[其他]冷却内燃机的方法及其装置

说明书

本发明与冷却内燃机的方法及实现这一方法的装置有关。

液体循环冷却系统：

目前在世界上运行的绝大多数各类变容式内燃机均使用冷却液来冷却，这些冷却滚以水为主，并由泵驱动使其在一封闭的回路中流动，回路中包括有环绕燃烧室的冷却套及热交换器（辐射器）。一些发动机，特别是小功率发动机及一些航空发动机是用空气冷却的。但风冷方法难以适用于大型固定式及地面车辆发动机，因为它不能在变化的环境、负荷条件下保持适当的稳定温度，而这温度却是发动机的长久寿命和良好运转性能所需要的。

事实上，所有的液冷式发动机都用水或含有抗凝剂的水溶液做冷却剂，例如使用乙二醇的水溶液。水做冷却剂有许多优点，例如：水作为自然资源大量地存在于世界上的大部分地区;它不会着火;并有很好的传热性。它的有利之处远胜过它能引起腐蚀和杂质沉集的不利之处。上述不利之处能在任何情况下用添加抗凝剂的方法来克服。大约在过去的二十年中，特别是在近几年中，为了减小排热率，并提高发动机效率，发动机冷却系的工作温度有了一些提高，这是通过增加冷却系的压力及使用高温热动开关来实现的。较高的冷却剂温度能提高效率，其原因是：它不仅能使热循环中有更多的热功率输出和较少的废热排出，而且能保持燃烧室的壁温较高，使熄火现象减少。另一方面，冷却系中的温度和压力较高也引起了一些维护方面的问题，例如管道和接头的渗漏及失效。同时也引起了一些运行方面的问题，诸如：使发动机过热的严重趋势;发动机爆震;不希望的油温过高和氮氧化物（NO_x）的排放增加。

尽管液体循环冷却有公认的效用，但它也有一些公认的不足。它必须提供足够大的冷却剂容积及足以应付系统所可能会遇到的最大热负荷的热交换器，否则发动机就会时时过热，并可能被严重地损坏。这就增加了系统的重量和费用。冷却剂从冷却套的上部开始循环，经热交换器，返回冷却套的下部。这会引起温度沿气缸壁的急剧变化，至使气缸直径由顶到底有所不同，活塞环将不得不膨胀和收缩，引起环与环座的磨损。气缸壁下部的温度经常低于那里水蒸汽的露点温度，水蒸汽凝结后若混入发动机润滑油，会使油污染，并形成酸和沉渣。

在关于高温液体冷却剂的早期实验的技术文献中有一些报告。这些液体，例如乙二醇和苯胺，用于被泵驱动的液流系统。（参见Gibson.A.H.所著“航空发动机的效率”，Tiansactions    of    tha    Royal    Aeionautical    Societn.NO.3，1920）〔皇家航空协会会刊，1920年第3期〕;Fiank，G.W.的“高温液体冷却”，SAE    Journal，VOL.2S.Octolei.1929.PP.329-340〔汽车工程学会学报，第25卷，1929年10月，第329页到340页〕;和Wood.H.“液体冷却航空发动机”，SAE    Journal.VOL.39，July，1936，PP.267-287）。这些报告中论述的一些问题有：缸盖运行温度超高理想值的情况;变形;局部过热点;冷却剂的渗漏。

Young于1948年在“高温冷却系统”一文中（详见后面介绍的刊物第635页）讨论了将汽车发动机的冷却剂温度从当时技术状态下的60°至82°再提高一些的问题。他谨慎地提出：未经压缩的乙二醇能被用作冷却剂，它能在高于水的沸点的温度下工作，但他随后又说到（635页）：散热量会减少，而且在一般的发动机中可能出现过热点。Young最后提出在加压的液体系统中使用含有抗凝剂的水溶液作冷却剂。目前这方面的技术状态与Young的建议是一致的。

Bailey在英国专利No.480，461（1938）中提出了一个用于航空发动机的加压水循环冷却系统，该系统增加了一个用于收集在反常高负荷下生成的蒸汽的冷凝器，以使蒸汽凝结，并贮存凝结物。在发动机未停车并冷却下来之前，一个阀门系统阻止凝结物返回。蒸汽被从冷却套中带出，并混到泵过的液流中，然后用一个“顶箱”将蒸汽与液体分离开。因从冷却套带出的蒸汽量与冷却液流的速率有关，所以如果产生蒸汽的比率较大，而冷却液流率不足，那么在冷却套的主要部位中，特别是在燃烧和排气区域附近的冷却套中，就要充满蒸汽。