背景技术：

2.在发动机系统中，当燃烧发生时，发动机的气缸体的一个或更多个气缸产生热量。为了避免过热，冷却系统使冷却剂流体在衬套(liner)(例如冷却剂流体套(coolant fluid jacket)、水套等)中在各个气缸周围循环。在衬套的各种布置中的一种中，衬套可以环绕各个气缸，从而允许冷却剂流体从冷却剂流体源(例如，散热器)流动在气缸周围。当冷却剂流体在气缸周围流动时，来自每个气缸的热量传递到冷却剂流体，冷却剂流体流回冷却剂流体源以散热并完成冷却剂流体回路。衬套的形状会影响冷却剂流体的效率和冷却剂流体的流动特性。


技术实现要素：

3.在一组实施方案中，一种冷却剂衬套包括将冷却剂流体向发动机的气缸引导的第一流动表面和联接到第一流动表面的过渡区域。过渡区域包括具有第一曲率半径的凸形部分(convex portion)和具有第二曲率半径的凹形部分(concave portion)。凹形部分在拐点(inflection point)处联接到凸形部分。第二流动表面联接到过渡区域，以将冷却剂流体引导到气缸周围。
4.在一些实施方案中，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径。
5.在一些实施方案中，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径。
6.在一些实施方案中，所述第一曲率半径大体上等于所述第二曲率半径。
7.在一些实施方案中，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径的比值在约1.3和约2.5之间。
8.在一些实施方案中，所述冷却剂衬套还包括：弯曲部分，所述弯曲部分联接到所述第二流动表面；以及基底部分，所述基底部分联接到所述弯曲部分。
9.在一些实施方案中，在所述基底部分和所述凹形部分之间延伸的所述第二流动表面的高度在约8mm和约10mm之间。
10.在一些实施方案中，所述第一流动表面和所述基底部分之间的距离在约12mm和约13mm之间。
11.在另一组实施方案中，一种冷却剂衬套包括第一流动表面，以将冷却剂流体向气缸引导。第一流动表面界定与第一流动表面相切的第一切线。过渡区域联接到第一流动表面。过渡区域包括具有第一顶点的凸形部分，该第一顶点界定在第一顶点处与凸形部分相切的第二切线。凹形部分在拐点处联接到凸形部分。凹形部分具有第二顶点，该第二顶点界定在第二顶点处与凹形部分相切的第三切线。第二流动表面联接到过渡区域，以将冷却剂流体引导到气缸周围。
12.在另一组实施方案中，一种冷却剂衬套，包括：
13.第一流动表面，所述第一流动表面用于将冷却剂流体向发动机的气缸引导，所述第一流动表面界定与所述第一流动表面相切的第一切线；
14.过渡区域，所述过渡区域联接到所述第一流动表面，所述过渡区域包括：
15.凸形部分，所述凸形部分具有第一顶点，所述第一顶点界定在所述第一顶点处与所述凸形部分相切的第二切线；
16.凹形部分，所述凹形部分在拐点处联接到所述凸形部分，所述凹形部分具有第二顶点，所述第二顶点界定在所述第二顶点处与所述凹形部分相切的第三切线；
17.第一角度，所述第一角度由所述第一切线和所述第二切线界定；以及
18.第二角度，所述第二角度由所述第二切线和所述第三切线界定；以及
19.第二流动表面，所述第二流动表面联接到所述过渡区域，以将所述冷却剂流体引导到所述气缸周围。
20.在一些实施方案中，所述第一角度大于所述第二角度。
21.在一些实施方案中，所述第二角度大于所述第一角度。
22.在一些实施方案中，所述第一角度大体上等于所述第二角度。
23.在一些实施方案中，所述第一角度与所述第二角度的比值在约1.075和约2.0之间。
24.在又一组实施方案中，一种系统包括具有至少一个发动机气缸的发动机和定位在至少一个发动机气缸周围的衬套。衬套包括第一流动表面，以将冷却剂流体向至少一个发动机气缸引导。第一流动表面界定与第一流动表面相切的第一切线。过渡区域联接到第一流动表面。过渡区域包括具有第一曲率半径和第一顶点的凸形部分。第一顶点界定在第一顶点处与凸形部分相切的第二切线。凹形部分在拐点处联接到凸形部分，并且包括第二曲率半径和第二顶点。第二顶点界定在第二顶点处与凹形部分相切的第三切线。第一角度由第一切线和第二切线界定，并且第二角度由第二切线和第三切线界定。第二流动表面联接到过渡区域，以将冷却剂流体引导到至少一个发动机气缸周围。
25.在一些实施方案中，所述凸形部分从所述第一流动表面延伸，并且相对于所述第一流动表面向下弯曲。
26.在一些实施方案中，所述凹形部分相对于所述第一流动表面向上弯曲，并且联接到所述第二流动表面。
27.在一些实施方案中，所述第一流动表面大体上是水平的。
28.在一些实施方案中，所述第二流动表面大体上是竖直的。
29.在一些实施方案中，所述第二流动表面联接到弯曲部分，并且所述弯曲部分联接到基底部分，所述弯曲部分构造成将所述冷却剂流体从所述第二流动表面引导到所述基底部分。
30.在一些实施方案中，所述基底部分联接到底部部分，所述基底部分构造成将所述冷却剂流体引导到所述底部部分。
附图说明
31.在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。从描述、附图、和权利要求，本公开的其它特征、方面、和优点将变得明显，其中：
32.图1是根据特定实施方案的冷却剂衬套的一部分的图示。
33.图2a-图2b图示了根据特定实施方案的图1的冷却剂衬套的过渡区域的横截面的侧视图。
34.图3是根据特定实施方案的流过图1的冷却剂衬套的冷却剂流体的速度分布(velocity profile)的图示。
具体实施方式
35.接下来是对涉及用于引导冷却剂流体穿过发动机系统的冷却剂流体衬套的方法、装置和系统的各种构思及其实施方式的更详细的描述。上文介绍的并且在下文更详细地讨论的各种构思可以以多种方式中的任一种方式来实施，这是因为所描述的构思不限于实施方式的任何特定方式。特定的实施方式和应用的示例主要是为了说明性目的而被提供。
36.i.综述
37.在发动机冷却系统中，衬套可以环绕各种气缸，从而允许冷却剂流体从冷却流体源(例如散热器)流动在气缸周围。当冷却剂流体在气缸周围流动时，来自每个气缸的热量传递到冷却剂流体，冷却剂流体流回冷却流体源以散热并完成冷却剂流体回路。衬套的形状会影响冷却剂流体的效率和冷却剂流体的流动特性。在一些情况下，冷却剂流体的流动特性经由侵蚀会改变衬套的形状。
38.本文的实施方式涉及冷却系统，该冷却系统有效地引导冷却剂衬套中的冷却剂流体，并减少或消除冷却剂流体侵蚀衬套的情况。本文描述的冷却系统的实施方案包括过渡区域，该过渡区域具有凹形部分、凸形部分以及在凹形部分和凸形部分之间的拐点。冷却剂流体在到达凸形部分之前沿着相对于冷却剂衬套的顶部部分大体上水平的第一流动表面流动。然后，冷却剂流体在到达相对于冷却剂衬套的顶部部分大体上竖直的第二流动表面之前，沿着凸形部分流动并且然后沿着凹形部分流动。
39.本文描述的系统的各种实施方案提供了可以应用于发动机冷却系统的益处。过渡区域提供了可以比没有这样的过渡区域的发动机冷却系统更有效地冷却气缸体的冷却剂流动。另外，过渡区域可以防止衬套的侵蚀，从而增加衬套的使用寿命。
40.ii.冷却剂衬套流动路径结构
41.图1是根据特定实施方案的冷却剂衬套100的一部分的图示。冷却剂衬套100被构造成将冷却剂流体(例如，制冷剂、水等)引导到发动机系统中的一个或更多个气缸周围，以冷却一个或更多个气缸。冷却剂流体在冷却剂衬套100内流动，并且不直接接触一个或更多个气缸。因此，冷却剂衬套100由能够将热量从一个或更多个气缸传递到流过冷却剂衬套的冷却剂流体的材料构成。可以构成冷却剂衬套100的材料的示例包括但不限于铝、铸铁或具有合适的传热性质的其他材料。
42.冷却剂衬套100包括顶部部分110、从顶部部分110延伸的第一壁部分108和从顶部部分110延伸的第二壁部分114。第一流动表面102定位成与顶部部分110相对，并且大体上是水平的(例如，在优选地相对于顶部部分110水平的十五度的范围内)。顶部部分110、第一壁部分108、第二壁部分114和第一流动表面102界定冷却剂流体流动路径，冷却剂流体在冷却剂衬套100中流过该冷却剂流体流动路径。过渡区域104联接到第一流动表面102和第二流动表面106，并且被构造成将冷却剂流体从第一流动表面102引导到第二流动表面106。第
二流动表面106大体上是竖直的(例如，在优选地相对于顶部部分110竖直的十五度的范围内)，并且将冷却剂流体引导到冷却剂衬套100周围并引导到底部部分112。底部部分112被构造成将冷却剂流体引导到发动机的气缸周围。参照图2a-图2b进一步描述过渡区域104。
43.图2a-图2b图示了根据特定实施方案的图1的冷却剂衬套100的过渡区域104的横截面的侧视图(其中图2a中示出了角度表示，但图2b中未示出)。过渡区域104包括联接到第一流动表面102并从第一流动表面102延伸的凸形部分202。在相对于第一流动表面102向下弯曲之前，凸形部分202在与第一流动表面102大体上相同的方向上从第一流动表面102延伸。换句话说，凸形部分远离第一流动表面102弯曲。凹形部分204在拐点206处联接到凸形部分202。凹形部分204相对于第一流动表面102向上弯曲。换句话说，凹形部分204朝向第一流动表面102弯曲。当以所示出的横截面观察时，过渡区域104类似于“s”形。凹形部分204和凸形部分202被构造成有效地将冷却剂流体从第一流动表面102引导到第二流动表面106，并防止冷却剂流体经由侵蚀而损坏第二流动表面106。过渡区域104的形状通过将冷却剂流体的流动方向从大体上水平(例如，沿着第一流动表面102)逐渐改变为大体上竖直(例如，沿着第二流动表面106)来防止冷却剂流体在第二流动表面106处的湍流(湍流会导致侵蚀)。
44.凸形部分202由第一曲率半径界定，并且凹形部分204由第二曲率半径界定。在一些实施方案中，第一曲率半径大于第二曲率半径。第二曲率半径也可以大于第一曲率半径。在一些实施方式中，第一曲率半径近似等于第二曲率半径。在示例性实施方案中，第一曲率半径约为(例如，在正负一毫米内)九毫米(mm)，并且第二曲率半径约为五毫米。
45.过渡区域104也可以由与过渡区域104相关联的切线相关的各种角度来界定。例如，过渡区域104还包括在第一流动表面102和凸形部分202之间的交点处与第一流动表面102相切的第一切线208。第二切线210在凸形部分202的顶点处(例如，凸形部分202从正斜率过渡到负斜率的点)与凸形部分202相切，并且第三切线212在凹形部分204的顶点处(例如，凹形部分204从正斜率过渡到负斜率的点)与凹形部分204相切。角度a被定义为第一切线208和第二切线210之间的角度。角度b被定义为第二切线210和第三切线212之间的角度。角度a的值随着凸形部分202的顶点朝向第一切线208移动而减小，并且角度a的值随着凸形部分202的顶点远离第一切线208移动而增大。角度b的值随着凹形部分204的顶点远离第一切线208移动而增大，并且角度b的值随着凹形部分204的顶点朝向第一切线208移动而减小。在一些实施方案中，角度a大于角度b。角度a也可以近似等于(例如，在正负五度之内)角度b。在一些实施方式中，角度a小于角度b。在示例性实施方案中，角度a约为五十三度，并且角度b约为三十五度。
46.凹形部分204联接到第二流动表面106，以将冷却剂流体引向底部部分112。第二流动表面106联接到与凹形部分204相对定位的弯曲部分214。弯曲部分214被构造成沿着基底部分216并朝向底部部分112引导从第二流动表面106流下的冷却剂流体。
47.第一流动表面102定位在基底部分216上方的高度h处。在凹形部分204和第二流动表面106的相交处，过渡区域104将高度h减小到基底部分216上方的较小高度h。在一些实施方案中，高度h通常在12mm和13mm之间，并且高度h在9mm和10mm之间。由过渡区域104导致的高度从h到h的减小提供了冷却剂流体的有效流动(efficient flow)。与不包括过渡区域104的冷却剂衬套(例如，在没有过渡区域104的衬套中流动的冷却剂流体将遇到直接联接
到第一流动表面的第二流动表面)相比，通过减少冷却剂流体流动的湍流实现了有效流动。湍流的减少防止了当冷却剂流体在凹形部分204和第二流动表面106之间的过渡部周围流动时冷却剂流体损坏第二流动表面106。与具有更多湍流的冷却剂流体(例如，流过不包括过渡区域104的冷却剂衬套的冷却剂流体)相比，减小冷却剂流体流动的湍流还提供了冷却剂流体在冷却剂衬套周围更均匀的分布。
48.iii.示例性冷却剂流体流动
49.图3是根据特定实施方案的流过图1的冷却剂衬套100的冷却剂流体的速度分布300的图示。速度分布300指示当冷却剂流体在冷却剂衬套100中的第一气缸和第二气缸周围流动时的冷却剂流体的速度(例如，图3中围绕元件的线指示流动，并且线的深浅度(shading)指示速度，其中较深的线(darker lines)大致指示较低的速度)。速度分布300包括第一气缸分布(cylinder profile)302、第二气缸分布312和冷却剂入口分布322。第一气缸分布包括第一冷却剂出口分布304、第二冷却剂出口分布306、第一上部部分308和第一下部部分310。第二气缸分布包括第三冷却剂出口分布314、第四冷却剂出口分布316、第二上部部分318和第二下部部分320。
50.总体上，冷却剂流体流过冷却剂入口并进入冷却剂衬套100。冷却剂流体在冷却剂衬套100周围流动，以冷却气缸并从与气缸相关联的出口中的一个流出。在不包括如所描述的过渡区域104的冷却剂衬套中，冷却剂流体不会完全在气缸的下部部分周围流动，从而留下“死区(dead zone)”，在该“死区”处，气缸可能不会被冷却剂流体有效地冷却。通常在对应于第一下部部分310和第二下部部分320的位置处会发现这样的“死区”。相反，并且如图3中所示出的，第一下部部分310和第二下部部分320示出了冷却剂流体在第一下部部分310和第二下部部分320周围流动。因此，过渡区域104促进冷却剂流体在整个冷却剂衬套100周围的循环，以消除“死区”。
[0051]ⅳ.示例性实施方案的构造
[0052]
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可被要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对特定的实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中的在单独的实现方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实现方式中实施。相反，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实现方式中实施。此外，虽然特征可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。
[0053]
如在本文利用的，术语“大体上”、“约”和类似的术语旨在具有与本公开内容的主题所属的领域中的普通技术人员的常见和被接受的用法一致的宽泛的含义。查阅本公开的本领域的技术人员应理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征的说明，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确的数值范围。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变被认为在所附权利要求中所述的本发明的范围内。
[0054]
如在本文中所使用的术语“联接”、“附接”以及类似术语意味着两个部件彼此直接或间接地连结。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的连结可以通过两个部件彼此一体地形成为单个整体或这两个部件和任何
额外的中间部件彼此一体地形成为单个整体、通过这两个部件附接到彼此或这两个部件和任何额外的中间部件附接到彼此来实现。
[0055]
值得注意的是，在各个示例性实施方式中示出的系统的构造和布置在性质上只是说明性的而非限制性的。出现在所述实现方式的精神和/或范围内的所有变化和修改都期望被保护。应理解，一些特征可能不是必要的，且缺少各种特征的实施方式可被设想为在本技术的范围内，该范围由所附权利要求界定。当语言“一部分(portion)”被使用时，该项可包括一部分项和/或整个项，除非特别相反地规定。
[0056]
此外，术语“或”在其包括性意义上(而不是在其排他意义上)被使用，使得当用于例如衔接一列元素时，术语“或”意指列表中的元素中的一个、一些或所有。除非另有明确陈述，否则诸如短语“x、y或z中的至少一个”的连接语在上下文中被理解为通常用于表达项、术语等可以是：x；y；z；x和y；x和z；y和z；或x、y和z(即，x、y和z的任何组合)。因此，这样的连接语通常不意图暗示某些实施方案要求x中的至少一个、y中的至少一个和z中的至少一个各自存在，除非另有指示。
[0057]
虽然在本公开中只详细描述了几个实施方案，但审阅本公开的本领域技术人员将容易认识到，很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)是可能的，而实质上不偏离本文所描述的主题的新颖性教导和优点。例如，示出为一体形成的元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且分立元件或位置的性质或数量可以更改或改变。根据可替代的实施方案，任何方法过程的顺序或次序可以改变或重新排序。也可在各种示例性实施方案的设计、运行条件和布置上做出其他替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。