[发明专利]凝汽式内燃发动机水冷系统

说明书

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。