TW585967B - Interbore cooling system - Google Patents

Description

585967 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明相‘關於水冷式引擎的冷卻系統，尤其相關於（ 但是並非只針對）冷卻此種引擎的孔間橋接部的上方區域 的冷卻系統。 發明背景 汽缸體的二汽缸之間的窄結構被稱爲孔間橋接部（ intei*bore bridge)。孔間橋接部具有高熱集中度。此區域具 有高表面/體積比，並且如果暴露於高熱源則易於過熱。 熱源可能來自汽缸內的燃燒，並且也可能來自活塞總成與 汽缸壁之間的摩擦。 一旦在孔間橋接部處的汽缸壁的表面溫度達到 1 8 0 °C，就很容易發生問題。於該溫度，潤滑油特別是 礦物油會經歷性能的劣化。潤滑油的劣化可能造成活塞與 汽缸壁之間的摩擦大幅增加。此會造成其他的問題，例如 活塞磨壞，以及汽缸壁及活塞環的過量磨耗。 一旦溫度超過2 2 0 °C，由鋁製成的汽缸體會有額外 的問題。於該溫度及其以上的溫度，鋁弱化。由於熱弱化 結構所造成的過量孔畸變以及·熱膨脹對於引擎整體功能性 而言可能是問題。高熱負荷也可能造成一旦金屬溫度回至 常態之後，結構喪失其原始性質。 爲克服孔間過熱，曾提出過許多類型的孔間冷卻系統 ，包括： 1 )於頂部表面的全鋸痕（full saw cut); ------:ll··裝—- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 585967 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7五、發明説明（2 ) 2 )於頂部表面的雙鋸痕，水通道的每一側有一個鋸 痕； ‘ 3 )從孔間橋接部的每一端部延伸的從階梯狀孔直徑 的頂部表面的交叉鑽孔（crossed-drilled)通道； 4)鑄造水通道；及 5 )藉著使用玻璃核心而產生的水通道。 每一種系統有其本身的有利點及不利點。在選擇任何 特別的設計之前，有許多的參數要考慮，並且一種特別設 計可能對一種特定的應用可用，但是不必然可用於其他應 用。 目前一引擎體可被用於許多不同的應用在實務上很常 見。對於某些應用，引擎體被用於具有相當低性能的大量 生產引擎以及具有高性能的限量生產引擎。 一般而言，二者保持最大的引擎零件共用性。彼此完 全不同的零件可能只是吸入及排氣系統以及凸輪軸。 爲確保相同的汽缸體可在小修正下被用於高及低性會g 引擎，具有汽缸襯墊的汽缸體爲一種可能的選擇。但是， 高性能引擎必須有孔間冷卻系統來冷卻孔間橋接部。另一 方面，功率輸出較低的引擎可能不要求孔間冷卻。 因此，對孔間冷卻必須考慮數種選擇。當例如8 m m (毫米）的孔間橋接部具有2 — 4 - 2 m m的襯墊一鋁一 襯墊配置時，鑄造水通道及交叉鑽孔通道通常被排除。二 襯墊之間的金屬的厚度不足以有鑄造水通道’並且不足以 供交叉鑽孔通道通過。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） -5- 585967 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印說 A7 B7五、發明説明（3 ) 但是，可用諸如全鋸痕，雙鋸痕，及玻璃核心的孔間 冷卻選擇。全‘錦痕被廣泛地用於具有襯墊的汽缸體。切削 加工過程相當簡單，除了鑄造過程必須準確或必須有 1 0 0 %的超音波以避免在切削加工期間對鋸子有不適當 的負荷或損害。全鋸痕的另一問題爲密封，因爲其必須有 昂貴的墊片。滲漏也可能發生，因爲在頂板處的開口必須 有正確的密封。另外，開口使孔間橋接部弱化，並且由於 熱及機械負荷，因此孔畸變易於在引擎運轉期間發生。 在雙鋸痕之下，孔間橋接部的兩側被鋸切以使水流較 靠近在孔間橋接部的中心處的最熱.點。汽缸頭也被切削加 工，以連通來自汽缸體處的鋸痕的水流。此設計必須有長 切削加工時間，特別是汽缸頭。 使用玻璃核心的選擇曾被提出，因爲其可在汽缸襯墊 之間產生水通道。此製程尙未進行生產。此製程也昂貴， 並且必須被嚴格控制。玻璃核心必須以高速水噴射流來將 其移去。 從電腦輔助工程學的結果，已經判定孔間橋接部的頂 部區域的中心爲最熱區域，並且涵蓋活塞環行進路徑的大 約4 0 %。熱通量在活塞行程的大約4 0 %之後開始顯著 減少。因此，交叉鑽孔通道並非在孔間橋接部的最熱部分 處，因而對於提供所要求處的冷卻而言並非完全有效。另 外，其必須有複雜且相當昂貴的鑽孔操作。 因此，本發明的主要目的爲提供用於水冷式引擎的孔 間冷卻系統，以在相當低的製造成本及時間之下提供相當 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝· 、η i# 585967 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 高位準的冷卻。 發明槪說 鑑於以上及其他的目的，本發明提供一種冷卻系統， 用來冷卻一水冷式引擎的一汽缸體的一孔間橋接部，孔間 橋接部具有一頂部表面及一有最小寬度的中心區域；汽缸 體具有一水套；冷卻系統包含在中心區域中，於中心區域 處，或相鄰於中心區域從孔間橋接部的頂部延伸至水套的 至少一水通道。 較佳地，冷卻系統具有二水通道，使得中心區域的每 一側各有一水通道，並且水套包含二平坦表面，而水通道 的每一個通過平坦表面，平坦表面垂直於水通道。 更佳地，水通道是在與中心區域的一直立軸線成一夾 角處，而夾角小於9 0度，較佳地從3度至3 0度，而以 從5度至2 5度更佳，或是爲5度或2 5度。 有利地，每一水通道沿著其長度具有固定直徑，此固 定直徑較佳地在1mm (毫米）至3mm的範圍內，而以 2 m m更佳。 更有利地，水通道不成階·梯狀，並且是藉著不包含階 梯狀鑽孔過程的鑽孔製程而形成。 本發明也相關於包含上述的冷卻系統的一汽缸體。 在另一方面，本發明提供一種於汽缸體形成至少一冷 卻通道以冷卻孔間橋接部的方法，孔間橋接部具有一頂部 表面，並且汽缸體具有一水套，此方法包含在具有最小寬 I-------_裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 585967 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 度的一中心區域中，於中心區域處，或相鄰於中心區域鑽 出從頂部表面延伸至水套的至少一水通道的步驟。 較佳地，有二水通道，使得中心區域的每—側各有一 水通道’並且水套上形成有二平坦表面，而水通道的每一 個通過平坦表面，平坦表面垂直於水通道。 有利地，水通道是在與中心區域的一直立軸線成一夾 角處，而夾角小於9 0度，較佳地爲從3度至3 0度，而 以從5度至2 5度更佳，或是爲5度或2 5度。 較佳地’每一水通道沿著其長度具有固定直徑，而以 在1mm (毫米）至3mm的範圍內更佳，或是可爲 2 m m 〇 更佳地，水通道不成階梯狀，並且是在不使用階梯狀 鑽孔製程之下被鑽出。 圖式簡要敘述 爲易於瞭解及實施本發明，以下參考圖式以舉例說明 而非限制性的方式敘述本發明的較佳實施例。 圖1爲具有本發明的第一形式的汽缸體的一部份的平 面圖。 圖2爲於圖1的箭頭2 - 2的方向所見的直立剖面圖 〇 圖3爲相應於圖1但是具有本發明的第二形式的視圖 〇 圖4爲相應於圖2但是具有第二形式的視圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8- 585967 A7 B7 五、發明説明（6 ) 符號說明 10 汽缸體 12 傾斜鑽孔通道，水通道 14 襯墊 16 水套 18 中心，中心區域 2 0 孔間橋接部 2 2 直立軸線 2 4 孔 2 6 頭螺栓孔 2 8 水套開口 3 0 表面 3 2 表面 3 4 傾斜通道 3 8 頂部 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較佳實施例的敘述 圖1及2顯不於汽缸體1 0的傾斜鑽孔通道1 2，其 中通道12不互相交叉。汽缸體1〇具有各具有2mm的 襯墊1 4的多個孔2 4。在鑽孔通道1 2形成之後，仍然 存留有2.5mm的金屬及2mm的襯墊。在與4mm的 最小墊片寬度一起之下，間隙會提供適當的密封。如常態 ，設置有頭螺栓孔2 6及水套開口 2 8 ° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9 - 585967 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 爲在水套16與每一襯墊14之間提供至少4mm的 金屬，水套1七最靠近可靠近孔間橋接部2 0的中心1 8 的直立軸線2 2至大約1 2 m m。如可見的，通道的頂部 3 8相鄰於成爲具有最高熱集中度的區域的中心1 8。但 是，其可在中心區域1 8處或於中心區域1 8中。 在圖2中，水套1 6延伸成爲提供垂直於水通道1 2 的表面3 0。表面3 0相當平坦，並且被要求來確保鑽錐 保持於原始方向，以及減少損壞及工具壽命短的可能性。 表面3 0使水套1 6朝向直立軸線2 2延伸。 圖3及4中顯示在沒有襯墊1 4之下，水套1 6可進 一步朝向中心1 8延伸。假設至汽缸壁表面有最小的 4 m m的金屬，則水套1 6可靠近直立軸線2 2至大約 1 1 m m 〇 傾斜鑽孔通道1 2藉著使冷卻劑流盡可能地靠近最大 熱集中度所在的中心1 8而冷卻孔間橋接部的中心。爲使 冷卻劑盡可能地靠近中心1 8，通道1 2的直徑越小表示 其會越靠近孔間橋接部2 0的中心1 8。在計及切削加工 可實施性之下，使用1 m m至3 m m的鑽頭，而較佳地爲 2 m m。因此，先前的在汽缸_頭處的長時間的材料移除過 程可由使用非階梯狀的鑽孔製程鑽出二簡單的鑽孔通道 1 2來取代，以給予沿著通道長度具有相當固定的直徑的 通道。這些通道1 2會與汽缸體1 0的二傾斜通道3 4連 接。以此方式，冷卻劑會通過於汽缸體1 〇及汽缸頭的通 道3 4，並且稍後被分佈於汽缸頭水套。通道3 4與水套 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 585967 經濟部智慧財產局員工消費合作社印災 A7 B7五、發明説明（8 ) 核心整合成一體。以此方式，通道3 4是在汽缸體1 0的 製造期間產生^因此，只有通道1 2是被鑽出的。 汽缸體水套1 6被修改來提供垂直於鑽出的水通道 1 2的平坦表面3 0。因此，分模線（draft split line)可 在靠近鑽頭要穿透之處的平面處開始。藉此，可使水套 1 6較靠近中心，以冷卻未由鑽孔深度涵蓋的區域。 本發明適合用於具有無襯墊孔2 4的汽缸體1 0，並 且也適合用於具有襯墊1 4的汽缸體1 0。但是，傾斜鑽 孔通道1 2的使用對於具有襯墊1 4的汽缸體1 0有利。 這是因爲冷卻能力不會由於襯墊1 4的放置而受限制。相 反的，冷卻性能是由最小墊片寬度決定。 另一方面，襯墊1 4的使用降低孔2 4的表面3 2與 水套1 6及通道1 2之間的熱傳遞。因此，通道1 2代表 冷卻能力的大幅增進，例如對於具有襯墊1 4的汽缸體 1〇給予大約2 0 t至3 0 °C的溫度降。 在無襯墊孔2 4的情況中，熱傳遞較佳，因爲與鑄鐵 襯墊1 4相比，鋁具有較高的熱傳遞係數。母金屬（Parent metal ) 2 4的使用代表在具有襯墊1 4的汽缸體1 0上 有2 0 t至3 0 °C的溫度降。·因此，通道1 2的加入會使 溫度進一步降低額外的2 0 t至3 0 °C。 與其他孔間冷卻形式相比，通道1 2代表簡單的製造 方法。藉著使用非階梯狀的鑽孔製程來形成水通道1 2 ’ 鑽孔深度減至最小，並且製造成本降低。切削加工時間會 相當短，因爲可使用五軸線鑽頭來鑽出通道1 2。此使得 _ ^ 訂 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） · 11 - 585967 A 7 __B7 五、發明説明（9 ) 不須在鑄造期間產生特殊形狀，而只需要有垂直於通道 1 2的平面來供鑽頭穿透。另外，單一鑽錐被用於每一通 道，而非如同在交叉鑽孔通道中所用的具有不同尺寸的多 個鑽錐。另外，也避免大規模的銑削（milling )，因而也 有助於製造成本的降低。 雖然以上已經敘述本發明的較佳實施例，但是熟習此 項技術者可瞭解在不離開本發明之下可實施其設計或構造 的細節上的許多變化或修正。 I--------裝----^---訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12-

Claims (1)

1. 585967 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 附件2 :第90 131122號專利申請案修正後無劃線之 中文申請專利範圍替換本 民國92年10月20日修正 1 · 一種冷卻系統，用來冷卻一水冷式引擎的一汽缸 體的一孔間橋接部，該孔間橋接部具有一頂部表面及一有 最小寬度的中心區域；該汽缸體具有一水套；該冷卻系統 包含在該中心區域中，於該中心區域處，或相鄰於該中心 區域從該孔間橋接部的頂部延伸至該水套的至少一水通道 〇 2 .如申請專利範圍第1項所述的冷卻系統，其中該 冷卻系統具有二水通道，使得該中心區域的每一側各有一 水通道。 3 ·如申請專利範圍第2項所述的冷卻系統，其中該 水套包含二平坦表面，而該水通道的每一個通過該平坦表 面，該平坦表面垂直於該水通道。 4 ·如申請專利範圍第3項所述的冷卻系統，其中該 水通道是在與該中心區域的一直·立軸線成一夾角處，而該 夾角小於9 0度。 5 .如申請專利範圍第4項所述的冷卻系統，其中該 夾角是在從3度至3 0度的範圍內。 6 ·如申請專利範圍第4項所述的冷卻系統，其中言亥 夾角是在從5度至2 5度的範圍內。 7 ·如申請專利範圍第6項所述的冷卻系統，其中言亥 夾角爲5度或25度。 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -、π. 絲 585967 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 8 .如申請專利範圍第2項所述的冷卻系統，其中每 一水通道沿著其長度具有固定直徑。 9 .如申請專利範圍第8項所述的冷卻系統，其中該 固定直徑是在1 m m (毫米）至3 m m的範圍內。 1 ◦.如申請專利範圍第8項所述的冷卻系統，其中 該固定直徑爲2 m m。 1 1 ·如申請專利範圍第2項所述的冷卻系統，其中 每一水通道不成階梯狀。 1 2 .如.申請專利範圍第1項至第1 1項中任一項所 述的冷卻系統，其中該冷卻系統包含在一汽缸體，一梯架 (ladderframe)，或一床板中。 1 3 ·如申請專利範圍第2項至第1 1項中任一項所 述的冷卻系統，其中該水通道不會彼此交叉。 1 4 · 一種於汽缸體形成至少一冷卻通道以冷卻.孔間 橋接部的方法，該孔間橋接部具有一頂部表面，並且該汽 缸體具有一水套，該方法包含在具有最小寬度的一中心區 域中，於該中心區域處，或相鄰於該中心區域鑽出從該頂 部表面延伸至該水套的至少一水通道的步驟。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7畔~月从曰

   (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述的方法，其中鑽 出二水通道，使得該中心區域的每一側各有一水通道。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項所述的方法，另外包 含的步驟爲在該水套上形成二平坦表面，而該水通道的每 一個通過該平坦表面，該平坦表面垂直於該水通道。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項所述的方法，其中該 本“ΛΑ適用中國Η家標準（CNS ) A4胁（210X297公着) r^= ~ 585967

   六、申請專利範圍 水通道是在與該中心區域的一直立軸線成一夾角處，而該 夾角小於9 〇度。 絰濟郎智慧財產局員工消費合作社印製 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述的方法，其.中該 夾角是在從3度至3 0度的範圍內。 1 9 ·如申請專利範圍第1 7項所述的方法，其中該 夾角是在從5度至2 5度的範圍內。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項所述的方法，其中該 夾角爲5度或2 5度。 2 1 ·如申請專利範圍第1 5項所述的方法，其中每 一水通道沿著其長度具有固定直徑。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項所述的方法，其中該 固定直徑是在1 m m (毫米）至3 m m的範圍內。 2 3 ·如申請專利範圍第2 1項所述的方法，其中該 固定直徑爲2 m m。 2 4 ·如申請專利範圍第1 5項至第2 3項中任一項 所述的方法，其中每一水通道是在不使用階梯狀鑽孔製程 之下被鑽出。 2 5 .如申請專利範圍第1 5項至第2 3項中任一項 所述的方法，其中該水通道是被鑽出致使他們不會彼此交 叉。 2 6 · —種冷卻系統，其係藉著如申請專利範圍第 1 4項至第2 3項中任一項所述的方法而形成，其中該冷 卻系統包含在一汽缸體，一*梯架（ladderframe)，或一床 板中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I -· .裝· 訂 絲 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公着）