專利名稱：中間孔的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)，優(yōu)選本發(fā)明涉及一種冷卻系統(tǒng)用于冷卻諸如發(fā)動(dòng)機(jī)的中間孔橋的上部區(qū)域，但不限于此。
背景技術(shù)：
在汽缸體的兩個(gè)汽缸之間的狹窄的結(jié)構(gòu)被稱為中間孔橋(interbore bridge)。在該區(qū)域具有較高的熱量集中。所述區(qū)域具有較高的表面與容積的比率，并且如果暴露于較高溫度的熱源，該區(qū)域容易過熱。熱源可以來自汽缸內(nèi)的燃燒，也可以來自活塞組件和汽缸壁之間的摩擦。
一旦在中間孔橋處的汽缸壁的表面溫度達(dá)到180℃，就很容易產(chǎn)生問題。在此溫度下，潤滑油，特別是礦物油將產(chǎn)生性能惡化。潤滑油中的惡化會(huì)引起所述活塞和汽缸壁之間的摩擦明顯增加。這將產(chǎn)生其它的問題，例如，活塞磨損以及汽缸壁和活塞環(huán)之間的過量的磨損。
一旦溫度超過220℃，由鋁制成的汽缸體將有額外的問題。在上述溫度或超過上述溫度的情況下，所述鋁變?nèi)?。由于受熱削弱的結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致孔的過量的變形，會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功能產(chǎn)生影響。即使金屬溫度恢復(fù)至正常，較高的熱負(fù)載也能引起結(jié)構(gòu)失去其原有的性能。
為了克服上述過熱的缺陷，已經(jīng)提出多種類型的中間孔冷卻系統(tǒng)1)一種在頂表面上的完全的鋸痕2)在水通道兩側(cè)、且在所述頂表面上的雙鋸痕
3)從所述階梯孔的頂面交叉鉆出的通道，所述通道從所述中間孔橋的每一端開始延伸；4)澆鑄出的水通道；和5)通過使用一玻璃芯部產(chǎn)生的水通道每種系統(tǒng)都有其自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在選則任何特定的設(shè)計(jì)之前有多個(gè)參數(shù)需要考慮，并且一種特定的設(shè)計(jì)可以用于一種特定的應(yīng)用，沒有必要用在其它應(yīng)用中。
現(xiàn)在普通的實(shí)踐是，一種發(fā)動(dòng)機(jī)組可以用于多種不同的應(yīng)用中。對(duì)一些應(yīng)用，所述發(fā)動(dòng)機(jī)組用于相對(duì)低性能的且大量生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及高性能的限量生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
一般，上述兩種情況都能維持發(fā)動(dòng)機(jī)部件的共用性。在一種應(yīng)用中與另一種應(yīng)用中唯一的完全不同的部件可以是吸氣和排氣系統(tǒng)和凸輪軸。
為確保相同的汽缸體能以最小的變動(dòng)用于高性能和低性能的發(fā)動(dòng)機(jī)，帶有汽缸套的汽缸體是一種可能的選則。然而高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)需要中間孔冷卻系統(tǒng)，來冷卻所述中間孔橋。另一方面，低功率的輸出發(fā)動(dòng)機(jī)可以不需要中間孔橋冷卻。
因此必須考慮一些用于中間孔冷卻的方案。澆鑄的水通道和交叉鉆出的通道通常被反對(duì)，例如一8mm的中間孔橋具有2-4-2mm的襯套—鋁—襯套的結(jié)構(gòu)。所述兩個(gè)襯套之間的金屬的厚度不足以有一澆鑄的水通道，也不足以使交叉鉆出的通道通過。
中間孔冷卻方案，例如全鋸痕，雙鋸痕和玻璃芯是可以實(shí)現(xiàn)的。一全鋸痕廣泛地用于帶襯套的汽缸。所述加工過程是非常簡單的，除了澆鑄過程必須是準(zhǔn)確的或是需要100％的超聲波，以避免在加工過程中對(duì)鋸有不適當(dāng)?shù)呢?fù)荷或損壞。全鋸痕的另一個(gè)問題是密封，因?yàn)槠湫枰嘿F的墊片。因?yàn)轫攲拥拈_口需要適當(dāng)?shù)拿芊?，所以也可能發(fā)生泄漏。此外，所述開口削弱了所述中間孔橋，并且由于熱負(fù)荷及機(jī)械負(fù)荷，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生孔變形。
對(duì)雙鋸痕而言，所述中間孔橋的兩側(cè)是鋸痕，以使水流更接近在所述中間孔橋的中心處的最熱點(diǎn)。所述汽缸頭也是機(jī)器加工成的，以連接來自汽缸體的鋸痕的水流。這種設(shè)計(jì)要求較長的機(jī)械加工時(shí)間，特別是帶有汽缸頭的情況下。
已經(jīng)建議使用玻璃芯部的方案，因?yàn)樗霾Ａ静吭谒銎滋字g能產(chǎn)生水通道。但這種工藝還沒有應(yīng)用于生產(chǎn)中。所述工藝成本較高，并且必須嚴(yán)格控制。所述玻璃芯部需要高速的噴射水流以將所述玻璃芯部移走。
從一計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的結(jié)果，已經(jīng)確定所述中間孔橋的頂部區(qū)域的中心是最熱的區(qū)域，并且覆蓋了大約40％的活塞環(huán)移動(dòng)路徑。在活塞行程經(jīng)過大約40％之后，熱流開始顯著減少。因此，交叉鉆出的通道不是位于中間孔橋的最熱部分，因此不能完全有效地提供所需的冷卻。此外，這種方案要求復(fù)雜且相對(duì)昂貴的鉆孔操作。
因此本發(fā)明的主要目的是提供一種用于水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的中間孔橋冷卻系統(tǒng)，以相對(duì)低的成本和時(shí)間提供相對(duì)高的冷卻程度。
發(fā)明概述鑒于上述目的及其它目的，本發(fā)明提供了一種用于冷卻水冷發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體的中間孔橋的冷卻系統(tǒng)，所述中間孔橋具有一頂表面和一寬度最小的中心區(qū)域；所述汽缸體具有一水箱；所述冷卻系統(tǒng)包括至少一個(gè)從所述中間孔橋的頂部延伸的水通道，所述中間孔橋位于所述水箱的中心區(qū)域或與所述中心區(qū)域相鄰。
優(yōu)選有兩條水通道，分別在所述中心區(qū)域的兩側(cè)，并且所述水箱包括兩個(gè)平面，每條水通道都通過所述平的表面，所述平的表面大致垂直于所述水通道。
更優(yōu)選，所述水通道與所述中心區(qū)域的縱軸成一角度，所述夾角小于90°，優(yōu)選是從3°至30°，更優(yōu)選是從5°到25°，或者是5°或25°。
優(yōu)選，每個(gè)水通道沿其長度直徑不變，所述恒定的直徑優(yōu)選是從1mm到3mm，更優(yōu)選是2mm。
更優(yōu)選，所述水通道不是呈梯形，而是由不包括間斷的鉆孔操作的一次性鉆孔操作形成。
本發(fā)明還涉及包括上述冷卻系統(tǒng)的汽缸體。
另一方面，本發(fā)明提供一種在汽缸體內(nèi)形成至少一條冷卻通道的方法，所述通道用于冷卻一中間孔橋，所述中間孔橋具有一頂表面，所述汽缸體具有水箱；所述方法包括鉆出至少一條水通道的步驟，以從位于有最小寬度的中心區(qū)域處或與所述中心區(qū)域相鄰的的頂表面延伸至水箱。
優(yōu)選有兩條水通道，分別在所述中心區(qū)域的兩側(cè)，并且所述水箱包括兩個(gè)平面，每條水通道都通過所述平的表面，所述平的表面大致垂直于所述水通道。
更優(yōu)選，所述水通道與所述中心區(qū)域的縱軸成一角度，所述夾角小于90°，優(yōu)選是從3°至30°，更優(yōu)選是從5°到25°，或者是5°或25°。
優(yōu)選，每個(gè)水通道沿其長度直徑不變，所述恒定的直徑優(yōu)選是從1mm到3mm，更優(yōu)選是2mm。
更優(yōu)選，所述水通道不是階梯形的，未采用間斷的鉆孔工藝鉆出。
附圖簡述為使本發(fā)明更容易理解，并易于實(shí)際應(yīng)用，下面將參照附圖以本發(fā)明的優(yōu)選且非限制性的實(shí)施例來描述本發(fā)明。在附圖中

圖1是本發(fā)明第一種形式的汽缸體的一部分的俯視圖；圖2是沿圖1的線和箭頭2-2所示的方向所取的縱向截面圖；圖3是對(duì)應(yīng)于圖1但是是本發(fā)明的第二種形式的俯視圖；圖4是對(duì)應(yīng)于圖2但是是本發(fā)明的第二種形式的截面圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳述圖1和圖2示出了汽缸體10中的傾斜的鉆出的通道12，所述通道12彼此沒有交叉。所述汽缸體10有多個(gè)孔24，每個(gè)孔都有2mm的襯套14。在鉆出的通道12形成之后，仍留有2.5mm的金屬和2mm的襯套。與一至少為4mm的墊片寬度一起，所述間隙將提供足夠的密封。如正常情況下一樣，設(shè)置汽缸頭螺栓孔26和水箱開口28。
為了在水箱16和每個(gè)襯套14之間提供至少4mm的金屬，所述水箱16距中間孔橋10的中心18的縱軸22的最近距離大約為12mm。如圖中所能看到的，通道的頂部38與所述中心18---最高的熱集中區(qū)域相鄰。然而，所述通道的頂部38可以在所述中心區(qū)域18內(nèi)。
在圖2中，所述水箱16延伸以提供垂直于水通道12的表面30。所述表面30是相對(duì)較平的，并且需要確保鉆頭位于初始的方向，以減少損壞的可能性，和避免工具的使用壽命過短。所述表面30使所述水箱16朝向縱軸22延伸。
如圖3和圖4所示，沒有襯套14，所述水箱16能進(jìn)一步朝向所述中心18延伸。如果在汽缸壁的表面有至少為4mm的金屬，所述水箱16距離所述縱軸22最近可達(dá)大約11mm。
所述斜的鉆出的通道12通過使冷卻劑盡可能近的流過所述中心18，即最強(qiáng)的熱集中區(qū)域，來冷卻所述中間孔橋的中心。為了使冷卻劑盡可能接近所述中心18，所述通道12的直徑越小意味著他們?cè)浇咏虚g孔橋20的中心18。考慮到加工便利性，使用1～3mm的鉆頭，優(yōu)選為2mm的鉆頭。因此已有的在汽缸蓋中去除材料的時(shí)間較長的過程能以兩個(gè)簡單的鉆出的通道12替代，所述通道12是通過采用不間斷的鉆入過程沿其長度鉆出恒定直徑的通道來實(shí)現(xiàn)的。這些通道12將與汽缸體10的兩條傾斜的通道相連。以此方式，所述冷卻劑將通過汽缸體10和汽缸頭的通道34，隨后被分配到汽缸頭的水箱中。通道34與水箱芯部是一體的。以此方式，在汽缸體10的澆鑄過程中能形成通道34。因此只需鉆出唯一的通道12。
更改所述汽缸體水箱16，以提供垂直于所鉆出的水通道12的平的表面。為此所畫出的分模線從靠近所述鉆頭要穿入的平面開始。通過這種方式，所述水箱16更接近所述中心，以冷卻未被鉆頭深度所覆蓋的區(qū)域。
本發(fā)明適用于具有無襯套孔24的汽缸體10，也適用于帶有襯套14的汽缸體10。然而使用傾斜的鉆出的通道12對(duì)帶有襯套14的汽缸體10而言是有好處的。這是因?yàn)槔鋮s能力不能通過替換襯套14而被限制。相反，冷卻能力由最小的墊片寬度來限定。
另一方面，使用襯套14降低了孔24的表面32、水箱16和通道12之間的熱傳輸能力。因此通道12在大約20～30℃溫度降低的情況下對(duì)帶襯套14的汽缸體10的冷卻能力有著明顯的改進(jìn)。
在無襯套孔24的情況下，熱傳遞情況較好，因?yàn)榕c鑄鐵襯套14相比，鋁具有較高的熱傳遞系數(shù)。母體金屬孔24的使用與帶有襯套14的汽缸體10相比有著20～30℃的溫度降。因此，增加通道12還降低了另外20～30℃的溫度。
與其它形式的中間孔橋相比，所述通道12的制造方法非常簡單。通過使用一種不間斷的用于水通道12的鉆孔過程，可以最小化所述鉆頭深度，并且降低所述生產(chǎn)成本。所述加工時(shí)間相對(duì)較短，因?yàn)槟苁褂梦遢S鉆頭來鉆出所述通道12。這消除了對(duì)澆鑄過程中產(chǎn)生特殊形狀的需要，其需要一個(gè)平面垂直于所述通道12，以使鉆頭穿入。此外對(duì)每個(gè)通道需要一個(gè)單一的鉆頭尖，而不是需要多個(gè)不同尺寸的鉆頭尖，如在用于交叉鉆孔的情況下。此外也可以避免大量的磨削，也有助于生產(chǎn)成本的降低。
雖然前面已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的前提下可以進(jìn)行多種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體的中間孔橋的冷卻系統(tǒng)，所述中間孔橋具有一頂表面和一寬度最小的中心區(qū)域；所述汽缸體具有一水箱，所述冷卻系統(tǒng)包括至少一個(gè)從所述中間孔橋延伸出的水通道，所述中間孔橋位于所述水箱的中心區(qū)域或與所述中心區(qū)域相鄰。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中有兩條水通道，分別位于所述中心區(qū)域的兩側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述水箱包括每條水通道都穿過的平表面，所述平表面大致垂直于所述水通道。
4.如權(quán)利要求2或3所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述水通道與所述中心區(qū)域的縱軸成一夾角，所述夾角小于90°。
5.如權(quán)利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其中，所述夾角在3°～30°之間。
6.如權(quán)利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述夾角在5°～25°之間。
7.如權(quán)利要求6所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述夾角選自包括5°和25°的序列。
8.如權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)，其中每條水通道沿其長度具有恒定的直徑。
9.如權(quán)利要求8所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述恒定的直徑在1mm～3mm的范圍之間。
10.如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述恒定的直徑是2mm。
11.如權(quán)利要求2至10中任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)，其中每條水通道不是階梯形的。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的冷卻系統(tǒng)，其包括在汽缸體、梯形架或底板中。
13.一種在汽缸體中形成至少一條冷卻通道以冷卻中間孔橋的方法，所述中間孔橋具有一頂表面，并且所述汽缸體具有一水箱，所述方法包括鉆出至少一條水通道的步驟，以從所述頂表面延伸至所述水箱，所述頂表面位于有最小寬度的中心區(qū)域內(nèi)或與所述中心區(qū)域相鄰。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中由兩條水通道，分別位于所述中心區(qū)域的兩側(cè)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其還包括在所述水箱上形成兩個(gè)平的表面的步驟，每條水通道都穿過所述平的表面，所述平的表面垂直于所述水通道。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其中所述水通道與所述中心區(qū)域的縱軸之間夾有一角度，所述夾角小于90°。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述夾角在3°～30°之間。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述夾角在5°～25°之間。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述夾角選自包括5°和25°的序列中。
20.如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中每條水通道沿其長度具有恒定的直徑。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述恒定的直徑在1mm～3mm的范圍之間。
22.如權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的方法，其中所述恒定的直徑是2mm。
23.如權(quán)利要求14至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中每條水通道是鉆出的，但未采用間斷的鉆孔工藝。
24.如權(quán)利要求12至23中任一項(xiàng)方法所形成的冷卻系統(tǒng)，其包括在汽缸體、梯形架或底板中。
全文摘要
一種用于冷卻水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸體的中間孔橋的冷卻系統(tǒng),所述中間孔橋具有一頂表面和一寬度最小的中心區(qū)域;所述汽缸體具有一水箱,所述冷卻系統(tǒng)包括至少一個(gè)從所述中間孔橋延伸出的水通道,所述中間孔橋位于所述水箱的中心區(qū)域或與所述中心區(qū)域相鄰。還公開了一種形成所述冷卻系統(tǒng)的方法及由此形成的汽缸體。
文檔編號(hào)F01P3/02GK1363768SQ0114463
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月21日
發(fā)明者A·B·奧斯曼 申請(qǐng)人:伯哈特國家石油公司