TWI385301B - 臥式引擎之冷卻構造 - Google Patents

Description

臥式引擎之冷卻構造

本發明係關於一種臥式引擎之冷卻構造，特別是關於一種利用冷卻通路將潤滑油引流過活塞室與驅動室之間的連接壁內以冷卻引擎溫度之臥式引擎之冷卻構造。

現有四行程引擎，因活塞高速往復作動，會使得汽缸頭與汽缸塊產生高溫。為了使高溫能散逸以降低熱應力之變形，現有四行程引擎會於汽缸頭與汽缸塊外部凸設許多散熱鰭片，以將其高溫經由氣冷方式加以驅散；另外，目前習知的引擎尚有：在引擎之鏈條室內使潤滑油(亦稱為機油)沿著鏈條室的內壁面回流的設計。

請參照第1圖所示，一種習用立式引擎構造之側剖視圖，其中該立式引擎包含一汽缸頭81、一汽缸塊82及設於該汽缸塊82下方之一曲軸箱90。該汽缸頭81內設有一組進排氣通道(未繪示)及一組進排氣閥門(未繪示)，另還包含一組凸輪軸83以驅動該進排氣閥門。該汽缸塊82設有一活塞室(未繪示)可供一活塞84作往復運動。該曲軸箱90內設有一曲軸91及一連桿85，該連桿85用以連接該曲軸91與該活塞84。該汽缸頭81及汽缸塊82之一側設有一鏈條室86可連通該汽缸頭81、該汽缸塊82及該曲軸箱90，該鏈條室86內設有一鏈條87，該鏈條87連接該曲軸箱90內之曲軸91上之一驅動鏈輪911與該汽缸頭81內之凸輪軸83上之一正時鏈輪831，以將該曲軸箱90內曲軸91之動力傳送至該汽缸頭81之凸輪軸83以驅動進排氣閥門。

該立式引擎構造是先藉由該曲軸箱90內受泵浦加壓之油管(未繪示)輸送低溫之潤滑油至該汽缸頭81，使其噴灑於該凸輪軸83之正時鏈輪831及閥門機構(未繪示)上進行潤滑，然後潤滑油沿該鏈條室86之周邊壁面向下回流到該曲軸箱90內。

然而，上述習用立式引擎構造在實際使用上仍具有下述問題，例如：現有引擎之汽缸頭與汽缸塊外部凸設許多散熱鰭片，以將引擎之高溫經由氣冷方式加以驅散。然而，因為該活塞室(未繪示)與鏈條室86的連接壁面因為與引擎最外部受到該鏈條室86所隔開，因此無法藉由外部的散熱鰭片來散熱，故容易使活塞室的溫度分佈不均，且會造成局部熱應力集中而有變形及破裂的風險，並使引擎性能與耐用度受到影響。

再者，另存在一種習用臥式引擎，其中習用臥式引擎與上述立式引擎在結構上大致相同，其最主要差異在於臥式引擎的汽缸放置的方向是較為接近地平線的水平方向，由於臥式引擎汽缸的方向約接近水平，因而使得潤滑油幾乎都是由汽缸頭直接沿著鏈條室的較低位置之內壁面向斜下方流到達該曲軸箱。並且該習用臥式引擎活塞室連接壁熱源分佈不均及引擎性能與耐用度受到影響的情況與習用立式引擎相同。

故，有必要提供一種臥式引擎之冷卻構造，以解決習知技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種臥式引擎之冷卻構造，其係藉由將第一儲油槽設於汽缸頭內用以暫時積存潤滑油，且在活塞室與驅動室之間的連接壁內設置第一組冷卻通路，以便將第一儲油槽內之潤滑油向斜下方引流至曲軸箱內，以通過冷卻連接壁來降低活塞室內部產生之高溫，進而提昇引擎運轉效能及耐用度。

本發明之次要目的在於提供一種臥式引擎之冷卻構造，其中汽缸頭的引流道與汽缸塊的複數條區間通道之間設有分配槽，其形狀呈上寬下窄之倒錐狀，以使得較多的潤滑油被引流至接近連接壁中央位置的區間通道，以帶走中央位置的較多熱源，進而增加冷卻的效果。

為達上述之目的，本發明提供一種臥式引擎之冷卻構造，其係設於一臥式引擎之內，該汽缸組件包含一汽缸頭及一汽缸塊，且該汽缸頭及汽缸塊之一側設有一驅動室可連通至一曲軸箱，該冷卻構造包含一第一儲油槽及一第一組冷卻通路，該第一儲油槽設於該汽缸頭內用以暫時積存潤滑油，該第一組冷卻通路設於一活塞室與該驅動室之間的連接壁內，用以將該第一儲油槽內之潤滑油向斜下方引流至該曲軸箱。

在本發明之一實施例中，該第一儲油槽係由該汽缸頭內之二凸輪軸承座的上半部及一第一圍繞壁共同圍繞而成。

在本發明之一實施例中，該第一組冷卻通路包含：一第一引流道第一引流道，設於該汽缸頭的第一連接壁內；以及一第一區間通道，設於該汽缸塊的第二連接壁內，並對應連通於該第一引流道。

在本發明之一實施例中，該第一引流道與該第一區間通道之間設有一分配槽，該第一區間通道之數量為複數個。

在本發明之一實施例中，該分配槽係設於該汽缸塊之第二連接壁上。

在本發明之一實施例中，該分配槽係設於該汽缸頭之第一連接壁上。

在本發明之一實施例中，該分配槽形成上寬下窄之形狀。

在本發明之一實施例中，該分配槽形成倒錐狀。

在本發明之一實施例中，該冷卻構造另包含：一第二儲油槽，其係由該汽缸頭內之該二凸輪軸承座的主體、該第一圍繞壁及一第二圍繞壁共同圍繞而成，且位於該第一儲油槽之下方。

在本發明之一實施例中，該第二儲油槽連通於一第二組冷卻通路，該第二組冷卻通路包含：一第二引流道，設於該汽缸頭的第一連接壁內及位於該第一引流道下方，且該第二引流道對應連通於該第二儲油槽；以及一第二區間通道，設於該汽缸塊的第二連接壁內及位於該第一區間通道下方，且該第二區間通道對應連通於該第二引流道。

在本發明之一實施例中，該第一組及第二組冷卻通路之區間通道形成在該活塞室外圍的一汽缸套之外徑所涵蓋的第二連接壁範圍內。

在本發明之一實施例中，該臥式引擎之汽缸軸線係與地平線呈一夾角，該夾角介於5度至45度之間。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

下列說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「內」、「外」、「左」、「右」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，本發明以下實施例中所提到的方向用語僅是用來輔助說明本發明技術內容，而非用來限制本發明。

請參照第2圖所示，其揭示本發明較佳實施例之臥式引擎之冷卻構造之正面剖視圖，其中一引擎冷卻構造係設於一臥式引擎之內，該臥式引擎通常是四行程引擎，其包含一汽缸頭11、一汽缸塊12及一曲軸箱20，該汽缸頭11設於該汽缸塊12之斜上方，該曲軸箱20設於該汽缸塊12之斜下方。該汽缸頭11設有一組進排氣通道(未標示)、一組設於該進排氣通道上的一組進排氣閥門(未標示)及一組閥門驅動構件13；該汽缸塊12設有允許一活塞(未繪示)作往復運動之一活塞室121(未繪示)，該活塞室121連接該汽缸頭11之一小段活塞室區段，因此下文所指的活塞室121亦廣義包含該汽缸頭11之活塞室區段。上述進排氣通道、進排氣閥門及活塞係屬現有技術，故於此不再予以詳細描述。

請再參照第2圖所示，該曲軸箱20內設有一曲軸21及一連接該曲軸21與該活塞之一連桿(未繪示)，該汽缸頭11及汽缸塊1之一側內部設有一驅動室14(如第3、4B及5A圖所示)可連通該汽缸頭11、該汽缸塊12及該曲軸箱20，該驅動室14內設有一驅動元件(未繪示)該曲軸箱20內曲軸21藉由該驅動元件30作動該汽缸頭11之閥門驅動構件13，其中該驅動元件30依引擎規格不同係可選自鏈條、挺桿或齒輪，並且該曲軸21及該閥門驅動構件13對應不同類型的驅動元件30而有對應不同的構造。例如，在該驅動元件30為一鏈條的實施例中，曲軸21之動力經曲軸21上之一驅動鏈輪(未繪示)，藉由該鏈條傳送動力至該汽缸頭11內之一凸輪軸(未繪示)上之正時鏈輪(未繪示)，使該凸輪可直接抵接閥門閥門(未繪示)或透過搖臂(未繪示)以控制閥門之開合，在此實施例中該凸輪或搖臂即所謂的閥門驅動構件13；或者，在該驅動元件30為一挺桿的另一實施例中，曲軸21之動力經曲軸21上之一曲軸凸輪(未繪示)抵頂一下搖臂(未繪示)再抵接該挺桿，藉由該挺桿傳送動力至該汽缸頭11內之一上搖臂(未繪示)再抵接閥門以控制閥門之開合，在此實施例中該上搖臂即所謂的閥門驅動構件13。

另外，在機車或汽車正常使用狀態下，本實施例的臥式引擎之汽缸軸線係與地平線夾設有一夾角，該夾角介於5度至45度之間，因此稱為臥式引擎。再者，該汽缸頭11之活塞室區段(未標示)與該驅動室14之間具有一第一連接壁A，同時該汽缸塊12之活塞室121與該驅動室14之間亦具有一第二連接壁B。該二連接壁A、B是指在縱向側面剖視圖(如第2、4B及5A圖所示)中廣義位於該活塞室121與該驅動室14之間的壁部，因此本文中所稱之連接壁係包含該第一連接壁A及該第二連接壁B。

請同時參照第2及3圖，其中第3圖是本發明較佳實施例之汽缸頭11之立體及局部剖視圖。如第2及3圖所示，本發明的冷卻構造包含一第一儲油槽15a及一第二儲油槽15b，該第一儲油槽15a係由該汽缸頭11內之二凸輪軸承座111的上半部及一第一圍繞壁112a共同圍繞而成；該第二儲油槽15b，係由該汽缸頭11內之該二凸輪軸承座111的主體、該第一圍繞壁112a及一第二圍繞壁112b共同圍繞而成，且位於該第一儲油槽15a之下方。該第一儲油槽15a及該第二儲油槽15b設於該汽缸頭11內用以暫時積存自潤滑該閥門驅動構件13後所回流之潤滑油(未繪示)；本發明並各設有一第一組冷卻通路161及一第二組冷卻通路162分別對應至該第一儲油槽15a及該第二儲油槽15b。該第一組冷卻通路161係設於該活塞室121與該驅動室14之間的連接壁A、B內，該第一組冷卻通路161用以將該儲油槽15內之潤滑油向斜下方引流至該曲軸箱20內。另外，該第一組冷卻通路161之中間還可設有一分配槽17，此分配槽17之作用於下文另予詳細說明。

如第2圖所示，在本實施例中，該第一組冷卻通路161包含：一第一引流道16a及一第一區間通道16b，其對應連通於該第一儲油槽15a；該第二組冷卻通路162包含：一第二引流道16c及一第二區間通道16d，其對應連通於該第二儲油槽15b。該第一組冷卻通路161位於該第二組冷卻通路162上方。該第一引流道16a係設於該汽缸頭11的第一連接壁A內之靠上端。該第一區間通道16b係設於該汽缸塊12的第二連接壁B內，並對應連通於該第一引流道16a。該第二引流道16c係設於該汽缸頭11的第一連接壁A內靠下端(即位於該第一引流道16a下方)，且對應連通於該第二儲油槽15b。該第二區間通道16d係設於該汽缸塊12的第二連接壁B內及位於該第一區間通道16b下方，且該第二區間通道16d對應連通於該第二引流道16c。

請再參照第3、4A、4B及4C圖所示，其中第4A圖是本發明較佳實施例之汽缸頭11之儲油槽15a、15b之上視剖視圖；第4B圖是本發明較佳實施例沿第4A圖之4B-4B線所作之汽缸頭11之第一儲油槽15a之前視剖視圖；第4C圖是本發明較佳實施例沿第4A圖之4C-4C線所作之汽缸頭11之儲油槽15a、15b之左側剖視圖。如圖所示，該第一儲油槽15a係由該汽缸頭11內之二凸輪軸承座111的上半部及該第一圍繞壁112a共同圍繞而成；該第二儲油槽15b係由該汽缸頭11內之該二凸輪軸承座111的主體、該第一圍繞壁112a及該第二圍繞壁112b共同圍繞而成，且位於該第一儲油槽15a之下方。其中下文所稱之該凸輪軸承座111係廣義的指該閥門驅動構件13中的凸輪軸之軸承及其軸承座的組合。雖然本發明較佳實施例揭示的該第一儲油槽15a及該第二儲油槽15b是由該凸輪軸承座111與該第一圍繞壁112a及該第二圍繞壁112b所圍繞而形成之儲存空間，但本發明並不限於此。該第一儲油槽15a及該第二儲油槽15b也可藉由其它的構件形成，使能接納噴灑於該閥門驅動構件13上進行潤滑後所流下之潤滑油。

請參照第5A及5B圖所示，第5A圖是本發明較佳實施例之汽缸塊12之左側視圖；第5B圖是本發明較佳實施例沿第5A圖之5B-5B線所作之汽缸塊12之弧狀剖視圖(第5A圖之剖視圖)。如第5A及5B圖所示，該汽缸塊12的第一引流道16a與第一區間通道16b之間設有一分配槽17，且該第一區間通道16b之數量為複數個，以便有效率的將該第一儲油槽15a內之潤滑油向斜下方引流至該曲軸箱20內。在本發明較佳實施例中，該分配槽17較佳係設於該汽缸塊12之第二連接壁B上，且該第一區間通道16b之數量為4個，但本發明並不限於此。該分配槽17也可設置於其它位置，例如設置於該汽缸頭11的第一連接壁A上；該第一區間通道16b之數量也可以是其它的數目，例如2條或3條等。

更詳言之，該分配槽17較佳形成上寬下窄之倒錐狀，由於潤滑油流出該汽缸頭11的第一引流道16a後會因重力向該分配槽17的最低點流下，因此可使距離該第一引流道16a開口最遠的該汽缸塊12的第一區間通道16b(即最下方者)能優先分配到潤滑油，該倒錐狀分配槽17可達到平均分配潤滑油於該複數個第一區間通道16b的效果，並且由於該倒錐狀的設計，最低處的第一區間通道16b並非能得到最多的潤滑油，而是中央位置的一或二條第一區間通道16b可以得到最多的潤滑油，因為在實際引擎運轉時，該汽缸塊12在該第二連接壁B中央位置的部份厚度較薄且最接近該活塞室121，因此較多的潤滑油流過中央位置的第一區間通道16b，可以帶走較多的溫度以增加冷卻的效果。

請參照第6圖所示，本發明較佳實施例之臥式引擎之冷卻構造之正面局部剖視圖。如6圖所示，在本發明較佳實施例中，該第一區間通道16b及第二區間通道16d係形成在該活塞室121外圍的一汽缸套123之外徑所能涵蓋的第二連接壁B範圍(跨距D)內。該第一區間通道16b及第二區間通道16d也大致位於該汽缸塊12之二結合孔122之間。

如6圖所示，當引擎發動時先藉由該曲軸箱20內受泵浦加壓(未繪示)所泵送上來之潤滑油至該汽缸頭11內，並使潤滑油噴灑在該閥門驅動構件13上，而第一儲油槽15a及該第二儲油槽15b也因此得到部分潤滑該閥門驅動構件13所用之潤滑油，或者，該第一儲油槽15a及該第二儲油槽15b也可直接盛裝該曲軸箱20所泵送上來之用於冷卻之潤滑油。該第一儲油槽15a及該第二儲油槽15b藉由該第一組及第二組冷卻通路161、162，其經過該汽缸頭11之第一連接壁A及該汽缸塊12之第二連接壁B，再流入該曲軸箱20(未繪示)。因此，該第一組及第二組冷卻通路161、162能帶走該活塞室121產生之溫度及降低該活塞室121的運轉溫度。另一方面，本發明亦可能選擇性由引擎外部加裝一潤滑油冷卻器(未繪示)，以便更容易使溫度散逸，以維持潤滑油品質不易因高熱而提早變質，因而避免造成引擎機件運轉受損，如此將可更提昇引擎耐用度與運轉效能。

雖然，在本發明較佳實施例中，該冷卻構造是揭示一種包含了兩組獨立冷卻構造之系統：第一組冷卻構造是該第一儲油槽15a及其所對應設置之第一組冷卻通路161(包含該第一引流道16a、分配槽17及複數個第一區間通道16b)；以及，第二組冷卻構造是該第二儲油槽15b及其所對應設置之第二組冷卻通路162(包含該第二引流道16a及第二區間通道16b)。然而，在實際的使用的效果中，該第一儲油槽15a及其對應設置之第一組冷卻通路161機構，因該第一儲油槽15a位於較高的位置，並且該分配槽17將潤滑油分配至複數個第一區間通道16b，因此能提供主要的汽缸冷卻效果。另外，由於該第二儲油槽15b及其所對應設置之第二組冷卻通路162機構的位置較低，因此無法使潤滑油流過該汽缸頭11及汽缸塊12較熱的連接壁A、B中央位置，相對的效果較小，只具有輔助冷卻之功能。因此，在本發明的另一實施例中，該冷卻構造只需要設置該第一儲油槽15a其所對應設置之第一組冷卻通路161(包含該第一引流道16a、分配槽17及複數個第一區間通道16b)就能發揮預期之冷卻效果。

如上所述，相較於習用臥式引擎之冷卻構造之汽缸中心處的連接壁面無法得到潤滑油冷卻，使汽缸熱源分佈不均，因此會造成熱應力集中而有變形及破裂的風險，使引擎耐用度與性能將受到影響。本發明之臥式引擎之冷卻構造藉由將該第一儲油槽15a設於該汽缸頭11內用以暫時積存潤滑油，且在活塞室121與該驅動室14之間的連接壁A、B內設置該第一組冷卻通路161，以便將該第一儲油槽15a內之潤滑油向下引流至該曲軸箱20內，以通過冷卻該連接壁A、B來降低該活塞室121內部產生之高溫，進而提昇引擎運轉效能及耐用度。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11‧‧‧汽缸頭

111‧‧‧凸輪軸承座

112a‧‧‧第一圍繞壁

112b‧‧‧第二圍繞壁

113‧‧‧結合孔

12‧‧‧汽缸塊

121‧‧‧活塞室

122‧‧‧結合孔

13‧‧‧閥門驅動構件

14‧‧‧驅動室

15a‧‧‧第一儲油槽

15b‧‧‧第二儲油槽

161‧‧‧第一組冷卻通路

162‧‧‧第二組冷卻通路

16a‧‧‧第一引流道

16b‧‧‧第一區間通道

16c‧‧‧第二引流道

16d‧‧‧第二區間通道

17‧‧‧分配槽

20‧‧‧曲軸箱

21‧‧‧曲軸

81‧‧‧汽缸頭

82‧‧‧汽缸塊

83‧‧‧凸輪軸

831‧‧‧正時鏈輪

84‧‧‧活塞

85‧‧‧連桿

86‧‧‧鏈條室

87‧‧‧鏈條

90‧‧‧曲軸箱

91‧‧‧曲軸

911‧‧‧驅動鏈輪

A‧‧‧第一連接壁

B‧‧‧第二連接壁

D‧‧‧跨距

第1圖：習用立式引擎之冷卻構造之側面剖視圖。

第2圖：本發明較佳實施例之臥式引擎之冷卻構造之正面剖視圖。

第3圖：本發明較佳實施例之汽缸頭之立體及局部剖視圖。

第4A圖：本發明較佳實施例之汽缸頭之儲油槽之上視剖視圖。

第4B圖：本發明較佳實施例沿第4A圖之4B-4B線所作之汽缸頭之第一儲油槽前視剖視圖。

第4C圖：本發明較佳實施例沿第4A圖之4C-4C線所作之汽缸頭之儲油槽之左側剖視圖。

第5A圖：本發明較佳實施例之汽缸塊之左側視圖。

第5B圖：本發明較佳實施例沿第5A圖之5B-5B線所作之汽缸塊之弧狀剖視圖。

第6圖：本發明較佳實施例之臥式引擎之冷卻構造之正面局部剖視圖。

11．．．汽缸頭

111．．．凸輪軸承座

113．．．結合孔

12．．．汽缸塊

122．．．結合孔

13．．．閥門驅動構件

161．．．第一組冷卻通路

162．．．第二組冷卻通路

16a．．．第一引流道

16b．．．第一區間通道

16c．．．第二引流道

16d．．．第二區間通道

17．．．分配槽

20．．．曲軸箱

21．．．曲軸

A．．．第一連接壁

B．．．第二連接壁

Claims (12)

1. 一種臥式引擎之冷卻構造，其係設於一臥式引擎之內，該臥式引擎包含一汽缸塊、一設於該汽缸塊斜上方之汽缸頭及一設於該汽缸塊斜下方之曲軸箱；該汽缸塊之內部設有允許一活塞作往復運動之一活塞室；且該汽缸頭及汽缸塊之一側設有一連通至該曲軸箱之驅動室，該驅動室內設有一驅動元件，以將該曲軸箱內之曲軸藉由該驅動元件作動該汽缸頭之一閥門驅動構件，其特徵在於：該冷卻構造包含：一第一儲油槽，設於該汽缸頭內，以暫時積存自該曲軸箱所泵送上來之潤滑油；及一第一組冷卻通路，設於該活塞室與該驅動室之間的連接壁內，該第一組冷卻通路用以將該第一儲油槽內之潤滑油向斜下方引流至該曲軸箱，該第一組冷卻通路包含：一第一引流道，設於該汽缸頭的第一連接壁內；以及一第一區間通道，設於該汽缸塊的第二連接壁內，並對應連通於該第一引流道，其中該第一引流道與該第一區間通道之間設有一分配槽，該分配槽形成上寬下窄之形狀，該第一區間通道之數量為複數個。
2. 如申請專利範圍第1項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該第一儲油槽係由該汽缸頭內之二凸輪軸承座的上半部及一第一圍繞壁共同圍繞而成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之臥式引擎之冷卻構 造，其中該分配槽係設於該汽缸塊之第二連接壁上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該分配槽係設於該汽缸頭之第一連接壁上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該分配槽形成倒錐狀。
6. 如申請專利範圍第2項所述之臥式引擎之冷卻構造，另包含一暫時積存自該曲軸箱所泵送上來之潤滑油的第二儲油槽，係由該汽缸頭內之該二凸輪軸承座的主體、該第一圍繞壁及一第二圍繞壁共同圍繞而成，且位於該第一儲油槽之下方。
7. 如申請專利範圍第6項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該第二儲油槽連通於一第二組冷卻通路，該第二組冷卻通路包含：一第二引流道，設於該汽缸頭的第一連接壁內及位於該第一引流道下方，且該第二引流道對應連通於該第二儲油槽；以及一第二區間通道，設於該汽缸塊的第二連接壁內及位於該第一區間通道下方，且該第二區間通道對應連通於該第二引流道。
8. 如申請專利範圍第7項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該第一組及第二組冷卻通路之區間通道形成在該活塞室外圍的一汽缸套之外徑所涵蓋的第二連接壁範圍內。
9. 如申請專利範圍第1項所述之臥式引擎之冷卻構 造，其中該臥式引擎之汽缸軸線係與地平線呈一的夾角，該夾角介於5度至45度之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該驅動元件係為鏈條，該閥門驅動構件係為凸輪。
11. 如申請專利範圍第10項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該閥門驅動構件還包含搖臂。
12. 如申請專利範圍第1項所述之臥式引擎之冷卻構造，其中該驅動元件係為挺桿，該閥門驅動構件係為上搖臂。