TWI739966B - 內燃機之冷卻系統及具有此冷卻系統之摩托車 - Google Patents

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Abstract

一種內燃機(1)之冷卻系統(20)，包含冷卻風扇(8)及驅動軸桿，該風扇(8)藉由離合器(5)連接於該驅動軸桿；該離合器包含：可軸向移動的第一離合器構件(11)，扭轉地連接於該驅動軸桿或該風扇(8)，及第二離合器構件(14)，軸向連接於該風扇(8)或該驅動軸桿；磁性元件(18)，設置於該第一離合器構件(11)上；及電磁鐵(22)，設置於進氣孔(10)處，以朝向該風扇(8)突出，及建構成若引擎內部溫度在參考值以上，當通電時，其吸引該磁性元件(18)，以結合該驅動軸桿上之該風扇(8)。

Description

內燃機之冷卻系統及具有此冷卻系統之摩托車
本發明關於一種引擎之冷卻系統，例如像是機車之氣冷式引擎，其中，冷卻風扇係由引擎之曲柄軸桿旋轉之輔助軸桿或由曲柄軸桿本身控制。
惟，本發明意指類似的解決方式也可以使用，即使是液冷式冷卻系統，亦即水冷式，其中，散熱器係由曲柄軸桿本身直接或間接驅動之風扇冷卻。
此冷卻系統亦可有效使用在摩托車之引擎中，其中，在馬達軸線上，風扇及電動馬達-發電機係鍵接，以抽取新鮮空氣進入引擎並充電電池、啟動內燃機及必要時(在混合燃料推進型摩托車中)傳送動力。
內燃機之曲柄軸桿係橫向於摩托車之縱向展開方向並因此相關於地面而呈水平，以及當摩托車根據直線向前移動時，其垂直於大致由固定式(亦即，非轉向)後輪之旋轉平面界定之垂直平面。
以往，提供引擎冷卻的風扇可以直接由曲柄軸桿之一端部驅動，或由另一和曲柄軸桿相鄰且平行之軸驅動。
供空氣抽送通過的護罩的定位使氣流不在前方撞擊散熱器。引擎冷卻所需之氣流隨後由風扇抽吸，其軸線大致垂直於因摩托車前進動作所致之氣流。
因此，風扇應該有預定之落差，以符合引擎之冷卻需求。
在冷卻系統之習知例子中，其中，風扇並非藉由曲柄軸桿之旋轉而獨立致動，例如藉由工作電動馬達，風扇之旋轉體系並非直接取決於冷卻需求，而是由引擎之旋轉體系決定。
惟，例如在啟動階段、或特別冰冷的氣候裡，顯然引擎可以有不依賴其引擎旋轉體系之冷卻需求。
這些不利的情況並不表示風扇會停止：實際上，風扇仍依引擎軸旋轉體系之特定落差來持續抽取氣流，而且在這些情況下，其並未產生任何效益，反而增加引擎之燃料消耗。
應該注意的是，每當冷卻風扇是以其旋轉與引擎速度之間的直接相關性來旋轉時，即出現此缺點。
例如，在歐洲專利申請案EP 1,248,007 A揭露之系統中，由曲柄軸桿驅動之風扇即利用電磁鐵拉曳。另一類似解決方式則由歐洲專利申請案EP 1,577,142 A提 供。
在這些解決方式中，電磁鐵將風扇連接於旋轉軸上，將其移動於和工作馬達結合之位置與和工作馬達脫離之位置之間。
這些解決方式之缺點在於風扇是在兩位置之間沿軸向移動，其危險性為污物或碎屑可能阻擋結合位置與脫離位置之間的軸向移動。此外，這些解決方式難以維持，因為更換電磁致動系統時必須徹底拆開冷卻系統。
最後，這些解決方式雖然提供了致動馬達與風扇之間的電磁鐵定位，但是電磁鐵之配置方式和將冷卻系統安裝於曲柄軸桿上之小空間內的可行性不符。
本發明下之技術問題在提供一種用於引擎之冷卻系統，其提供解決先前技術之上述缺失。
此問題係由如申請專利範圍第1項之一種冷卻系統解決。
在氣冷式內燃機之特定例子中，引擎參考溫度即引擎內部偵測之引擎油溫度，所以在此例子中，引擎油、風扇離合器與引擎內部溫度之間亦建立直接相互關係。
此外，引擎可在較短時間內到達其操作溫度，以容許進一步節省油泵操作之能源。
根據本發明之冷卻系統之主要優點在於容許 風扇僅依引擎之內部溫度上升來驅動：低溫時，風扇不轉動且燃料消耗達到最佳化。
1:內燃機
2:活塞桿
3:曲柄
4:曲柄軸桿(軸桿)
5:離合器
8:風扇
9:容器
10:進氣孔
11:第一離合器構件、第一摩擦元件
11a:狹縫
11b:插銷
12:遠端
13:第一離合器盤、第一摩擦盤
14:第二離合器構件、第二摩擦元件
14’:迴轉接頭
15:第二離合器盤、第二摩擦盤
18:磁性元件
19:分配槽道
20:控制單元
21:溫度感測器
22:電磁鐵
本發明將根據其較佳實施例揭述於後，並藉由舉例說明及參考非限制性之附圖，其中：
圖1及2揭示摩托車之內燃機之一部分合併本發明之冷卻系統的截面圖。
請參閱圖1及2，一驅動單元(推進單元)係以部分揭示。在本實施例中，此單元包含一氣冷式單汽缸內燃機1，及一活塞桿2及一曲柄3，屬於一曲柄軸桿(亦簡稱為「軸桿」)4，曲柄軸桿傳送運動至傳動構件。
曲柄軸桿4也可以連接於一含有個別定子繞組的電動馬達(圖中未示)。電動馬達可以是提供電力至內燃機及任意設備及/或充電電池的電流發電機。此電動馬達也可以執行引擎啟動，而且也可以是一兼具在內燃機通電時用於充電電池、及在摩托車為混合燃料推進型時用於供給摩托車驅動力的馬達發電機。
應該注意的是，曲柄軸桿4係相關於摩托車之縱向展開方向而呈橫向，且其相關於地面而呈水平，以及當摩托車根據直線向前移動時，其垂直於大致由固定式(亦即，非轉向)後輪之旋轉平面界定之垂直平面。
圖1及2揭示根據本發明之系統的示意截面圖，特別是一驅動單元包含一冷卻系統20，冷卻系統具有一冷卻風扇，冷卻風扇藉由一迴轉接頭14’鍵接於曲柄軸桿4，使得曲柄軸桿可作為風扇之驅動軸桿。
風扇8設置於一容器9內，容器在徑向環繞於風扇並且界定一進氣孔10及一局部呈現之分配槽道19，分配槽道導引引擎本體(亦即，在氣冷式引擎之例子中)方向中之氣流。該進氣孔包括一設置於風扇8前方之護罩以保護風扇。
若引擎為水冷式，上述型態大部分得以維持：進氣孔面向一定位於摩托車之一側上的散熱器且空氣被抽過此處及通過一保護罩。
應該瞭解的是風扇可連接於一驅動軸桿而非曲柄軸桿，可以藉此驅動，使風扇脫離曲柄軸桿。
在第一實施例中，軸桿4在靠近其遠端12處包含一具有風扇8的耦合系統，在此例子中，耦合系統由一離合器5構成，離合器由可移動之第一離合器構件11組成，第一離合器構件在軸向連接於曲柄軸桿4之遠端12，使其可由軸桿4旋轉拉曳並且支撐第一離合器盤(「離合器盤」亦稱為「摩擦盤」)13。第一離合器構件11扭轉地耦合於軸桿4並且相較於軸而可沿軸向移動。此連接型式可以藉由一插銷11b實施，插銷和軸桿4形成為一體，沿軸向滑入第一離合器構件11之一狹縫11a內，狹縫朝向平行於第一離合器構件11之對稱軸線的方向。
離合器5進一步包含第二離合器構件14，第二離合器構件面向第一離合器構件11而在軸向固定，但是可從此處釋除。第二離合器構件支撐第二離合器盤15，第二離合器盤是在和該第一離合器盤13接觸時驅動風扇8。
耦合系統進一步包含一磁性元件18，磁性元件由該第一離合器構件11支撐並且較佳為圈環形，磁性元件18在其相反面之間有一極性，相反面其中之一係朝向風扇8而另一朝向相反側。磁性元件18較佳為永久磁鐵。
吾人可藉由耦合系統之一電磁鐵22在磁性元件上施加磁吸力或磁斥力，電磁鐵配置於進氣孔10處之容器9上。特別是，電磁鐵22面向風扇8，即其與構成磁性元件18之圈環同軸。電磁鐵22相關於風扇之此懸臂式配置可供相當緊縮曲柄軸桿4之長度並減小冷卻系統20之整體尺寸。
藉由在電磁鐵22中建立電流，磁場形成吸引或推斥磁性元件18，以致動或脫離離合器5。特別是，當電磁鐵22施加磁吸力於和第一離合器構件(「離合器構件」亦稱為「摩擦元件」)11連接之磁性元件18上時，第一摩擦元件11沿軸向朝向風扇8移動，進而和第二離合器元件14接觸。特別是，第一及第二摩擦盤13、15接觸，藉此傳送曲柄軸桿4之運動至風扇8。
反之，藉由施加一緩衝磁力，該第一及第二離合器構件11、14可以分離。為了移離兩摩擦元件11、14，一彈簧(圖中未示)可設置於其間。
應該瞭解的是磁性元件18較佳為鐵磁性，依此方式，旋轉元件即不通電並且可以避免電擊接觸件或類似解決方式，在冷卻系統之耐久性與可靠性上有相當的優越性。
圈環形電磁鐵22係由一控制單元20通電，若相關於外界溫度之引擎溫度(亦即，引擎油)係經判斷為接合，則控制單元致動成接合離合器，啟動風扇8，如圖2所示。在這方面，控制單元連接於一溫度感測器21(概略揭示)，測量引擎內之內部溫度。
反之，當引擎溫度為冰冷時，電磁鐵22斷開離合器5(或不施加任何吸力於磁性元件18)，使曲柄軸桿4釋放風扇8，如圖1所示。當無須再進行此動作時，引擎已非冷卻，因而增加可用之能量，減少燃料消耗及容許引擎溫度較快上升，特別是在冷天時的操作溫度。
當引擎溫度上升到一預定臨限值(即由第一感測器21偵測到之引擎內部溫度之參考值)以上時，控制單元20即接合離合器5，藉此拉曳風扇8以冷卻引擎。
電磁鐵22安裝於容器9上，特別是在吸氣口柵網10上。此意味著電磁鐵22安裝於方便從外界進入之區域中並因此有助於系統之維修。
再者，在本發明提供之解決方式中，磁性元件並不移動，因此具備較簡便、較經濟且較不易故障。冷卻系統之主要元件，亦即風扇8、軸桿4、及具有吸氣口10之容器9皆為軸向固定，因此導致系統故障的撞擊或切割 等的危險即有限。
根據本發明之離合器5也可以設置於相同體積內所形成之風扇8之一部分中，大幅減小尺寸及表面堵塞的危險。
針對上述冷卻系統，為了滿足其他及附帶之需求，習於此技者可以導出許多其他修改及變化，惟諸此皆為文後界定之本發明保護性範疇所涵蓋。
1:內燃機
2:活塞桿
3:曲柄
4:曲柄軸桿(軸桿)
5:離合器
8:風扇
9:容器
10:進氣孔
11:第一離合器構件、第一摩擦元件
11a:狹縫
11b:插銷
12:遠端
13:第一離合器盤、第一摩擦盤
14:第二離合器構件、第二摩擦元件
14’:迴轉接頭
15:第二離合器盤、第二摩擦盤
18:磁性元件
19:分配槽道
20:控制單元
21:溫度感測器
22:電磁鐵

Claims (6)

  1. 一種內燃機(1)之冷卻系統(20)，包含冷卻風扇(8)及驅動軸桿，該風扇(8)藉由耦合系統連接於該驅動軸桿，該耦合系統包含：離合器(5)，包含：第一離合器構件(11)，可在軸向移動並扭轉地連接於該驅動軸桿或該風扇(8)；第二離合器構件(14)，軸向固定並連接於該風扇(8)或該驅動軸桿；磁性元件(18)，設置於該第一離合器構件(11)上；電磁鐵(22)，設置於進氣孔(10)處，以朝向該風扇(8)突出，並建構成若內燃機內部溫度在參考值以上，當通電時，其吸引該磁性元件(18)，以結合該驅動軸桿上之該風扇(8)；其中，該電磁鐵(22)連接於該風扇(8)之容器(9)，該容器(9)包含該進氣孔(10)。
  2. 如申請專利範圍第1項之冷卻系統(20)，其中，該驅動軸桿與待冷卻之該內燃機(1)之曲柄軸桿(4)一致或連接於該曲柄軸桿(4)。
  3. 如申請專利範圍第1項之冷卻系統(20)，其中，該電磁鐵(22)係由連接於溫度感測器(21)之控制單元(20)供 電，該溫度感測器測量馬達內之內部溫度。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之冷卻系統(20)，其中，該第一離合器構件(11)包含狹縫(11a)，和該曲柄軸桿(4)形成為一體之插銷(11b)流動通過該狹縫(11a)內，以容許相對之軸向滑動並且防止在周邊方向旋轉。
  5. 如申請專利範圍第4項之冷卻系統(20)，其中，該第二離合器構件(14)固接於該風扇(8)。
  6. 一種摩托車，包含申請專利範圍第1至5項中任一項之冷卻系統(20)。
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