TWI515360B - Water - cooled Engine 's Cylinder Head Waterway Cooling Structure - Google Patents

Description

水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構

本發明係一種水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構，該散熱結構係在緊密相鄰之二氣閥座間設有一薄壁部，且自該薄壁部延伸設有至少一散熱肋元件，以令該散熱肋元件能伸入至該汽缸頭之一冷卻水道中，進而能透過該散熱肋元件增進該二緊密相鄰之氣閥座間之散熱效率。

按，一般車輛之作動，如機車、全地型車輛…等，乃係將外界導入之新鮮空氣和燃油混合為油氣後，再將油氣輸入引擎燃爆產生動力，而推動活塞做往復運動，經由曲軸帶動皮帶變速機構來進行傳動，以達到行進之目的。

而引擎因散熱方式不同，可分為氣冷式引擎及水冷式引擎二種。一般言，水冷式引擎之燃燒室的散熱方式，係將冷卻水流經由水泵打入引擎之汽缸體的水套內，以令冷卻水流能由一進水口(開設於汽缸體與汽缸頭間的墊片上)流入汽缸頭，進而能利用冷卻水流對汽缸頭內部進行冷卻，嗣，冷卻水流由汽缸頭流出後，會進入水箱進行散熱。茲僅藉具備雙排氣閥之一汽缸頭為例，說明習知水冷式引擎汽缸頭之散熱結構。請參閱第1圖所示，係習知水冷式引擎之一汽缸頭1，該汽缸頭1內設有複數個氣閥座11及一冷卻水道12。藉由開設於墊片之進水口121，能使冷卻水流通過到達該汽缸頭1內之該冷卻水道12的各部空間，且在冷卻水流自低處流入至高處之一排水口122流出過程中，冷卻水流會流經排氣閥及進氣閥周圍及閥間的通路，以使該汽缸頭1之氣門座及氣門得以冷卻散熱。

承上，在工作中的引擎，其排氣閥的溫度會較進氣閥的溫度高，當該引擎為多排氣閥的型態時(如圖式下方所示之雙排氣閥)，該兩氣閥座11間的分隔壁111最易聚集高溫。為避免該兩氣閥座11間所聚集的高 溫導致該分隔壁111被過度軟化，因此，請參閱第1圖所示，部份設計者採用縮小氣閥座11口徑之方式，以加大兩氣閥座11間的分隔壁111之肉厚，如此，即便高溫聚集於該兩氣閥座11間，亦不致使該分隔壁111過薄，以藉由肉厚較厚的分隔壁111，增加與外面水道的冷卻面積。除了前述作法外，另有部份設計者在縮小氣閥座11之口徑後，於彼此間距拉大之該兩氣閥座11間設置冷卻水道12(圖式未顯示)，以使冷卻水流能通過該兩氣閥座11間，進而能降低該兩氣閥座11間積聚之熱能，如此，亦可確保該分隔壁111的剛性強度。

雖然，前述兩種方式確實都能避免在高溫下分隔壁111過薄而導致的熱害問題，惟，兩種作法之共同點在於，皆必須縮小氣閥座11之口徑，在這樣的設計下，將直接影響到引擎進排氣之效率，十分不理想；倘若要提升進氣或排氣效率，勢必要加大該汽缸頭1之整體尺寸，才能加大分隔壁111肉厚(或在該兩氣閥座11間設置冷卻水道12防止熱害)，此種作法亦難稱理想。

綜上所述可知，如何在不加大汽缸頭尺寸的狀況下，提升進排氣之效率，進而使引擎之性能提升，同時還能確保間距極近，壁厚極薄的兩氣閥之分隔壁結構的剛性強度能夠被確保，即成為本發明亟待解決之重要課題。

有鑑於習知水冷式引擎之汽缸頭水道結構設計，在二氣閥座緊密相鄰時，往往無法提供優良的散熱效果，故，發明人乃根據其多年來服務於相關產業之經驗，經過反覆地設計、測試與校調，終開發出本發明之水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構，期能藉由本發明達成快速散熱及兼顧整體結構強度之目的。

本發明之一目的，係提供一種水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構，係應用至水冷式引擎之一汽缸頭，該汽缸頭內設有複數個氣閥座及一冷卻水道，各該氣閥座係分別供設置一進氣閥或一排氣閥，其中，該進氣閥能控制燃料氣體進入至該汽缸頭內進行爆燃，該排氣閥能控制爆燃後之廢氣排出至該汽缸頭外，該等氣閥座中至少設有二緊密相鄰之氣閥座， 該二緊密相鄰之氣閥座間之間距係較其餘氣閥座間之間距為窄，該冷卻水道係環繞在鄰近該等氣閥座之外緣，且包括至少一進水口及一排水口，以令冷卻液體能自該進水口流入至該冷卻水道，並流經該等氣閥座之外緣，與該等氣閥座進行熱交換後，再由該排水口，自該冷卻水道排出，該散熱結構包括一薄壁部及至少一散熱肋元件，該薄壁部係設置於該二緊密相鄰之氣閥座間，而使冷卻液體無法流經該二緊密相鄰之氣閥座間；該散熱肋元件係由該薄壁部向該冷卻水道延伸而成，以使該散熱肋元件能伸入至該冷卻水道，但仍使該冷卻水道保持通暢。如此，即可在不加大汽缸頭尺寸的狀況下，仍得以確保間距極近的兩氣閥之分隔壁結構的剛性強度不受熱害影響，同時還能提升進排氣之效率。

為便 貴審查委員能對本發明之技術、結構特徵及其目的有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

〔習知〕

1‧‧‧汽缸頭

122‧‧‧氣閥座

12‧‧‧冷卻水道

121‧‧‧進水口

111‧‧‧分隔壁

〔本發明〕

2‧‧‧汽缸頭

21‧‧‧氣閥座

211‧‧‧薄壁部

212‧‧‧散熱肋元件

213‧‧‧弧形部

22‧‧‧冷卻水道

221‧‧‧進水口

222‧‧‧排水口

23‧‧‧火星塞座

24‧‧‧進氣通道

25‧‧‧燃燒室

26‧‧‧排氣通道

I‧‧‧進氣閥

O‧‧‧排氣閥

第1圖係習知水冷式引擎汽缸頭之一實施例示意圖；第2圖係本發明第一較佳實施例之水冷式引擎之汽缸頭示意圖；第3圖係本發明第一較佳實施例之水冷式引擎之汽缸頭沿A-A剖面線之剖面示意圖；第4圖係本發明第二較佳實施例之水冷式引擎之汽缸頭沿A-A剖面線之剖面示意圖；第5圖係本發明第二較佳實施例之水冷式引擎之汽缸頭沿B-B剖面線之剖面示意圖；及第6圖係本發明第三較佳實施例之水冷式引擎之汽缸頭沿B-B剖面線之剖面示意圖。

本發明係一種水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構，請參閱第2圖及第3圖所示，係本發明之一較佳實施例剖面示意圖，該散熱結構係應用至水冷式引擎之一汽缸頭2，該汽缸頭2內設有複數個氣閥座21及一冷卻水道22，各該氣閥座21係分別供設置一進氣閥I或一排氣閥O，其中， 該進氣閥I能控制燃料氣體經由該汽缸頭2之一進氣通道24(如第3圖所示)進入至一燃燒室25(如第3圖所示)內進行爆燃，該排氣閥O能控制爆燃後之廢氣由該汽缸頭2之一排氣通道26(如第3圖所示)排出至該汽缸頭2外。在此一較佳實施例中，位於圖式上方之二氣閥座21係分別設置一進氣閥I，而位於圖式下方之二氣閥座21則係分別設置一排氣閥O，惟，本發明並不以此為限，設計者亦可視實際上的需要，更改各該進氣閥I或排氣閥O之配置關係，在此先予指明。

承上，該冷卻水道22係環繞在鄰近該等氣閥座21之外緣，且包括至少一進水口221及一排水口222。在該水冷式引擎運轉的過程中，冷卻液體能自該進水口221流入至該冷卻水道22，並沿第5圖所示之水流方向(如圖中粗箭號所示之方向)，流經該等氣閥座21間，且與該等氣閥座21進行熱交換，嗣，再由該排水口222，自該冷卻水道22中被排出。在此一較佳實施例中，由於上方及下方之二氣閥座21間能供該冷卻水道22通過，故，該冷卻水道22尚能通過該汽缸頭2內之一火星塞座23之周緣，以令該冷卻水道22內之冷卻液體能與該火星塞座23進行熱交換。

復請參閱第2圖所示，該等氣閥座21中至少設有二相鄰之氣閥座21間相互銜接設有一薄壁部211。在此一較佳實施例中，該薄壁部211係位於圖式下方之該二氣閥座21間，而圖式左側分別位於上方及下方之二氣閥座21間，則可供該冷卻水道22通過。在此一較佳實施例中，該散熱結構包括該薄壁部211及至少一散熱肋元件212。如同前述，該薄壁部211係銜接於相鄰之該二氣閥座21間，以使冷卻液體無法流經相鄰之該二氣閥座21間，在此一較佳實施例中，該薄壁部211與該散熱肋元件212相接處係形成一弧形部213，而能藉此一構形，降低該冷卻水道22內所產生之擾流。該散熱肋元件212係由該薄壁部211向該冷卻水道22延伸而成，以使該散熱肋元件212能伸入至該冷卻水道22。復請參閱第2圖及第3圖所示，在本發明之第一較佳實施例中，該散熱肋元件212係由該薄壁部211鄰近頂部之位置(如第3圖所示)，向該冷卻水道22延伸而成，換言之，該散熱肋元件212係位在對應於該冷卻水道22頂側之位置，故，仍使該冷卻水道22能保持通暢，而不會阻斷該冷卻水道22。同理，請參閱第2圖及 第4圖所示，在本發明之第二較佳實施例中，該散熱肋元件212亦可由該薄壁部211鄰近底部之位置(如第4圖所示)，向該冷卻水道22延伸而成，如此，同樣能使該冷卻水道22保持通暢。由以上說明可知，藉由本發明之水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構，即便在不加大汽缸頭尺寸的狀況下，仍得以確保間距極近的兩氣閥之分隔壁結構的剛性強度，防止閥座因熱害變形而磨耗，同時還能提升進排氣之效率，進而優化引擎之性能。

另請參閱第5圖所示，係本發明第二較佳實施例之水冷式引擎之汽缸頭沿B-B剖面線之剖面示意圖，在此特別一提者，雖然本發明第2圖包括複數個進水口221，惟，實際使用時，會搭配機車、車輛或引擎本身之設計，自其中部份進水口221(如第5圖係正對該散熱肋元件212之進水口221)導入液體，並將其他進水口221封住，故，為降低圖面複雜度，第5圖僅繪製單一進水口221，在此先予指明。在該水冷式引擎運轉的過程中，冷卻液體能自該進水口221流入至該冷卻水道22，並流經該等氣閥座21的外緣。在此第二較佳實施例中，由於自該進水口221流入該冷卻水道22之冷卻液體會直接沖刷該散熱肋元件212(即，該散熱肋元件212係朝逆向水流之方向延伸)，故，能直接以最低溫之冷卻液體與該散熱肋元件212進行熱交換，有效提昇散熱效率。惟，本發明並不侷限於此，請參閱第6圖所示，係本發明第三較佳實施例之水冷式引擎之汽缸頭沿B-B剖面線之剖面示意圖，實際施作時，亦可改變配置方式，不讓流入該冷卻水道22之冷卻液體會直接沖刷該散熱肋元件212(即，令該散熱肋元件212係朝順向水流之方向延伸)，如此，仍可達到散熱之目的。

按，以上所述，僅為本發明之若干較佳實施例，惟，本發明之技術特徵並不侷限於此，凡相關技術領域之人士在參酌本發明之技術內容後，所能輕易思及之等效變化，均應不脫離本發明之保護範疇。

2‧‧‧汽缸頭

211‧‧‧薄壁部

212‧‧‧肋元件

22‧‧‧冷卻水道

221‧‧‧進水口

222‧‧‧排水口

213‧‧‧弧形部

23‧‧‧火星塞座

Claims (9)

1. 一種水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構，係應用至水冷式引擎之一汽缸頭，該汽缸頭內設有複數個氣閥座及一冷卻水道，各該氣閥座係分別供設置一進氣閥或一排氣閥，其中，該進氣閥能控制燃料氣體經由該汽缸頭的進氣通道進入至燃燒室內進行爆燃，該排氣閥能控制爆燃後之廢氣排出至該汽缸頭外，該冷卻水道係環繞在該等氣閥座之外緣，且包括至少一進水口及一排水口，以令冷卻液體能自該進水口流入至該冷卻水道，並流經該等氣閥座之外緣，與該等氣閥座進行熱交換後，再由該排水口，自該冷卻水道排出，該散熱結構包括：一薄壁部，係銜接於相鄰之二氣閥座間，以使冷卻液體無法流經該二氣閥座間；及至少一散熱肋元件，係由該薄壁部鄰近底部之位置向該冷卻水道延伸而成，且位在對應於該冷卻水道底側之位置。
2. 一種水冷式引擎之汽缸頭水道散熱結構，係應用至水冷式引擎之一汽缸頭，該汽缸頭內設有複數個氣閥座及一冷卻水道，各該氣閥座係分別供設置一進氣閥或一排氣閥，其中，該進氣閥能控制燃料氣體經由該汽缸頭的進氣通道進入至燃燒室內進行爆燃，該排氣閥能控制爆燃後之廢氣排出至該汽缸頭外，該冷卻水道係環繞在該等氣閥座之外緣，且包括至少一進水口及一排水口，以令冷卻液體能自該進水口流入至該冷卻水道，並流經該等氣閥座之外緣， 與該等氣閥座進行熱交換後，再由該排水口，自該冷卻水道排出，該散熱結構包括：一薄壁部，係銜接於相鄰之二氣閥座間，以使冷卻液體無法流經該二氣閥座間；及至少一散熱肋元件，係由該薄壁部鄰近頂部之位置向該冷卻水道延伸而成，且位在對應於該冷卻水道頂側之位置。
3. 如請求項1至2任一項所述之水道散熱結構，其中該薄壁部與該散熱肋元件相接處係形成一弧形部。
4. 如請求項3所述之水道散熱結構，其中該散熱肋元件係朝順向水流之方向延伸。
5. 如請求項3所述之水道散熱結構，其中該散熱肋元件係朝逆向水流之方向延伸。
6. 如請求項1至2任一項所述之水道散熱結構，其中該冷卻水道尚能通過該汽缸頭內之一火星塞座的周緣。
7. 如請求項1至2任一項所述之水道散熱結構，其中由該薄壁部所銜接的二相鄰之氣閥座內分別設有一進氣閥，且至少有一排氣閥係設置在其餘之氣閥座內。
8. 如請求項1至2任一項所述之水道散熱結構，其中由該薄壁部所銜接的二相鄰之氣閥座內分別設置有一排氣閥，且至少有一進氣閥係設置在其餘之氣閥座內。
9. 如請求項1至2任一項所述之水道散熱結構，其中由該薄壁部所銜接的二相鄰之氣閥座內分別設有一進氣閥及一排氣閥。