CN1045810C - 活塞往复式柴油内燃机的冷却系统 - Google Patents

Abstract

该系统有位于气缸体1中并由气缸盖3罩住的气缸衬套2，其外围的环形室有冷却介质流过并且流过气缸盖，然后流经冷却器7再回至环形室。从冷却器出来的管路9上接出管路16通至气缸盖。由控制器18将来自冷却器的冷却介质根据内燃机负荷分配给引至环形室的管路9和引至气缸盖的管路16。在气缸盖与冷却器之间接出旁路15，接到引至气缸盖的管路16连接点的下游，从而引入环形室9。

Description

活塞往复式柴油内燃机的冷却系统

本发明涉及活塞往复式柴油内燃机的气缸冷却系统，该系统具有至少一个气缸衬套，该衬套是置于气缸体中，并且由一个环状室所环绕，该环状室有冷却介质流过，该衬套由一个气缸盖罩住，该气缸盖中有来自该环状室的冷却介质流过，冷却介质在流过气缸盖之后，通过一个冷却器而返回到环状室。

在已知的此类型系统中，来自冷却器的一定量的冷却介质首先流过环状室，然后可以通过位于该气缸衬套的扩大的上端的冷却介质通道，最后流过气缸盖。冷却介质的量是这样调节，使得当内燃机处于100％负荷时，构成活塞滑行表面的气缸衬套的内表面温度总是一定程度地高于水的露点温度。这就避免了亚硫酸H₂SO₃和硫酸H₂SO₄引致的燃烧室壁腐蚀(由于目前用于柴油机的燃油中含硫量高，4％或更高)。上面提到的两种酸，以亚硫酸的危害更大，因为形成亚硫酸的燃烧产物即SO₂是大量和在较低温度产生，亦即低于形成硫酸所需的SO₃的温度。此外，硫酸冷凝物只会产生小量，可以由润滑油的添加剂中和掉。若该温度降到低于水的露点，就会产生相当多量的亚硫酸冷凝物，则由于润滑油膜被破坏而引致气缸衬套滑行表面的附着磨损，也引致活塞环和气缸衬套两者的滑行表面的腐蚀磨损。在已有的内燃机系统中，当在部分负荷条件运转时，该温度很容易降到低于露点温度。

EP0038556号中公开了另一种气缸体冷却装置和一个气缸盖。其中，气缸盖和气缸体通过分离的液流并以一种基本上横向于气缸运行方向流动的液流进行冷却，以使气缸盖的温度保持低于气缸体的温度。因此可避免发动机爆击并降低未完全燃烧的烃的排放。这种装置的缺陷在于，如果燃料中硫的含量较高，则会在气缸盖上凝聚较多含硫的酸。

本发明的目的是改进前述类型的冷却系统，使之即便在内燃机于部分负荷条件运转时，可以可靠地防止形成亚硫酸。

为达到上述目的，本发明的一种活塞往复式柴油内燃机的气缸冷却系统，在其气缸体中具有至少一个气缸衬套，该衬套由一有冷却介质流过的环形室所环绕，并且由一气缸盖罩住，气缸盖内有来自该环形室并沿气缸衬套流动的冷却介质流过，所述冷却介质流过气缸盖之后，流经一冷却器再返回到该环形室，其特征在于，在由该冷却器至该环形室的管路上，分支接出一条引至气缸盖的管路，并配备一控制器，将来自该冷却器的冷却介质流量根据内燃机的负荷而分配到引至该环形室的管路和引至气缸盖的管路，并且在气缸盖与冷却器之间的冷却管路上接出一条旁路管路，该旁路是在该引至气缸盖的管路连接点的下游位置接到引至该环形室的管路中。

在本发明中，在从冷却器到环形室的管路上，分支出一条管路引向气缸盖，在管路上设一控制器，将来自冷却器的冷却介质根据负荷按量分配给去环形室的管路和去气缸盖的管路，并且在气缸盖到冷却器的管路上接出一个旁路，接到去气缸盖的分支路连接点的下游、去到环形室的那条管路上。该引向气缸盖的管路在内燃机运转中总是向气缸盖直接供应一些冷却介质。其余的流向环形室的冷却介质得到该旁管路的补充量，与已有的系统相比，其量要更少些，其温度要更高些，于是在环形室的冷却作用要小些，从而使该滑行表面的温度升高。这样就保证了，在该内燃机的所有负荷条件下，其温度不会降至低于其露点，因此不会形成亚硫酸。因此，气缸衬套和活塞环的滑行表面不再受到腐蚀。

由实施例并结合附图对本发明的一个实施方案进行详细描述：

图1是一示意图，表示气缸的冷却介质流程；

图2是气缸的部分纵剖面图；

图2a是图2中A部分的放大详图；

图3是100％负荷时，温度与气缸衬套高度的关系图；

图4是50％负荷时，温度与气缸衬套高度的关系图。

图1中表示的是多气缸往复式柴油内燃机的气缸体1。在气缸体1之内是气缸衬套2，其上端从气缸体伸出，气缸盖3罩住气缸衬套2。这三个部件是由冷却介质例如水来冷却，设有主回路5和副回路13。主回路5包括从气缸盖3引出的管路6，连接管路6的冷却器7，冷却介质泵8，管路9从冷却器7引出经过泵8引到气缸体1。在气缸之内，在管路9与气缸体1的连接点与管路6与气缸盖3连接点之间，有流路10(图中以虚线表示)，后文参照图2有详细描述。主回路5还包括旁路11，其不经过冷却器7而旁路流过。在旁路11从管路6分出的位置有分配阀12，将来自气缸盖的主回路5的冷却介质分流，根据其温度一部分流过冷却器7，其余的流过旁路11。管路9上也有分配阀17，位于泵8和气缸体1之间。在管路6上，在气缸盖3和分配阀12之间；在管路9上在分配阀17和气缸体1之间，各自相应有分配管路6′和9′，在该处连接其他气缸(未示出)的有关管路。

副回路13包括通过冷却介质泵14的管路15，其由分配管路6′处分支接出，引至分配管路9′。从分配阀17引出管路16，它直接引至气缸盖3，并且设置分配管路16′，其与分配管路6′和9′相应。分配阀17受控制器18的控制，其由信号线路19接收设定值信号，该信号取决于内燃机的负荷。控制器除接收该设定值信号外，还接收至少一个实际值信号，该信号直接或间接取决于气缸衬套2的滑行表面的温度，此信号由信号线路20送入。

如图2所示，气缸衬套2的下半部伸入气缸体1之内，其由壁1′分隔成上室22，其中有冷却介质流过，还有下室23，其中有扫气的新空气流过。在衬套2的下部沿其圆周分布有多个扫气孔24，当竖向运动的活塞50(图中仅表示其在上死点位置TDC)在靠近其下死点位置BDC而暴露出扫气孔24时，使来自扫气室23的扫气新空气进入该衬套。衬套2的滑行表面由2′表示，衬套2的上端与气缸盖3相接。大约在衬套中心处，在气缸盖上有碟形排气阀25。在气缸盖3之中，从与排气阀25相配合的阀座开始，设有排气口26，当阀25打开时，由上升的活塞50把废气排出。此处所示的内燃机是二冲程式的，采用纵向扫气，可用于船舶或发电机的驱动。气缸盖3除有排气口26之外，还有有冷却介质流过的室27、28。

在气缸衬套2和气缸体1的接受该衬套的开口51之间，有套筒30，其延伸部位大致在衬套的中部，约为衬套长度的一半。在该套筒的外表面有稍呈斜角凸出的台肩，由此台肩座在开口51的台肩上，从而得到支持。套筒30的下端通过环31而安装在该衬套上，套筒与衬套之间有间隙。在套筒30的上端附近，衬套2稍厚一些，使套筒30的上端与相邻的该衬套的外表面之间留下一个窄的环形间隙32(见图2a)。由于这样的构造，使套筒30与衬套2的与它相接的那部分之间形成一个环形的中间空间33，其中充有实质上呆滞的冷却介质。借助于调节环形间隙32的尺寸，就可以把中间空间33内的冷却介质温度预调定在某一范围内。中间空间33可以接受少量液流，为此目的，由阀33′与该中间空间连接，并接到排液管路上(见图1)。阀33′还可以用于将中间空间33放空。

在气缸体1的壁上，在高于室22的部位有冷却介质供入通道34，由来自分配管路9′的管路9的末端与通道34连接(未示出)。气缸衬套2具有较厚的凸缘状的上端，其中有常规式的多个斜行冷却孔35，它们沿衬套圆周等距分布。在衬套2的加厚的凸缘下边与气缸体1之间，有一个支持环36，在它和衬套2之间留下环形室37，并且在它与套筒30的上半部之间留下环形室38。于是，来自管路9的冷却介质沿冷却通道34流入，先进入环形室38，然后进入环形室37，再进入加厚凸缘部分的冷却孔35。

在各冷却孔35的上端都是径向向外的，它们连接到管路39并引至气缸盖3的室27。在该处还与管路16汇合，管路16是在阀17处由管路9分支引出的。

在该活塞往复式内燃机运转时，在气缸中被加热的冷却介质流经管路6和分配阀12而进入冷却器7，在此将所吸收的热量放出，例如用另一个回路中流过的海水带走。冷却后的冷却介质由泵8泵出，经管路9送至气缸体1和经管路16送至气缸盖3。流至气缸体1和气缸盖3的冷却介质的量分别由分配阀17调定，阀17由控制器18根据负荷来控制。通过副回路13中的管路15使流入气缸体1的冷却介质总有少量是较高温度的冷却介质，因为这些冷却介质并未经过冷却器7的冷却作用。

流至气缸体1的冷却介质通过冷却通道34先进入环形室38。由于在中间空间33中有呆滞的冷却介质，在此处仅进行由气缸衬套2至冷却介质的中速热传递。在高于套筒30的环形室37的热传递更为迅速，因为流过的冷却介质与气缸套2在此处直接接触。当冷却介质经过冷却孔35时也是这样。在冷却介质离开孔35、进入气缸盖3的室27之前，被再次加热的冷却介质集合在管路39中，并与来自管路16的经过冷却器的冷却介质混合到一起。

因此，在图1所示的回路流程中，气缸体1得到的冷却介质的量减少，并由于其与来自管路15的冷却介质混合而温度较高，因此相应地减小对衬套2的冷却作用。另方面，气缸盖3中的室27总是有足量的较低温度的冷却介质供应。除去借助于由管路15加入冷却介质而减低了冷却作用外，还借助于分配阀17按照负荷变化来调节冷却介质的量而产生减弱冷却的作用。以此方式，使得衬套2的滑行表面2′的温度就比来自常规法冷却时要高一些。从表示100％负荷的图3可以明显地看到这一点。在图3中，实线B是用常规式冷却法滑行表面的温度，点划线C表示按本发明实施的系统中，该滑行表面的温度。虚线D代表该处的水露点温度。曲线C的走向表明其滑行表面温度与露点温度之间有明显的差别。由于图3中曲线B和露点曲线D靠近，当改为部分负荷运转时，滑行表面温度向右移，于是就会低于露点温度D，图4的50％负荷的曲线就是这样。但在本发明的冷却系统中，即使在部分负荷情况下，滑行表面温度(曲线C)保持高于露点温度。

在图3、4中所示的内燃机，其气缸体、气缸衬套和支持环都是按现有技术的设计。

图1所示实施方案还可有明显变化，主回路上的泵8可以放在管路6上、在分配阀12上游的位置，于是副回路13中的管路15可以在该泵和阀12之间接出分支。在此情况下，可以省去副回路的泵14，而利用对管路15的限流来替代。

若是内燃机上装有涡轮增压器，该增压器可以利用主回路5中的一些冷却介质以类似方式进行冷却。为此目的，可在管路9的冷却介质泵8和分配阀17之间分支出一条冷却介质管路，供给该涡轮增压器，然后引至分配管路6′。

Claims (2)

1．一种活塞往复式柴油内燃机的气缸冷却系统，在其气缸体(1)中具有至少一个气缸衬套(2)，该衬套由一有冷却介质流过的环形室(38)所环绕，并且由一气缸盖(3)罩住，气缸盖(3)内有来自该环形室(38)并沿气缸衬套(2)流动的冷却介质流过，所述冷却介质流过气缸盖(3)之后，流经一冷却器(7)再返回到该环形室(38)，其特征在于，在由该冷却器(7)至该环形室(38)的管路(9)上，分支接出一条引至气缸盖(3)的管路(16)，并配备一控制器(18)，将来自该冷却器的冷却介质流量根据内燃机的负荷而分配到引至该环形室(38)的管路(9)和引至气缸盖(3)的管路(16)，并且在气缸盖(3)与冷却器(7)之间的冷却管路(5)上接出一条旁路管路(15)，该旁路是在该引至气缸盖(3)的管路(16)连接点的下游位置接到引至该环形室(38)的管路(9)中。

2．权利要求1的冷却系统，其特征在于，在该气缸衬套(2)的中部围绕有一个套筒(30)，该套筒的长度约为该衬套(2)长度的一半，在该套筒(30)与该衬套(2)之间留下一个环形中间空间(33)，在此中间空间的位于该套筒的上端区域处，通过一狭窄间隙(32)与该环形室(38)连通，在内燃机进行运转时，该中间空间充有滞流的冷却介质。

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