CN210509352U - 一种内燃机用新型冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出了一种内燃机用新型冷却系统，包括冷却风扇、第一水散热器、中冷器及第二水散热器，所述中冷器位于所述第一水散热器及第二水散热器之间，所述第一水散热器位于所述中冷器进风一侧靠近进气管一端，所述第二水散热器位于所述中冷器出风一侧靠近出气管一端，所述第一水散热器、中冷器及第二水散热器共同组成热交换单元，所述冷却风扇设置于所述热交换单元的外侧，本实用新型换热更充分、效率更高、水阻更小、冷空气需求量更少、风扇能耗更低，有效减小了热交换单元的重量和体积，实现了整个冷却系统效率的最大化。

Description

一种内燃机用新型冷却系统
技术领域
本实用新型涉及内燃机发动机冷却领域，特别是指一种内燃机用新型冷却系统。
背景技术
目前，多数内燃机发动机采用液冷方式，并配有涡轮增压器，冷却液使用水散热器冷却，增压空气使用空空中冷器冷却。发动机冷却系统的温度分布通常为中冷器的进气部位温度最高、水散热器的温度其次、中冷器出气部位的温度最低。工作过程中，发动机的缸体热量被冷却液吸收，利用水泵动力将冷却液输送到外部的水散热器，外部的水散热器再通过冷却风扇将热量交换到自然界中；发动机的进气经过涡轮增压器增压后温度升高，然后进入空空中冷器，再通过冷却风扇将热量交换到自然界中，冷却后的增压空气进入发动机燃烧。在现实中，水散热器和空空中冷器通常布置在一起，按照冷却空气依次通过的顺序划分，主要有串列式和并列式两种结构。
串列式：
包括水散热器a、中冷器b和冷却风扇c，水散热器a和中冷器b串列设置；
水散热器a上设置有进水管a1、进水水室a2、第一芯体a3、出水水室a4、出水管a5；
中冷器b上设置有进气管b1、进气气室b2、第二芯体b3、出气气室b4、出气管b5；
还包括发动机，发动机内流出高温冷却液依次通过进水管a1、进水水室a2后流入第一芯体a3进行冷却后依次通过出水水室a4、出水管a5再进入发动机内的发动机缸体；
增压热空气依次通过进气管b1、进气气室b2后进入第二芯体b3进行冷却后依次经过出气气室b4、出气管b5后进入发动机缸体燃烧；
冷却风扇3设置于水散热器a和中冷器b的外侧，冷却风扇c向第二芯体b3吹入冷却空气并与第二芯体b3内的增压热空气完成换热；换热后的增压热空气温度降低进入发动机缸体燃烧，换热后的冷却空气温度升高后进入第一芯体a3与高温冷却液完成换热，换热后冷却液温度下降、冷却空气温度继续升高，升温后的冷却空气被冷却风扇c吹离第一芯体a3带走热量，温度下降后的冷却液依次通过出水水室a4、出水管a5后进入发动机；
在该结构中，中冷器b的进气端第二芯体b3里面的增压热空气温度很高、热量很大，冷却空气经过中冷器b第二芯体b3的进气端后升温大，大大恶化水散热器a的冷却效果。
并列式：
包括水散热器A、中冷器B和冷却风扇，水散热器A和中冷器B并列设置；
此种连接方式工作时，发动机中的高温冷却液从发动机流出后依次经过进水管A1、进水水室A2流入第一芯体A3中进行冷却后再依次经过出水水室A4、出水管后进入发动机缸体；
增压热空气依次经过进气管B1、进气气室B2流入第二芯体B3中进行冷却后依次经过出气气室B4、出气管B5后进入发动机燃烧；
第一芯体A3和第二芯体B3并列布置，外侧设置冷却风扇，冷却风扇将低温冷却空气同时吹入第一芯体A3及第二芯体B3，第二芯体B3内的增压热空气通过第二芯体B3与冷却空气进行换热，增压热空气温度下降，冷却空气温度上升，温度下降后的增压热空气进入发动机缸体燃烧，升温后的冷却空气被冷却风扇吹离第二芯体B3带走热量，同时高温冷却液通过第一芯体A3和冷却空气完成换热，高温冷却液温度下降、冷却空气温度上升，升温后的冷却空气被冷却风扇吹离第一芯体A3带走热量，降温后的冷却液依次通过出水水室A4、出水管A5后再进入发动机，即完成了冷却液的循环过程；
在此结构中，经过中冷器B的第二芯体B3的出气端的冷却空气温升小，没有经过充分的换热就被吹离冷却模块，浪费了冷却空气。
在上述两种实施方式中，申请人发现现有技术中存在以下不足：
现有技术中低温冷却空气经过最多2次换热就被冷却风扇吹离冷却模块，升温小、换热不充分、不能带走足够多的热量，尤其是传统技术中使用同一个温度的冷却空气同时对中冷器芯体的高温部分和低温部分降温，对中冷器高温部分的大温差换热优势利用不充分，对低温换热后的冷却空气没有再次利用或再次利用不充分，浪费了低温冷却空气；经过水散热器芯体的冷却空气没有被再次利用。现有技术没有充分利用各个热交换器的温度场分布特点，这些缺点导致了采用现有技术的冷却模块换热效率低、体积大、重量大、冷却风扇能耗高、噪音大。
实用新型内容
本实用新型提出一种内燃机用新型冷却系统，充分利用了中冷器不同部位与水散热器的温度场的分布特点，利用了高温部位换热性能高的优势，使得换热更加充分、换热效率更高，同时两个水散热器并联设计大幅度降低了冷却水路的阻力，可以将水散热器芯体做的比现有技术的水散热器芯体更薄，在满足热交换性能的前提下，中冷器和水散热器的尺寸可做的更小，有效减小了热交换单元的重量和体积，对冷空气的需求量更少，风扇功率更小，实现了整个冷却系统的效率的最大化。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种内燃机用新型冷却系统，其特征在于：包括冷却风扇、第一水散热器、中冷器及第二水散热器，所述中冷器位于所述第一水散热器及第二水散热器之间，所述第一水散热器、中冷器及第二水散热器共同组成热交换单元，所述冷却风扇设置于所述热交换单元的外侧；
所述第一水散热器上设置有依次连通的第一进水管、第一进水水室、第一芯体、第一出水水室、第一出水管；
所述第二水散热器上设置有依次连通的第二进水管、第二进水水室、第二芯体、第二出水水室、第二出水管；
所述第一出水管与所述第二出水管通过第一出水水室或圆管连通；
所述中冷器上设置有依次连通的进气管、进气气室、第三芯体、出气气室、出气管；
所述冷却风扇、第一水散热器、中冷器通过所述冷却风扇吹出的冷却空气依次连接形成串列机构；
所述冷却风扇、中冷器、第二水散热器通过所述冷却风扇工作时吹出的冷却空气依次连接形成串列结构；
所述第一水散热器与第二水散热器为并列结构。
进一步，所述的第一水散热器位于所述中冷器进风一侧靠近进气管一端，所述第二水散热器位于所述中冷器出风一侧靠近出气管一端。
进一步，所述第一水散热器的第一芯体、第二水散热器的第二芯体与中冷器的第三芯体迎风面平行。
进一步，所述冷却风扇吹出的冷却风分为两部分，一部分吹向所述中冷器第三芯体的出气管侧后再经过所述第二水散热器的第二芯体，第二部分吹向所述第一水散热器的第一芯体后再经过所述中冷器第三芯体的进气管侧。
进一步，所述第一芯体、第二芯体和第三芯体相对于所述冷却风扇位于不同的垂面上。
本实用新型提出一种内燃机用新型冷却系统，充分利用了中冷器不同部位与水散热器的温度场的分布特点，利用了高温部位换热性能高的优势，使得换热更加充分、换热效率更高，同时两个水散热器并联设计大幅度降低了冷却水路的阻力，可以将水散热器芯体做的比现有技术的水散热器芯体更薄，在满足热交换性能的前提下，中冷器和水散热器的尺寸可做的更小，有效减小了热交换单元的重量和体积，对冷空气的需求量更少，风扇功率更小，实现了整个冷却系统的效率的最大化。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中水散热器冷却系统一种串列结构简图；
图2为现有技术中水散热器冷却系统一种并列结构简图；
图3为本申请中内燃机用新型冷却系统的整体结构主视图；
图4为图3所示的内燃机用新型冷却系统的平面结构右视图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的具体实施例中，一种内燃机用新型冷却系统，见图3、图4，包括冷却风扇3、第一水散热器1、中冷器2及第二水散热器4，中冷器2位于第一水散热器1及第二水散热器4之间，第一水散热器1、中冷器2及第二水散热器4共同组成热交换单元，冷却风扇3设置于热交换单元的外侧；
第一水散热器1上设置有依次连通的第一进水管11、第一进水水室12、第一芯体13、第一出水水室14、第一出水管15；
第二水散热器4上设置有依次连通的第二进水管41、第二进水水室42、第二芯体43、第二出水水室44、第二出水管45；
中冷器2上设置有依次连通的进气管21、进气气室22、第三芯体23、出气气室24、出气管25；
第一出水管15与第二出水管45通过第一出水水室14或圆管连通；
冷却风扇3、第一水散热器1、中冷器2通过冷却风扇3吹出的冷却空气依次连接形成串列结构；
冷却风扇3、中冷器2、第二水散热器4通过冷却风扇3工作时吹出的冷却空气依次连接形成串列结构；
第一水散热器1、第二水散热器4为并列结构。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，冷却风扇3吹出的冷却风分为两部分，一部分吹向中冷器2第三芯体23的出气管25侧后再经过所述第二水散热器4的第二芯体43，第二部分吹向第一水散热器1的第一芯体13后再经过中冷器2第三芯体23的进气管21侧。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，第一水散热器1位于所述中冷器2进风一侧靠近进气管21一端，所述第二水散热器4位于所述中冷器2出风一侧靠近出气管25一端。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，第一芯体13、第二芯体43和第三芯体23迎风面平行，靠近冷却风扇3的一面位于不同的垂面上。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，其中中冷器2上的第一进气管21用于连接涡轮增压器，为发动机提供高压气体；
第一水散热器1及第二水散热器4内设置冷却液以降低发动机的温度，冷却液经过水散热器上的芯体时被冷却空气换热温度降低。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，中冷器2与涡轮增压器连接，涡轮增压器与发动机连接，第一水散热器1及第二水散热器4也与发动机连接，第一水散热器1及第二水散热器4通过第一出水水室14相通，汇合后输出冷却液。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，发动机工作时，被涡轮增压器增压后的高温空气，依次经过中冷器2的进气管21、进气气室22进入到中冷器2的第三芯体23的进气侧完成第一次降温，然后进入中冷器2第三芯体23的出气侧完成第二阶段的降温，再通过中冷器2的出气气室24、出气管25进入发动机燃烧；
冷却液在发动机缸体加热后，一部分冷却液经过第一水散热器1的第一进水管11、第一进水水室12进入第一芯体13，然后通过第一出水水室14和第一出水管15进入发动机缸体，另一部分冷却液同时经过第二水散热器4的第二进水管41、第二进水水室42进入第二水散热器4的第二芯体43完成换热后温度下降，然后通过第二出水水室44、第二出水管45进入第一出水水室14，和里面的冷却液汇合后进入发动机缸体完成水循环。
同时，冷却系统工作时，冷却风扇3吹入的低温冷却空气分成两部分：
第一部分吹向第一水散热器1，冷却空气首先经过第一水散热器1的第一芯体13和第一水散热器1内的高温冷却液进行换热，冷却液温度下降、冷却空气温度上升，完成冷却空气的第一次换热；一次升温后的冷却空气被冷却风扇3吹离第一水散热器1的第一芯体13，进入中冷器2的第三芯体23的进气侧和增压高温空气进行第二次换热；经过二次换热后的冷却空气温度很高，被冷却风扇3吹离中冷器2的第三芯体23带走热量；
第二部分吹向第二水散热器4，冷却空气首先经过中冷器2的第三芯体23的出气侧和一次降温后的增压空气进行换热，增压空气温度继续下降，冷却空气温度上升，完成一次换热，一次升温后的冷却空气被冷却风扇3吹离中冷器2的第三芯体23的出气侧，进入第二水散热器4的第二芯体43和高温冷却液进行第二次换热，这部分冷却空气经过两次换热后温度升高，被冷却风扇3吹离第二水散热器4的第二芯体43带走热量；
在上述降温的过程中，增压高温空气从涡轮增压器进入中冷器2靠近第一散热器1的第三芯体23中，温度很高，和经过第一水散热器1的第一芯体13的冷却空气依旧有相当大的温差，一次升温后的冷却空气在中冷器2的第三芯体23的进气侧和增压高温空气进行二次换热，温度大幅度升高，然后被冷却风扇3吹离中冷器2的第三芯体23又带走了相当大的热量；二次换热后的高温增压空气进入中冷器2的第三芯体23的出气侧，携带的热量已经很少了，降温后的高温增压空气在中冷器2的第三芯体23的出气侧和被冷却风扇3初次吹入的低温冷却空气进行换热，增压空气进一步降温并经过出气气室24和出气管25后进入发动机燃烧，这部分冷却空气换热后温度小幅度提升，这部分冷却空气和发动机高温冷却液仍有较大温差，这部分冷却空气被冷却风扇3吹离中冷器2的第三芯体23的出气侧后进入第二水散热器4的第二芯体43，在这里和高温冷却液进行第二次换热，冷却空气温度再次提升并被吹离第二水散热器4带走热量。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，由于本实用新型实施例的热交换器冷却系统中，利用了中冷器2不同部位和水散热器的各自温度场的分布特点，合理布置了二级换热结构，充分利用了一次换热后的温度差，让冷却空气合理的经过了低温的中冷器2的第三芯体23出气侧、中温的第一水散热器1，或者，经过中温的第二水散热器4、高温的中冷器2的第三芯体23的进气侧，充分利用了冷却空气和各个热交换器不同部位的温差，进行了充分的换热，冷却空气在被吹离热交换单元时温度很高，带走了足够多的热量，满足了发动机对增压高温空气冷却和对冷却液冷却的要求，有效提高了换热效率，因此在满足热交换性能的前提下，中冷器2、第一水散热器1、第二水散热器4的尺寸可以做的更小，有效减小了热交换单元的体积和重量，同时对低温冷却空气的需求量更少，有效降低了冷却风扇3的功率，实现了整个冷却效率的最大化。
在本实用新型的具体实施例中，见图3、图4，因为是由两个水散热器(第一水散热器1、第二水散热器4)并列，大大降低了冷却水路的阻力，可以将水散热器芯体做的比现有技术中的水散热器的芯体更薄，既降低了成本又提高了冷却效率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种内燃机用新型冷却系统，其特征在于：包括冷却风扇、第一水散热器、中冷器及第二水散热器，所述中冷器位于所述第一水散热器及第二水散热器之间，所述第一水散热器、中冷器及第二水散热器共同组成热交换单元，所述冷却风扇设置于所述热交换单元的外侧；
所述第一水散热器上设置有依次连通的第一进水管、第一进水水室、第一芯体、第一出水水室、第一出水管；
所述第二水散热器上设置有依次连通的第二进水管、第二进水水室、第二芯体、第二出水水室、第二出水管；
所述第一出水管与所述第二出水管通过第一出水水室或圆管连通；
所述中冷器上设置有依次连通的进气管、进气气室、第三芯体、出气气室、出气管；
所述冷却风扇、第一水散热器、中冷器通过所述冷却风扇吹出的冷却空气依次连接形成串列结构；
所述冷却风扇、中冷器、第二水散热器通过所述冷却风扇工作时吹出的冷却空气依次连接形成串列结构；
同时所述第一水散热器与第二水散热器为并列结构。
2.如权利要求1所述的内燃机用新型冷却系统，其特征在于：第一水散热器位于所述中冷器进风一侧靠近进气管一端，所述第二水散热器位于所述中冷器出风一侧靠近出气管一端。
3.如权利要求1所述的内燃机用新型冷却系统，其特征在于：所述第一水散热器的第一芯体、第二水散热器第二芯体与中冷器的第三芯体的迎风面平行。
4.如权利要求1所述的内燃机用新型冷却系统，其特征在于：所述冷却风扇吹出的冷却风分为两部分，一部分吹向所述中冷器第三芯体的出气管侧后再经过所述第二水散热器的第二芯体，第二部分吹向所述第一水散热器的第一芯体后再经过所述中冷器第三芯体的进气管侧。
5.如权利要求1所述的内燃机用新型冷却系统，其特征在于：所述第一芯体、第二芯体和第三芯体相对于所述冷却风扇位于不同的垂面上。
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Effective date of registration: 20230822

Granted publication date: 20200512

Pledgee: China Minsheng Banking Corp Qingdao branch

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