[发明专利]泡核沸腾冷却系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机系统，尤其涉及冷却剂系统和用于此类系统的方法。

背景技术

寄生损失的主要来源之一、内燃机内的复杂化和大体积必须处置内燃机工作产生的废热。通过留意流动通道以及通过该通道的冷却剂的流速和温度企图解决来自燃烧室周围材料的热通量。通常内燃机为液冷，以便至冷却系统的热通量最大，尤其是紧邻燃烧室的区域。由于占空因素或元件故障而使冷却系统运行在设计全之下时，导致在发动机的冷却剂通道中发生失控沸腾状况。这种状态使液体完全流失至与金属接触并急剧减少冷却系统带走的热通量。当出现失控的，系统卸压，通常是打开散热器的盖子释放压力并允许更多蒸汽产生。反过来，这对发动机的内部金属部件的温度具有潜在的灾难性影响。

然而，有一种状态介于正常液体流动状态和失控沸腾之间，这一状态提供了来自被液态冷却系统冷却部分的最佳热通量。这被称为泡核沸腾，其中产生微小尺寸的气泡。这允许热通量显著增加，但这种状态充其量是次沸腾与失控或宏观沸腾之间短暂过渡。

因此，需要一种冷却系统，其有效地保持发动机冷却系统中的泡核沸腾，以使来自发动机燃烧室的热通量最大。

发明内容

本发明的一种形式是一种用于液冷内燃机的冷却系统。该系统包括：至少环绕内燃机的燃烧室形成的冷却剂通道；热交换装置，其与流体连接至所述通道，以消散来自至少环绕所述燃烧室的热；泵，其用于通过所述通道和所述热交换器循环冷却剂，所述冷却剂通道、热交换器和泵被选择以促进至少环绕所述燃烧室的泡核沸腾；传感器，其用于指示在所述系统内的泡核沸腾的存在；以及响应所述传感器的装置，该装置用于保持所述系统中的压力在一允许可控泡核沸腾的水平，以增加来自于至少环绕所述燃烧室的热通量。

本发明的另一种形式是一种包含液冷内燃机的动力系统，该液冷内燃机具有至少一个燃烧室，所述内燃机具有至少环绕所述燃烧室的冷却剂通道；具有内部流动通道并与冷却剂通道流体连接的热交换装置；泵，其通过所述冷却剂通道和所述热交换装置循环冷却剂以消除来自至少环绕所述燃烧室的热；所述冷却剂通道、热交换装置和泵被选择以促进至少环绕所述燃烧室的泡核沸腾；传感器，其用于指示系统中冷却剂的泡核沸腾的存在；以及响应传感器的装置，该装置用于保持所述系统中的压力在一允许泡核沸腾的水平，以增加来自于至少环绕所述燃烧室的热通量。

本发明的还一种形式是一种运行具有至少一个燃烧室的液冷内燃机的方法，所述方法包括以下步骤：至少环绕所述燃烧室循环液态冷却剂，以便所述冷却剂在泡核沸腾区域内工作；感应至少环绕所述燃烧室的泡核沸腾的存在；和

响应感应的泡核沸腾的压力，保持所述液态冷却剂的压力在一提供最佳泡核沸腾水平的水平。

附图说明

图1是本发明实施例所述具有含有冷却系统的内燃机的动力系统的示意图。

具体实施方案

如图1所示，具有内燃机的动力系统10，以参考数字12总体表示所述内燃机。内燃机12可以是根据燃烧过程的多种类型发动机中的一种，但通常是液冷内燃机12，该液冷内燃机12具有单元块14和头部16，且它们两者的内部表面暴露给通过往复活塞提供变化体积的燃烧室，活塞与提供旋转动力输出的输出曲轴连接。为了易于理解本发明，单元14块和头部16内部部分详情未示出。发动机12具有排气歧管18，该排气歧管接收燃烧产物并通过排气管道将燃烧产物传送到涡轮增压器24的涡轮22并最终到达通向外界的排气管道23。涡轮22通过共同轴28驱动压缩机26。该压缩机26从入口30接收外界空气并通过吸入管路32传送空气，通常穿过后冷却器34、管路36和进气歧管38。

发动机12是吸气、消耗燃料的内燃机，其中燃烧碳氢燃料以提供旋转动力输出。可以适当地使用许多其他的功能，如废气再循环(EGR)和排气后处理。然而，为了进一步简化讨论本发明这些都未示出。