CN1012382B - 发动机用封闭蒸发式冷却系统 - Google Patents

Abstract

发动机用封闭蒸发式冷却系统包括：在发动机上壁有开口的水套，带有上箱、一块底板及冷凝管的冷凝器，一个为将冷凝器底板安装于其上而围绕其开口制成的座套，用来调节上箱内压的调压阀，上述每一根冷凝管上端均穿透上箱底板并用铜焊或锡焊接于其上，下端各自穿透下底板并用铜焊或锡焊接于其上。系统还包括用于降低上箱内压的减振管，该管一端与装在发动机水套上方的冷凝器上箱相通，另一端与调压阀相通。

Description

本发明涉及发动机用封闭蒸发式冷却系统，该系统包括一个冷凝器，该冷凝器是用来凝蒸汽的。蒸汽在发动机的水套中产生，并进入冷凝管，当蒸汽通过冷凝管时与大气进行热交换，这时蒸汽就凝结了。

众所周知，封闭蒸发式冷却系统在节省冷却水用量上较循环冷却系统要更为优越，这是由于蒸发过程中有潜热的作用。在封闭蒸发式冷却系统中，冷却水在水套中蒸发成为蒸汽，进入冷凝管并在其中凝结。

然而，前者在失水方面仍有缺陷，而且冷却效率也较低。

为了减少失水，一个横置式（卧式）发动机所用封闭蒸发式冷却系统的改进型在日本实用新型公报第44-28022号上刊登公开，该系统由一个安装在冷凝器一侧的副水箱、一个连通副水箱与冷凝器上箱的连接管，以及一个安装在副水箱上部的压力阀组成。这样的系统便可冷却并凝结来自冷凝器上箱、在连接管中的蒸汽，并将凝结的水在副水箱中保存。

上述改进后的系统可以基本解决冷却水损失的问题。然而，该系统却存在冷却水必须先输到副水箱中，因而当发动机长时间运转时，就会发生水套中冷却水不足的问题。而且由于连接两箱的连接管中蒸汽的凝结，引起冷凝器上箱内的压力下降，而使蒸汽在冷凝管中开始凝结的温度也下降。作为上箱内蒸汽的凝结温度和压力下降的结果。蒸汽在冷凝管内较高的位置就开始凝结，并且凝结的水从这些位置开始沿着管子内壁下流。只要凝结的水一开始沿冷凝管内壁下降，每根管中冷凝水的体积，由于其不断吸收沿冷凝管上升的蒸汽中的水珠而增大。这样，体积增大了的凝结水在较高的位置上便堵住了冷凝管的内通道。因此，管中的凝结水很容易被水套内有压力的蒸汽不断地输入冷凝器的上箱，并伴 随着轻度的冲击性压力脉动。而且每根冷凝管上端与冷凝器下部用铜焊或锡焊连接的部分，由于通过其中蒸汽的加热和凝结水的冷却，反复不断地膨胀与收缩，其频率可高达。例如：每分钟三次，由于膨胀与收缩的变化，一个交变的热应力就作用在这铜焊或锡焊的部分上，而且就会由于铜焊或锡焊材料的疲劳产生裂纹。

因此，本发明的基本目的就是采用降低作用在每根冷凝管顶端与上箱下底板间铜焊或锡焊部分热应力的方法来延长冷凝器的寿命。

本发明的另一个目的是减少水套中冷却水由于长期使用造成的失水。

为上述目的，根据本发明，发动机用封闭蒸发式冷却系统，由下列部分组成：一个在发动机上壁有开口的水套;一个冷凝器，带有上箱、一块底板及冷凝管;一个围绕上述开口、为将上述底板安装到冷凝器上而制成的座套;一个为调节上述上箱内压而设置的调压阀。上述每根冷凝管的上端均穿过所述上箱的箱底壁并用铜或锡焊接于其上，其下端各自穿过底板并用铜或锡焊于其上。本发明中改进的部分为：一个为吸收上箱内压变化的减振管，该管一端与装在发动机水套上侧的冷凝器的上箱沟通，另一端则与调压阀相连。

减振管吸收了上箱内的压力变化，并将平均内压传递到调压阀上。该调压阀对上箱中任何较小的、冲击性的压力变化或内压脉冲均不作出反应。这样，存积在上箱的平均内压比已知系统所保持的内压要高。其结果就是蒸汽在较高的温度下和冷凝管中较低的位置上开始凝结，从而凝结水沿管壁下落之前从蒸汽中吸收的水滴也大大减少，不致于使凝结水的体积增大到阻塞冷凝管的内通道。因此，一方面，冷凝水难以进入上箱，冷凝管上端与上箱下底板用铜或锡焊接的部分不再受交变的热负荷，这样该接合部可免于由长时受热应力而产生断裂。而且，在另一方面，由于冷凝水不再阻塞冷凝管的内通道，冷凝后的水便可以平稳而又 迅速地回到水套中，这样水套中冷却水的损失几乎可全部消除，以及由于水面下降引起冷却效率的下降也可在长时间内得以防止。

减振管要求尽可能做得又细又长，并且减振管在某中间部位上可设置一种限流装置，以获得较好的减振性能。

减振管最好用绝热非金属材料制成，以避免蒸汽在其中凝结。

根据在寒冷季节的观察：调压阀常常被其内冻成冰的冷凝水固定在关闭位置上。这样，冷凝器中的内压将上升，以至其由于其中不正常的压力而受损坏。因此，将调压阀置于外壳上，或安装在发动机的上壁上较为有利，这样即可将发动机产生的热量传至其上，以解其冻。

通过阅读对本发明的下列说明，便可更清楚更深入细致地了解它。说明中谈到有关的图纸其中相类似的零部件标有相同的号码，其中：

图1：为根据本发明优选应用实例的一个局部垂直剖面图。

图2：为按本发明，带有封闭蒸发式冷却系统的汽油发动机的垂直剖面图。

图3：为本发明的封闭蒸发式冷却系统的分解透视图。

图4：为与图1相似，按本发明所做的另一个优选应用实例的局部垂直剖面图。

图5：为与图1和图4相似，按本发明所做的另一个优选应用实例的局部垂直剖面图。

下面请看图2，发动机机体E有曲轴1，支承该曲轴的曲轴箱2，垂直于曲轴1与曲轴箱为一体的气缸4，插在气缸4内可滑动的活塞3，装有火花塞5的气缸盖8，一套进、排气门6，摇臂7，这些零件均安装在气缸之外，发动机还有一安装在曲轴1一端的飞轮9，空气滤清器10，消音器11，而封闭蒸发式冷却系统是作为一个附件。

水套12在曲轴箱2内的气缸4周围形成，并与在气缸盖8内的另一水套13相连通，从图1～图4可见，水套12在曲轴箱2上顶面有 一开口，而空心底座14，该件作为上壁的一部分，即发动机机体E外壳的一部分，安装在曲轴箱2的顶面，以便盖住曲轴箱2向上的开口，并在其上安装冷凝器15。

底座14的底板前侧有一开口，以便将其内腔与水套12联通，顶板后侧有一向上的开口17，和一个在其顶面沿开口17为安装冷凝器15而设置的座套16，冷凝器15的下底板便装于其上，这就可以用零件14的下底板作为一缓冲板，来防止沸水直接从水套12进入冷凝器15。

冷凝器15制成可将水蒸汽从底座14的内腔引到带有散热片的冷凝管19中去，并在从底座14内腔沿管19至上箱20的行程中用风扇21产生的冷风来凝结水蒸汽，于此同时，凝结的水通过管19返回到水套12中去。

根据本发明设计的系统C，还有除上述机构外的下列机构：

如图1所见，按本发明，本系统包括从上箱20引出并与之连通的减振管22;一个调压阀25，它由一个支承在上箱20上带底面的圆筒形贮存器23，和一个用来封闭贮存器23开口的调压阀盖24组成。减振管22将上箱20与阀25的贮存器23连通，减振管用螺旋细长管制成，以在其内形成一个狭长的通道。

一个加水口26露在底座14上，并被另一个调压阀27封住，该阀27的压力要调整得比阀25的压力高，一个测量管28在加水口26下侧向下延伸，以调整水套12中的水位。

根据上述优选应用实例，当上箱20内平均内压经管22传至调压阀25时，上箱20内的内压脉动和其它变化可以得到缓冲。这样，阀25不会由于上箱20内任何微小的压力波动而打开，而上箱20内的平均内压准确地保持在调压阀25调整好的压力上。因此，冷凝器15可保持有一个足够高的压力，蒸汽凝点温度也随之保持在较高的温度 上。最后，冷凝器15的蒸汽凝结效率提高了，并且基本上消除了水蒸汽从调压阀25中的泄漏。

通过比较试验观察，使用本发明的系统，水套中冷却水的减少量基本为零，而对使用带有将大气与上箱20连通的销孔的调压阀盖，而不是使用调压阀盖24的冷凝器系统，其减少量为2040CC（毫升）。对比试验中，从冷凝器中溢出的或蒸发的冷却水的体积是在气温为45℃时，从带有20%防冻液的冷却液中经8小时运转测得的。试验用发动机排量为1900CC（毫升），功率为13.4马力。

如图4所示，在另一个按本发明的优选应用实例中，与冷凝器15的上箱20相通的调压阀25装在底座14的顶面，以便把发动机发出的热量传递给阀25。减振管22是从上至下沿冷凝管19与风扇21垂直布置，风扇21为冷凝器15提供冷风。

该应用实例的其它机构与图1～图3所示应用实例的机构相同，进行上述同样的对比试验得到的结果也一样。

在该应用实例中，调压阀25会被由发动机产生并传于其上的热量加热。在冷天起动时，如果阀25被其中的凝结水冻成的冰梗塞，当发动机起动后，在冷凝器内压被冷却水的蒸汽提高之前，发动机所发出的热量就可使阀25解冻并使其正常工作。

在另一个优选应用实例中，有一个通过减振管22与冷凝器15的上箱20连通的调压阀安装在底座14顶面下沉部分之上，此处要比在件14的较高处更容易受冷却水和发动机5的机体E的外壳所发出的热量的影响。其它机构与图4所示应用实例的机构相同，当进行上述相同的对比试验时，得到的结果也一样。

在本应用实例中，调压阀25的解冻要比图4所示的上述系统更快。

本发明不仅仅限于上述的应用实例，而且在后附的权利要求范围内 可用于所有其它不同变型与经修改过的应用实例中。这一点对那些善长于对本技术领域的人来说是显而易见的。

例如，在上箱20和阀25之间的减振管上可安装-限流装置，当减振管22用非金属绝热材料制成时，其内部不至由于大气寒冷使得其中出现蒸汽凝结和压力下降。因此有可能将冷凝器的内压保持得相当高。

Claims (4)

1、一种发动机用封闭蒸发式冷却系统，包括一个水套，水套具有通过发动机上壁的上部开口；一个有上箱的冷凝器，一个底板和冷凝管，一个围绕所述上部开口的外壳用于固定冷凝器的底板，一个用于调节上箱内压力的调压阀，每一所述管有一通入上箱底壁并焊在该处的上端，和一通入所述底板并焊在该处的下端，其特征在于：压力减震管的一端与所述上箱相连，而其另一端与压力调节阀的小体积的贮存器相连，压力调节阀的小体积贮存器比上箱的体积小得多，压力减震管构成为其形状起到限制的作用，使得它能抑止冲击性的脉动压力变化从多根冷凝管冲入上箱，进而防止冲击性的脉动压力变化作用到压力调节阀上，结果在上箱内保持一个较高的内压。

2、如权利要求1所说的封闭蒸发式冷却系统，其特征是：所述具有流动阻力装置的减震管是细长的。

3、如权利要求1所说的封闭蒸发式冷却系统，其特征是：所述具有流动阻力装置的减震管装有一个限流装置。

4、如权利要求1、2或3所说的封闭蒸发式冷却系统，其特征是：所述具有流动阻力装置的减震管是用非金属绝热材料制成。

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