一种柴油机高效散热湿式气缸套及冷却方法

本发明涉及发动机冷却领域，尤其涉及到一种柴油机高效散热湿式气缸套及冷却方法。

背景技术：

1、柴油机在现代社会的生活和生产中扮演着非常重要的角色。它具有许多优点，包括热效率高、功率和转速范围宽以及良好的机动性能，因此在许多工业和生活领域得到广泛应用。

2、气缸套是柴油机中的关键部件之一，它安装在机体的气缸孔内，与气缸盖一起形成活塞的工作空间。气缸套的作用是确保活塞在其中进行稳定的往复直线运动，并通过连杆和曲轴的结构将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，从而输出有效功。因此，气缸套在柴油机的正常运行中起着至关重要的作用。

3、在柴油机的工作过程中，气缸套会吸收大量的热量，这是由于燃料的燃烧和活塞与气缸内壁的摩擦所导致的。如果不能有效地将热量传递出去，气缸套的温度会持续上升，可能引发活塞环烧结、气缸套快速磨损等不良后果，严重影响发动机的正常运行，并缩短发动机的寿命。因此，气缸套的良好冷却尤为重要。有效的冷却可以通过冷却系统中的冷却液循环实现。冷却液会通过冷却套流经气缸套表面，带走热量并将其散发到外部环境中。这样可以维持气缸套的适宜工作温度，保证活塞环的正常工作，并减少气缸套的磨损。

4、良好的冷却系统设计和维护能够确保气缸套得到适当的冷却，提高柴油机的稳定性和效率。因此，在柴油机的工作中，气缸套的冷却性能对于保障发动机的正常运行十分关键。

5、气缸套根据冷却方式的不同，可分为干式气缸套和湿式气缸套。干式气缸套不直接接触冷却液，而湿式气缸套的外表面直接与冷却液接触，通常使用水作为冷却介质。相比之下，湿式气缸套具有更好的冷却效果。然而，湿式气缸套的一个缺点是密封困难，冷却水容易从冷却腔泄漏，对发动机的正常工作产生不良影响。此外，目前使用的湿式气缸套外表面通常是光滑的圆筒状，散热面积较小，换热效率较低。因此，在柴油机高负荷工况下，湿式气缸套不能充分满足柴油机的散热需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种柴油机高效散热湿式气缸套及冷却方法，本发明能够满足发动机在更高负荷下的散热需求，保证发动机可以长时间地高效、可靠运行的。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种柴油机高效散热湿式气缸套，包括气缸套筒、支撑肩、永磁体、温差发电装置、电枢绕组、铁芯、芯柱和螺旋叶片；

4、所述气缸套筒的端部外圈设置有支撑肩，上侧和下侧的支撑肩上设置有永磁体和电刷；所述支撑肩内设置有滑道或者滚珠轴承；所述气缸套筒外圈环绕设置有温差发电装置，温差发电装置上的导线与电刷连接；所述温差发电装置外圈设置有铁芯；所述铁芯与电刷接触；所述铁芯两端与滑道或者滚动轴承配合；在外力作用下，铁芯能够绕气缸套筒旋转；所述铁芯外侧均布有芯柱；所述芯柱上缠绕有电枢绕组；所述芯柱上安装有螺旋叶片。

5、上述方案中，所述永磁体为弧形结构，有数个且均匀布置在支撑肩上。

6、上述方案中，所述永磁体的弧度为90°～110°。

7、上述方案中，所述电刷设置在芯柱上方位置且不与电枢绕组接触；所述电刷有数个且均匀布置。

8、上述方案中，所述温差发电装置由数片半导体温差发电片组成。

9、上述方案中，所述芯柱有三根，芯柱与气缸套筒轴向平行。

10、上述方案中，所述铁芯两端开设有环形凹槽，环形凹槽与滚柱轴承配合。

11、上述方案中，所述气缸套筒上还开设有上圆环带和下圆环带；所述上圆环带和下圆环带开设在支撑肩的外圈，其中，上圆环带开设在上侧的支撑肩上，下圆环带开设在下侧的支撑肩上。

12、上述方案中，所述上圆环带和下圆环带均设置有两道封水环槽。

13、柴油机高效散热湿式气缸套的冷却方法，发动机工作时，气缸内部产生大量的热，并将热量传导到气缸套筒上，气缸套筒内侧与外侧存在温差，由于西伯克效应，温差发电装置会产生电流并通过导线和电刷传递到电枢绕组上，在永磁体产生的磁场的作用下，电流通过电枢绕组的线圈产生安培力，当电枢绕组的线圈与磁场平行时，再继续旋转线圈受到的磁场方向将改变，由于电刷与铁芯接触使得线圈上的电流方向也在改变，因此产生的洛伦兹力方向不变，于是线圈持续收到相同方向的力的作用，铁芯绕气缸套筒转动，带动螺旋叶片转动，使得冷却腔中的冷却水受到扰动，提高冷却水和气缸套筒之间的对流换热效率。

14、本发明的有益效果：

15、1.本发明中在气缸套上设置有支撑肩和圆环带，使得气缸套可以很好地轴向和径向定位，并保持良好的水密封性。

16、2.本发明中通过在气缸套筒表面单独设置温差发电片，可以增大温差发电片和热源的接触面积，并且通过气缸套处温差发电片形成单独的电力回路供给，比起从外部接入电路，可以防止冷却水的泄露，有益于柴油机长时间高效稳定地工作。

17、3.本发明中螺旋叶片设置在铁芯外侧，可以增大气缸套和冷却水的接触面积，而且由于叶片旋转的扰流作用，破坏了冷却水的流动表面层，冷却水在流动过程中处于紊流状态。这样的设置可以提高冷却水和气缸套之间的对流换热效率，有利于将气缸套吸收的热量传递出去，满足柴油机在高负荷工作时的散热需求。

18、4.本发明中将永磁体以及电枢铁芯绕组组成的类直流电动机结构设置在气缸套外层，通过电流驱动电枢铁芯部分绕套筒快速转动可以形成回转效应使得气缸套整体在震动下保持稳定。

19、5.本发明中气缸套不仅和冷却水的换热效率高，而且结构合理，制造安装方便，工作状态稳定，因此可以提高柴油机的稳定性和可靠性，保证柴油机可以长时间安全高效运行。

20、6.本发明中电刷与电枢绕组不接触从而防止相互磨损，电刷一般有两个，是整个电路的一部分。

21、7.本发明中为了满足足够的磁场强度，并且在足够的旋转周期内做切割磁感线运动，永磁体的弧度为90°～110°。

技术特征：

1.一种柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，包括气缸套筒(1)、支撑肩(2)永磁体(5)、温差发电装置(6)、电枢绕组(10)、铁芯(11)、芯柱(12)和螺旋叶片(13)；

2.根据权利要求1所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述永磁体(5)为弧形结构，有数个且均匀布置在支撑肩(2)上。

3.根据权利要求2所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述永磁体(5)的弧度为90°～110°。

4.根据权利要求1所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述电刷(8)设置在芯柱(12)上方位置且不与电枢绕组(10)接触；所述电刷(8)有2个且均匀布置。

5.根据权利要求1所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述温差发电装置(6)由数片半导体温差发电片组成。

6.根据权利要求1所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述芯柱(12)有三根，芯柱(12)与气缸套筒(1)轴向平行。

7.根据权利要求1所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述铁芯(11)两端开设有环形凹槽，环形凹槽与滚柱轴承(9)配合。

8.根据权利要求1所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述气缸套筒(1)上还开设有上圆环带(3)和下圆环带(4)；所述上圆环带(3)和下圆环带(4)开设在支撑肩(2)的外圈，其中，上圆环带(3)开设在上侧的支撑肩(2)上，下圆环带(4)开设在下侧的支撑肩(2)上。

9.根据权利要求8所述的柴油机高效散热湿式气缸套，其特征在于，所述上圆环带(3)和下圆环带(4)均设置有两道封水环槽。

10.根据权利要求1-9任一项所述的柴油机高效散热湿式气缸套的冷却方法，其特征在于，发动机工作时，气缸内部产生大量的热，并将热量传导到气缸套筒(1)上，气缸套筒(1)内侧与外侧存在温差，由于西伯克效应，温差发电装置(6)会产生电流并通过导线(7)和电刷(8)传递到电枢绕组(10)上，在永磁体(5)产生的磁场的作用下，电流通过电枢绕组(10)的线圈产生安培力，当电枢绕组(10)的线圈与磁场平行时，再继续旋转线圈受到的磁场方向将改变；同时，由于电刷(8)与铁芯(11)接触使得线圈上的电流方向也在改变，因此产生的洛伦兹力方向不变，于是线圈持续收到相同方向的力的作用，铁芯(11)绕气缸套筒(1)转动，带动螺旋叶片(13)转动，使得冷却腔中的冷却水受到扰动，提高冷却水和气缸套筒(1)之间的对流换热效率。

技术总结
本发明公开了一种柴油机高效散热湿式气缸套及冷却方法，涉及发动机冷却领域，包括气缸套筒、温差发电装置、电枢绕组、铁芯和螺旋叶片。气缸套筒外圈环绕设置有温差发电装置，温差发电装置上的导线与电刷连接；温差发电装置外圈设置有铁芯；铁芯与电刷接触；铁芯两端与滑道或者滚动轴承配合；在外力作用下，铁芯能够绕气缸套筒旋转；铁芯外侧均布有芯柱；所述芯柱上缠绕有电枢绕组；芯柱上安装有螺旋叶片。本发明柴油机高效散热湿式气缸套可以通过温差发电装置产生电流，电刷向电枢绕组供电时，连接铁芯的线圈将受到力矩作用，整个电枢铁芯绕组将按一定方向转动，带动螺旋叶片旋转扰动冷却水，从而促进冷却水的循环散热作用。

技术研发人员：刘军恒,俆天威,嵇乾,魏明亮,谈秉乾,商潭苏
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16