CN108374713A - 用于内燃发动机的冷却系统 - Google Patents

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CN108374713A CN201810094474.5A CN201810094474A CN108374713A CN 108374713 A CN108374713 A CN 108374713A CN 201810094474 A CN201810094474 A CN 201810094474A CN 108374713 A CN108374713 A CN 108374713A
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Abstract

本发明公开了一种用于两轮车辆(100)或三轮车辆(100)的内燃发动机(101)。在内燃发动机(101)中存在护罩(301)，以封闭包括离心式风扇(303)的内燃(IC)发动机(101)的气缸盖(202)、气缸体(203)和曲轴箱(204)。护罩(301)包括至少一个肋(501)，至少一个肋在护罩(301)的气缸部分(301b)中布置在离心式风扇(303)的下游，以将进入的空气流(510)成比例地分成第一空气通路(510a)和第二空气通路(510b)。这样，进入的空气流(510)在整个罩(301)中进行循环以有效地冷却。利用上述发明，内燃发动机(101)的热效率得以提高。

Description

用于内燃发动机的冷却系统
技术领域
本发明总体上涉及两轮车辆。更具体地，本发明涉及用于冷却两轮车辆的内燃发动机的冷却系统。
背景技术
内燃发动机将从燃料与氧化剂(空气)的燃烧所获得的热能转换成机械能，该机械能可用于进行各种各样的机械功。其被用于广泛的应用中，包括提供用于使汽车运动的原动力。由内燃发动机提供动力的一种这种类型的汽车是跨越(step-through)式两轮车辆，俗称踏板车(scooter)。内燃发动机的主要部件包括气缸盖、气缸体上的往复式活塞、以及将活塞连接至往复式曲轴的连杆。在内燃发动机的运行期间，燃料与氧化剂的燃烧在气缸体中发生，并将机械能传递到往复式活塞。该运行在气缸体内和气缸体周围产生大量的热能。该热能增加了气缸体和围绕其的大气空气的温度。因此，需要冷却气缸体、其相关联的部件以及周围的空气。诸如踏板车的跨越式两轮车辆的内燃(IC)发动机通常采用可操作地连接至曲轴的离心式风扇，并且风扇迫使空气流动通过围绕内燃发动机的护罩。在空气通过护罩的循环期间，较少量的空气流动通过内燃发动机周围的许多关键热区。这是不希望的，因为目标关键热区不被冷却，并且这降低了发动机性能并降低了内燃发动机的冷却效率。因此，为了改善内燃发动机性能并解决上面讨论的问题，提出了一种新的强制空气冷却系统。
附图说明
参考附图来描述详细的说明。在整个附图中使用相同的附图标记来表示相似的特征和部件。
图1示出了采用本发明的实施例的两轮车辆的侧视图。
图2示出了根据本发明的实施例的可摆动地安装在两轮车辆的侧管下方的内燃发动机。
图3示出了根据本发明的实施例的内燃发动机的侧视图。
图4示出了采用本发明的实施例的内燃发动机的截面图X-X以及强制空气冷却系统的工作。
图5a示出了现有技术中的护罩的等距视图。
图5b示出了根据本发明的实施例的护罩的等距视图。
图5c示出了根据本发明的实施例的护罩的俯视图。
图5d示出了根据本发明的实施例的护罩的前视图。
图6描绘了根据本发明的实施例的相对于流动速率绘制的热传递速率的曲线。
具体实施方式
本发明的各种特征和实施例这里将从下面对其进行的进一步描述中看出，下文将对此进行阐述。根据一实施例，这里描述的内燃发动机在四个循环中运行。这样的内燃发动机被安装在跨越式两轮车辆中。需要注意的是，内燃发动机可以以不同的布置(诸如横向、倾斜或纵向方式)安装在两轮车辆中。但是，在随后的描述中，这种发动机被横向地安装在跨越式两轮车辆的下部处。可以设想，在本发明的精神和范围内，本发明的理念可以应用于其他类型的车辆。在所示实施例的下面的描述中所提及的进一步的“前”和“后”以及“左”和“右”指的是从内燃发动机的后部向前看所看的前后方向和左右方向。在适当的地方已经省略了构成基本部件的本发明以外的部件的构成的详细说明。
在内燃发动机的运行期间，空气燃料混合物的燃烧在形成于气缸盖和气缸体之间的燃烧室中发生。该运行在气缸盖和气缸体的内部及周围产生了大量的热和热能，并增加了该空间及围绕其的部件的温度。如果这种热能不能被消散，则可能会导致气缸盖和气缸体的故障。而且，由于由此产生的热应力，较大的温差可能导致内燃发动机部件的扭曲。还可以看出，较高的温度也降低了内燃发动机的容积效率。因此，需要冷却气缸体、其相关联的部件以及周围的空气。通常，需要冷却系统来冷却内燃发动机部件。
典型地，在诸如踏板车的跨越式车辆中，摆动式内燃发动机在车辆的下后部处位于座椅下方。在车辆的右侧和左侧，围绕内燃发动机具有两个侧罩。内燃发动机由后悬架系统可摆动地支撑并附接到车辆的框架。这种内燃发动机的气缸体被封闭并在其运行期间被加热。由于在封闭的气缸体周围缺乏合适的空气循环或空气循环不足，因此这种内燃发动机通常通过采用强制空气冷却系统进行冷却。在强制冷却系统中，通过利用离心式风扇将大气空气通过入口从外部大气抽入到冷却系统内。离心式风扇的旋转与发动机曲轴的旋转结合。围绕气缸体和内燃发动机的护罩引导大气空气，从而冷却气缸体。因此，由于气缸体中的燃烧产生的热将被传导到其上的散热片。散热片围绕气缸体设置，这增加了暴露于循环空气中的接触面积。当空气流过散热片时，热将被散发到冷却空气。护罩可以由多个部件组成，并且通常容纳有内燃发动机，以便为气缸体和其他部件提供冷却。护罩也将具有用于护罩出口的切口。
尽管内燃发动机的气缸体的冷却是必要的，但是在传统的强制冷却系统中，空气不流动通过IC发动机周围的许多关键热区。需要被冷却的主要关键热区是气缸盖上的火花塞周围的区域和排气管与气缸盖连接处周围的区域。强制冷却系统应该在关键区域周围供应足够的空气流动，但也应该向内燃发动机的其他区域供应。如上所述，气缸体和气缸盖具有散热片，散热片散发由燃烧室产生并且能够被散热片散发的热，并且该热随后被流动空气进一步带走。为了优化火花塞周围的冷却，将护罩设计成将空气引向火花塞。此外，护罩的护罩出口区域布置在排气管连接区域的周围。在小容量的IC发动机中，通常火花塞区域和排气连接区域布置在气缸盖的相邻面上。因此，在传统的护罩组件中，流动空气被引向火花塞，并进一步通过排气管连接区域周围的护罩出口区域离开，流动空气以较短的路径离开护罩组件，并且非常少的空气循环通过气缸体和气缸盖周围的较长路径。这降低了IC发动机的整体散热能力，并可能导致过热，从而导致不希望的结果。
本发明旨在通过提供一种强制冷却系统来解决上述缺点，该强制冷却系统能够通过在离心式风扇下游按比例将流动空气流分成两部分(第一气流通路和第二气流通路)，而可靠地转向冷却空气流。第一空气路径采用引向火花塞区域并且进一步邻近火花塞而引向排气连接区域并且流出护罩组件的较短路径。第二空气路径被转向以在相对侧从护罩出口离开之前，采用远离火花塞区域、在气缸盖和气缸体周围的较长路径。为了实现这一点，护罩组件包括布置在离心式风扇下游的护罩组件的内表面上的至少一个肋，所述肋的较长边缘沿着流动空气平行布置并且从护罩组件的底部延伸至火花塞区域。另外，所述肋的轮廓成形为使得其横截面自下而上逐渐减小，以匹配气缸盖和气缸体的外表面的形状轮廓并防止转向后空气的泄漏。该解决方案制造简单且运行效率高。这样的装置可以产生更好的排热以及提高的冷却系统的冷却效率。所提出的装置还保证了平稳的空气流、平稳的空气转向且减少了空气阻力，这将增强内燃发动机部件周围的冷却空气的流动。
采用上面提出的发明，可以实现下列优点，诸如制造简单，即使转向后紊流空气流也较少，散热效果较好，结构紧凑，离心式风扇容量不变，内燃发动机的热效率提高等等，防止了转向后流动空气的泄漏，转向后的空气速度不降低，并且提高车辆的总体机械效率。
在以下段落中将结合附图更详细地描述本发明以及所有附随的实施例及其他优点。
图1示出了根据本发明的一个实施例的两轮车辆100的侧视图。车辆100包括通常为U形框架的框架，所述U形框架提供大体上敞开的中央区域以允许骑乘者进行“跨越”骑乘。通常，框架包括头管102、主管107以及一对侧管109(仅示出一个)。主管107的一端沿水平方向向下且向后延伸，以形成跨越部117，跨越部117然后与一对侧管109连接。在主管107的另一端具有头管102，头管102配置成可转动地支承转向管111，并进一步连接到下端处的前悬架系统121。车把支撑构件(未示出)连接到转向管111的上端并且支撑车把组件106。两个伸缩式前悬架系统121(仅示出一个)附接到转向管111的下部上的托架(未示出)，托架上支撑有前轮119。前轮119的上部由安装到转向轴111的下部的前挡泥板103覆盖。一对侧管109包括向下框架部段，所述向下框架部段向下倾斜并在跨越部117的一端处连接于主管107。多个横管(未示出)被固定在一对侧管109之间以支撑包括多用箱(未示出)、座椅组件108和燃料箱组件(未示出)的车辆附件。车辆100由侧支架110支撑。此外，本发明也适用于三轮车辆100。
框架被多个车身面板覆盖，从而安装并覆盖框架。在设置于跨越部117上方的跨越空间处设有底板105。后挡泥板115朝向车辆100的后部覆盖后轮116的至少一部分。车辆100包括多个电气和电子组件，包括头灯128、尾灯113、晶体管受控点火(TCI)单元(未示出)以及起动马达(未示出)。而且，在后轮116上安装有轮毂118。
图2示出可摆动地安装在侧管109下方的内燃(IC)发动机101。IC发动机101安装在摆臂209上，该摆臂利用肘杆可摆动地连接到跨越式框架。IC发动机101通过传动机构(未示出)与后轮116连接，传动机构诸如为连接IC发动机101的输出和后轮116的带传动装置或链传动装置。后轮116安装到摆臂209的端部，并通过设置在车辆100的后部的一个或多个后悬架129安装到框架，以便舒适地骑行。在本发明的实施例中，车辆100是包括与IC发动机101一起的电动牵引马达的混合动力车辆100。在本实施例中，电动牵引马达布置在安装于后轮116上的轮毂118处。因此，电动牵引马达直接连接到后轮116。电池系统(未示出)被布置在车辆100中的方便位置处，其供电以驱动电动马达202。在前轮119和后轮116上分别布置有前制动器(未示出)和后制动器(未示出)。
图3示出了根据本发明的实施例的IC发动机101的侧视图。IC发动机101由气缸盖202、气缸体203、气缸盖罩201和曲轴箱204构成。离心式风扇303在IC发动机101的宽度方向的任一端上安装在曲轴401上。在本实施例中，离心式风扇303安装在IC发动机的右侧，并且护罩组件配置成覆盖曲轴箱204、气缸盖202和气缸体203的右侧部分。用于IC发动机101的气缸盖罩201安装在曲轴箱204以及气缸盖202和气缸体203的组件上。强制空气冷却系统200包括用于引导和循环IC发动机101内空气的离心式风扇303和护罩组件301。护罩组件通过组装两个部件而构成，即，将RH护罩301与LH护罩(未示出)附接以封闭IC发动机101。LH护罩覆盖气缸体203和气缸盖202的部分的左侧部分。RH护罩301包括两部分，一个部分是具有格栅圆形开口301c的曲轴箱部分301a而另一部分是封闭气缸盖202与气缸体203的气缸部分301b。当RH护罩301被组装以封闭IC发动机101的右侧时，离心式风扇303由格栅圆形开口301c封闭。格栅圆形开口301c通过车辆100的下半部分暴露于大气，使得在离心式风扇303的运行期间，大气空气被抽吸通过格栅圆形开口301c以被护罩组件引导。另一个气缸部分301b封闭气缸体203和气缸盖202的另一半部分，并通过凸台连接到LH护罩。在IC发动机101的底部方向上的RH护罩301与LH护罩之间的连接区域形成了护罩出口502，该护罩出口502允许热空气在IC发动机101周围循环之后排出。此外，气缸盖202包括排气连接区域202a，排气管114a在排气连接区域202a上附接至气缸盖202。护罩出口502围绕排气连接区域202a。RH护罩301具有圆形开口302，火花塞410通过该圆形开口围绕而安装在气缸盖202上。圆形开口302便于火花塞410的移除和附接，而不需要移除RH护罩301。
图4示出了根据本发明的实施例的IC发动机101的沿着线X-X截取的截面图，示出了其主要部件以及强制空气冷却系统的工作。内燃发动机包括封闭在气缸体203中的往复式活塞402、将往复式活塞402连接到可旋转曲轴401的连杆403。在运行期间，燃料和氧化剂的燃烧在气缸体203中发生，并将机械能传递到往复式活塞402，该往复式活塞将机械能传递到可旋转曲轴401，可旋转曲轴401由于曲柄滑块机构而产生动力。离心式风扇303在IC发动机101的右侧附接到可旋转曲轴401，并且RH护罩301在离心式风扇303的上方在右侧封闭IC发动机101，使得在可旋转曲轴401的旋转期间，一体地安装在其上的离心式风扇303随其一起旋转，以将冷却空气抽入RH护罩301内。IC发动机101还包括其他辅助系统，其包括全部容纳在曲轴箱204中的起动系统(未示出)、传动系统405、润滑系统(未示出)和磁发电机组件411。
气缸盖202包括控制至少一个入口阀(未示出)和至少一个出口阀(未示出)的气门机构407。气门机构407通过凸轮链412由可旋转曲轴401驱动。来自节流阀体(未示出)的入口空气燃料混合物连通到气缸盖202中的入口部分，并且包括消音器114的排气管连接到气缸盖202的外部。在燃烧之后，产生热排气，热排气在排气端口周围排出气缸盖202。气缸体205中的空气-燃料混合物的燃烧产生大量的热能，这增加了气缸盖202和气缸体203以及围绕其的空气的温度。气缸盖202和气缸体203具有延伸表面(翅片)以增加表面积用于有效散热。因此，气缸盖202和气缸体203周围的区域处于升高的温度下并需要有效的冷却。但是，由于排气连接区域202a和火花塞区域410a(在气缸盖表面的相邻侧上)的接近，存在低压区域，因此流动空气以较短的路径流过火花塞区域410a、排气管区域并从护罩出口502离开。本发明的实施例具有至少一个肋501，该至少一个肋501在RH护罩301的气缸部分301b中布置在离心式风扇303的下游，以将进入的空气流510转向成第一空气通路510a和第二空气通路510b。这样，可以确保进入的空气流510在整个护罩组件或护罩301中循环以有效地冷却。在本实施例中，RH护罩301可互换地称为护罩301。
图5a示出了现有技术的等距视图，其中示出了RH护罩。这里，显示了代表性空气流在其通过离心式风扇被抽入罩组件内部后的情形。护罩出口502和火花塞区域410a紧邻进入的空气流510布置，因为空气流在IC发动机101的右侧遇到气缸盖202和气缸体203组件。由于压差和护罩出口502的紧邻，如图所示，大部分空气流流过火花塞区域410a、排气连接管区域并通过护罩的护罩出口离开。没有获得在气缸盖202和气缸体203周围通过护罩301围绕空气流的较长路径的足够的空气流。气缸盖202和气缸体203的这种不均匀的冷却是非常不希望的，因为其降低了IC发动机101的热效率并降低了强制空气冷却系统的效率。为了减轻现有技术中的这种和其他缺点，引入肋501以将进入的空气流510分成第一空气通路510a和第二空气通路510b，其中第二空气通路510b在空气通过护罩出口离开之前将流动空气在气缸盖和气缸体周围转向。第一空气路径中的空气流执行冷却火花塞区域410a和排气连接区域202a的功能。
图5b示出了根据本发明的实施例的RH护罩301的等距视图。RH护罩301包括肋501，肋501布置在离心式风扇303的下游的RH护罩301的内表面上，使肋的较长边缘平行于空气流动方向定向。肋501具有以与其上组装有RH护罩301的气缸盖202和气缸体203的轮廓相匹配的截面轮廓。如图4所示，肋501的较长边缘的上部具有与气缸盖202和气缸体203的表面轮廓精确匹配的轮廓。该轮廓确保了在空气流已被转向之后存在最小程度的空气泄漏并且空气保持转向直到空气流到达RH护罩301的端部并且分叉以冷却气缸盖202和气缸体203的不同热区。术语进入的空气流510也可互换地用作空气流510。
当离心式风扇303运转时，大气空气被抽入。RH护罩301下游的空气流在其正从离心式风扇303流动经过而到达气缸盖202和气缸体203时，在分隔部P的区域处被肋501截断，其将空气流分开以流动通过两个空气路径，即，第一空气流通路510a和第二空气流通路510b。第一空气流通路510a是朝向肋501的下部形成的路径，在空气流动通过排气连接区域202a周围的护罩出口502之前，该路径将空气流引导到朝向RH护罩301的顶部设置的火花塞区域410a，排气连接区域202a位于气缸盖202面上火花塞410的相邻面上。由于肋501远离火花塞区域410a朝向RH护罩301的上侧的轻微弯曲形状，第二空气流通路510b朝向远离RH护罩的中心引导的肋501的上部形成。这有助于空气在从护罩的另一侧从护罩出口502离开之前围绕气缸盖202和气缸体203流动通过LH护罩。
图5c图示了根据本发明的实施例的RH护罩301的俯视图。肋501使其较长边缘远离火花塞410略微弯曲。肋的这种略微弯曲将第二空气流通路510b中的流动空气远离开火花塞区域410a并且朝向气缸盖202和气缸体203的上边缘引导，以围绕气缸盖202和气缸体203再循环。肋501的曲率半径r在大约150毫米至200毫米之间。肋501的较长边缘的长度L在60毫米至100毫米的范围内。这确保了肋501的正确轮廓来分隔流动空气流。另外，空气流分割点处的距离使得流动空气沿着肋501的较长边缘的长度L以2：3(L1：L2)的比例被划分，使得由离心式风扇303抽入的总流动空气的40％被引向第一空气流通路510a，而总流动空气的60％被引导到第二空气流通路510b。另外，肋501布置在与水平轴线平行且通过曲轴箱部301a的中心绘制的中心线Z-Z的上方。RH护罩301的曲轴箱部分301a的形状是圆形的。
图5d示出了根据本发明的实施例的RH护罩301的侧视图。示出了护罩出口502和火花塞区域410a(在图5b和图5c示出)。示出了臂突出部，它们被配置成与LH护罩组装以形成护罩出口502。本领域技术人员可以设想不同的修改。此外，在一个实施例中，根据系统的相应设计要求，在护罩301上以预定阵列布置多于一个的肋501，以形成多个管道或通路510a、510b从而将进入的空气流510分布到内燃(IC)发动机101的不同的关键部分和排气连接区域202a。
图6描绘了根据本发明的实施例的相对于循环空气流510的流动速率绘制的循环空气流510的热传递速率的曲线400a、400b、400c，其中曲线400a描绘了在不存在肋501的情况下热传递速率与存在肋501的情况下(如由曲线400b、400c所示)相比较低。此外，由于在护罩301的气缸部分301b中存在布置在离心式风扇303的下游的至少一个肋501以将进入的空气流510转向到第一空气通路510a和第二空气通路510b，内燃发动机101的热效率随着热传递速率的提高而改善。因此，本发明确保了进入的空气流510在整个护罩301上的循环有效地执行冷却的动作。
鉴于以上公开内容，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，在本发明的权利要求的范围内，本公开可以以具体描述以外的方式来实践。

Claims (10)

1.一种用于车辆(100)的内燃(IC)发动机(101)，包括：
曲轴箱(204)；
离心式风扇(303)，在所述内燃(IC)发动机(101)的宽度方向的任一侧上可操作地附接至所述曲轴箱(204)；
气缸体(203)，布置在所述曲轴箱(204)的上方；
气缸盖(202)，布置在所述气缸体(203)的上方，所述气缸盖(202)包括：
火花塞(410)，布置在所述内燃(IC)发动机(101)的与所述离心式风扇(303)相同的一侧；和
排气连接区域(202a)，布置在与其上布置有所述火花塞(410)的气缸盖(202)面邻近的气缸盖(202)面上，所述排气连接区域(202a)被配置为允许排气管(114a)的附接；
护罩(301)，封闭包括所述离心式风扇(303)的所述内燃(IC)发动机(101)的所述气缸盖(202)、所述气缸体(203)、所述曲轴箱(204)；
所述离心式风扇(303)被配置为将空气引导到所述护罩(301)内；并且
所述护罩(301)包括具有格栅圆形开口(301c)的曲轴箱部分(301a)和封闭所述气缸盖(202)和所述气缸体(203)的气缸部分(301b)，
其中，所述护罩(301)包括至少一个肋(501)，所述至少一个肋在所述护罩(301)的所述气缸部分(301b)中布置在所述离心式风扇(303)的下游。
2.根据权利要求1所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述肋(501)具有平行于空气流动方向定向的较长边缘，其中所述较长边缘的长度(L)在60毫米到100毫米的范围内。
3.根据权利要求1所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述护罩(301)具有圆形开口(302)，以便于所述火花塞(410)的移除和附接，而不需要移除所述护罩(301)。
4.根据权利要求1所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述肋(501)的曲率半径(r)大约在150毫米至200毫米之间。
5.根据权利要求1所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述肋(501)将空气流(510)成比例地分成至少两个分离的空气流通路(510a，510b)，包括第一空气流通路(510a)和第二空气流通路(510b)。
6.根据权利要求1所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述肋(501)的所述较长边缘具有在下端处笔直且远离所述火花塞(410)轻微弯曲的轮廓。
7.根据权利要求1或权利要求5所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述第一空气流通路(510a)将所述空气流引导到所述火花塞(410)和邻近所述火花塞(410)布置的护罩出口(502)，并且所述第二空气流通路(510b)将所述空气流围绕所述气缸盖(202)和气缸体(203)组件引导。
8.根据权利要求1所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述肋(501)被布置成使得流动空气流(501)沿着所述肋(501)的所述较长边缘以2：3(L1：L2)的比例分开。
9.根据权利要求1所述的内燃(IC)发动机(101)，其中，所述肋(501)的截面具有与所述气缸盖(202)和所述气缸体(203)的相应轮廓互补的轮廓，以防止在组装期间的任何干扰并且防止空气泄漏。
10.一种两轮车辆(100)或三轮车辆(100)，其包括如权利要求1至9所述的内燃(IC)发动机(101)。
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