專利名稱：凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)。
現(xiàn)如今使用汽、柴油等燃料的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)為保證其正常工作，多采用水冷方式來冷卻其機(jī)體。目前在發(fā)動(dòng)機(jī)上所使用的水冷系統(tǒng)是由冷卻水套、散熱器、儲(chǔ)水箱、水泵、恒溫器、冷卻風(fēng)扇以及包括水溫傳感器、電控裝置等的溫控系統(tǒng)所組成的。其工作原理是利用水泵來驅(qū)動(dòng)冷卻水在冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，當(dāng)冷卻水流經(jīng)冷卻水套時(shí)會(huì)從工作氣缸中吸收熱量，吸收了熱量的冷卻水在進(jìn)入散熱器后會(huì)被在車輛行駛中產(chǎn)生的風(fēng)和/或冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)所冷卻，冷卻后的冷卻水則再流回到冷卻水套內(nèi)來重新冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，由于冷卻水在冷卻系統(tǒng)中只是通過升降溫來吸熱或散熱，因而目前這種水冷系統(tǒng)可稱之為降溫式水冷系統(tǒng)。采用這種降溫式水冷系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)由于其冷卻系統(tǒng)要在工作前加入足夠的冷卻水，以使冷卻水能在水泵的驅(qū)動(dòng)下正常循環(huán)；此外，驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力還要由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸徑皮帶傳遞過來；另外，為讓發(fā)動(dòng)機(jī)能在較適宜的溫度下工作，還要在缸體進(jìn)水管路中或氣缸蓋出水管路中設(shè)置恒溫器，以對(duì)冷卻水的進(jìn)出進(jìn)行控制。由此，我們可看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝水泵及恒溫器等附件會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，其制造成本也自然要相應(yīng)增加。再此還須特別指出的一點(diǎn)是，單純地通過水升溫來吸熱，其吸熱能力要比通過水的汽化所吸熱的能力小上幾十倍，因?yàn)檠h(huán)冷卻水的溫差小，一般是在幾度到十幾度的范圍內(nèi)，所以每千克水只能吸收和蒸發(fā)幾千卡到十幾千卡的熱量。然而，與此形成鮮明對(duì)照的是，由于水的汽化潛熱大，因而在常壓下每千克水的汽化及冷凝就能夠吸收和散發(fā)539千卡的熱量。實(shí)際上正是由于水的吸熱能力小，因而給目前水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了難度，因?yàn)檎麄€(gè)氣缸的熱負(fù)荷是不均勻的，其缸蓋部位的熱負(fù)荷最大，所以要將溫度最低時(shí)的冷卻水盡量以最高的速度直接送到發(fā)動(dòng)機(jī)受熱最嚴(yán)重的區(qū)域，即缸蓋部位。但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的自身結(jié)構(gòu)已經(jīng)很復(fù)雜了，而且對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊性的要求又很高，所以要想設(shè)計(jì)一個(gè)冷卻效果最佳的水冷卻系統(tǒng)來是實(shí)在不易，可以說是至今沒能如愿。
本發(fā)明就是根據(jù)水的汽化潛熱大的這一特性而設(shè)計(jì)出一種讓從冷卻水套內(nèi)產(chǎn)生的水蒸汽在散熱器內(nèi)進(jìn)行凝結(jié)放熱的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)，以達(dá)到提高冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，減少水泵及恒溫器等附件，簡(jiǎn)化水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本等目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，在一個(gè)由冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)工作氣缸的冷卻水套、與冷卻水套相連的散熱器、為散熱器送風(fēng)的冷卻風(fēng)扇以及包括水溫傳感器、電控裝置等的溫控系統(tǒng)所組成的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)中，其中散熱器是處在冷卻水套的上部位置，冷卻水套內(nèi)用來冷卻工作汽缸的冷卻水其正常工作時(shí)的水位要保持在略高于氣缸蓋的上部，而低于散熱器的底部，當(dāng)冷卻水套內(nèi)的冷卻水在吸收了工作氣缸的大量熱量后會(huì)導(dǎo)致其沸騰從而產(chǎn)生大量的水蒸汽，是這些水蒸汽從冷卻水套的上部空間蒸汽室經(jīng)進(jìn)汽管上升進(jìn)入到散熱器內(nèi)進(jìn)行散熱，進(jìn)入到散熱器內(nèi)的水蒸汽在各凝汽室的板壁處則被從冷卻風(fēng)扇那吹送來的冷風(fēng)所冷卻，因而是重新凝結(jié)為水，在由水蒸汽凝結(jié)為水的過程中就會(huì)釋放掉所有由冷卻水汽化所吸收的熱量，這些熱量則都由冷風(fēng)所帶走，最后凝結(jié)的水則經(jīng)回水管再流回到冷卻水套內(nèi)進(jìn)行又一次冷卻氣缸的過程。由于從水到水蒸汽，再從水蒸汽到水的過程都是相變過程，所以水與水蒸汽的溫度基本上保持不變，因而，通過對(duì)傳送到電控裝置那里的水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理就可知道冷卻水套與散熱器內(nèi)的水蒸汽溫度的大小及飽和蒸汽壓力的大小，因?yàn)樗疁嘏c水蒸汽溫度以及飽和蒸汽壓力之間的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以通過實(shí)際水溫與規(guī)定水溫?cái)?shù)值的此較，就可根據(jù)水溫的高低來調(diào)解冷風(fēng)流量，而通過對(duì)冷風(fēng)流量的控制，就可對(duì)散熱器內(nèi)水蒸汽的凝結(jié)量進(jìn)行控制，而控制往了水蒸汽的凝結(jié)量也就等于控制住了冷卻水套及散熱器內(nèi)的飽和蒸汽壓，而飽和蒸汽壓一定那么與之相對(duì)應(yīng)的飽和水溫也是一定的。由此便知，只要是知道水溫就可控制冷風(fēng)流量，而控制住了冷風(fēng)流量，也就控制住了冷卻系統(tǒng)內(nèi)的飽和蒸汽壓及水溫，因此，這種凝汽式水冷發(fā)動(dòng)機(jī)不使用恒溫器也照樣能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工作氣缸對(duì)工作溫度的要求。另外，由于散熱器是處在冷卻水套的上部位置，因而凝結(jié)的水會(huì)受重力及水位差的作用而經(jīng)回水管是自動(dòng)流回到冷卻水套內(nèi)，所以無需水泵也能使冷卻水自動(dòng)循環(huán)。
為防止冷卻水套內(nèi)所產(chǎn)生的水蒸汽從冷卻系統(tǒng)內(nèi)泄露到外面去，本發(fā)明的整個(gè)冷卻系統(tǒng)其各個(gè)部位都要密封連接。
本發(fā)明的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)其所使用的冷卻水既可以全是水，也可以是水與其他液體的混合液，因?yàn)樾枰环N適于水冷發(fā)動(dòng)機(jī)在冬季使用的冷卻液。
本發(fā)明的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)其非工作壓力一般是指常壓，而工作壓力則略高于常壓一般不超過2.0kg/cm2。當(dāng)然其工作壓力也可選擇適于發(fā)動(dòng)機(jī)工作的冷卻水給定溫度所對(duì)應(yīng)的汽化壓力，而工作溫度則等于冷卻水在工作壓力下的沸點(diǎn)溫度。如果是冷卻水的給定溫度低于常壓下水的沸點(diǎn)，也就是低于100℃，那么可通過在凝汽式散熱器上加裝目前在降溫式散熱器上所使用的散熱器蓋壓力調(diào)節(jié)裝置，使之與專用儲(chǔ)水箱配合，通過散熱器蓋的加壓閥及泄水閥來調(diào)節(jié)冷卻水套及散熱器內(nèi)的壓力。
使用凝汽式水冷系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，冷卻水套內(nèi)的水位要保持在略高于氣缸蓋的上部，而低于冷卻水套頂部一定距離的位置上，這樣可在冷卻水套的上部留出產(chǎn)生水蒸汽的空間，即蒸汽室。
本發(fā)明的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)由于是讓水蒸汽從冷卻水套內(nèi)上升進(jìn)入到位于冷卻水套上部位置的散熱器內(nèi)進(jìn)行凝結(jié)放熱，當(dāng)從散熱器流出來的冷卻水經(jīng)回水管流入冷卻水套底部，再從冷卻水套底部上升到水面位置的過程中會(huì)由于吸收熱量而逐漸全部汽化成水蒸汽，其中冷卻水的一小部分會(huì)在經(jīng)過氣缸筒四周的部位時(shí)汽化，而絕大部分冷卻水則是在與氣缸蓋這一熱負(fù)荷最大的部位接觸時(shí)才汽化，也就是說由氣缸蓋所產(chǎn)生的熱量會(huì)全部由流經(jīng)其四周的冷卻水的汽化吸熱所及時(shí)的帶走，由于冷卻水的溫度基本上是恒定的，所以這種凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)是不需要恒溫器這一附件的。此外，由于水的汽化潛熱大，因而，只需通過少部分水的汽化吸熱就能達(dá)到是他幾十倍之多的冷卻水通過升溫吸熱所能達(dá)到的冷卻效果，因此，這種凝汽式水冷系統(tǒng)的冷卻效果比目前的降溫式水冷系統(tǒng)的冷卻效果要好得多，對(duì)于冷卻水套的設(shè)計(jì)制造也相對(duì)要容易一些。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于冷卻水套內(nèi)的冷卻水會(huì)不斷地汽化成水蒸汽而進(jìn)入到散熱器內(nèi)去冷凝，因而，冷卻水套內(nèi)的水位會(huì)不斷地下降，而回水管中的冷卻水則由于散熱器內(nèi)的凝結(jié)水不斷地流入而使其水位總是高于冷卻水套內(nèi)的水位，所以產(chǎn)生的水位差會(huì)使回水管中的冷卻水向冷卻水套內(nèi)不斷流動(dòng)，從而形成冷卻水的連續(xù)循環(huán)，其循環(huán)速度則取決于冷卻水汽化的速度，水汽化的越快，則冷卻水的循環(huán)速度也就越快。因此，整個(gè)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻水循環(huán)不需要水泵等動(dòng)力裝置。由于節(jié)省了水泵及恒溫器等附件，因而使得水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，其水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本也自然會(huì)相應(yīng)降低。
下面結(jié)合附

圖1至4所表示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
附圖1是處于工作狀態(tài)的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)的側(cè)視圖；附圖2是處于非工作狀態(tài)的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)的側(cè)視圖；附圖3是處于工作狀態(tài)的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)的正視圖；附圖4是散熱器的局部剖視圖。
基中1——冷卻水套，2——散熱器，3——冷卻風(fēng)扇，4——進(jìn)汽管，5——回水管，6——通風(fēng)管，7——?dú)飧祝?——蒸汽室，9——冷風(fēng)進(jìn)口，10——冷風(fēng)出口，11——冷風(fēng)通道，12——凝汽室。本發(fā)明的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)其冷卻水循環(huán)的過程是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，冷卻水套(1)內(nèi)的冷卻水會(huì)被逐漸加熱直至沸騰，所產(chǎn)生的水蒸汽是從冷卻水套(1)上部空間的蒸汽室(8)中經(jīng)進(jìn)汽管(4)進(jìn)入到處在冷卻水套(1)上部位置的散熱器(2)內(nèi)，進(jìn)入到散熱器(2)內(nèi)的水蒸汽則在各凝汽室(12)的板壁處被從冷卻風(fēng)扇(3)那吹送來的冷風(fēng)所冷卻是重新凝結(jié)為水，所凝結(jié)的水則經(jīng)回水管(5)流回到冷卻水套(1)內(nèi)是重新冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的工作氣缸(7)。
其冷卻水套(1)內(nèi)的水位在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)要保持在略高于氣缸蓋的上部，而低于冷卻水套(1)頂部一定距離的位置上，這樣可在冷卻水套(1)的上部留出產(chǎn)生水蒸汽的空間，即蒸汽室。
整個(gè)冷卻系統(tǒng)各部件的制造材料可選擇現(xiàn)如今已經(jīng)選用的制造材料，其制造工藝也可參照現(xiàn)行的制造工藝。
在上述附圖中沒有表示出水溫傳感器及電控裝置，在設(shè)計(jì)制造時(shí)可參照現(xiàn)行的做法。
權(quán)利要求
1.一種凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)，是由冷卻工作氣缸的冷卻水套(1)、與冷卻水套(1)相連的散熱器(2)、為散熱器(2)送風(fēng)的冷卻風(fēng)扇(3)以及包括水溫傳感器、電控裝置等的溫控系統(tǒng)所組成的，其特征在于a、散熱器(2)是處在冷卻水套(1)的上部位置；b、正常工作時(shí)冷卻水套(1)內(nèi)的水位要保持在略高于氣缸蓋的上部，而低于散熱器的底部；c、冷卻水套(1)內(nèi)的冷卻水由于吸收了工作氣缸(7)的大量熱量而導(dǎo)致其沸騰，從而產(chǎn)生大量的水蒸汽，是這些水蒸汽從冷卻水套(1)上部空間的蒸汽室(8)經(jīng)進(jìn)汽管(4)上升進(jìn)入到散熱器(2)內(nèi)進(jìn)行散熱；d、進(jìn)入散熱器(2)內(nèi)的水蒸汽在各凝汽室(12)的板壁處則被從冷卻風(fēng)扇(3)那吹送來的冷風(fēng)所冷卻是重新凝結(jié)為水，所凝結(jié)的水則經(jīng)回水管(5)是再流回到冷卻水套(1)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于整個(gè)冷卻卻系統(tǒng)的各個(gè)部位要密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于這種凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)所使用的冷卻水既可以全是水，也可以是水與其他液體的混合液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于正常工作時(shí)冷卻水套(1)內(nèi)的水位要保持在略高于氣缸蓋的上部，而低于冷卻水套(1)頂部一定距離的位置上。
全文摘要
本發(fā)明的凝汽式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)水冷系統(tǒng)是由冷卻水套、散熱器、冷卻風(fēng)扇以及包括水溫傳感器、電控裝置等的溫控系統(tǒng)所組成的,當(dāng)冷卻水套內(nèi)的冷卻水被加熱至沸騰后會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸汽,這些水蒸汽將經(jīng)進(jìn)汽管進(jìn)入到位于冷卻水套上部位置的散熱器中去冷凝,其凝結(jié)的水將經(jīng)回水管流回到冷卻水套內(nèi)繼續(xù)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī),由于整個(gè)冷卻循環(huán)利用的是水位差,因而不需要水泵,而水的汽化與凝結(jié)其溫度是不變的,因而不需要恒溫器也能使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在一定的工作溫度范圍內(nèi),所以該水冷系統(tǒng)冷卻效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低。
文檔編號(hào)F01P3/22GK1174283SQ96109190
公開日1998年2月25日 申請(qǐng)日期1996年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月19日
發(fā)明者張聲凱 申請(qǐng)人:張聲凱