CN1109191C - 具有液体冷却***的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个由在至少一个汽缸体内串列设置的汽缸(12)构成的汽缸组并具有至少一个配属于各个汽缸组的液体冷却***的内燃机，其中的液体冷却***具有至少一个在汽缸体中构成的液体通道(10)，液体作为与汽缸(12)相邻的水套流经汽缸体并对其进行冷却，其中，液体通道(10)在设在汽缸盖和曲轴箱之间的汽缸体中，在曲轴箱侧被一个底(16)所界定。其中，液体通道(10)的底(16)是以曲面形式的结构。

Description

具有液体冷却***的内燃机
本发明涉及一种具有至少一个由在至少一个汽缸体内串列设置的汽缸构成的汽缸组并具有至少一个配属于各汽缸组的液体冷却***的内燃机，其中的液体冷却***具有至少一个在汽缸体中构成的液体通道，液体作为与汽缸相邻的水套流经汽缸体并对其进行冷却，其中，液体通道在设在汽缸盖和曲轴箱之间的汽缸体中，在曲轴箱侧被一个底所界定。
为了冷却内燃机的汽缸，通常是在汽缸体中构成一个以水箱形式的冷却水通道，水作为冷却介质流经该通道并且该通道以水套的形式包围汽缸。而其中，特别是在冷却水高速流动时产生在冷却水箱的底上出现的紊流问题。
US-PS 4455972描述了一种具有一个水箱的汽缸体，其中，一个沿流动方向伸展的分隔壁把水箱分隔成一个上部段和一个下部段。沿流动方向看，该分隔壁为倾斜伸展结构，使上部段逐渐变窄，而使下部段逐渐加宽。而这种安排是复杂的并通过附加的分隔壁导致紊流，该紊流妨碍通过冷却水对热能的排除。
EP 0671552 B1公开了一种用于往复活塞式内燃机的冷却***，其中，上部的、配属于汽缸的燃烧室的分通道***朝气汽缸盖是敞开的并且与汽缸盖中的冷却液室一起形成一个统一的、上部的通道***，其中，位于汽缸盖中的冷却液室被汽缸体中的分通道***通过多个在汽缸盖底板上分布的通口供以冷却液。而在此冷却***中，也产生通过特别是在汽缸盖底板上的通口处出现的附加紊流导致的重大缺点。
EP 0752524 A1公开了一种在汽缸体中用于冷却内燃机的汽缸的冷却水套，其中，垂直于冷却介质的流动方向的通流宽度朝终止汽缸体的曲轴箱，即自上而下呈阶梯状逐渐缩窄。而这些阶梯在水流中导致人们所不希望的紊流并相应地妨碍水流的冷却功能。
EP 0196635 A2描述了一种具有至少两个前后相继设置的汽缸的内燃机，其中，位于汽缸体壁和汽缸壁之间的冷却室的通流截面在相关的汽缸的一侧上是大于其对侧上的通流截面的。沿流动方向，从汽缸到汽缸，宽段和窄段相互交替。但这也有缺点，即在宽段和窄段之间的相应过渡部位上形成液流中的紊流，这些紊流相应地限制了通过冷却水对热能的有效排除。
DE 3247663 C1公开了一种用于内燃机的汽缸体，其中，汽缸体中的冷却水室包围相应的、设在汽缸体中的汽缸。冷却水室的下部是通过加入的、耐热的塑料部分地充填的。据此，虽然汽缸体可事后相应地适应涉及冷却情况的不同的要求，但这很费事并须会出很大的投资费用。此外，被充填了的冷却水室仅相当于一个在于建立汽缸体时业已相应缩小地建立了的冷却水室。特殊的、涉及特别是在冷却水高速流动时在冷却水室的底上出现的紊流的流体动力情况没被考虑。
DE 2417925 C2公开了一种液体冷却的多缸式内燃机，其中，与一个包围汽缸的水套分离地，设置有一个附加的冷却剂室，该冷却剂室沿流动方向横向逐渐缩窄并在下游处汇入水套，但是其中，特别是在汇入部位，通过汇合的液流的不同的流动速度和流动矢量造成紊流。而这些紊流动妨碍冷却介质排热。
DE-OS 2058094描述了一种液体冷却的、具有一个冷却水通道的多缸内燃机，其中，冷却水通道是铸到曲轴箱的一个冷却水室中的、是朝向汽缸盖敞开的并且其横截面自冷却水的进水位置起始逐渐缩小。该冷却装置也没有考虑特别是在冷却水高速流动时在冷却水室的底上出现紊流的问题。
DE 4140772 A1公开了一种用于冷却内燃机的汽缸体中的汽缸之间的隔板的冷却装置。这些隔板设在一起浇铸在内燃机的至少是汽缸体的范围内的汽缸之间并具有冷却通道。而恰恰是在液体流进和流出隔板的冷却通道时产生损害冷却剂的冷却功能的紊流。
因此，本发明的任务在于提供一种上述类型的内燃机，其中，克服了上述缺点并且冷却液的经过缸体中冷却通道的整个长度的、理想的层流被实现。
按照发明，解决以上任务的技术方案在于这种具有至少一个由在至少一个汽缸体内串列设置的汽缸构成的汽缸组并具有至少一个配属于各个汽缸组的液体冷却***的内燃机，其中的液体冷却***具有至少一个在汽缸体内构成的液体通道，液体作为与汽缸相邻的水套流经汽缸体并对其进行冷却，其中，液体通道在设在缸盖和曲轴箱之间的汽缸体中，在曲轴箱侧被一个底所界定，其特征在于，液体通道的底是如此设计的，即沿液体的流动方向，在液体通道中形成多个相继的、有下降部相应地位于其间的提高部。
为此，发明规定，液体通道的底是以曲面为表现形式的结构。
该结构的优点在于，通过液体通道的底的这种构形，在通过液流中的紊流对液体泵造成的损耗功率不高的情况下，提供可最佳地散发热能的、更高的层流。据此，有利地得出一个其重量较轻的并且其所需液体量较少的液体冷却***。
曲面的相宜构形在于，沿液体的流动方向，在液体通道中形成多个相继的、有下降部位于其间的提高部，其中，提高部和下降部最好周期性地顺序相接。
在内燃机运行期间的汽缸管变形可更好地得以控制，因为通过液体通道形成的水箱在汽缸的范围内具有较小的膨胀。
沿汽缸体中的液体通道的整个长度获得特别好的层流的措施在于，沿横截面看，曲面是一条可连续微分的曲线。
为了对液体通道中的液流进行极少出现紊流的导向，所采取的措施在于，沿横截面有，曲面是一条正弦曲线或一条余弦曲线。
为了在来自位于汽缸两侧的液体通道的液流汇合时，在很大程度地避免紊流的情况下达到更为均匀的流动，所采取的措施在于，底在液体通道的下游侧的、两侧的液体通道在其处重新汇合的端部，具有一个沿汽缸盖方向伸展一个预先确定的长度的提高部，该提高部使两侧通道的各液流在其合流之前转而向上朝汽缸盖流动。
在一个优选的实施形式中，液体通道在汽缸盖侧被一个盖封闭(封闭盖)或是敞开，其中，后一种变型有利地以所谓的“敞盖”结构实现与汽缸盖中的一个液体***的液体连通。
得到特别好的冷却和散热的措施在于，液体是水。
在从属的权利要求中以及从以下借助附图对本发明的说明中可知悉发明的其它的特征、优点和优选的实施形式。
附图示意地示出了形成一个位于并未详细示出的内燃机的汽缸12周围的液体通道10的水箱的一个优选的实施形式，冷却液，譬如冷却水沿箭头方向14流经该水箱。该冷却液围绕汽缸12流动并冷却汽缸，具体地说，冷却液从汽缸壁上带走热能。
水箱或者液体通道10在图中下部被底16界定。底16为曲面结构，其中，从横截面看，曲面作为一条正弦曲线沿流动方向14波状地伸展。而按照发明，任何一个其它的、具有周期地或非周期地顺序相继的峰和谷的曲线均是可能的。在该实施例中，沿流动方向看，在底16上，波峰18和波谷20交替地前后相继。据此，在底16的范围中，液体的流动遵循该正弦曲线。其中，通过在底上对液流的这种导向，在液体高速流动时也可在很大程度上避免紊流的形成。此外，这种强制的流动还改善了水箱中的液体的分布和混匀，据此，可用较少量的液体达到更好的冷却效果。
其中，底16的曲面譬如是如此构成的，即基本上在汽缸12处构成波峰18。通过围绕汽缸12的液体根据热能在汽缸壁的分布形成的环绕冲洗形状，这可更好地控制汽缸12的管子在内燃机运行期间的变形。
此外，有利的是，除了底16为波状结构之外，底16叠加了锥状伸展结构，使水箱或者液体通道10垂直于流动方向也即附图地逐渐缩窄。这还可提高流动速度，使沿流动方向远处于后方的汽缸12通过虽已变热的，但流速有所加快的液体同样地被冷却，其冷却效果与对前方的汽缸12的冷却效果一样。
在汽缸12的两侧流动的液流在水箱的下游侧的端部22处重新汇合并离开汽缸体，进入一条通往一个冷却器的反馈管道或流入位于上方的汽缸盖。为了避免在该汇合处出现紊流，按照发明，附加地设置有一个从底16朝汽缸盖伸展的提高部24。该提高部24的结构设计为，该提高部24使两侧的液流朝汽缸盖(在附图中是向上)偏转，据此，两个分流在提高部24的下游侧的端部26上没有特别的涡流地汇合。其中，提高部24朝汽缸盖(在图中向上)伸展一个预先确定的长度。在一个优选的实施形式中，提高部24的提高长度为水箱的整个长度，一直提高到汽缸体和汽缸盖之间的分界面处。
达到在提高部24的上端26处无涡流的或者无紊流的混匀的措施在于，通过使两侧的分流偏转，两侧的分流具有基本上一致的流动向量。此外，该提高部24还可使水有目标地被输至汽缸盖。

Claims (11)

1.具有至少一个由在至少一个汽缸体内串列设置的汽缸(12)构成的汽缸组并具有至少一个配属于各个汽缸组的液体冷却***的内燃机，其中的液体冷却***具有至少一个在汽缸体内构成的液体通道(10)，液体作为与汽缸(12)相邻的水套流经汽缸体并对其进行冷却，其中，液体通道(10)在设在缸盖和曲轴箱之间的汽缸体中，在曲轴箱侧被一个底(16)所界定，
其特征在于，液体通道(10)的底(16)是如此设计的，即沿液体的流动方向(14)，在液体通道(10)中形成多个相继的、有下降部(20)相应地位于其间的提高部(18)。
2.按权利要求1所述的内燃机，
其特征在于，提高部(18)和下降部(20)周期性地前后相继。
3.按照权利要求1或2所述的内燃机，
其特征在于，提高部(18)位于汽缸(12)的范围内。
4.按照权利要求1或2所述的内燃机，
其特征在于，从横截面看，平面(16)是一条可连续微分的曲线。
5.按照权利要求1或2所述的内燃机，
其特征在于，从横截面看，平面(16)是一条正弦曲线或一条余弦曲线。
6.按照权利要求1或2所述的内燃机，
其特征在于，液体通道(10)是在汽缸(12)的两侧构成的。
7.按照权利要求6所述的内燃机，
其特征在于，底(16)在液体通道(10)的下游侧的、两侧的液体通道重新汇合的端部，具有一个沿汽缸盖方向伸展一个预先确定的长度的提高部(24)，该提高部(24)使两侧通道的相关液流在其合流之前转而向上朝向汽缸盖流动。
8.按照权利要求7所述的内燃机，
其特征在于，提高部(24)伸展至汽缸体和汽缸盖之间的分隔面。
9.按照权利要求1或2所述的内燃机，
其特征在于，液体通道(10)是在汽缸盖侧被一个盖封闭的或敞开的。
10.按照权利要求1或2所述的内燃机，
其特征在于，液体是水。
11.按照权利要求1或2所述的内燃机，
其特征在于，液体通过(10)的底(16)呈锥形伸展，使液体通道沿垂直于流动方向地逐渐缩窄。
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