發動機、氣缸體及氣缸蓋墊片的製作方法

2023-09-12 15:15:05 1

發動機、氣缸體及氣缸蓋墊片的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種發動機，包括：氣缸體，具有頂部以及圍繞多個氣缸的水套，多個氣缸以連體設計通過氣缸內徑橋連接在一起，氣缸內徑橋中形成有對於頂部開放的冷卻通道，冷卻通道從位於一側的水套至與位於另一側的水套間隔開的端點橫跨氣缸內徑橋延伸；氣缸蓋墊片，具有頂面和底面，底面設置在頂部上；以及氣缸蓋，具有設置在氣缸蓋墊片的頂面上的表面，其中，冷卻通道與水套配合以使得來自水套的冷卻液流經冷卻通道至氣缸蓋的表面的入口，入口鄰近冷卻通道的端點。通過本實用新型的技術方案，能夠冷卻內徑橋，從而避免發動機部件出現故障。此外，本實用新型還能使得冷卻液在冷卻通道中的流動不受限制。
【專利說明】發動機、氣缸體及氣缸蓋墊片

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及冷卻包括具有連體氣缸的氣缸體的內燃機。

【背景技術】
[0002] 內燃機包括用於除去由燃料燃燒以及移動部件摩擦產生的餘熱的冷卻系統。為防 止發動機部件出現機械故障，有必要除去餘熱。冷卻系統通常包括泵送穿過發動機缸體、氣 缸蓋以及其他發動機部件中的通道（有時被稱為水套）的冷卻液。當冷卻液流過發動機部 件中的各個通道時，熱量從發動機部件傳遞至冷卻液。然後，熱量通過熱交換器（如，散熱 器）從冷卻液傳遞到周圍環境。一旦熱量被傳遞到周圍環境，則冷卻液被重新引導穿過發 動機部件中的通道，然後重複上述過程。
[0003] 包括具有公共壁的氣缸的內燃機被稱為"連體設計"，且公共壁被稱為"內徑橋"。 內徑橋會經歷高溫，因為其靠近相鄰氣缸的兩個燃燒室並靠近將熱量傳遞到氣缸體的兩組 活塞環。冷卻系統在內徑橋的區域中的封裝同樣困難，如此加劇了該區域內的升溫。
[0004] 已作出各種努力來冷卻內徑橋。眾所周知，可在內徑橋內鑽出於發動機缸體中的 水套和氣缸蓋之間延伸的冷卻通道。由於受限的壓差和通道流通面積，這種結構在冷卻液 流經內徑橋的通道方面存在一定的限制。
[0005] 可能期望提供一種位於內徑橋中的冷卻通道，其具有足夠的壓差和流動面積以允 許冷卻液充分地流經該通道。 實用新型內容
[0006] 本實用新型的目的在於提供能夠冷卻內徑橋的發動機、氣缸體和氣缸蓋墊片。
[0007] 在至少一個實施例中，提供了一種具有開放頂部（deck)式氣缸體的發動機，該開 放頂部式氣缸體包括具有圍繞多個氣缸的開放水套的頂部並具有連體設計，在該連體設計 中，氣缸共用被稱為內徑橋的公共壁。內徑橋包括冷卻通道，該冷卻通道通向頂部且從氣缸 一側的水套至與另一側的水套間隔開的端點橫跨內徑橋延伸。氣缸蓋墊片具有設置在氣缸 體的頂部的底面，且氣缸蓋具有設置在氣缸蓋墊片上的頂面上的表面。冷卻通道與水套配 合以使來自水套的冷卻液流動至氣缸蓋中的入口，該入口鄰近冷卻通道的端點設置。
[0008] 在至少一個附加實施例中，提供了一種開放頂部式氣缸體。開放頂部式氣缸體具 有圍繞氣缸的開放水套且具有連體設計，在該連體設計中，氣缸共用被稱為內徑橋的公共 壁。內徑橋包括冷卻通道，該冷卻通道通向頂部並從氣缸一側的水套至與另一側的水套間 隔開的端點橫跨內徑橋延伸。
[0009] 在至少一個附加實施例中，提供了一種用於具有發動機氣缸體的發動機的氣缸蓋 墊片，該氣缸體具有開頂式連體氣缸設計。大致平坦的墊圈主體具有與氣缸蓋配合的上表 面，以及與發動機氣缸體的頂部表面配合的下表面。氣缸蓋墊片具有位於下表面的入口，該 入口通向氣缸體中的水套並鄰近在兩個連體氣缸之間形成的氣缸內徑橋的一側。出口在氣 缸蓋墊片的上表面中形成，並且鄰近氣缸內徑橋的相對側且通向氣缸蓋冷卻液通道。該出 口同時相對於氣缸內徑橋的相對側上的水套而密封。氣缸蓋墊片中的第一細長冷卻通道在 入口和出口之間延伸，用於上覆氣缸內徑橋中的第二細長通道並通向該通道，這使得來自 氣缸內徑橋的一側的水套的冷卻液流經氣缸內徑橋至氣缸內徑橋的相反側的氣缸蓋冷卻 液通道。第一細長通道在出口處逐漸展開，以便在第二細長通道的截面流通面積減小時維 持第一和第二通道的最小總計截面流通面積。
[0010] 本實用新型提供了一種發動機，包括：氣缸體，具有頂部以及圍繞多個氣缸的水 套，多個氣缸以連體設計通過氣缸內徑橋連接在一起，氣缸內徑橋中形成有對於頂部開放 的冷卻通道，冷卻通道從位於一側的水套至與位於另一側的水套間隔開的端點橫跨氣缸內 徑橋延伸；氣缸蓋墊片，具有頂面和底面，底面設置在頂部上；以及氣缸蓋，具有設置在氣 缸蓋墊片的頂面上的表面，其中，冷卻通道與水套配合以使得來自水套的冷卻液流經冷卻 通道至氣缸蓋的表面的入口，入口鄰近冷卻通道的端點。
[0011] 優選地，從氣缸體的頂部開始，氣缸內徑橋的冷卻通道具有至少為3. 0mm的深度 Y。
[0012] 優選地，深度Y介於3. (tom和8. (tom之間。
[0013] 優選地，冷卻通道的長度L至少延伸超過氣缸內徑橋的長度的70%。
[0014] 優選地，冷卻通道的長度L橫跨內徑橋長度的80%至95%延伸。
[0015] 優選地，氣缸內徑橋的冷卻通道具有至少為0. 75mm的寬度Z。
[0016] 優選地，寬度Z介於1. 0mm和2. 0mm之間。
[0017] 優選地，氣缸蓋墊片與氣缸內徑橋中的冷卻通道配合以使得來自水套的冷卻液流 經冷卻通道至氣缸蓋的表面中的入口，入口鄰近冷卻通道的端點。
[0018] 優選地，氣缸蓋墊片防止冷卻液從位於氣缸內徑橋的一側的水套流經冷卻通道至 位於另一側的水套。
[0019] 優選地，氣缸蓋墊片具有第二冷卻通道，第二冷卻通道鄰近氣缸內徑橋上的冷卻 通道並針對冷卻通道開放。
[0020] 優選地，氣缸體具有開放頂部。
[0021] 本實用新型提供了一種開放頂部式發動機的氣缸體，具有圍繞多個氣缸的開放水 套，多個氣缸以連體設計通過氣缸內徑橋連接在一起，氣缸內壁橋中形成有對於頂部開放 的冷卻通道，冷卻通道從位於一側的水套至與位於另一側的水套間隔開的端點橫跨氣缸內 壁橋延伸。
[0022] 優選地，從氣缸體的頂部開始，氣缸內徑橋的冷卻通道具有至少為3. 0mm的深度 Y。
[0023] 優選地，深度Y介於3. 0mm和8. 0mm之間。
[0024] 優選地，冷卻通道的長度L至少延伸超過氣缸內徑橋的長度的70%。
[0025] 優選地，冷卻通道的長度L橫跨內徑橋長度的80%至95%延伸。
[0026] 優選地，氣缸內徑橋的冷卻通道具有至少為0. 75_的寬度Z。
[0027] 優選地，寬度Z介於L 0mm和2. 0mm之間。
[0028] 優選地，氣缸體具有開放頂部。
[0029] 本實用新型提供了一種氣缸蓋墊片，用於具有連體氣缸設計的氣缸體的發動機， 該氣缸蓋墊片包括：平坦墊片主體，具有與氣缸蓋配合的上表面以及與氣缸體的頂部表面 配合的下表面，氣缸蓋墊片中形成有：位於下表面的入口，入口鄰近在兩個連體氣缸之間形 成的氣缸內徑橋的一側通向氣缸體中的水套；形成在上表面中的出口，鄰近氣缸內徑橋的 相反側通向氣缸蓋冷卻液通道並且相對於氣缸體中的水套密封；以及在入口和出口之間延 伸的第一冷卻通道，上覆並通向氣缸體的頂部表面內的第二冷卻通道，第二冷卻通道起始 於鄰近入口的水套並終止於同位於另一側的水套間隔開的端點部分地橫跨氣缸體內徑橋 延伸，以使得來自氣缸體內徑橋的一側的水套的冷卻液流經氣缸體內徑橋至位於氣缸內徑 橋的相反側的氣缸體的冷卻液通道，其中，第一冷卻通道在第二冷卻通道的終點之前向外 逐漸展開以在第二通道的截面流通面積減小時維持第一冷卻通道和第二冷卻通道的最小 總計截面流通面積。
[0030] 通過本實用新型的技術方案，能夠冷卻內徑橋，從而避免發動機部件出現故障。此 夕卜，本實用新型還能使得冷卻液在冷卻通道中的流動不受限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖la是發動機的分解等距視圖；
[0032] 圖lb是氣缸蓋墊片的替代實施例；
[0033] 圖2是沿著圖la中線2-2截取的橫向截面圖；
[0034] 圖3與圖2相似，但示出了氣缸蓋和氣缸蓋墊片的替代實施例，氣缸蓋墊片沒有按 比例繪製並為了便於說明而示出為增加了厚度；
[0035] 圖4是圖3中氣缸蓋墊片的平面圖；
[0036] 圖5示出了氣缸體和氣缸蓋墊片中的冷卻通道的總計截面流通面積相對於距離X 的曲線圖；以及
[0037] 圖6是沿著圖1中線5-5截取的局部縱向截面圖。

【具體實施方式】
[0038] 本實用新型的具體實施例按要求在此公開，然而，應當理解，在此公開的實施例僅 為本實用新型的示例，其能夠以各種替代方式實施。附圖不一定按比例繪製；可對一些特徵 放大或縮小以顯示特定部件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應視為限定， 而僅作為用於教導本領域技術人員以各種方式應用本實用新型的代表性基礎。
[0039] 圖la示出了根據本實用新型的內燃機10的分解視圖。發動機10包括開放頂部式 氣缸體12、氣缸蓋墊片14以及氣缸蓋16。氣缸蓋墊片14具有設置在氣缸體12的頂部表 面20上的下表面18,並且氣缸蓋16具有設置在氣缸蓋墊片14的上表面24上的表面22。
[0040] 圖la和圖2示出了具有以連體設計的四個氣缸26的氣缸體12,在該設計中，相鄰 的氣缸26共用被稱為內徑橋28的公共壁。氣缸體12的頂部表面20通向圍繞氣缸26的 水套30。位於氣缸內徑橋28上的冷卻通道32從位於內徑橋28 -側的水套30至與內徑橋 28另一側的水套30間隔開的端點34延伸長度L。
[0041] 仍然參照圖la和圖2,氣缸蓋墊片14具有開口 36,開口 36允許冷卻液從氣缸體 12中的水套30流入位於氣缸蓋16中的冷卻通道38。氣缸蓋墊片14中的額外開口 40允 許冷卻液體從氣缸體12中的水套30流入位於氣缸內徑橋28上的冷卻通道32,之後從冷卻 通道32流入氣缸蓋16中的入口 42,然後從入口 42流入氣缸蓋16中的冷卻通道38,其中， 入口 42鄰近與內徑橋28另一側的水套30間隔開的端點34設置。氣缸蓋墊片14同時形 成密封，如此防止來自內徑橋28 -側的水套30的冷卻液流經冷卻通道32而進入氣缸內徑 橋28另一側的水套30內。
[0042] 參照圖lb，示出了氣缸蓋墊片44的一個替代實施例。氣缸蓋墊片44包括開口 46， 其將氣缸體12中位於內徑橋28 -側的水套30連接至氣缸蓋16中位於內徑橋同側的冷卻 通道38。開口 46同時將氣缸體12中位於內徑橋28 -側的水套30連接至鄰近端點34 (與 內徑橋28另一側的水套30間隔開）的入口 42。氣缸蓋墊片44的本實施例同樣形成密封， 如此防止來自氣缸體12中位於內徑橋28 -側的水套30的冷卻液流經冷卻通道32而進入 氣缸體12中位於氣缸內徑橋28另一側的水套30。額外開口 48允許冷卻液直接從氣缸體 12中的水套30流入氣缸蓋16中位於內徑橋28的同冷卻通道32相對的一側的冷卻通道 38 〇
[0043] 參照圖3和圖4,提供了氣缸蓋墊片114的附加替代實施例以及氣缸蓋116的替代 實施例。氣缸蓋墊片114具有設置在氣缸體12的頂部表面20上的下表面118,且氣缸蓋 116具有設置在氣缸蓋墊片114的上表面124上的表面122。
[0044] 氣缸蓋墊片114包括冷卻通道126。冷卻通道包括與氣缸體12的水套30相配合 以便允許冷卻液從水套30流入冷卻通道的入口 128,以及與氣缸蓋116中的冷卻通道138 相配合以允許冷卻液從冷卻通道126流入冷卻通道138的出口 130。在氣缸體12的水套 30和氣缸蓋116中的冷卻通道138之間，冷卻通道126是開放的且鄰近位於氣缸內徑孔28 上的冷卻通道32。在出口 130處，冷卻通道126包括臺階132,該臺階132在冷卻通道126 和內徑橋28另一側的水套30之間形成密封。
[0045] 參照圖3、圖4和圖5,氣缸體墊片114中的冷卻通道126以及位於氣缸內徑橋28 上的相鄰冷卻通道32具有總計截面流通面積。該總計截面流通面積由圖5中的曲線示出。 在冷卻通道126的中心點C的附近，總計截面流通面積幾乎保持恆定。同樣，當沿著X方向 從冷卻通道126的入口 128移動至出口 130時，總計截面流動面積的值至少等於中心點C 處的總計截面流通面積的值。將中心點C處的總計截面流通面積設定為最小值將確保冷卻 液的流動不受限制。
[0046] 參照圖4和圖5,氣缸蓋墊片114的冷卻通道126中靠近入口 128的部分具有大的 截面流通面積，這是因為靠近入口 128的冷卻通道126並未毗鄰位於氣缸內徑橋28上的冷 卻通道32延伸。當沿著遠離入口 128且朝著中心點C的方向X移動時，隨著總計截面流通面 積中由冷卻通道32 (標記為B)代表的部分增加，總計截面流通面積中由冷卻通道126 (標 記為A)代表的部分減小。當沿著遠離中心點C且朝向出口 130的方向X移動時，冷卻通道 32的截面流通面積B在越過C點的D點處開始減小。當冷卻通道32的截面流通面積B在 D點處開始減小時，冷卻通道126開始在出口 130處打開，且冷卻通道126的截面流通面積 A將開始增加，以保證總計截面流通面積保持為中心點C處的總計截面流通面積的值或該 值以上。
[0047] 參照圖6,氣缸體12的局部橫截面示出了一組具有活塞134的相鄰連體氣缸26。 內徑橋28的冷卻通道32示出為具有深度Y和寬度Z。
[0048] 儘管上述優選實施例涉及開放頂部式氣缸體，但本實用新型不應被解釋為限於開 放頂部式氣缸體且應該包括開頂式或閉頂式氣缸體。
[0049] 儘管上面描述了示例性實施例，但並不意味著這些實施例描述了本實用新型的所 有可能形式。相反，此說明書裡的措辭僅僅是描述性措辭而非限制性措辭，應當理解，不偏 離本實用新型的精神和範圍的情況下可進行各種變化。此外，各種可執行實施例的部件可 結合起來以形成本實用新型的其它實施例。
【權利要求】
1. 一種發動機，其特徵在於，包括： 氣缸體，具有頂部以及圍繞多個氣缸的水套，所述多個氣缸以連體設計通過氣缸內徑 橋連接在一起，所述氣缸內徑橋中形成有對於所述頂部開放的冷卻通道，所述冷卻通道從 位於一側的水套至與位於另一側的水套間隔開的端點橫跨所述氣缸內徑橋延伸； 氣缸蓋墊片，具有頂面和底面，所述底面設置在所述頂部上；以及 氣缸蓋，具有設置在所述氣缸蓋墊片的頂面上的表面， 其中，所述冷卻通道與所述水套配合以使得來自所述水套的冷卻液流經所述冷卻通道 至所述氣缸蓋的表面的入口，所述入口鄰近所述冷卻通道的端點。
2. 根據權利要求1所述的發動機，其特徵在於，從所述氣缸體的頂部開始，所述氣缸內 徑橋的冷卻通道具有至少為3. 0_的深度Y。
3. 根據權利要求2所述的發動機，其特徵在於，所述深度Y介於3. 0mm和8. 0mm之間。
4. 根據權利要求1所述的發動機，其特徵在於，所述冷卻通道的長度L至少延伸超過所 述氣缸內徑橋的長度的70%。
5. 根據權利要求4所述的發動機，其特徵在於，所述冷卻通道的長度L橫跨所述內徑橋 長度的80%至95%延伸。
6. 根據權利要求1所述的發動機，其特徵在於，所述氣缸內徑橋的冷卻通道具有至少 為0· 75mm的寬度Z。
7. 根據權利要求1所述的發動機，其特徵在於，所述氣缸蓋墊片具有第二冷卻通道，所 述第二冷卻通道鄰近所述氣缸內徑橋上的冷卻通道並針對所述冷卻通道開放。
8. 根據權利要求1所述的發動機，其特徵在於，所述氣缸體具有開放頂部。
9. 一種開放頂部式發動機的氣缸體，具有圍繞多個氣缸的開放水套，其特徵在於，所述 多個氣缸以連體設計通過氣缸內徑橋連接在一起，所述氣缸內壁橋中形成有對於所述頂 部開放的冷卻通道，所述冷卻通道從位於一側的水套至與位於另一側的水套間隔開的端點 橫跨所述氣缸內壁橋延伸。
10. -種氣缸蓋墊片，用於具有連體氣缸設計的氣缸體的發動機，其特徵在於，所述氣 缸蓋墊片包括： 平坦墊片主體，具有與氣缸蓋配合的上表面以及與所述氣缸體的頂部表面配合的下表 面，所述氣缸蓋墊片中形成有： 位於所述下表面的入口，所述入口鄰近在兩個連體氣缸之間形成的氣缸內徑橋的一側 通向所述氣缸體中的水套； 形成在所述上表面中的出口，鄰近所述氣缸內徑橋的相反側，通向氣缸蓋冷卻液通道 並且相對於所述氣缸體中的水套密封；以及 在所述入口和所述出口之間延伸的第一冷卻通道，上覆並通向所述氣缸體的頂部表面 內的第二冷卻通道，所述第二冷卻通道起始於鄰近所述入口的水套並終止於同位於另一側 的水套間隔開的端點部分地橫跨所述氣缸體內徑橋延伸，以使得來自所述氣缸體內徑橋的 一側的水套的冷卻液流經所述氣缸體內徑橋至位於所述氣缸內徑橋的相反側的所述氣缸 體的冷卻液通道， 其中，所述第一冷卻通道在所述第二冷卻通道的終點之前向外逐漸展開以在所述第二 冷卻通道的截面流通面積減小時維持所述第一冷卻通道和所述第二冷卻通道的最小總計
【文檔編號】F02F11/00GK203847263SQ201420228917
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2013年5月9日
【發明者】西奧多·麥可·拜爾, 喬迪·麥可·史萊克, 馬修·欣岑 申請人:福特環球技術公司