專利名稱：內(nèi)燃機氣缸套殼的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的冷卻系統(tǒng)。
大型柴油機一般配置成例如具有直立的氣缸。大型柴油機的已知冷卻系統(tǒng)特別設置成冷卻劑從下往上流。相當冷的入口冷卻劑首先冷卻氣缸壁。該冷卻劑沿通向氣缸套殼的上端部的方向向上流，然后從該端部流到氣缸蓋。因此除了可能存在的往下流的部分外，冷卻劑基本上是從底部流到頂部。
這種配置的理由除去許多其它因素之外是考慮到，在冷卻系統(tǒng)中冷卻劑被加熱，而受熱的冷卻劑會自然而然地往上流。由于溫度差別因而也是密度差別造成的自然對流有利于冷卻劑的循環(huán)。
然而冷卻特別是氣缸襯套1的壁的冷卻不應當以完全不受控的方式進行。在例如燃燒含大量硫的燃料時，除產(chǎn)生其它腐蝕性燃燒產(chǎn)物外，還形成亞硫酸(H2SO3)。亞硫酸的露點在130至140℃的溫度之間。亞硫酸在此溫度下液化。如果太強地冷卻氣缸襯套，則亞硫酸將會凝聚在氣缸襯套的下部區(qū)域。如果將相當冷的冷卻劑引入到氣缸套殼的下部分，則很可能使氣缸襯套的壁溫太低。
向上流的冷卻劑逐漸變熱，在流到氣缸襯套的上部區(qū)域時又進一步受到加熱，然而向上流到氣缸蓋。因而氣缸襯套在上部區(qū)域的壁溫顯著地比較高，在該處實際上不存在腐蝕性燃燒產(chǎn)物液化的危險。因此確切地講，正是在氣缸襯套的上部區(qū)域需要特別強的冷卻，即需要特別高的冷卻功率。反之，在氣缸襯套的中部和下部區(qū)域則只要求有限的冷卻，并應當避免冷卻作用太強，溫度范圍達到例如使腐蝕性燃燒產(chǎn)物凝聚在氣缸表面上的這種情況。
本發(fā)明的目的是提供一種例如冷卻大型柴油機氣缸襯套的改進的冷卻系統(tǒng)。按照本發(fā)明，將具有預定溫度范圍內(nèi)某一溫度的用于氣缸襯套的冷卻劑輸送給冷卻系統(tǒng)，其中，至少對氣缸襯套的上部區(qū)域局部地在給定溫度范圍內(nèi)作預熱處理。
在此冷卻系統(tǒng)中，冷的冷卻劑首先流過氣缸蓋和/或氣缸襯套的上部區(qū)域，并從后者吸收熱量使自身變熱。與已知的冷卻系統(tǒng)相比，由于冷的冷卻劑和待冷卻的區(qū)域之間有較大的溫差，所以特別需要強冷卻的部分即氣缸蓋和氣缸襯套的上部區(qū)域受到更強的冷卻。然后將預熱的冷卻劑送入氣缸襯套的中部和下部區(qū)域，在該處需要的是加熱而不是冷卻，以便防止例如高腐蝕性燃燒產(chǎn)物的凝聚。熱交換不僅受到預熱冷卻劑的影響，而且受到液流條件或流速和流量的影響。
下面參照示意圖說明本發(fā)明和具體說明冷卻系統(tǒng)的操作，這些示意圖示出本發(fā)明的冷卻氣缸襯套的例示性實施例。這些附圖是
圖1是氣缸襯套的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)中冷卻劑僅圍繞氣缸襯套長度的上部分流動；圖2是圖1的氣缸襯套的冷卻系統(tǒng)，但該系統(tǒng)中的冷卻劑圍繞氣缸襯套的一直到氣缸襯套排氣的排氣口的主要長度部分流動。
下面參考圖1說明兩沖程大型柴油機的氣缸襯套1的冷卻管路。循環(huán)泵2通過入口管道3和分配環(huán)4將例如恒定量的冷卻劑送入氣缸蓋5，然后流過氣缸蓋5中圖中未示出的冷卻劑通道。冷卻劑入口位于氣缸蓋5下邊緣上的分配環(huán)4上。冷卻劑出口6位于裝在氣缸蓋5中的閥殼7的最上部位置。
在氣缸蓋5和閥殼7中被加熱的冷卻劑通過管道8、9以及分配環(huán)10進入在氣缸襯套1上部區(qū)域中的冷卻劑通道11，并受到進一步加熱。冷卻劑相應流過氣缸襯套1的冷卻孔或冷卻劑通道11，并進入位于更下面的間隙室12。
在氣缸襯套和包圍該氣缸襯套的支承環(huán)17之間的環(huán)形間隙室12的尺寸例如被定為冷卻劑的流速在最小可能流量下不低于某個值。假如流量為已知兩沖程大型柴油機中迄今規(guī)定的流量，則對于新的冷卻系統(tǒng)，在氣缸襯套1和支承環(huán)17之間的間隙尺寸要求在例如3mm的范圍內(nèi)。
在圖1所示的例子中，冷卻劑在支承環(huán)17下端部通過徑向出口離開間隙室12，隨后經(jīng)收集環(huán)18流入返回管道19。
在氣缸襯套的冷卻劑的入口管道9和出口管道19之間裝可調(diào)節(jié)流閥13。節(jié)流閥13由氣缸襯套1的參考壁溫度25控制或調(diào)節(jié)。當節(jié)流閥13關閉時，所有冷卻劑流過氣缸襯套1的冷卻孔11和間隙室12。因此在氣缸襯套1的上部分和位于下面的間隙室12之間的熱交換是最強的。
當節(jié)流閥13打開時，僅有一部分冷卻劑流過氣缸襯套1的冷卻孔11和位于下面的間隙室12。因此氣缸襯套1中的熱交換程度減少。當節(jié)流閥13完全打開時，流經(jīng)氣缸襯套1的最小冷卻劑流量由節(jié)流閥13后面的孔徑14的尺寸決定。一部分冷卻劑經(jīng)可控節(jié)流閥13、孔徑14和溫度調(diào)節(jié)閥15進入冷卻器16，然后與傍通的一定量的冷卻劑混合后再流回到循環(huán)泵2。
冷卻劑流量被調(diào)節(jié)成在閥殼7的出口6處的冷卻劑溫度保持恒定是有優(yōu)點的。在入口管道3和出口管道8之間的溫度差依賴于必須從氣缸蓋5、閥殼7和氣缸襯套1上導走的總熱量。冷卻劑在氣缸蓋5上的入口溫度在內(nèi)燃機于額定動力下運轉(zhuǎn)時是最低的，并隨內(nèi)燃機動力的減少而增高。
氣缸襯套1入口處、管道9和分配環(huán)10處的冷卻劑溫度與在閥殼7的出口6(管道8)處的冷卻劑溫度相同，因此在該區(qū)域的溫度相當恒定。
在氣缸襯套1中的熱交換由上部套管中的孔的幾何尺寸和間隙室12中冷卻劑的流速決定。氣缸襯套1的壁溫度25，因而也是用于控制節(jié)流閥13或控制冷卻劑流量的參考溫度取決于設計，即取決于冷卻劑的冷卻孔11和間隙室12的尺寸和配置。
氣缸襯套壁溫包括內(nèi)燃機的所有氣缸、一組氣缸或各個氣缸的控制系統(tǒng)可以各自安裝?？刂普麄€內(nèi)燃機所有氣缸的壁溫度25只需要裝一個調(diào)節(jié)閥13(圖1和圖2)，而控制個別氣缸的個別壁溫度一般需要設置各個氣缸的調(diào)節(jié)閥13。在控制個別氣缸組的壁溫度時，最好在個別氣缸組上安裝節(jié)流閥13。
然而還有可能完全去掉控制流過氣缸襯套1的冷卻劑流量的節(jié)流閥13，并只用孔徑14的尺寸來決定流過氣缸襯套1的冷卻劑流量。在氣缸襯套1的壁溫度在其整個實用范圍內(nèi)其差別相當小使得控制是多余的情況下，這是可能的。同樣，還可能通過調(diào)節(jié)冷卻泵2的泵出量使冷卻劑流量即冷卻能力滿足各別的要求。
實際上，對于已知的大型柴油機絕不會由于采用新的冷卻系統(tǒng)而改變氣缸蓋5的結構設計。僅需要改變的是氣缸蓋5入口處的分配環(huán)4。對于氣缸襯套1上端部的分配環(huán)10也是這樣。
間隙室12的結構設計即定尺寸是基于使支承環(huán)17的內(nèi)徑與氣缸襯套1的壁厚相匹配。支承環(huán)17的外徑不一定需要改變先前已有的尺寸。
在具有很長沖程的內(nèi)燃機中，可使冷卻劑在一個加長的間隙室12a中從支承環(huán)17的下面流到排氣口20的上面，如圖2所示。
一般地講，如果活塞沖程和氣缸口徑之比等于或大于2(沖程/口徑≥2)，則這種內(nèi)燃機稱為長沖程機。
如果保證在所有冷卻劑的流動區(qū)域可以保持最小的冷卻劑流速，則冷卻系統(tǒng)對密封或捕集的氣體、空氣特別是蒸汽泡的敏感性是很低的。另外，可以將冷卻孔和間隙室的尺寸定為使得可能產(chǎn)生的空氣泡、蒸汽泡和氣泡由流動的冷卻劑一齊帶走。
可以在冷卻劑循環(huán)中設置旋流分離器使冷卻劑有效地排出空氣或脫氣。然而也可以通過自動通氣裝置21使氣體流出冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)中損失的冷卻劑可以用輸送泵23從冷卻劑槽22得到補充。上述冷卻系統(tǒng)同樣適合于與高架槽或密封的增壓儲存器24一起工作。在與大氣相通的高架槽中，冷卻劑的溫度受到冷卻劑沸點溫度的限制，而在密封的增壓貯存器中冷卻劑的沸點溫度在壓力增加時變得較高。
在已知的冷卻系統(tǒng)中，在閥殼7的入口6處的冷卻劑的溫度在80～90℃之間。例如，對于已知的大型柴油機，氣缸冷卻劑在出口溫度和入口溫度之間的溫度差在10～30℃是正常的。因此在此例中的冷卻劑在進入氣缸套殼的溫度一定是約為70℃，該相對較冷的冷卻劑然后流過氣缸襯套1的中間部分。這可能導致氣缸襯套1的壁溫度太低而使燃燒產(chǎn)物凝聚在氣缸襯套1的壁上，從而造成上述腐蝕條件，使內(nèi)燃機受到損害。
在本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)中，在氣缸襯套1入口處的冷卻劑溫度比較高，因為該冷卻劑首先流過氣缸蓋5和閥殼7，在該處受到半加熱即被預熱。因此當它離開閥殼7時該冷卻劑的溫度例如為85℃。在流過氣缸襯套的上部套管中的冷卻孔時，該冷卻劑溫度又增加約3～7℃。因此氣缸襯套1的中間部分受到溫度例如在88～92℃的冷卻劑的冷卻。此溫度比已知冷卻系統(tǒng)的溫度高約20℃。由于用較溫的冷卻劑冷卻，所以可以使氣缸襯套1的內(nèi)壁的溫度保持在高于有害的腐蝕性燃燒產(chǎn)物的露點溫度。
具體在上述實施例中的冷卻劑是水。其中可能混有防腐添加劑。然而還可以用油作冷卻劑，例如用內(nèi)燃機潤滑油本身，或應用單獨的在與潤滑油分開的循環(huán)回路中的冷卻油。由于各種冷卻劑有不同的比熱，所以可以修改冷卻劑路徑的尺寸和/或冷卻劑流速。為了有利于氣缸襯套1中的活塞1′的潤滑，使氣缸襯套1的內(nèi)壁保持在相對高的溫度也是有利的。這一溫度可以在約200℃或更高。
還可以想象這樣的冷卻系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，某些區(qū)域例如氣缸蓋5可以用第一冷卻劑例如水冷卻，而另一區(qū)域例如氣缸襯套1，11，12用第二冷卻劑例如油冷卻。在兩個子系統(tǒng)之間可以提供熱交換器，以便進行熱交換，達到要求的冷卻溫度。
按本發(fā)明說明的冷卻作用或冷卻系統(tǒng)可以很好地包括這種區(qū)域，在這種區(qū)域中內(nèi)燃機構件特別是氣缸襯套1受到冷卻劑的加熱，但是從整體內(nèi)燃機看自然是冷卻劑導走熱量。
按照本發(fā)明說明，對氣缸區(qū)域所說的“上部”是指活塞上換向點即遠離曲軸的區(qū)域。同樣，對氣缸區(qū)域所說的“下部”是指活塞1′下?lián)Q向點即靠近曲軸的區(qū)域。因此術語“上部”和“下部”應理解為與氣缸的位置無關。在本說明中采用術語氣缸襯套時一般是指氣缸套殼，與氣缸是否確實具有氣缸襯套或是否采用不同氣缸結構無關。
在冷卻氣缸襯套1，特別是冷卻大型柴油機的氣缸襯套時，冷卻劑首先流過氣缸蓋5并在其中預熱。然后使預熱到預定溫度的冷卻劑送入氣缸襯套1的冷卻通道11和間隙室12。由于至少在部分氣缸襯套區(qū)域(冷卻通道11)產(chǎn)生的熱量而使冷卻劑預熱到預定的溫度范圍。由于輸入預熱的冷卻劑，所以可以防止氣缸襯套1的內(nèi)壁區(qū)域的溫度不被冷卻到在氣缸襯套1的內(nèi)壁上凝聚強腐蝕性的燃燒產(chǎn)物例如亞硫酸的程度。
權利要求
1.一種冷卻內(nèi)燃機氣缸的冷卻系統(tǒng)，具體是冷卻大型柴油機氣缸襯套(1)的液體冷卻系統(tǒng)，其特征在于，輸送到氣缸襯套(1)的冷卻劑溫度為預定溫度范圍內(nèi)的一個溫度，冷卻劑至少局部地在氣缸的區(qū)域(5，7)中被預熱到該預定溫度范圍。
2.如權利要求1所述的冷卻系統(tǒng)，其中，在氣缸蓋(5，7)區(qū)域和/或氣缸襯套(1)上部區(qū)域的冷卻通道(11)中產(chǎn)生預熱冷卻劑的熱量，用于在預定的溫度范圍內(nèi)冷卻氣缸襯套(1)的中部和/或下部區(qū)域。
3.如權利要求1或2所述的冷卻系統(tǒng)，其中，冷卻劑流過氣缸蓋(5，7)和/或氣缸襯套(1)中活塞(1′)上換向點區(qū)域(11)，并在其中預熱。
4.如權利要求1、2或3所述的冷卻系統(tǒng)，其中，在氣缸襯套(1)中的冷卻劑的流動方向一般是從活塞(1′)的上換向點區(qū)域流向活塞(1′)的下?lián)Q向點。
5.如權利要求1～4中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，這樣選擇冷卻劑的預定溫度，使得氣缸襯套(1)內(nèi)壁的溫度高于氣缸燃燒室中腐蝕性燃燒產(chǎn)物/廢氣的露點溫度。
6.如權利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其中，這樣選擇冷卻劑的溫度，使得至少在氣缸襯套(1)的中部區(qū)域的燃燒室中內(nèi)壁的溫度至少為130℃，最好大于135℃。
7.如權利要求1～6中任一項所述的冷卻系統(tǒng)，其中，冷卻劑至少在氣缸襯套(1)的一部分區(qū)域是湍流。
8.大型柴油機，其中，氣缸襯套(1)由權利要求1～7中任一項所述的冷卻系統(tǒng)冷卻，氣缸可以單個地或成組地或全部集中地供給冷卻劑。
9.如權利要求8所述的大型柴油機，其中，可以調(diào)節(jié)地將冷卻劑共用地供給所有氣缸，或各個單獨的氣缸，或各組氣缸。
10.如權利要求8或9所述的大型柴油機，具有直立配置的氣缸。
全文摘要
在氣缸特別是大型柴油機氣缸的冷卻系統(tǒng)中,冷卻劑首先流過氣缸蓋(5,7)并在其中預熱。然后使預熱到預定溫度的冷卻劑送入氣缸襯套(1)的冷卻通道(11)和間隙室(12)。通過在氣缸襯套(1)區(qū)域中至少局部產(chǎn)生的熱量使冷卻劑預熱到預定的溫度范圍。由于輸送預熱的冷卻劑,所以可以防止氣缸襯套(1)的內(nèi)壁區(qū)域冷卻到使強腐蝕性燃燒產(chǎn)物例如亞硫酸凝聚在氣缸襯套(1)的內(nèi)壁上。
文檔編號F02F1/14GK1170812SQ9711273
公開日1998年1月21日 申請日期1997年6月17日 優(yōu)先權日1996年6月20日
發(fā)明者H·策恩德 申請人:新蘇舍柴油機有限公司