CN1174283A - 凝汽式内燃发动机水冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明的凝汽式内燃发动机水冷系统是由冷却水套、散热器、冷却风扇以及包括水温传感器、电控装置等的温控系统所组成的,当冷却水套内的冷却水被加热至沸腾后会产生大量的水蒸汽,这些水蒸汽将经进汽管进入到位于冷却水套上部位置的散热器中去冷凝,其凝结的水将经回水管流回到冷却水套内继续冷却发动机,由于整个冷却循环利用的是水位差,因而不需要水泵,而水的汽化与凝结其温度是不变的,因而不需要恒温器也能使发动机保持在一定的工作温度范围内,所以该水冷系统冷却效果好、结构简单、制造成本低。

Description

凝汽式内燃发动机水冷系统

本发明属于内燃发动机的冷却系统。

现如今使用汽、柴油等燃料的内燃发动机为保证其正常工作，多采用水冷方式来冷却其机体。目前在发动机上所使用的水冷系统是由冷却水套、散热器、储水箱、水泵、恒温器、冷却风扇以及包括水温传感器、电控装置等的温控系统所组成的。其工作原理是利用水泵来驱动冷却水在冷却系统内循环，当冷却水流经冷却水套时会从工作气缸中吸收热量，吸收了热量的冷却水在进入散热器后会被在车辆行驶中产生的风和/或冷却风扇产生的风所冷却，冷却后的冷却水则再流回到冷却水套内来重新冷却发动机，由于冷却水在冷却系统中只是通过升降温来吸热或散热，因而目前这种水冷系统可称之为降温式水冷系统。采用这种降温式水冷系统的发动机由于其冷却系统要在工作前加入足够的冷却水，以使冷却水能在水泵的驱动下正常循环；此外，驱动水泵旋转的动力还要由发动机的曲轴径皮带传递过来；另外，为让发动机能在较适宜的温度下工作，还要在缸体进水管路中或气缸盖出水管路中设置恒温器，以对冷却水的进出进行控制。由此，我们可看出，在发动机上安装水泵及恒温器等附件会使得发动机的结构趋于复杂，其制造成本也自然要相应增加。再此还须特别指出的一点是，单纯地通过水升温来吸热，其吸热能力要比通过水的汽化所吸热的能力小上几十倍，因为循环冷却水的温差小，一般是在几度到十几度的范围内，所以每千克水只能吸收和蒸发几千卡到十几千卡的热量。然而，与此形成鲜明对照的是，由于水的汽化潜热大，因而在常压下每千克水的汽化及冷凝就能够吸收和散发539千卡的热量。实际上正是由于水的吸热能力小，因而给目前水冷发动机冷却水套的结构设计增加了难度，因为整个气缸的热负荷是不均匀的，其缸盖部位的热负荷最大，所以要将温度最低时的冷却水尽量以最高的速度直接送到发动机受热最严重的区域，即缸盖部位。但是由于发动机的自身结构已经很复杂了，而且对结构紧凑性的要求又很高，所以要想设计一个冷却效果最佳的水冷却系统来是实在不易，可以说是至今没能如愿。

本发明就是根据水的汽化潜热大的这一特性而设计出一种让从冷却水套内产生的水蒸汽在散热器内进行凝结放热的凝汽式内燃发动机水冷系统，以达到提高冷却系统的冷却效果，减少水泵及恒温器等附件，简化水冷发动机的结构，降低水冷发动机的制造成本等目的。

本发明的目的是这样实现的，在一个由冷却发动机工作气缸的冷却水套、与冷却水套相连的散热器、为散热器送风的冷却风扇以及包括水温传感器、电控装置等的温控系统所组成的内燃发动机水冷系统中，其中散热器是处在冷却水套的上部位置，冷却水套内用来冷却工作汽缸的冷却水其正常工作时的水位要保持在略高于气缸盖的上部，而低于散热器的底部，当冷却水套内的冷却水在吸收了工作气缸的大量热量后会导致其沸腾从而产生大量的水蒸汽，是这些水蒸汽从冷却水套的上部空间蒸汽室经进汽管上升进入到散热器内进行散热，进入到散热器内的水蒸汽在各凝汽室的板壁处则被从冷却风扇那吹送来的冷风所冷却，因而是重新凝结为水，在由水蒸汽凝结为水的过程中就会释放掉所有由冷却水汽化所吸收的热量，这些热量则都由冷风所带走，最后凝结的水则经回水管再流回到冷却水套内进行又一次冷却气缸的过程。由于从水到水蒸汽，再从水蒸汽到水的过程都是相变过程，所以水与水蒸汽的温度基本上保持不变，因而，通过对传送到电控装置那里的水温数据进行处理就可知道冷却水套与散热器内的水蒸汽温度的大小及饱和蒸汽压力的大小，因为水温与水蒸汽温度以及饱和蒸汽压力之间的关系是一一对应的关系，所以通过实际水温与规定水温数值的此较，就可根据水温的高低来调解冷风流量，而通过对冷风流量的控制，就可对散热器内水蒸汽的凝结量进行控制，而控制往了水蒸汽的凝结量也就等于控制住了冷却水套及散热器内的饱和蒸汽压，而饱和蒸汽压一定那么与之相对应的饱和水温也是一定的。由此便知，只要是知道水温就可控制冷风流量，而控制住了冷风流量，也就控制住了冷却系统内的饱和蒸汽压及水温，因此，这种凝汽式水冷发动机不使用恒温器也照样能满足发动机工作气缸对工作温度的要求。另外，由于散热器是处在冷却水套的上部位置，因而凝结的水会受重力及水位差的作用而经回水管是自动流回到冷却水套内，所以无需水泵也能使冷却水自动循环。

为防止冷却水套内所产生的水蒸汽从冷却系统内泄露到外面去，本发明的整个冷却系统其各个部位都要密封连接。

本发明的凝汽式内燃发动机水冷系统其所使用的冷却水既可以全是水，也可以是水与其他液体的混合液，因为需要一种适于水冷发动机在冬季使用的冷却液。

本发明的凝汽式内燃发动机水冷系统其非工作压力一般是指常压，而工作压力则略高于常压一般不超过2.0kg/cm²。当然其工作压力也可选择适于发动机工作的冷却水给定温度所对应的汽化压力，而工作温度则等于冷却水在工作压力下的沸点温度。如果是冷却水的给定温度低于常压下水的沸点，也就是低于100℃，那么可通过在凝汽式散热器上加装目前在降温式散热器上所使用的散热器盖压力调节装置，使之与专用储水箱配合，通过散热器盖的加压阀及泄水阀来调节冷却水套及散热器内的压力。

使用凝汽式水冷系统的发动机在正常工作时，冷却水套内的水位要保持在略高于气缸盖的上部，而低于冷却水套顶部一定距离的位置上，这样可在冷却水套的上部留出产生水蒸汽的空间，即蒸汽室。

本发明的凝汽式内燃发动机水冷系统由于是让水蒸汽从冷却水套内上升进入到位于冷却水套上部位置的散热器内进行凝结放热，当从散热器流出来的冷却水经回水管流入冷却水套底部，再从冷却水套底部上升到水面位置的过程中会由于吸收热量而逐渐全部汽化成水蒸汽，其中冷却水的一小部分会在经过气缸筒四周的部位时汽化，而绝大部分冷却水则是在与气缸盖这一热负荷最大的部位接触时才汽化，也就是说由气缸盖所产生的热量会全部由流经其四周的冷却水的汽化吸热所及时的带走，由于冷却水的温度基本上是恒定的，所以这种凝汽式内燃发动机水冷系统是不需要恒温器这一附件的。此外，由于水的汽化潜热大，因而，只需通过少部分水的汽化吸热就能达到是他几十倍之多的冷却水通过升温吸热所能达到的冷却效果，因此，这种凝汽式水冷系统的冷却效果比目前的降温式水冷系统的冷却效果要好得多，对于冷却水套的设计制造也相对要容易一些。另外，发动机工作时，由于冷却水套内的冷却水会不断地汽化成水蒸汽而进入到散热器内去冷凝，因而，冷却水套内的水位会不断地下降，而回水管中的冷却水则由于散热器内的凝结水不断地流入而使其水位总是高于冷却水套内的水位，所以产生的水位差会使回水管中的冷却水向冷却水套内不断流动，从而形成冷却水的连续循环，其循环速度则取决于冷却水汽化的速度，水汽化的越快，则冷却水的循环速度也就越快。因此，整个冷却系统内的冷却水循环不需要水泵等动力装置。由于节省了水泵及恒温器等附件，因而使得水冷发动机的结构得以简化，其水冷发动机的制造成本也自然会相应降低。

下面结合附图1至4所表示的实施例对本发明作进一步详细的说明。

附图1是处于工作状态的凝汽式内燃发动机水冷系统的侧视图；

附图2是处于非工作状态的凝汽式内燃发动机水冷系统的侧视图；

附图3是处于工作状态的凝汽式内燃发动机水冷系统的正视图；

附图4是散热器的局部剖视图。

基中1——冷却水套，2——散热器，3——冷却风扇，4——进汽管，5——回水管，6——通风管，7——气缸，8——蒸汽室，9——冷风进口，10——冷风出口，11——冷风通道，12——凝汽室。本发明的凝汽式内燃发动机水冷系统其冷却水循环的过程是，当发动机工作后，冷却水套(1)内的冷却水会被逐渐加热直至沸腾，所产生的水蒸汽是从冷却水套(1)上部空间的蒸汽室(8)中经进汽管(4)进入到处在冷却水套(1)上部位置的散热器(2)内，进入到散热器(2)内的水蒸汽则在各凝汽室(12)的板壁处被从冷却风扇(3)那吹送来的冷风所冷却是重新凝结为水，所凝结的水则经回水管(5)流回到冷却水套(1)内是重新冷却发动机的工作气缸(7)。

其冷却水套(1)内的水位在发动机工作时要保持在略高于气缸盖的上部，而低于冷却水套(1)顶部一定距离的位置上，这样可在冷却水套(1)的上部留出产生水蒸汽的空间，即蒸汽室。

整个冷却系统各部件的制造材料可选择现如今已经选用的制造材料，其制造工艺也可参照现行的制造工艺。

在上述附图中没有表示出水温传感器及电控装置，在设计制造时可参照现行的做法。

Claims (4)

1、一种凝汽式内燃发动机水冷系统，是由冷却工作气缸的冷却水套(1)、与冷却水套(1)相连的散热器(2)、为散热器(2)送风的冷却风扇(3)以及包括水温传感器、电控装置等的温控系统所组成的，其特征在于：

a、散热器(2)是处在冷却水套(1)的上部位置；

b、正常工作时冷却水套(1)内的水位要保持在略高于气缸盖的上部，而低于散热器的底部；

c、冷却水套(1)内的冷却水由于吸收了工作气缸(7)的大量热量而导致其沸腾，从而产生大量的水蒸汽，是这些水蒸汽从冷却水套(1)上部空间的蒸汽室(8)经进汽管(4)上升进入到散热器(2)内进行散热；

d、进入散热器(2)内的水蒸汽在各凝汽室(12)的板壁处则被从冷却风扇(3)那吹送来的冷风所冷却是重新凝结为水，所凝结的水则经回水管(5)是再流回到冷却水套(1)内。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于整个冷却却系统的各个部位要密封连接。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于这种凝汽式内燃发动机水冷系统所使用的冷却水既可以全是水，也可以是水与其他液体的混合液。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于正常工作时冷却水套(1)内的水位要保持在略高于气缸盖的上部，而低于冷却水套(1)顶部一定距离的位置上。

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