CN115135862B - 用于内燃机的冷却*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的冷却***，设有至少一个缸盖冷却壳体，其设置在气缸盖中并流体连接于至少一个冷却剂入口和至少一个缸盖冷却剂出口，并且在气缸体中，上缸体冷却壳体设置成与气缸盖相邻，下缸体冷却壳体设置在上缸体冷却壳体的背离气缸盖的一侧上，上缸体冷却壳体流体连接于/能流体连接于第一缸体冷却剂出口，下缸体冷却壳体(15)流体连接于/能流体连接于第二缸体冷却剂出口，下缸体冷却壳体(15)和/或上缸体冷却壳体经由至少一个流体连接通道流体连接于/能流体连接于缸盖冷却壳体，缸盖冷却剂出口、第一缸体冷却剂出口和第二缸体冷却剂出口各自分配有用于控制通过冷却***的冷却剂流动的可切换的阀元件。

Description

用于内燃机的冷却***

技术领域

本发明涉及一种用于具有至少一个气缸盖、至少一个气缸体和多个气缸的内燃机的冷却***、一种用于运行冷却***的方法以及一种具有这种冷却***的内燃机。

背景技术

已知通过使冷却剂以不同方式流过它们来以不同方式冷却内燃机的气缸体和气缸盖。这考虑到气缸体和气缸盖根据运行或载荷条件承受不同的热负荷这一事实。热量主要经由隔热板(防火板)或燃烧室壁和排气端口传递到气缸盖，并且具体地通过将燃烧热量传递到燃烧室附近的气缸表面来传递到气缸体。通过改变冷却剂流量，可以例如确保气缸体在内燃机的暖机阶段还不被冷却并且因此更快地达到运行温度。在现有技术中，该目的是通过将气缸盖和气缸体中的冷却壳体分离并允许冷却剂以不同方式流过来实现的。

例如，从申请人的AT 514793B1已知一种用于内燃机的冷却***，该冷却***具有冷却剂可以通过其在气缸盖中流动的冷却壳体和冷却剂可以通过其在气缸体中流动的冷却壳体。此处，大致的流动方向是从气缸盖沿气缸体的方向，通常称为“自上而下冷却”。此外，沿从出口侧到入口侧的横向方向提供流动。这借助歧管或收集室来实现，冷却剂从该歧管或收集室流向入口侧。通过两个冷却壳体的流量由阀控制。这种解决方案的一个特别的缺点是气缸体要么根本没有冷却，要么冷却得太多，使得不能设法解决所有的运行和载荷条件。

EP 2562379 A1描述了一种用于内燃机的单独的冷却剂回路，其中，设置有气缸盖水箱和发动机缸体水箱。经由控制元件，可以将冷却剂供应到散热器或发动机缸体水箱。为此在气缸盖水箱和气缸体水箱之间需要相对大量的外部管路，这意味着需要大量的冷却剂。此外，此处也只能在气缸体冷却和无气缸体冷却之间切换。

因此，本发明的目的是提供一种具有改进的冷却和加热性能的冷却***。

发明内容

本发明的目的通过根据本发明的开头提到的冷却***以如下方式来解决：至少一个缸盖冷却壳体设置在气缸盖中，该缸盖冷却壳体流动连接于至少一个冷却剂入口和至少一个缸盖冷却剂出口，并且在与气缸盖相邻的气缸体中设有上缸体冷却壳体，在上缸体冷却壳体的背离气缸盖的一侧上设有下缸体冷却壳体，其中，上缸体冷却壳体流动连接或可流动连接于第一缸体冷却壳体出口，并且下缸体冷却壳体流动连接或可流动连接于第二缸体冷却壳体出口，并且下缸体冷却壳体和/或上缸体冷却壳体经由至少一个流动连接通道流动连接或可流动连接于缸盖冷却壳体，其中，阀元件分别分配给缸盖冷却壳体出口、第一缸体冷却壳体出口和第二缸体冷却壳体出口，以控制通过冷却***的冷却剂流动。

这也使得能够实现冷却剂输出(冷却剂功率)的简单分级。例如，冷却***的控制可以经由内燃机或冷却剂的可预定(可预先给出)的极限温度来实施。这种设置能够以简单的方式在几种不同的运行模式下运行，不同的运行模式可以考虑到内燃机的不同运行和载荷状态以及相关的热条件。

通过提供专用的阀元件，可以根据需要启用或停用气缸体中的冷却壳体，而全部量的冷却剂始终流过气缸盖中的缸盖冷却壳体。以这种方式，可以确保在内燃机的每个运行范围内从围绕隔热板上的排气阀的高热应力区域充分散热。

为了充分冷却相邻气缸之间的气缸体中承受特定热应力的区域，一种变型规定了在气缸体中延伸并设置在相邻气缸之间的腹板区域中的至少一个腹板冷却通道，其中腹板冷却通道优选地具有V形轮廓。因此可以从该区域充分地去除热量并且可以防止热损坏。

换言之，腹板引导通道设置在正交于两个相邻气缸之间的纵向气缸平面定向的分型平面(分离平面)中，即所谓的腹板区域。腹板引导通道优选地遵循V形轮廓，即，它从靠近气缸盖的起点下降到离气缸盖最远的点，从那里上升到终点，该终点与气缸盖的距离与起点大致相同。

有利地，腹板冷却通道设计为上缸体冷却壳体的一部分，并且将上缸体冷却壳体的出口侧部分连接至上缸体冷却壳体的入口侧部分。这使得可以实现沿横向方向通过内燃机、具体是气缸体的流动。气流主要沿着壁流向燃烧室，从而更好地冷却燃烧室。

为了能够有针对性地冷却在承受特别高的热载荷的隔热板或气缸盖密封垫附近的燃烧室区域，气缸边缘区域中的上缸体冷却壳体有利地至少部分地呈环形。气缸边缘区域是气缸体中的如下区域：如从气缸轴线沿径向方向观察的那样，该区域毗连气缸孔或设置在其中的气缸套。气缸边缘区域从气缸或气缸孔延伸至大约1.50倍的气缸直径或气缸孔直径，优选地至多1.35倍的直径。以这种方式产生的冷却空间在此也被称为环(状)冷却，因为产生了基本上环形的设置。如沿气缸的轴向方向观察的那样，上缸体冷却壳体的高度优选地为气缸内径的10％至30％。换言之，如沿气缸的轴向方向观察的那样，上缸体冷却壳体从气缸体的面向气缸盖的上侧延伸到气缸体中，其高度在气缸内径的10％至30％之间。

为了实现有利的冷却过程，在一种变型中，第一阀元件设置在缸盖冷却壳体的缸盖冷却剂出口处，其可以至少在打开的第一阀位置、关闭的第二阀位置之间切换，优选地在打开的第一阀位置、关闭的第二阀位置和节流的第三阀位置之间切换。

为了能够更灵活地对冷却要求作出反应，在另一实施例变型中，第二阀元件设置在上缸体冷却壳体的第一缸体冷却剂出口处，该第二阀元件可以至少在关闭的第一阀位置和打开的第二阀位置之间切换。

如果第三阀元件设置在下缸体冷却剂壳体的第二缸体冷却剂出口处，则提供了进一步的灵活性，该第三阀元件可在至少关闭的第一阀位置和第二打开的阀位置之间切换。

通过将处于三个不同阀位置的阀元件组合起来，可以实现对应冷却***不同运行模式的不同切换位置。这允许冷却***适应内燃机的各种载荷和运行条件。

为了改善流动条件并能够有针对性地冷却承受高热载荷的区域，上缸体冷却壳体在内燃机的进气侧和排气侧之间延伸，并且至少一个节流区段设置在进气侧和排气侧之间的至少一个过渡部处。节流区段在此理解为这样的区域，在该区域中，冷却壳体的横截面或流动横截面与上游和/或下游的毗连区域的横截面相比减小。

方便地，分别有一个节流区段设置在气缸体的一个端面上，优选地在气缸和端面之间，以及在气缸体的与端面相对的一侧上，优选地在气缸和气缸体的与端面相对的侧(部)之间。在一种变型中，在节流区段中的上缸体冷却壳体的开口横截面减小到节流区段上游和/或下游的横截面的15％或更少。

在一特别有利的实施例中，在上缸体冷却壳体和下缸体冷却壳体之间提供连续的铸造壁。换言之，上缸体冷却壳体和下缸体冷却壳体在气缸体内通过铸造壁完全地彼此分离。这有利于制造，并且可以防止气缸体中的泄漏和不受控制的冷却剂转移。

这种设置能够冷却内燃机的最关键的通道。尤其是铸造壁开辟了制造这种内燃机的新途径并简化了生产，因为可以消除制造步骤(冷却壳体分离元件的***和连结)。此外，可以确保上冷却壳体和下冷却壳体中的流动条件的最佳分离。

在冷却***的一种变型中，缸盖冷却壳体主要设置在内燃机的排气侧，其中，冷却剂入口通向沿着排气侧延伸的分配歧管，该分配歧管设置在气缸盖中并且流动连接于缸盖冷却壳体的主冷却壳体，该主冷却壳体也沿着排气侧延伸，并且冷却剂从该主冷却壳体经由缸盖冷却剂出口再次离开气缸盖，其中，分配歧管比主冷却壳体更远离气缸体。换言之，冷却剂流入气缸盖中的分配歧管，并从那里沿气缸体的方向流入主冷却壳体中，并且从那里至少部分地、根据冷却***的运行模式经由缸盖冷却剂出口从气缸盖离开。这导致了所谓的“自上而下冷却”，即冷却剂完全供应至气缸盖并从那里流向承受特定热载荷的区域，例如，燃烧室顶盖或隔热板(防火板)、包括阀桥(气门桥)或腹板的排气阀以及可选地气缸体。如果冷却剂入口设置在气缸盖或发动机的一端上，则不仅可以实现良好的流动条件，而且可以实现包装优势，因为可以选择管道以节省空间。

在另一变型中，排气歧管沿内燃机的排气侧设置在缸盖冷却壳体的主冷却壳体和缸盖冷却剂出口之间，该排气歧管流动连接于主冷却壳体和缸盖冷却壳体，其中，主冷却壳体优选地具有在排气阀之间的阀腹板中延伸的至少一个冷却腹板，并且该冷却腹板经由冷却孔连接于排气歧管。

如果上缸体冷却壳体经由沿着进气侧延伸的进气歧管连接于第一缸体冷却剂出口，则可以实现冷却方面的优势，特别是关于排气侧和进气侧之间的横流(横向流动)方面的优势。优选地，进气歧管设置在气缸盖中，并且提供从上缸体冷却壳体到进气歧管的对应连接。

如果分配歧管和/或排气歧管和/或进气歧管设置在气缸盖中，则尤其出于包装原因是有利的。

排气歧管、进气歧管和分配歧管可以分别在气缸盖和气缸体的基本上整个长度上延伸。这使得可以在气缸盖和气缸体的整个长度上实现冷却剂和冷却剂流的分布。

为了有利地影响流动条件并尽可能简化气缸盖和气缸体的制造以及冷却剂的供应和排放，在冷却***的一种变型中规定了，至少冷却剂入口和/或至少缸盖冷却剂出口和/或至少第一缸体冷却剂出口和/或至少第二缸体冷却剂出口设置在气缸盖中。

本发明的目的进一步通过在开头提到的用于操作(运行)根据本发明的所述冷却***的方法来解决，即，通过在至少三个切换位置之间改变阀元件，其中每个阀元件在各种情况下处于打开的第一阀位置或关闭的第二阀位置或节流的第三阀位置，冷却***至少以第一运行模式或第二运行模式或第三运行模式运行，在第一运行模式中冷却剂仅流过缸盖冷却壳体，在第二运行模式中，冷却剂流过缸盖冷却壳体和上缸体冷却壳体，在第三运行模式中，冷却剂流过缸盖冷却壳体、上缸体冷却壳体和下缸体冷却壳体。在本文中，节流阀位置是指阀的如下位置，在该位置中，与打开位置相比，流动横截面减小，但冷却剂的流动仍然是可能的。

不同的运行模式允许冷却尽可能最佳地适应内燃机的运行和载荷条件。当内燃机是冷的时优选使用第一运行模式，其中一方面产生的热量必须从气缸盖散发，但另一方面尽可能减少气缸体的冷却以允许快速加热。第二运行模式优选地用于实现内燃机的正常运作运行状态，而第三运行模式用于高载荷或内燃机强升温时。

在上述运行模式中，有利地规定，

-在用于第一运行模式的第一切换位置中，第一阀元件被带入打开的第一阀位置，并且第二阀元件和第三阀元件处于关闭的第二阀位置；

-在用于第二运行模式的第二切换位置中，第一阀元件优选地被带入节流的第三阀位置，第二阀元件被带入打开的第一阀位置，并且第三阀元件处于关闭的第二阀位置，以及

-在用于第三运行模式的第三切换位置中，第一阀元件被带入关闭的第二阀位置，并且第二阀元件和第三阀元件处于打开的第一阀位置。

在第一运行模式中，在优选地在内燃机和/或冷却剂是冷的时设定的第一切换位置中，第一阀打开并且第二阀和第三阀关闭。

有利的是，在第三运行模式中，在优选地在内燃机和/或冷却剂热时设定的第三切换位置中，第一阀关闭，第二阀打开并且第三阀打开。

为了能够更有效地对流动条件起作用，有利地规定，在第一运行模式中，在第一切换位置中关闭输送阀。

如果在第二运行模式和/或第三运行模式中，输送阀在第二切换位置/第三切换位置打开，则可以实现相同的效果。

在所有切换位置和所有运行模式下，全部的冷却剂流都通过缸体冷却壳体。第一阀元件设置在缸体冷却壳体的下游，其在打开的第一阀位置允许冷却剂通过缸体冷却剂出口流出；同时，在气缸体中上缸体冷却壳体下游的第二阀元件和下缸体冷却壳体下游的第三阀元件被堵塞(阻挡)并防止流出。因此，所有的冷却剂都被直接馈送至冷却***的回流管(返回管线)。

如果第一阀元件运动到节流的第三位置并且同时第二阀元件运动到打开的第一阀位置，则冷却剂的部分流被引导到气缸体的上缸体冷却壳体中。第三阀元件保持在关闭的第二阀位置中。在流过上缸体冷却壳体之后，冷却剂部分地通过缸盖冷却剂出口并且部分地通过第一缸体冷却剂出口离开发动机。

在第三切换位置中，第一阀元件处于关闭的第二阀位置并且完全关闭。第二阀元件和第三阀元件处于打开的第一阀位置并且完全打开。冷却剂流的一部分在流过上缸体冷却剂壳体之后通过第一缸体冷却剂出口离开内燃机，并且冷却剂流的剩余部分在流过下缸体冷却剂壳体之后通过第二缸体冷却剂出口离开内燃机。

本发明的目的还通过开头提到的内燃机来解决。有利地，气缸盖和/或气缸体由铸造铝制成。所描述的冷却***或方法使得内燃机中的冷却能够以这样一种有针对性的方式被控制并且热量被如此高效地消散，使得在内燃机的制造中可以延长使用铸造铝。结果，可以减小内燃机的重量，从而降低燃料消耗和排放。气缸盖和/或气缸体还可以有利地设计为另一种轻金属铸件和/或设计有合金添加物。

附图说明

下文参考附图中所示的非限制性示例性实施例更详细地解释本发明，其中：

图1以第一斜视图示出了根据本发明的冷却***的冷却壳体；

图2以第二斜视图示出了冷却壳体；

图3以从出口侧观察的侧视图示出了冷却壳体；

图4以俯视图示出了冷却壳体；

图5以从一个端面观察的侧视图示出了冷却壳体；

图6示出了沿着图4中的线VI-VI的冷却壳体的剖视图；

图7示出了沿着图4中的线VII-VII的冷却壳体的剖视图；

图8示出了沿着图4中的线VIII-VIII的冷却壳体的剖视图；

图9示出了冷却壳体的斜视图，其中冷却剂在第一切换位置中流过冷却壳体；

图10示出了冷却壳体的另一斜视图，其中冷却剂在第一切换位置中流过冷却壳体；

图11示出了斜视图，该附图示出冷却剂在第二切换位置中流过冷却壳体；

图12示出了冷却壳体的另一斜视图，其中冷却剂在第二切换位置中流过冷却壳体；

图13示出了斜视图，该附图示出冷却剂在第三切换位置中流过冷却壳体；

图14示出了冷却剂在第三切换位置中流过冷却壳体的另一斜视图；

图15示出了根据本发明的内燃机的俯视图；

图16示出了沿着图15中的线XVI-XVI的内燃机的剖视图；

图17示出了沿着图15中的线XVII-XVII的内燃机的剖视图；

图18示出了沿着图15中的线XVIII-XVIII的内燃机的剖视图；

图19以俯视图示出了根据本发明的内燃机的气缸体；

图20示出了沿着图17中的线XX-XX的内燃机的剖视图；

图21示出了沿着图20中的线XXI-XXI的内燃机的剖视图；

图22示出了沿着图17中的线XXII-XXII的内燃机的剖视图；以及

图23示出了沿着图17中的线XXIII-XXIII的内燃机的剖视图。

具体实施方式

图1至14示出了根据本发明的冷却***100的各个方面，而图15至23示出了具有这种冷却***100的内燃机20。在本文中，内燃机20具有气缸盖21、与气缸盖相邻的气缸体22、以及大致形成在气缸体22中并在一侧被气缸盖21封闭的多个气缸23。在所示的示例性实施例中，内燃机20具有四个气缸23，其中一个气缸作为外气缸设置在内燃机20的端面S上以及一个气缸作为外气缸设置在内燃机20的背离端面的侧(部)S'上。两个中央气缸设置在它们之间。在气缸体22中，中央气缸通过气缸腹板28彼此分开并且分别与外气缸分开(参见例如图19和图22或图16，其中示出了在气缸腹板28的区域中剖过内燃机20的剖视图)。

气缸盖21和气缸体22通过未示出的气缸盖螺栓连接；为此目的而设置的凹槽在图中用附图标记6标出。

在气缸盖21和气缸体22之间是分型(分离)平面T(参见例如图16至18)，在分型平面中例如设置有气缸盖衬垫(未示出)。内燃机20或气缸盖21和气缸体22的纵向轴线L(例如参见图4、图19或图23)基本上平行于分型平面T并正交于气缸轴线23a(例如参见图17和图22)延伸；纵向平面LL由纵向轴线L和气缸轴线23a跨越(纵向轴线L和气缸轴线23a夹出纵向平面LL)。例如，在图22中，纵向平面LL位于板平面内，而在图19中，纵向平面LL延伸穿过垂直于板平面的纵向轴线L。

图1示出了冷却***100的斜视图，该冷却***具有缸盖冷却壳体K、上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15。缸盖冷却壳体K位于气缸盖21中(参见例如图16)，而缸体冷却壳体11、15位于气缸体22中。

上缸体冷却壳体11设计为紧邻气缸盖21或分型平面T，而下缸体冷却壳体15设置在上缸体冷却壳体11的背向气缸盖21或缸盖冷却壳体K的一侧上。

缸盖冷却壳体K流动连接或可流动连接于至少一个冷却剂入口1、缸盖冷却剂出口10、上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15。至少提供流动连接通道8a、16、29用于连接至缸体冷却壳体11、15。上缸体冷却壳体11流动连接或可流动连接于第一缸体冷却剂出口14，下缸体冷却壳体15流动连接或可流动连接于第二缸体冷却剂出口17。

冷却剂从未详细示出的水泵经由冷却剂入口1馈送至缸盖冷却壳体K。冷却剂可以是水、乙二醇、油、它们的混合物或其它添加剂。

冷却剂入口1位于气缸盖21的一个端面S上。在冷却剂入口1的下游，分配歧管2设置成沿着内燃机20的出口侧A延伸。分配歧管2基本平行于纵向平面LL(参见例如图4)或平行于分型平面T延伸。针对每个气缸23，供应管线3从分配歧管2通向主冷却壳体4。在每种情况下，供应管线3基本与纵向轴线L成直角延伸。分配歧管2的流动横截面远离冷却剂入口1减小，以确保在气缸盖21的整个长度上均匀地向供应管线3供应冷却剂。

主冷却壳体4基本在从气缸23延伸的排气端口4a上延伸，这将特定的热负荷置于气缸盖21上。图1仅示出了设置在冷却壳体100中的凹部，而图18和图21均示出了出口通道4a。在排气端口4a之间延伸的阀腹板7(参见例如图15或图17，其中示出了在阀(气门)腹板7的区域中剖过内燃机20的截面)，其基本上在正交于纵向轴线L通过气缸轴线23的平面中延伸(阀腹板平面70；参见例如图4、图15和图20，其中阀腹板平面7分别都借助示例示出在缸体23处)，阀腹板7通过在阀腹板7中延伸的冷却腹板7a供应冷却剂，其中，为每个气缸23提供一个这样的冷却腹板7a。冷却腹板7a还围绕用附图标记5标记的喷射喷嘴或火花塞的接纳区域。

图17和图22示出了这样的接纳区域5，未示出喷嘴。换言之，在两个排气端口4a之间，冷却腹板7a连接于用于喷射喷嘴的接纳区域5，并且延伸至气缸盖21中的主冷却壳体4。

在排气阀(排气门)或排气端口4a之间，从冷却腹板7a开始，缸盖冷却(钻)孔8也针对每个气缸23设置在阀腹板平面70中，该孔远离相应的气缸轴线23朝向排气侧A延伸并且设计成基本上平行于气缸盖21和气缸体22之间的分型平面T。

经由缸盖冷却孔8，与排气歧管9形成流动连接。与分配歧管2一样，排气歧管9沿着内燃机20的排气侧A延伸并且基本上平行于纵向平面LL或平行于分型平面T并且流动连接于缸盖冷却剂出口10，该缸盖冷却剂出口设置在气缸盖21或内燃机20的端面S上。

排气歧管9设置得比歧管2和主冷却壳体4更靠近气缸体22或气缸盖21和气缸体22之间的分型平面T。换言之，歧管9位于主冷却壳体4与将内燃机20的气缸盖21和气缸体22分开的分型(分离)平面T之间。

缸盖冷却(钻)孔8从在排气侧A的气缸盖21的外侧延伸至冷却腹板7a。在这种情况下，在缸盖冷却孔8的生产期间产生的排气歧管9和气缸盖21的周围之间的连接***塞(未示出)封闭以正常运行。

从接纳区域5开始，冷却腹板7a沿与围绕排气端口4a的分型平面T平行的方向、具体是在承受特定热应力的阀座区域中成形，并延伸直至在气缸腹板28区域中沿正交于纵向轴线L的方向延伸通过气缸腹板28的平面(气缸腹板平面280；参见例如图4、图15和图22，其中分别在一个气缸23中示例性地画有气缸腹板平面280)。在那里，在一方面形成相邻气缸23的冷却腹板7a的连接，另一方面形成到主冷却壳体4的连接。此外，第一流动连接通道8a在气缸腹板28附近设置成将冷却腹板7a连接至排气歧管9，并且在另一方面建立从缸盖冷却壳体K到上缸体冷却壳体11的连接，下面将对其进行更详细的说明。与缸盖冷却孔8类似，第一流动连接通道8a远离相应的气缸轴线23朝向出口侧A延伸，但被设计成相对于分型平面T倾斜。换言之，第一流动连接通道8a的更靠近纵向平面LL的端部比第一流动连接通道的更靠近排气侧A的端部更远离分型平面T。

缸盖冷却壳体K因此包括主冷却壳体4、冷却腹板7a和缸盖冷却孔8，并且通过经由歧管2流动连接于冷却剂入口1，或者经由排气歧管9流动连接于缸盖冷却剂出口10。下面进一步描述与缸盖冷却壳体11和下缸体冷却壳体15的流动连接。

如上所述，在分型平面T处与气缸盖21毗连的气缸体22具有上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15。

上缸体冷却壳体11紧邻分型面T设置，并从分型平面T沿平行于气缸轴线23a的方向延伸到气缸体22中。上缸体冷却壳体11设计成朝向气缸盖22开口，并且相对于气缸盖21的密封例如借助未更详细示出的气缸盖衬垫(垫圈)来实现。

上缸体冷却壳体11基本上设计为环形冷却***，使得它在气缸边缘区域中至少部分地围绕气缸23。在本文中，气缸边缘区域应理解为气缸体22中的如下区域：从气缸轴线23a沿径向方向看，该区域毗连气缸23，即气缸孔或设置在其中的气缸套。气缸边缘区域23从气缸或气缸孔延伸至约1.50倍的气缸直径或气缸孔直径B(例如参见图19)，优选地至多1.35倍的直径。外气缸23被包围成约300°的角度，即从端面S或背向端面的侧部S'到气缸腹板28。中间气缸23在入口E和出口A侧处均由气缸腹板28包围，气缸腹板28在气缸23之间以约120°的角度在两侧限界。

在沿着气缸轴线23a的方向上，上缸体冷却壳体11具有在气缸23的孔直径B的10％和30％之间的高度H1。这意味着气缸体22的具体是与气缸23的燃烧室相邻的区域被高效地冷却。

在纵向平面LL的区域中，在端面S以及背离端面的侧部S'上，至少一个节流区段D在出口侧A和入口侧E之间的过渡部处设置在上缸体冷却壳体11中，以影响流动以获得最佳的冷却效果。具体地，图4中的俯视图示出了节流区段D，这些节流区段减小了上缸体冷却壳体11中出口侧A和入口侧E之间的流动横截面。上缸体冷却壳体11的开口横截面Q在节流区段D的区域中减小到约15％，对应于85％的节流。换言之，在节流区段D中，上缸体冷却壳体11的横截面减小到节流区段D上游和下游的开口横截面Q的15％。

上缸体冷却壳体11通过与缸盖冷却壳体K的流动连接而被供应冷却剂。为此目的，在一方面，设置上文已经描述的第一流动连接通道8a，这些第一流动连接通道将冷却剂从冷却腹板7a的侧面供应到上缸体冷却壳体11中。第二流动连接通道29(参见图6、图17和图18)将冷却剂从排气歧管9馈送至上缸体冷却壳体11。因此，上缸体冷却壳体11从缸盖冷却壳体K经由位于内燃机20的排气侧上的第一流动连接通道8a和第二流动连接通道29供应有冷却剂。

除了所述的从缸盖冷却壳体K馈送的环(状)冷却之外，上缸体冷却壳体11具有腹板冷却通道12，这些腹板冷却通道设置成用于冷却相邻气缸23之间的气缸腹板28。在所示的示例性实施例中，腹板冷却通道12是V形的并且由在气缸腹板28中从分型平面T倾斜地延伸的两个(钻)孔形成。孔由气缸腹板28形成。这些孔分别在入口E和出口侧上离开，并且沿纵向平面LL的方向向下倾斜，使得它们与分型平面T的距离随着它们接近纵向平面LL而增加。两个孔的相交处代表腹板冷却通道12的最深点；两个孔相交的深度H2(参见图16)，即到分型平面T的距离在气缸23的气缸孔的孔直径B的35％和50％之间。

因此，腹板冷却通道12将上缸体冷却壳体11的出口侧部分连接至入口侧部分。这意味着节流区段D在上缸体冷却壳体11中，在出口A和入口E侧上设置在端面S和背离端面的侧(部)S'的区域中，并且具有基本上V形轮廓的腹板冷却通道12设置在相邻气缸23之间的气缸腹板28的区域中。

在入口侧上，上缸体冷却壳体11流动连接于进气歧管13，并经由该进气歧管流动连接于第一缸体冷却剂出口14。在这种情况下，进气歧管13设置在气缸盖21中，并经由转移通道30连接于气缸体22中的上缸体冷却壳体11。在未示出的示例性实施例中，歧管13设置在气缸体22中。

该进气歧管13沿着入口侧E设置。第一缸体冷却剂出口14设置在内燃机20的端面S上。

下缸体冷却壳体15以与上缸体冷却壳体11类似的方式设置成围绕气缸23延伸。气缸腹板28的区域是空出的。此处，在所示的示例性实施例中，下缸体冷却壳体15在出口侧A和入口侧E之间没有连接。下缸体冷却壳体15在其背离分型平面T的下端处为波纹设计。下缸体冷却壳体15在气缸腹板28的区域内以及在端面S或背向端面的侧(部)S'上沿平行于气缸轴线23a的方向具有最大的延伸(量)。

下缸体冷却壳体15也被供应有来自位于气缸盖21中的缸盖冷却壳体K的冷却剂。为此目的设置了第三流动连接通道16，该第三流动连接通道毗连排气歧管9并且通过分型平面T在侧部S'的区域中连接于下缸体冷却壳体15，该侧部S'在纵向平面LL的区域中背离端面。

下缸体冷却壳体15具有设置在内燃机20的端面S处的第二缸体冷却剂出口17。经由第三流动连接通道16进入下缸体冷却壳体15的冷却剂在沿着纵向轴线L的方向上完全流过它，然后在内燃机20的端面S处再次流出。在所示的示例性实施例中，第二缸体冷却剂出口17设置在气缸盖21上并经由提升通道(立管通道)24连接于下缸体冷却壳体15。在未示出的变型中，第二缸体冷却剂出口17也可以设置在气缸体22上。

图6至8示出了沿着图4中的线VI-VI、VII-VII和VIII-VIII的剖视图，示出了穿过冷却壳体的相交表面。

上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15在气缸体22中通过水平和/或弯曲的铸造壁G彼此完全分离。因此，与现有技术的解决方案相比，不需要提供***件来确保缸体冷却壳体11、15的分离。在制造过程期间，该铸造壁G由用于形成下缸体冷却壳体15和用于形成上缸体冷却壳体11的***型芯件形成。用于通过铸造制造内燃机的芯件和在后续步骤中形成的孔具有与图1至图14中所示的冷却壳体基本上相同的形状。

阀元件25、26、27分别与冷却剂出口10、14、17相关联，以便能够设置冷却***100的不同操作(运行)模式。阀元件25、26、27在图1、9、11和13中示意性地示出，并在冷却剂出口10、14、17之后定位。在实际的实施方式中，阀元件25、26、27可以设计为恒温阀并且直接定位在冷却剂出口10、14、17处或经由管道远离它们。图中的图示用于解释该功能。

第一阀元件25分配给缸盖冷却剂出口10，第二阀元件26分配给第一缸体冷却剂出口14，并且第三阀元件27分配给第二缸体冷却剂出口17。阀元件25、26、27分别都可以至少在打开的第一阀位置和关闭的第二阀位置之间切换。至少第一阀元件25也可切换到节流的第三阀位置，在该第三阀位置中，位于完全关闭和完全打开的阀元件之间的流动横截面是可释放的。在下文未进一步描述的示例性实施例中，第二阀元件和/或第三阀元件也能够以节流的第三阀位置切换。

图9至图14示出了在阀元件25、26、27的三个切换位置中通过冷却***100的冷却剂流动，每个切换位置对应于一个运行模式。冷却剂的流动方向此处用箭头表示，但是为了清楚起见仅部分地示出了流动路径。

全部冷却剂经由冷却剂入口1进入缸盖冷却壳体K。冷却剂通过分配歧管2经由排气口4a馈送至主冷却壳体4中，并且经由供应管线3馈送至要冷却的区域。

通过缸盖冷却壳体K的流量始终与开关位置无关。

图9和图10示出了第一运行模式中的流动条件。在相关联的第一切换位置，第一阀元件25处于打开的第一阀位置，并且第二阀元件26和第三阀元件27处于关闭的第二阀位置。第一阀元件25因此完全打开。

冷却剂由未示出的冷却剂泵通过冷却剂入口1输送到分配歧管2中，并且沿着出口侧A从端面S朝向内燃机20的背离端面的侧(部)S'输送。经由供应管线3，冷却剂流入位于排气口上方的缸盖冷却壳体4的主冷却壳体4中。经由排气阀之间的冷却腹板7a和设置在相邻气缸23之间的缸盖冷却壳体部分，冷却剂沿纵向平面LL的方向流动并冷却排气阀的接纳区域5和阀座区域(该过程仅针对端面S处的外气缸23示出，但是对于所有气缸23都以这种方式发生)。冷却剂经由缸盖冷却剂孔8以及第一流动连接通道8a流到排气歧管9，并从那里经由端面S处的缸盖冷却剂出口10流出气缸盖21。如图9和图10所示，整个冷却剂体积通过该缸盖冷却剂出口10离开冷却***100。冷却剂因此在分配歧管2中沿着纵向轴线L从端面S流到背离端面的侧面S'，并且在排气歧管9中从背离端面的侧面S'流向端面，并通过供应管线3、主冷却壳体4、冷却腹板7a、缸盖冷却孔8和第一流动连接通道8a从出口侧A朝向入口侧E流动并横向穿过气缸盖21返回到出口侧A。由于分配歧管2设置得比缸盖冷却孔8或排气歧管9更远离分型面T，这导致所谓的沿燃烧室和承受高热负荷的隔热板(防火板)的方向通过气缸盖21的“自上而下”的流动。

由于第二阀元件26和第三阀元件27处于关闭的第二切换位置，由于上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15的流出受阻，没有冷却剂从缸盖冷却壳体K流入缸体冷却壳体，结果冷却剂仅流过气缸盖21中的缸盖冷却壳体K。所有的冷却剂从缸盖冷却壳体K经由歧管9到达气缸盖21的缸盖冷却剂出口10。

用于第一运行模式的第一切换位置具体地在内燃机20和/或冷却剂是冷的时使用。

在用于第二运行模式的第二切换位置中，上缸体冷却壳体11切换到根据图11和图12的第二切换位置。为此目的，第一阀元件25处于节流的第三阀位置，第二阀元件26切换到打开的第一阀位置并且第三阀元件27处于关闭的第二阀位置。

结果，来自气缸盖21的缸盖冷却剂出口10被节流，并且来自上缸体冷却壳体11的进气歧管13的第一缸体冷却剂出口14完全打开。冷却剂通过第一流动连接通道8a和第二流动连接通道29流入上缸体冷却壳体11，并通过节流区段D和腹板冷却通道12从排气侧A穿过气缸体22流向进气侧E。

由于第一阀元件25的节流的第三切换位置，冷却剂因此不再完全流过缸盖冷却壳体K，而是部分地流过上缸体冷却壳体11。

当内燃机20和/或冷却剂较热时，该第二切换位置与第二运行模式相关联。

冷却***100的完全冷却效果在第三运行模式的第三切换位置处产生。此处，如图13和图14所示，缸盖冷却壳体K、上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15被启用(进行工作)。为此目的，在缸盖冷却壳体出口10处的第一阀元件25被带到关闭的第二阀位置中，并且在端面S处，在第一缸体冷却壳体出口14处的第二阀元件26和在第二缸体冷却壳体处的第三阀元件27处于打开的第一阀位置并因此完全打开。

冷却剂以前述方式从缸盖冷却壳体K流入上缸体冷却壳体，并通过内燃机20的背离端面S的侧部S'上的第三流动连接通道16进入下缸体冷却壳体15。在下缸体冷却壳体15中，冷却剂从背离端面的侧部S'沿纵向流过缸体22到达端面S，在那里冷却剂经由提升通道(立管通道)24到达第二缸体冷却剂出口17。.

在所述的第三切换位置，在气缸盖21中的排气歧管9中发生流动反向(参见图13)。冷却剂不再经由第一缸盖冷却剂出口10离开气缸盖21，例如流到未更详细示出的热管理模块上，而是在排气歧管9中从端面S沿纵向向背离端面的侧部S'流动到第三流动连接通道16，在那里冷却剂从气缸盖21被引导到气缸体22的下缸体冷却壳体15中。在该运行模式中，冷却剂流通过第一缸体冷却剂出口14和第二缸体冷却剂出口17离开，这取决于缸体冷却剂出口14、17在如图所示的气缸盖21或气缸体22上的设置。

当内燃机20和/或冷却剂是热的时，将第三切换位置分配给第三运行模式。在第三运行模式中，内燃机20被完全冷却。以下适用于所有切换位置：全部冷却剂流过气缸盖21的缸盖冷却壳体K，可选地根据冷却剂的温度通过阀元件25、26、27的切换位置，冷却剂的进入缸盖冷却壳体K的一部分流过气缸体22中的上缸体冷却壳体11，和/或冷却剂的进入缸盖冷却壳体K的一部分流过气缸体22中的下缸体冷却壳体15。

图15至23示出了根据本发明的内燃机20。这具有用于多个气缸23中的每个气缸的气缸盖21和气缸体22，以及用于与液体冷却剂一起使用的冷却***100。冷却剂可以形成例如水、具有添加剂的水或任何其它合适的冷却剂。缸盖冷却壳体K设置在气缸盖21中，用于冷却气缸盖21中的热临界区域。气缸体22具有流动连接于缸盖冷却壳体K的上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15。缸盖冷却壳体K流动连接于气缸盖21的冷却剂入口1和缸盖冷却剂出口10。

除了气缸体22中的上缸体冷却壳体11和下缸体冷却壳体15以及缸盖冷却壳体K之外，冷却***还包括例如未更详细示出的冷却剂泵，设计为例如恒温阀的第一阀元件25，设计为例如恒温阀第二阀元件26、以及设计为恒温阀的第三阀元件27、未详细示出的散热器、未详细示出的内部加热器、未详细示出的膨胀箱和未详细示出的油冷却器。

冷却***100具有沿气缸体22或气缸盖21的纵向方向延伸的排气歧管9和进气歧管13，其中，进气歧管13可以设置在气缸体22中或气缸盖21中。在所示实施例中，进气歧管13设置在气缸盖21中。

在这种情况下，内燃机20的纵向方向是指平行于曲柄轴轴线的方向，在这种情况下，纵向方向沿着纵向轴线L定向(参见图23)。内燃机20的横向方向应理解为大致正交于曲柄轴轴线或纵向轴线L并且正交于气缸轴线23a定向的方向。

Claims (24)

1.一种用于内燃机（20）的冷却***（100），所述内燃机包括至少一个气缸盖（21）、至少一个气缸体（22）和多个气缸（23），其特征在于，设有至少一个缸盖冷却壳体（K），所述缸盖冷却壳体设置在所述气缸盖（21）中并流体连接于至少一个冷却剂入口（1）和至少一个缸盖冷却剂出口（10），并且上缸体冷却壳体（11）在所述气缸体（22）中设置成与所述气缸盖（21）相邻，而下缸体冷却壳体（15）设置在所述上缸体冷却壳体（11）的背离所述气缸盖（21）的一侧上，其中，所述上缸体冷却壳体（11）流体连接或能够流体连接于第一缸体冷却剂出口（14），并且所述下缸体冷却壳体（15）流体连接或能够流体连接于第二缸体冷却剂出口（17），并且所述下缸体冷却壳体（15）和/或所述上缸体冷却壳体（11）经由至少一个流动连接通道（8a、16、29）流体连接或能够流体连接于所述缸盖冷却壳体（K），其中，可切换的阀元件（25、26、27）与所述缸盖冷却剂出口（10）、所述第一缸体冷却剂出口（14）和所述第二缸体冷却剂出口（17）中的每一个相关联，用于控制通过所述冷却***（100）的冷却剂流动，其中，所述冷却***（100）至少在第一运行模式下运行，在所述第一运行模式下仅缸盖冷却壳体（K）有冷却剂流过其中。

2.如权利要求1所述的冷却***（100），其特征在于，设有在所述气缸体（22）中延伸的至少一个腹板冷却通道（12），所述腹板冷却通道设置在相邻气缸（23）之间的气缸腹板（28）中。

3.如权利要求2所述的冷却***（100），其特征在于，所述腹板冷却通道（12）设计有V形轮廓。

4.如权利要求2或3所述的冷却***（100），其特征在于，所述腹板冷却通道（12）设计为所述上缸体冷却壳体（11）的一部分，并且将所述上缸体冷却壳体（11）的出口侧部分连接至所述上缸体冷却壳体（11）的入口侧部分。

5.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***（100），其特征在于，所述上缸体冷却壳体（11）在气缸边缘区域中至少部分地环形地围绕所述气缸（23）。

6.如权利要求5所述的冷却***（100），其特征在于，从所述气缸（23）的轴向方向观察，所述上缸体冷却壳体（11）具有在所述气缸（23）的孔直径（D）的10％和30％之间的高度（H1）。

7.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***（100），其特征在于，第一阀元件（25）设置在所述缸盖冷却壳体（K）的所述缸盖冷却剂出口（10）处，所述第一阀元件能够至少在打开的第一阀位置、关闭的第二阀位置之间切换。

8.如权利要求7所述的冷却***（100），其特征在于，所述第一阀元件能够在打开的第一阀位置、关闭的第二阀位置和节流的第三阀位置之间切换。

9.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***（100），其特征在于，第二阀元件（26）设置在所述上缸体冷却壳体（11）的所述第一缸体冷却剂出口（14）处，所述第二阀元件能够至少在关闭的第一阀位置和打开的第二阀位置之间切换。

10.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***（100），其特征在于，第三阀元件（27）设置在所述下缸体冷却壳体（15）的所述第二缸体冷却剂出口（17）处，所述第三阀元件能够至少在关闭的第一阀位置和打开的第二阀位置之间切换。

11.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***（100），其特征在于，所述上缸体冷却壳体（11）在入口侧（E）和出口侧（A）之间延伸，并且至少一个节流区段（D）设置在入口侧（E）和出口侧（A）之间的至少一个过渡部处。

12.如权利要求11所述的冷却***（100），其特征在于，节流区段（D）在每种情况下设置在所述气缸体（22）的端面（S）上，在所述气缸（23）和所述端面（S）之间，并且设置在所述气缸体（22）的背离所述端面（S）的侧部（S'）上，在所述气缸（23）和所述气缸体（22）的背离所述端面（S）的侧部（S'）之间。

13.如权利要求11所述的冷却***（100），其特征在于，在所述节流区段（D）中，所述上缸体冷却壳体（11）的开口横截面（Q）减小到所述节流区段（D）的上游和/或下游横截面的15％或更少。

14.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***（100），其特征在于，连续铸造壁（G）设置在所述上缸体冷却壳体（11）和所述下缸体冷却壳体（15）之间。

15.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***（100），其特征在于，所述缸盖冷却壳体（K）主要设置在出口侧（A）上，其中，所述冷却剂入口（1）通向分配歧管（2），所述分配歧管沿着所述出口侧（A）延伸并且设置在所述气缸盖（21）中，并且流动连接于所述缸盖冷却壳体（K）的主冷却壳体（4），所述主冷却壳体同样沿着所述出口侧（A）延伸，并且冷却剂从所述主冷却壳体经由所述缸盖冷却剂出口（10）再次离开所述气缸盖（21），其中，所述分配歧管（2）比所述主冷却壳体（4）更远离所述气缸体（22）。

16.如权利要求15所述的冷却***（100），其特征在于，排气歧管（9）沿着所述内燃机（20）的所述出口侧（A）设置在所述缸盖冷却壳体（K）的所述主冷却壳体（4）和所述缸盖冷却剂出口（10）之间，所述排气歧管流动连接于所述主冷却壳体（4）和所述缸盖冷却剂出口（10）。

17.如权利要求16所述的冷却***（100），其特征在于，所述主冷却壳体（4）具有在出口阀之间的阀腹板（7）中延伸的至少一个冷却腹板（7a），并且所述冷却腹板经由缸盖冷却孔（8）连接于所述排气歧管（9）。

18.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***，其特征在于，所述上缸体冷却壳体（11）经由沿着入口侧（E）延伸的进气歧管（13）连接于所述第一缸体冷却剂出口（14）。

19.如权利要求1至3中任一项所述的冷却***，其特征在于，至少所述冷却剂入口（1）和/或至少所述缸盖冷却剂出口（10）和/或至少所述第一缸体冷却剂出口（14）和/或至少所述第二缸体冷却剂出口（17）设置在所述气缸盖（21）中。

20.一种用于运行如权利要求1至19中任一项所述的冷却***（100）的方法，其特征在于，通过在至少三个切换位置之间改变阀元件（25、26、27），其中每个阀元件（25、26、27）在每种情况下处于打开的第一阀位置或关闭的第二阀位置或节流的第三阀位置，所述冷却***（100）至少以第一运行模式或第二运行模式或第三运行模式运行，在所述第一运行模式中，冷却剂仅流过缸盖冷却壳体（K），在所述第二运行模式中，冷却剂流过所述缸盖冷却壳体（K）和上缸体冷却壳体（11），在所述第三运行模式中，冷却剂流过缸盖冷却壳体（K）、所述上缸体冷却壳体（11）和下缸体冷却壳体（15）。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，

• 在用于所述第一运行模式的第一切换位置中，第一阀元件（25）被带入所述打开的第一阀位置，并且第二阀元件（26）和第三阀元件（27）处于所述关闭的第二阀位置；

• 在用于所述第二运行模式的第二切换位置中，所述第二阀元件（26）被带入所述打开的第一阀位置，并且所述第三阀元件（27）处于所述关闭的第二阀位置，以及

• 在用于所述第三运行模式的第三切换位置中，第一阀元件（25）被带入所述关闭的第二阀位置，并且第二阀元件（26）和第三阀元件（27）处于打开的第一阀位置。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在用于所述第二运行模式的第二切换位置中，所述第一阀元件（25）被带入所述节流的第三阀位置。

23.一种内燃机（20），所述内燃机包括如权利要求1至19中任一项所述的冷却***（100）。

24.如权利要求23所述的内燃机（20），其特征在于，所述气缸盖（21）和/或所述气缸体（22）设计为铸造铝。