专利名称：中间孔的冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水冷发动机的冷却系统的改进，优选本发明涉及一种冷却系统用于冷却诸如发动机的中间孔桥的上部区域，但不限于此。
背景技术：
在汽缸体的两个汽缸之间的狭窄的结构被称为中间孔桥(interbore bridge)。在该区域具有较高的热量集中。所述区域具有较高的表面与容积的比率，并且如果暴露于较高温度的热源，该区域容易过热。热源可以来自汽缸内的燃烧，也可以来自活塞组件和汽缸壁之间的摩擦。
一旦在中间孔桥处的汽缸壁的表面温度达到180℃，就很容易产生问题。在此温度下，润滑油，特别是矿物油将产生性能恶化。润滑油中的恶化会引起所述活塞和汽缸壁之间的摩擦明显增加。这将产生其它的问题，例如，活塞磨损以及汽缸壁和活塞环之间的过量的磨损。
一旦温度超过220℃，由铝制成的汽缸体将有额外的问题。在上述温度或超过上述温度的情况下，所述铝变弱。由于受热削弱的结构而导致孔的过量的变形，会对整个发动机功能产生影响。即使金属温度恢复至正常，较高的热负载也能引起结构失去其原有的性能。
为了克服上述过热的缺陷，已经提出多种类型的中间孔冷却系统1)一种在顶表面上的完全的锯痕2)在水通道两侧、且在所述顶表面上的双锯痕
3)从所述阶梯孔的顶面交叉钻出的通道，所述通道从所述中间孔桥的每一端开始延伸；4)浇铸出的水通道；和5)通过使用一玻璃芯部产生的水通道每种系统都有其自己的优点和缺点。在选则任何特定的设计之前有多个参数需要考虑，并且一种特定的设计可以用于一种特定的应用，没有必要用在其它应用中。
现在普通的实践是，一种发动机组可以用于多种不同的应用中。对一些应用，所述发动机组用于相对低性能的且大量生产的发动机，以及高性能的限量生产的发动机。
一般，上述两种情况都能维持发动机部件的共用性。在一种应用中与另一种应用中唯一的完全不同的部件可以是吸气和排气系统和凸轮轴。
为确保相同的汽缸体能以最小的变动用于高性能和低性能的发动机，带有汽缸套的汽缸体是一种可能的选则。然而高性能的发动机需要中间孔冷却系统，来冷却所述中间孔桥。另一方面，低功率的输出发动机可以不需要中间孔桥冷却。
因此必须考虑一些用于中间孔冷却的方案。浇铸的水通道和交叉钻出的通道通常被反对，例如一8mm的中间孔桥具有2-4-2mm的衬套—铝—衬套的结构。所述两个衬套之间的金属的厚度不足以有一浇铸的水通道，也不足以使交叉钻出的通道通过。
中间孔冷却方案，例如全锯痕，双锯痕和玻璃芯是可以实现的。一全锯痕广泛地用于带衬套的汽缸。所述加工过程是非常简单的，除了浇铸过程必须是准确的或是需要100％的超声波，以避免在加工过程中对锯有不适当的负荷或损坏。全锯痕的另一个问题是密封，因为其需要昂贵的垫片。因为顶层的开口需要适当的密封，所以也可能发生泄漏。此外，所述开口削弱了所述中间孔桥，并且由于热负荷及机械负荷，在发动机运行过程中容易产生孔变形。
对双锯痕而言，所述中间孔桥的两侧是锯痕，以使水流更接近在所述中间孔桥的中心处的最热点。所述汽缸头也是机器加工成的，以连接来自汽缸体的锯痕的水流。这种设计要求较长的机械加工时间，特别是带有汽缸头的情况下。
已经建议使用玻璃芯部的方案，因为所述玻璃芯部在所述汽缸套之间能产生水通道。但这种工艺还没有应用于生产中。所述工艺成本较高，并且必须严格控制。所述玻璃芯部需要高速的喷射水流以将所述玻璃芯部移走。
从一计算机辅助设计的结果，已经确定所述中间孔桥的顶部区域的中心是最热的区域，并且覆盖了大约40％的活塞环移动路径。在活塞行程经过大约40％之后，热流开始显著减少。因此，交叉钻出的通道不是位于中间孔桥的最热部分，因此不能完全有效地提供所需的冷却。此外，这种方案要求复杂且相对昂贵的钻孔操作。
因此本发明的主要目的是提供一种用于水冷发动机的中间孔桥冷却系统，以相对低的成本和时间提供相对高的冷却程度。
发明概述鉴于上述目的及其它目的，本发明提供了一种用于冷却水冷发动机汽缸体的中间孔桥的冷却系统，所述中间孔桥具有一顶表面和一宽度最小的中心区域；所述汽缸体具有一水箱；所述冷却系统包括至少一个从所述中间孔桥的顶部延伸的水通道，所述中间孔桥位于所述水箱的中心区域或与所述中心区域相邻。
优选有两条水通道，分别在所述中心区域的两侧，并且所述水箱包括两个平面，每条水通道都通过所述平的表面，所述平的表面大致垂直于所述水通道。
更优选，所述水通道与所述中心区域的纵轴成一角度，所述夹角小于90°，优选是从3°至30°，更优选是从5°到25°，或者是5°或25°。
优选，每个水通道沿其长度直径不变，所述恒定的直径优选是从1mm到3mm，更优选是2mm。
更优选，所述水通道不是呈梯形，而是由不包括间断的钻孔操作的一次性钻孔操作形成。
本发明还涉及包括上述冷却系统的汽缸体。
另一方面，本发明提供一种在汽缸体内形成至少一条冷却通道的方法，所述通道用于冷却一中间孔桥，所述中间孔桥具有一顶表面，所述汽缸体具有水箱；所述方法包括钻出至少一条水通道的步骤，以从位于有最小宽度的中心区域处或与所述中心区域相邻的的顶表面延伸至水箱。
优选有两条水通道，分别在所述中心区域的两侧，并且所述水箱包括两个平面，每条水通道都通过所述平的表面，所述平的表面大致垂直于所述水通道。
更优选，所述水通道与所述中心区域的纵轴成一角度，所述夹角小于90°，优选是从3°至30°，更优选是从5°到25°，或者是5°或25°。
优选，每个水通道沿其长度直径不变，所述恒定的直径优选是从1mm到3mm，更优选是2mm。
更优选，所述水通道不是阶梯形的，未采用间断的钻孔工艺钻出。
附图简述为使本发明更容易理解，并易于实际应用，下面将参照附图以本发明的优选且非限制性的实施例来描述本发明。在附图中
图1是本发明第一种形式的汽缸体的一部分的俯视图；图2是沿图1的线和箭头2-2所示的方向所取的纵向截面图；图3是对应于图1但是是本发明的第二种形式的俯视图；图4是对应于图2但是是本发明的第二种形式的截面图。
优选实施例的详述图1和图2示出了汽缸体10中的倾斜的钻出的通道12，所述通道12彼此没有交叉。所述汽缸体10有多个孔24，每个孔都有2mm的衬套14。在钻出的通道12形成之后，仍留有2.5mm的金属和2mm的衬套。与一至少为4mm的垫片宽度一起，所述间隙将提供足够的密封。如正常情况下一样，设置汽缸头螺栓孔26和水箱开口28。
为了在水箱16和每个衬套14之间提供至少4mm的金属，所述水箱16距中间孔桥10的中心18的纵轴22的最近距离大约为12mm。如图中所能看到的，通道的顶部38与所述中心18---最高的热集中区域相邻。然而，所述通道的顶部38可以在所述中心区域18内。
在图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是相对较平的，并且需要确保钻头位于初始的方向，以减少损坏的可能性，和避免工具的使用寿命过短。所述表面30使所述水箱16朝向纵轴22延伸。
如图3和图4所示，没有衬套14，所述水箱16能进一步朝向所述中心18延伸。如果在汽缸壁的表面有至少为4mm的金属，所述水箱16距离所述纵轴22最近可达大约11mm。
所述斜的钻出的通道12通过使冷却剂尽可能近的流过所述中心18，即最强的热集中区域，来冷却所述中间孔桥的中心。为了使冷却剂尽可能接近所述中心18，所述通道12的直径越小意味着他们越接近中间孔桥20的中心18。考虑到加工便利性，使用1～3mm的钻头，优选为2mm的钻头。因此已有的在汽缸盖中去除材料的时间较长的过程能以两个简单的钻出的通道12替代，所述通道12是通过采用不间断的钻入过程沿其长度钻出恒定直径的通道来实现的。这些通道12将与汽缸体10的两条倾斜的通道相连。以此方式，所述冷却剂将通过汽缸体10和汽缸头的通道34，随后被分配到汽缸头的水箱中。通道34与水箱芯部是一体的。以此方式，在汽缸体10的浇铸过程中能形成通道34。因此只需钻出唯一的通道12。
更改所述汽缸体水箱16，以提供垂直于所钻出的水通道12的平的表面。为此所画出的分模线从靠近所述钻头要穿入的平面开始。通过这种方式，所述水箱16更接近所述中心，以冷却未被钻头深度所覆盖的区域。
本发明适用于具有无衬套孔24的汽缸体10，也适用于带有衬套14的汽缸体10。然而使用倾斜的钻出的通道12对带有衬套14的汽缸体10而言是有好处的。这是因为冷却能力不能通过替换衬套14而被限制。相反，冷却能力由最小的垫片宽度来限定。
另一方面，使用衬套14降低了孔24的表面32、水箱16和通道12之间的热传输能力。因此通道12在大约20～30℃温度降低的情况下对带衬套14的汽缸体10的冷却能力有着明显的改进。
在无衬套孔24的情况下，热传递情况较好，因为与铸铁衬套14相比，铝具有较高的热传递系数。母体金属孔24的使用与带有衬套14的汽缸体10相比有着20～30℃的温度降。因此，增加通道12还降低了另外20～30℃的温度。
与其它形式的中间孔桥相比，所述通道12的制造方法非常简单。通过使用一种不间断的用于水通道12的钻孔过程，可以最小化所述钻头深度，并且降低所述生产成本。所述加工时间相对较短，因为能使用五轴钻头来钻出所述通道12。这消除了对浇铸过程中产生特殊形状的需要，其需要一个平面垂直于所述通道12，以使钻头穿入。此外对每个通道需要一个单一的钻头尖，而不是需要多个不同尺寸的钻头尖，如在用于交叉钻孔的情况下。此外也可以避免大量的磨削，也有助于生产成本的降低。
虽然前面已经参照优选实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员可以理解，对本发明的结构和设计在不脱离本发明的实质的前提下可以进行多种变化和修改。
权利要求
1.一种用于冷却水冷发动机的汽缸体的中间孔桥的冷却系统，所述中间孔桥具有一顶表面和一宽度最小的中心区域；所述汽缸体具有一水箱，所述冷却系统包括至少一个从所述中间孔桥延伸出的水通道，所述中间孔桥位于所述水箱的中心区域或与所述中心区域相邻。
2.如权利要求1所述的冷却系统，其中有两条水通道，分别位于所述中心区域的两侧。
3.如权利要求2所述的冷却系统，其中所述水箱包括每条水通道都穿过的平表面，所述平表面大致垂直于所述水通道。
4.如权利要求2或3所述的冷却系统，其中所述水通道与所述中心区域的纵轴成一夹角，所述夹角小于90°。
5.如权利要求4所述的冷却系统，其中，所述夹角在3°～30°之间。
6.如权利要求4所述的冷却系统，其中所述夹角在5°～25°之间。
7.如权利要求6所述的冷却系统，其中所述夹角选自包括5°和25°的序列。
8.如权利要求2至7中任一项所述的冷却系统，其中每条水通道沿其长度具有恒定的直径。
9.如权利要求8所述的冷却系统，其中所述恒定的直径在1mm～3mm的范围之间。
10.如权利要求8或权利要求9所述的冷却系统，其中所述恒定的直径是2mm。
11.如权利要求2至10中任一项所述的冷却系统，其中每条水通道不是阶梯形的。
12.如权利要求1至11中任一项所述的冷却系统，其包括在汽缸体、梯形架或底板中。
13.一种在汽缸体中形成至少一条冷却通道以冷却中间孔桥的方法，所述中间孔桥具有一顶表面，并且所述汽缸体具有一水箱，所述方法包括钻出至少一条水通道的步骤，以从所述顶表面延伸至所述水箱，所述顶表面位于有最小宽度的中心区域内或与所述中心区域相邻。
14.如权利要求13所述的方法，其中由两条水通道，分别位于所述中心区域的两侧。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括在所述水箱上形成两个平的表面的步骤，每条水通道都穿过所述平的表面，所述平的表面垂直于所述水通道。
16.如权利要求14或15所述的方法，其中所述水通道与所述中心区域的纵轴之间夹有一角度，所述夹角小于90°。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述夹角在3°～30°之间。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述夹角在5°～25°之间。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述夹角选自包括5°和25°的序列中。
20.如权利要求14至19中任一项所述的方法，其中每条水通道沿其长度具有恒定的直径。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述恒定的直径在1mm～3mm的范围之间。
22.如权利要求20或权利要求21所述的方法，其中所述恒定的直径是2mm。
23.如权利要求14至22中任一项所述的方法，其中每条水通道是钻出的，但未采用间断的钻孔工艺。
24.如权利要求12至23中任一项方法所形成的冷却系统，其包括在汽缸体、梯形架或底板中。
全文摘要
一种用于冷却水冷发动机的汽缸体的中间孔桥的冷却系统,所述中间孔桥具有一顶表面和一宽度最小的中心区域;所述汽缸体具有一水箱,所述冷却系统包括至少一个从所述中间孔桥延伸出的水通道,所述中间孔桥位于所述水箱的中心区域或与所述中心区域相邻。还公开了一种形成所述冷却系统的方法及由此形成的汽缸体。
文档编号F01P3/02GK1363768SQ0114463
公开日2002年8月14日 申请日期2001年12月21日 优先权日2000年12月21日
发明者A·B·奥斯曼 申请人:伯哈特国家石油公司