[实用新型]一种活塞往复内燃机的喷水冷却系统

说明书

技术领域

本实用新型属内燃发动机，具体涉及一种活塞往复内燃机的冷却技术。 

背景技术

现有常规内燃发动机冷却技术方案，造成了约30％的燃料热效率损失和大量不良污染物及二氧化碳向大气中排放，然而，由于传统认知和理念的束缚，且在理论上对现有冷却造成的大量的热效率损失从本质上给予否定，致使长期以来习以为然、熟视无睹。此缺陷和不足之处，相对于用途最广、用量最大，其燃油耗用量约占全球燃油耗用量80％的常规内燃发动机，尤其面临当今燃油资源紧缺时而引起国际争端，大量不良燃烧污染物和二氧化碳向大气中排放，严重地威胁着人类身体健康、破坏着人类生存气候环境日趋严峻的形势，是一个必须重新深入认知和论证并作出克服的课题，因此，下面用较长的篇幅作出阐述。 

现有常规内燃发动机冷却与热效率关系认知上的缺陷和不足之处 

为了清楚方便地表述现有冷却与热效率关系认知上的缺陷和不足之处，在此举出“特种发动机原理与结构”(朱仙鼎编著，上海科技出版社出版)一书中第125面具有代表性的论述进行阐述，其论述如下： 

“长期以来，往往只从能的量上衡量发动机的经济性，热效率和热流图就是传统的热平衡分析法所采用的，它表示燃料燃烧释放出的热量在数量上的分配关系，(如图8)所示一台船用柴油机7RND90型的热流图，热量损失主要由冷却水和排气产生，占总热量的56.62％。但从能的质上来同时衡量发动机的经济性，就要采用可用功率和“火用”流图(图9)，它表示了燃料“火用”的分配关系，大量损失是由于燃料在缸内燃烧、传热和膨胀做功中的不可逆损失造成的，占燃料“火用”值的46.52％，而冷却水带走的较低温度的热量虽然数量较大，但其品位较低，只占燃料“火用”值的3.54％，其动力利用价值不高，较高温度排气带走的热量品质也较高，占燃料“火用”值的10.19％，所以充分利用排气余能是有价值的，合理的。这样的分析为我们改善发动机能量转换效率指明了方向，是值得我们重视的”。 

前述图8、图9两图是同一台柴油机以燃料热量分配和以燃料“火用”[注：此“火用”为一字，因无法打印以此代替]值分配两种方法得出的热效率分配对比图。图8以燃料热量分配得出，冷却损失的热效率为30.57％；图9以燃料“火用”值(作功能力)分配得出， 冷却损失的热效率为3.54％，发动缸内通过燃烧和传热转换损失的热效率达46.52％；两图示出的有效功(即有效热效率)同为39.75％，各示出的从排气中回收的热效率分别用于增压，未计入有效热效率。 

两图对比的数据表明，从能的质上分析，就要采用可用功率和“火用”流图(图9)，它表示了以燃料“火用”值(作功能力)分配得出，大量热效率的损失是由于燃料在发动缸内燃烧、传热和膨胀做功等不可逆损失造成的，占燃料“火用”值(作功能力)的46.52％；而冷却水带走温度较低的30.57％的热量虽大，但其品位低，只占燃料“火用”值(作功能力)的3.54％(即从燃料“火用”值上分析，只损失了3.54％的燃料热效率)，其动力利用价值不高；较高温度排气带走热量的品质也较高，占燃料“火用”值的10.19％。以上仅以冷却介质与排气中携带热量品位的对比以及对两种热回收利用的角度分析，充分利用排气余能当然是有价值的、合理的。 

上例分析举出的数据和改善发动机能量转换效率的方向，在现有的认知和技术条件下无疑是正确的，但在冷却方式与发动机能量转换效率关系上的认知是不够深入的、欠缺的。这种认知上的偏颇，在理论上牢固地占领着指导地位。为此，对现有的冷却方式与热效率关系的认知及采用的技术手段重新研究和探讨如下： 

对发动装置的冷却与热效率关系认知的探讨 

上面用燃料热量和燃料“火用”值分配两种科学方法，得出的各项数据是勿容置疑的，在此基础上，进一步深入的探讨如下。 

同一台发动机上，只能允许一个有效功。 

前例所述的同一台柴油机中，以燃料热量分配和以燃料“火用”值分配得出的有效功(有效热效率)相同，但必须也必定相同，否则，在同一台发动机上就会有两个不同数值的有效功(有效热效率)，那么，究竟应该认可哪个数值的有效功(有效热效率)呢？即哪种分析方法才是科学的正确的呢？既然两种方法必定得出同一个数值的有效功(有效热效率)，则只有上述两种分析热效率的方法都是科学的正确的，而且必定有着内在的辨证的不可分割的相互关联。 

绝热条件下以燃料热量分配和以燃料“火用”值分配的有效热效率相同。