專利名稱：活塞往復(fù)式柴油內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞往復(fù)式柴油內(nèi)燃機(jī)的氣缸冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有至少一個氣缸襯套，該襯套是置于氣缸體中，并且由一個環(huán)狀室所環(huán)繞，該環(huán)狀室有冷卻介質(zhì)流過，該襯套由一個氣缸蓋罩住，該氣缸蓋中有來自該環(huán)狀室的冷卻介質(zhì)流過，冷卻介質(zhì)在流過氣缸蓋之后，通過一個冷卻器返回到環(huán)狀室。
在已知的此類型系統(tǒng)中，來自冷卻器的一定量的冷卻介質(zhì)首先流過環(huán)狀室，然后可以通過位于該氣缸襯套的擴(kuò)大的上端的冷卻介質(zhì)通道，最后流過氣缸蓋。冷卻介質(zhì)的量是這樣調(diào)節(jié)，使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于100%負(fù)荷時，構(gòu)成活塞滑行表面的氣缸襯套的內(nèi)表面溫度總是一定程度地高于水的露點(diǎn)溫度。這就避免了亞硫酸H2SO3和硫酸H2SO4引致的燃燒室壁腐蝕(由于目前用于柴油機(jī)的燃油中含硫量高，4%或更高)。上面提到的兩種酸，以亞硫酸的危害更大，因?yàn)樾纬蓙喠蛩岬娜紵a(chǎn)物即SO2是大量和在較低溫度產(chǎn)生，亦即低于形成硫酸所需的SO3的溫度。此外，硫酸冷凝物只會產(chǎn)生小量，可以由潤滑油的添加劑中和掉。若該溫度降到低于水的露點(diǎn)，就會產(chǎn)生相當(dāng)多量的亞硫酸冷凝物，則由于潤滑油膜被破壞而引致氣缸襯套滑行表面的附著磨損，也引致活塞環(huán)和氣缸襯套兩者的滑行表面的腐蝕磨損。在已有的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)在部分負(fù)荷條件運(yùn)轉(zhuǎn)時，該溫度很容易降到低于露點(diǎn)溫度。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)前述類型的冷卻系統(tǒng)，使之即便在內(nèi)燃機(jī)于部分負(fù)荷條件運(yùn)轉(zhuǎn)時，可以可靠地防止形成亞硫酸。
按照本發(fā)明是這樣達(dá)到上述目的的在從冷卻器到環(huán)形室的管路上，分支出一條管路引向氣缸蓋，在管路上設(shè)一控制器，將來自冷卻器的冷卻介質(zhì)根據(jù)負(fù)荷按量分配給去環(huán)形室的管路和去氣缸蓋的管路，并且在氣缸蓋到冷卻器的管路上接出一個旁路，接到去氣缸蓋的分支路連接點(diǎn)的下游、去到環(huán)形室的那條管路上。該引向氣缸蓋的管路在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中總是向氣缸蓋直接供應(yīng)一些冷卻介質(zhì)。其余的流向環(huán)形室的冷卻介質(zhì)得到該旁路管的補(bǔ)充量，與已有的系統(tǒng)相比，其量要更少些，其溫度要更高些，于是在環(huán)形室的冷卻作用要小些，從而使該滑行表面的溫度升高。這樣就保證了，在該內(nèi)燃機(jī)的所有負(fù)荷條件下，其溫度不會降至低于其露點(diǎn)，因此不會形成亞硫酸。因此，氣缸襯套和活塞環(huán)的滑行表面不再受到腐蝕。
由實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述

圖1是一示意圖，表示氣缸的冷卻介質(zhì)流程;
圖2是氣缸的部分縱剖面圖;
圖2a是圖2中A部分的放大詳圖;
圖3是100%負(fù)荷時，溫度與氣缸襯套高度的關(guān)系圖;
圖4是50%負(fù)荷時，溫度與氣缸襯套高度的關(guān)系圖。
圖1中表示的是多氣缸往復(fù)式柴油內(nèi)燃機(jī)的氣缸體1。在氣缸體1之內(nèi)是氣缸襯套2，其上端從氣缸體伸出，氣缸蓋3罩住氣缸襯套2。這三個部件是由冷卻介質(zhì)例如水來冷卻，設(shè)有主回路5和副回路13。主回路5包括從氣缸蓋3引出的管路6，連接管路6的冷卻器7，冷卻介質(zhì)泵8，管路9從冷卻器7引出經(jīng)過泵8引到氣缸體1。在氣缸之內(nèi)，在管路9與氣缸體1的連接點(diǎn)與管路6與氣缸蓋3連接點(diǎn)之間，有流路10(圖中以虛線表示)，后文參照圖2有詳細(xì)描述。主回路5還包括旁路11，其不經(jīng)過冷卻器7而旁路流過。在旁路11從管路6分出的位置有分配閥12，將來自氣缸蓋的主回路5的冷卻介質(zhì)分流，根據(jù)其溫度一部分流過冷卻器7，其余的流過旁路11。管路9上也有分配閥17，位于泵8和氣缸體1之間。在管路6上，在氣缸蓋3和分配閥12之間;在管路9上在分配閥17和氣缸體1之間，各自相應(yīng)有分配管路6′和9′，在該處連接其他氣缸(未示出)的有關(guān)管路。
副回路13包括通過冷卻介質(zhì)泵14的管路15，其由分配管路6′處分支接出，引至分配管路9′。從分配閥17引出管路16，它直接引至氣缸蓋3，并且設(shè)置分配管路16′，其與分配管路6′和9′相應(yīng)。分配閥17受控制器18的控制，其由信號線路19接收設(shè)定值信號，該信號取決于內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷。控制器除接收該設(shè)定值信號外，還接收至少一個實(shí)際值信號，該信號直接或間接取決于氣缸襯套2的滑行表面的溫度，此信號由信號線路20送入。
如圖2所示，氣缸襯套2的下半部伸入氣缸體1之內(nèi)，其由壁1′分隔成上室22，其中有冷卻介質(zhì)流過，還有下室23，其中有掃氣的新空氣流過。在襯套2的下部沿其圓周分布有多個掃氣孔24，當(dāng)豎向運(yùn)動的活塞50(圖中僅表示其在上死點(diǎn)位置TDC)在靠近其下死點(diǎn)位置BDC而暴露出掃氣孔24時，使來自掃氣室23的掃氣新空氣進(jìn)入該襯套。襯套2的滑行表面由2′表示，襯套2的上端與氣缸蓋3相接。大約在襯套中心處，在氣缸蓋上有碟形排氣閥25。在氣缸蓋3之中，從與排氣閥25相配合的閥座開始，設(shè)有排氣口26，當(dāng)閥25打開時，由上升的活塞50把廢氣排出。此處所示的內(nèi)燃機(jī)是二沖程式的，采用縱向掃氣，可用于船舶或發(fā)電機(jī)的驅(qū)動。氣缸蓋3除有排氣口26之外，還有有冷卻介質(zhì)流過的室27、28。
在氣缸襯套2和氣缸體1的接受該襯套的開口51之間，有套筒30，其延伸部位大致在襯套的中部，約為襯套長度的一半。在該套筒的外表面有稍呈斜角凸出的臺肩，由此臺肩座在開口51的臺肩上，從而得到支持。套筒30的下端通過環(huán)31而安裝在該襯套上，套筒與襯套之間有間隙。在套筒30的上端附近，襯套2稍厚一些，使套筒30的上端與相鄰的該襯套的外表面之間留下一個窄的環(huán)形間隙32(見圖2a)。由于這樣的構(gòu)造，使套筒30與襯套2的與它相接的那部分之間形成一個環(huán)形的中間空間33，其中充有實(shí)質(zhì)上呆滯的冷卻介質(zhì)。借助于調(diào)節(jié)環(huán)形間隙32的尺寸，就可以把中間空間33內(nèi)的冷卻介質(zhì)溫度預(yù)調(diào)定在某一范圍內(nèi)。中間空間33可以接受少量液流，為此目的，由閥33′與該中間空間連接，并接到排液管路上(見圖1)。閥33′還可以用于將中間空間33放空。
在氣缸體1的壁上，在高于室22的部位有冷卻介質(zhì)供入通道34，由來自分配管路9′的管路9的末端與通道34連接(未示出)。氣缸襯套2具有較厚的凸緣狀的上端，其中有常規(guī)式的多個斜行冷卻孔35，它們沿襯套圓周等距分布。在襯套2的加厚的凸緣下邊與氣缸體1之間，有一個支持環(huán)36，在它和襯套2之間留下環(huán)形室37，并且在它與套筒30的上半部之間留下環(huán)形室38。于是，來自管路9的冷卻介質(zhì)沿冷卻通道34流入，先進(jìn)入環(huán)形室38，然后進(jìn)入環(huán)形室37，再進(jìn)入加厚凸緣部分的冷卻孔35。
在各冷卻孔35的上端都是徑向向外的，它們連接到管路39并引至氣缸蓋3的室27。在該處還與管路16匯合，管路16是在閥17處由管路9分支引出的。
在該活塞往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，在氣缸中被加熱的冷卻介質(zhì)流經(jīng)管路6和分配閥12而進(jìn)入冷卻器7，在此將所吸收的熱量放出，例如用另一個回路中流過的海水帶走。冷卻后的冷卻介質(zhì)由泵8泵出，經(jīng)管路9送至氣缸體1和經(jīng)管路16送至氣缸蓋3。流至氣缸體1和氣缸蓋3的冷卻介質(zhì)的量分別由分配閥17調(diào)定，閥17由控制器18根據(jù)負(fù)荷來控制。通過副回路13中的管路15使流入氣缸體1的冷卻介質(zhì)總有少量是較高溫度的冷卻介質(zhì)，因?yàn)檫@些冷卻介質(zhì)并未經(jīng)過冷卻器7的冷卻作用。
流至氣缸體1的冷卻介質(zhì)通過冷卻通道34先進(jìn)入環(huán)形室38。由于在中間空間33中有呆滯的冷卻介質(zhì)，在此處僅進(jìn)行由氣缸襯套2至冷卻介質(zhì)的中速熱傳遞。在高于套筒30的環(huán)形室37的熱傳遞更為迅速，因?yàn)榱鬟^的冷卻介質(zhì)與氣缸套2在此處直接接觸。當(dāng)冷卻介質(zhì)經(jīng)過冷卻孔35時也是這樣。在冷卻介質(zhì)離開孔35、進(jìn)入氣缸蓋3的室27之前，被再次加熱的冷卻介質(zhì)集合在管路39中，并與來自管路16的經(jīng)過冷卻器的冷卻介質(zhì)混合到一起。
因此，在圖1所示的回路流程中，氣缸體1得到的冷卻介質(zhì)的量減少，并由于其與來自管路15的冷卻介質(zhì)混合而溫度較高，因此相應(yīng)地減小對襯套2的冷卻作用。另方面，氣缸蓋3中的室27總是有足量的較低溫度的冷卻介質(zhì)供應(yīng)。除去借助于由管路15加入冷卻介質(zhì)而減低了冷卻作用外，還借助于分配閥17按照負(fù)荷變化來調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的量而產(chǎn)生減弱冷卻的作用。以此方式，使得襯套2的滑行表面2′的溫度就比來自常規(guī)法冷卻時要高一些。從表示100%負(fù)荷的圖3可以明顯地看到這一點(diǎn)。在圖3中，實(shí)線B是用常規(guī)式冷卻法滑行表面的溫度，點(diǎn)劃線C表示按本發(fā)明實(shí)施的系統(tǒng)中，該滑行表面的溫度。虛線D代表該處的水露點(diǎn)溫度。曲線C的走向表明其滑行表面溫度與露點(diǎn)溫度之間有明顯的差別。由于圖3中曲線B和露點(diǎn)曲線D靠近，當(dāng)改為部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，滑行表面溫度向右移，于是就會低于露點(diǎn)溫度D，圖4的50%負(fù)荷的曲線就是這樣。但在本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)中，即使在部分負(fù)荷情況下，滑行表面溫度(曲線C)保持高于露點(diǎn)溫度。
在圖3、4中所示的內(nèi)燃機(jī)，其氣缸體、氣缸襯套和支持環(huán)都是按先有技術(shù)的設(shè)計。
圖1所示實(shí)施方案還可有明顯變化，主回路上的泵8可以放在管路6上、在分配閥12上游的位置，于是副回路13中的管路15可以在該泵和閥12之間接出分支。在此情況下，可以省去副回路的泵14，而利用對管路15的限流來替代。
若是內(nèi)燃機(jī)上裝有渦輪增壓器，該增壓器可以利用主回路5中的一些冷卻介質(zhì)以類似方式進(jìn)行冷卻。為此目的，可在管路9的冷卻介質(zhì)泵8和分配閥17之間分支出一條冷卻介質(zhì)管路，供給該渦輪增壓器，然后引至分配管路6′。
權(quán)利要求
1.一種活塞往復(fù)式柴油內(nèi)燃機(jī)的氣缸冷卻系統(tǒng)，在其氣缸體中具有至少一個氣缸襯套，該襯套由一有冷卻介質(zhì)流過的環(huán)形室所環(huán)繞，并且由一氣缸蓋罩住，氣缸蓋內(nèi)有來自該環(huán)形室的冷卻介質(zhì)流過，所述冷卻介質(zhì)流過氣缸蓋之后，流經(jīng)一冷卻器再返回到該環(huán)形室，其特征在于，在由該冷卻器至該環(huán)形室的管路上，分支接出一條引至氣缸蓋的管路，并配備一控制器，將來自該冷卻器的冷卻介質(zhì)流量根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷而分配到引至該環(huán)形室的管路和引至氣缸蓋的管路，并且在氣缸蓋與冷卻器之間的管路上接出一條旁路管路，該旁路是在該引至氣缸蓋的管路連接點(diǎn)的下游位置接到引至該環(huán)形室的管路中。
2.權(quán)利要求1的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，在該氣缸襯套的中部圍繞有一個套筒，該套筒的長度約為該襯套長度的一半，在該套筒與該襯套之間留下一個環(huán)形中間空間，在此中間空間的位于該套筒的上端附近處，有一狹窄間隙與該環(huán)形室連通，在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時，該中間空間充有呆滯的冷卻介質(zhì)。
全文摘要
該系統(tǒng)有位于氣缸體1中并由氣缸蓋3罩住的氣缸襯套2，其外圍的環(huán)形室有冷卻介質(zhì)流過并且流過氣缸蓋，然后流經(jīng)冷卻器7再回至環(huán)形室。從冷卻器出來的管路9上接出管路16通至氣缸蓋。由控制器18將來自冷卻器的冷卻介質(zhì)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷分配給引至環(huán)形室的管路9和引至氣缸蓋的管路16。在氣缸蓋與冷卻器之間接出旁路15，接到引至氣缸蓋的管路16連接點(diǎn)的下游，從而引入環(huán)形室9。
文檔編號F02B3/06GK1078536SQ9210355
公開日1993年11月17日 申請日期1992年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月11日
發(fā)明者A·比特利 申請人:新蘇舍柴油機(jī)有限公司