CN105370393A - 一种内冷式内燃机 - Google Patents

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

本发明属于内燃机结构设计与制造技术领域，涉及一种内燃机的冷却系统，具体涉及一种内冷式内燃机。在内燃机气缸内部设置一根进水管，进水管穿过气缸与换热器和水箱相连，进水管通过柱塞式水泵将水箱中的水引入活塞及气缸盖顶部。进水管通过换热器与水箱(7)相连，换热器利用排气管排出的热量将冷却水升高至90-100℃，水通过进水管、进水支管将90-100℃的冷却水喷入活塞及气缸盖处，吸收热量后瞬间气化，气化后的水蒸汽进一步推动活塞做功，并随排气管排出，经换热器冷凝后进入水箱。本发明具有热能利用率高，冷却效率好，机构简单，充分利用燃烧废气携带的热能等有益效果。

Description

一种内冷式内燃机
技术领域
本发明属于内燃机结构设计与制造技术领域，涉及一种内燃机的冷却系统，具体涉及一种内冷式内燃机。
背景技术
内燃机是热机的一种，能将燃料的化学能转化成机械能。通过燃料与空气混合燃烧，产生热能，气体受热膨胀，推动机械装置运动，将热能转化为机械能对外做功。内燃机有非常广泛的应用，汽车、船舶、飞机、火箭等的发动机基本都是内燃机，其最常见的例子即为车用汽油机与柴油机。内燃机的燃烧气体同时也是工作介质，比如汽油机中，汽油燃烧后的气体直接推动活塞做功。内燃机在工作过程中现有内燃机机构采用水冷或风冷系统进行冷却。水冷系统使高温机件的热量先传给水，然后再将热量散掉。风冷系统使高温机件的热量直接散入空气中的冷却系统。风冷系统直接用空气冷却，因此比水冷系统结构简单，不用水作冷却介质，所以不会发生漏水、冻结和沸腾等故障。因此，在严寒或酷热天气、缸水或沙漠地带使用风冷系统非常方便，但它不如水冷系统冷却均匀、可靠，且噪声较大，因此风冷系统在内燃机中的应用不如水冷系统普遍。无论采用何种冷却方式均使得内燃机燃烧过程中产生的一部分热量被冷却水带走，导致内燃机效率低，能量损失大，有效热效率只有0.15-0.46，如何将这部分能量充分利用是当今世界内燃机设计的一大难题。为了能充分利用冷却系统和排气损失的能量，提高内燃机的热效率，必须对现有的内燃机的冷却系统进行改进，同时尽量降低排放气体的温度和压力。
发明内容
为解决现有技术的步骤，本发明的目的旨在提供一种可充分利用内燃机燃烧过程中产生的能量，提高热能的利用率，在气缸冷却的同时增加能量的利用率，同时具有结构简单的内燃机。本发明通过以下技术方案实现：
一种内冷式内燃机，包括水箱、热交换器、气缸，其特征在于：所述内燃机气缸内部设置一根进水管5，进水管穿过气缸与换热器和水箱相连，所述进水管5通过柱塞式水泵将水箱7中的水引入活塞及气缸盖顶部；所述进水管与气缸盖接触处设有进水支管10，进水支管10喷水处设置有气缸盖进水压片55，进水管5与活塞2接触喷水处设有活塞进水压片54；所述柱塞式水泵8两侧设置有第二温度控制阀52与压力安全阀51，所述进水管通过换热器12与水箱7相连；所述换热器12利用排气管6排出的热量将冷却水升高至90-100℃，通过第一温度控制阀53控制进入冷却系统的水温，通过第二温度控制阀52控制进入气缸盖及活塞的水温；所述气缸外壁包裹隔热材料。
其中，所述水箱与进水管之间设有循环水回管13，进水管与循环水回管接口处设置有水温控制阀。
其中，所述换热器12通过排气管6排出的热量进行加热。
本发明通过改变内燃机的冷却系统，将冷却水直接引入被冷却的活塞和气缸盖部分，通过水的蒸发吸收热量，冷却内燃机活塞和气缸盖，在冷却过程中水蒸气进一步对活塞进行做功，将热能进一步转化成机械能，使得内燃机的效率增大。冷却水从水箱引出后经换热器，利用排气管排出的热量进行加热，使冷却水温度升高至90-100℃，水通过进水管、进水支管将90-100℃的冷却水喷入活塞及气缸盖处，吸收热量后瞬间气化，气化后的水蒸汽可进一步推动活塞做功，并随排气管排出，经换热器冷凝后进入水箱。内燃机使用过程中活塞上行至顶端时，柱塞式水泵开启，向气缸盖与活塞喷水冷却，水吸收气缸盖上和活塞上的热量，产生蒸汽，蒸汽推动活塞下行做功。活塞上行过程中从排气管经热交换器带去一大部分热量，水蒸汽冷凝后回到水箱被再次利用。本发明在原有的内燃机结构基础上改进而来，仅改变内燃机冷却系统，不改变机器原有机构组成，使得本发明结构简单，制作方便。
综上可知，本发明具有热能利用率高，冷却效率好，机构简单，充分利用燃烧废气携带的热能等有益效果。
附图说明
图1本发明内燃机结构示意图；
图2本发明内燃机冷却系统示意图。
图中各标记的含义为如下：
1-进气管，2-活塞，3-进气管气门，4-火花塞，5-进水管，6-排气管，7-水箱，8-柱塞式水泵，9-出气管气门，10-进水支管，11-气缸盖，12-换热器，13-循环水回管，51-压力安全阀，52-第二温度控制阀，53-第一温度控制阀，54-活塞进水压片，55-气缸盖进水压片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明，需要指出的是以下实施例仅是以例举的方式对本发明所做的进一步的解释说明，但本发明的保护范围并不仅限于此，所有本领域的技术人员，以本发明的精神对本发明所做的等效的替换均落入本发明的保护范围。
一种内冷式内燃机，如图1所示，包括水箱、热交换器、气缸，内燃机气缸内部设置一根进水管5，进水管穿过气缸与换热器和水箱相连。进水管5通过柱塞式水泵将水箱7中的水引入活塞及气缸盖顶部。进水管与气缸盖接触处设有进水支管10，进水支管10喷水处设置有气缸盖进水压片55，进水管5与活塞2接触喷水处设有活塞进水压片54。柱塞式水泵8两侧设置有第二温度控制阀52与压力安全阀51，进水管通过换热器12与水箱7相连，换热器12利用排气管6排出的热量将冷却水升高至90-100℃，通过第一温度控制阀53控制进入冷却系统的水温，通过第二温度控制阀52控制进入气缸盖及活塞的水温。水箱与进水管之间设有循环水回管13，进水管与循环水回管接口处设置有水温控制阀。气缸外壁整体包裹绝热材料，防止热量散失，提高热能利用率。
进水管中的冷却水直接引入被冷却的活塞和气缸盖，通过水的蒸发吸收热量，冷却内燃机活塞和气缸盖，在冷却过程中水蒸气进一步对活塞进行做功，将热能进一步转化成机械能，使得内燃机的效率增大。冷却水从水箱引出后经换热器，利用排气管排出的热量进行加热，使冷却水温度升高至90-100℃，水通过进水管、进水支管将90-100℃的冷却水喷入活塞及气缸盖处，吸收热量后瞬间气化，气化后的水蒸汽进一步推动活塞做功，并随排气管排出，经换热器冷凝后进入水箱。内燃机使用过程中活塞上行至顶端时，柱塞式水泵开启，向气缸盖与活塞喷水冷却，水吸收气缸盖上和活塞上的热量，产生蒸汽，蒸汽推动活塞下行做功。活塞上行过程中从排气管经热交换器带去一大部分热量，水蒸汽冷凝后回到水箱被再次利用。内燃机工作过程中活塞温度大于150℃时开启柱塞式水泵，将加热后的温度升高至90-100℃的水经压片到达活塞及气缸盖，达到冷却的目的。

Claims (3)

1.一种内冷式内燃机，包括水箱、热交换器、气缸，其特征在于：所述内燃机气缸内部设置一根进水管(5)，进水管穿过气缸与换热器和水箱相连，所述进水管(5)通过柱塞式水泵将水箱(7)中的水引入活塞及气缸盖顶部；所述进水管与气缸盖接触处设有进水支管(10)，进水支管(10)喷水处设置有气缸盖进水压片(55)，进水管(5)与活塞(2)接触喷水处设有活塞进水压片(54)；所述柱塞式水泵(8)两侧设置有第二温度控制阀(52)与压力安全阀(51)，所述进水管通过换热器(12)与水箱(7)相连；所述换热器(12)利用排气管(6)排出的热量将冷却水升高至90-100℃，通过第一温度控制阀(53)控制进入冷却系统的水温，通过第二温度控制阀(52)控制进入气缸盖及活塞的水温；所述气缸外壁包裹隔热材料。
2.如权利要求1所述的一种内冷式内燃机，其特征在于：所述水箱与进水管之间设有循环水回管(13)，进水管与循环水回管接口处设置有水温控制阀。
3.如权利要求1所述的一种内冷式内燃机，其特征在于：所述换热器(12)通过排气管(6)排出的热量进行加热。
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