CN118944350B - 一种高集成度、低能耗的发动机散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，属于发动机冷却散热领域，所述发电机转子包括连接于曲轴末端的内环、通过若干均布的连接片连接于内环的外环，所述内环、外环位于两平行的平面内，所述连接片一端连接于内环的外周面，并向外环呈弧形弯折，另一端连接于外环靠近内环的侧面，所述连接片相对于内环径向弧形弯折，弯折方向与曲轴旋转方向相同，发电机转子正对发电机罩盖内布置的散热管。发电机转子在运转过程中，可以通过连接片扰动空气，加速空气的流动，不仅可以给转子本身散热，还可以提高散热管的散热效率，给整个发动机散热。发动机系统不需要设置冷却风扇，简化了系统结构，减少了发动机体积。

Description

一种高集成度、低能耗的发动机散热系统

技术领域

本发明属于发动机冷却散热技术领域，具体是一种高集成度、低能耗的发动机散热系统。

背景技术

传统的发动机冷却系统由水泵、散热器、冷却风扇、补偿水箱、节温器、发动机机体、气缸盖水套等组成。当发动机启动后，水泵开始工作，驱动冷却液在发动机水道内循环流动，冷却液在流动过程中吸收发动机的热量，使发动机温度保持在适宜范围内。高温的冷却液流入散热器后，热量通过散热器芯传递给空气，使空气被加热后排出车外，从而降低冷却液温度，同时，冷却风扇的运转可以加速空气的流动，提高散热器的散热效率。冷却风扇通常由发动机通过曲轴和皮带驱动，这意味着风扇的运转会占用发动机的一部分功率，在一定程度上影响了发动机的输出性能，同时风扇也需要占用发动机的内部空间，会增大发动机的体积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提供一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，包括曲轴箱，曲轴箱内设有曲轴，曲轴末端连接发电机转子，曲轴箱上设置有与发电机转子对应的发电机定子，曲轴箱靠近发电机转子一端设有发电机罩盖，发电机罩盖内布置有散热管，发电机转子正对散热管；

所述发电机转子包括连接于曲轴末端的内环、通过若干均布的连接片连接于内环的外环，所述内环、外环位于两平行的平面内，所述连接片一端连接于内环的外周面，并向外环呈弧形弯折，另一端连接于外环靠近内环的侧面，所述连接片相对于内环径向弧形弯折，弯折方向与曲轴旋转方向相同。

作为本发明进一步的方案：所述外环外周面设有安装筒，安装筒内壁固定有永磁铁。

作为本发明进一步的方案：所述内环一侧通过法兰连接于曲轴末端，法兰安装于连接片内凹的一侧。

作为本发明进一步的方案：所述法兰包括端盘，端盘一侧连接于内环，另一侧设有坎肩，坎肩另一侧设有塞柱，坎肩表面设有键槽；

所述曲轴端面开设有供塞柱、坎肩容纳的阶梯孔，阶梯孔内壁设有与键槽对应配合的键。

作为本发明进一步的方案：所述曲轴上安装有两根对置的连杆，连杆末端设有活塞装配于燃烧室内，燃烧室外套装水套；

所述曲轴箱远离发电机转子的一端设有第一连接管，第一连接管分别连接于两侧水套，第一连接管还连接于出液泵，出液泵连接于散热管，散热管连通于发电机罩盖，水套也连通于发电机罩盖。

作为本发明进一步的方案：所述水套内部设有水浴腔，水浴腔内容置燃烧室，所述水套一端与气门室底板密封配合，另一端设置有支撑板，支撑板设有与水浴腔连通的第一中央过孔；

所述水套的侧壁设有位于相对侧的进气管通道和排气管通道，所述水套的侧壁还设有两进液通道，两进液通道布置于排气管通道两侧，所述水套的侧壁还安装有出液通道，出液通道位于进气管通道旁；

进气管通道、排气管通道、进液通道、出液通道分别连通水浴腔。

作为本发明进一步的方案：所述进液通道位于水浴腔一端设喷射口，两进液通道的喷射口分别朝向排气管。

作为本发明进一步的方案：所述支撑板包括支撑板底板、支撑板内立板和支撑板外立板，支撑板内立板一侧与燃烧室外壁密封抵接，另一侧与水套内壁抵接，支撑板底板凸出于支撑板内立板形成端面密封。

作为本发明进一步的方案：所述燃烧室端面焊接于支撑板底板。

作为本发明进一步的方案：所述发电机罩盖设有水道，水道连通发电机罩盖出液通道，水道上还设有连接散热管的水道口，发电机罩盖侧壁还设有卡槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.发电机转子在运转过程中，可以通过连接片扰动空气，加速空气的流动，不仅可以给转子本身散热，还可以提高散热管的散热效率，给整个发动机散热。发动机系统不需要设置冷却风扇，简化了系统结构，减少了发动机体积。

2.发动机的曲轴带动发电机转子，发电机转子转动过程中扰动空气，给发电机及发动机的散热管进行散热冷却，而经散热管冷却后的冷却水进入水套给燃烧室提供水浴式冷却，吸热后的水再次被泵进散热管，整个散热系统采用定点循环热源集中冷却方式，减少能源的浪费和损失，提高整体能源利用效率。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例中的结构示意图；

图2为本发明实施例的发电机转子的结构示意图；

图3为本发明实施例的法兰的结构示意图；

图4为本发明实施例的水套装配燃烧室的结构示意图；

图5为本发明实施例的支撑板的结构示意图；

图6为本发明实施例的散热管、发电机罩盖的装配示意图；

图7为发动机转速与功率关系图；

图8为本发明的冷却水流动速度场仿真结果图；

图9为现有铸造水套的冷却水流动速度场仿真结果图。

图中：1-水套；11-进液通道；12-排气管通道；13-出液通道；14-进气管通道；15-燃烧室；16-火花塞安装导管；17-进气管；18-排气管；19-水浴腔；110-支撑板；1101-支撑板底板；1102-支撑板内立板；1103-支撑板外立板；111-气门室底板；2-发电机定子；3-曲轴；4-发电机转子；41-外环；42-内环；43-连接片；44-法兰；441-端盘；442-坎肩；443-键槽；444-塞柱；45-安装筒；46-永磁铁；5-散热管；51-散热管进液口；52-散热管出液口；6-发电机罩盖；61-发电机罩盖出液通道；62-水道；7-出液泵；71-出液泵进液通道；72-出液泵出液通道；8-第一连接管；81-第一连接管进液口；82-第一连接管出液口；9-第二连接管；10-曲轴箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本实施例提供一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，包括曲轴箱10，曲轴箱10内设有曲轴3，曲轴3的末端连接发电机转子4，曲轴箱10上设置有与发电机转子4对应的发电机定子2，曲轴箱10靠近发电机转子4的一端设有发电机罩盖6，发电机罩盖6内布置有散热管5，发电机转子4正对散热管5。

请参阅图2所示，所述发电机转子4包括连接于曲轴3末端的内环42、通过若干均匀布设的连接片43连接于内环42的外环41，所述内环42、外环41位于两平行的平面内。所述连接片43一端连接于内环42的外周面，并向外环41呈弧形弯折，另一端连接于外环41靠近内环42的侧面，所述连接片43在另外一个方向上相对于内环42径向弧形弯折，弯折方向与曲轴3的旋转方向相同。

在外环41与内环42之间环形均布若干所述连接片43，发电机转子4在运转过程中，可以通过上述结构的连接片43扰动周围空气，加速空气的流动，不仅可以给发电机转子4本身散热，还可以提高散热管5的散热效率。不需要设置冷却风扇给散热管5散热，无需额外驱动动力，极大地提高了空间利用率，省去复杂庞大的外循环系统，简化了系统结构，提高冷却效率，降低能量损耗，同时降低了成本。

根据计算式，其中为热量，对于一款发动机，A， ，都是定值，因此热量与功率成正比，转速越高则发动机的功率越高，如图7所示。本方案利用发电机转子4自身的旋转，而发电机转子4的转速反映了发电机的转速，发电机的转速与发动机转速一致，发电机转速高时，风速也高，反之发电机转速低时，风速则低，能够实现自我调节，发动机功率与热值上升时，风速也会越快，控制温升，发动机功率与热值下降时，风速也会下降，减少不必要的能量损耗，进一步节能降耗，降低成本。

进一步地，连接片43的片数在3-10之间。

在一些实施例中，所述外环41外周面设有安装筒45，安装筒45内壁用于固定永磁铁46。

在一些实施例中，所述内环42一侧通过法兰44连接于曲轴3末端，法兰44安装于连接片43内凹的一侧，便于连接片43在发电机转子4旋转过程中，扰动空气吹向散热管5，给冷却液降温。

在一些实施例中，请参阅图3所示，所述法兰44包括端盘441，端盘441一侧连接于内环42，另一侧设有坎肩442，坎肩442另一侧设有塞柱444，坎肩442表面设有键槽443。所述曲轴3的端面开设有供塞柱444、坎肩442容纳的阶梯孔，阶梯孔内壁设有与键槽443对应配合的键。

将塞柱444、坎肩442置于曲轴3端面的阶梯孔内，并使阶梯孔内壁的键从键槽443伸出，曲轴3端面抵于端盘441，使法兰44能稳定地随曲轴3同步转动，从而将连接于端盘441的发电机转子4同步转动。

在一些实施例中，所述曲轴3上安装有两根对置的连杆，连杆末端设有活塞装配于燃烧室15内，燃烧室15外套装水套1。所述曲轴箱10远离发电机转子4的一端设有第一连接管8，第一连接8呈U形，两端弯折分别形成第一连接管进液口81，两端的第一连接管进液口81分别连接于两侧水套1，第一连接管8中部还设有第一连接管出液口82，第一连接管出液口82通过第二连接管9连接于出液泵7的出液泵进液通道71，出液泵7的出液泵出液通道72连接于散热管5的散热管进液口51，散热管5的散热管出液口52连通于发电机罩盖6，水套1也通过发电机罩盖出液通道61连通于发电机罩盖6。

出液泵7将冷却液经出液泵出液通道72泵出，冷却液自散热管进液口51进入散热管5后，自散热管出液口52进入发电机罩盖6中，然后经发电机罩盖出液通道61进入水套1，继而通过第一连接管进液口81汇聚到第一连接管8中，而后经过第一连接管出液口82进入第二连接管9，自出液泵进液通道71到达出液泵7，形成冷却液闭环循环，不断地给发动机冷却散热。发动机的曲轴3带动发电机转子4，发电机转子4转动过程中扰动空气，给发电机及发动机的散热管5散热冷却，而经散热管5冷却后的冷却水进入水套1给燃烧室15提供水浴式冷却，吸热后的水再次被泵进散热管5，整个散热系统采用定点循环热源集中冷却方式，减少能源的浪费和损失，提高整体能源利用效率。

在一些实施例中，请参阅图4所示，所述水套1内部设有水浴腔19，水浴腔19内容置燃烧室15，所述水套1一端与气门室底板111密封配合，另一端设置有支撑板110，支撑板110设有与水浴腔19连通的第一中央过孔。所述水套1的侧壁设有位于相对侧的进气管通道14和排气管通道12，所述水套1的侧壁还安装有两进液通道11，两进液通道11对称布置于排气管通道12的两侧，所述水套1的侧壁还安装有出液通道13，出液通道13位于进气管通道14旁。进气管通道14、排气管通道12、进液通道11、出液通道13分别连通水浴腔19。

燃烧室15装配于水浴腔19内时，燃烧室15的进气管17自进气管通道14伸出水套，燃烧室15的排气管18自排气管通道12伸出水套，燃烧室15的火花塞安装导管16穿过气门室底板111伸出水套。所述进液通道11位于水浴腔19内的一端设喷射口，两进液通道11的喷射口分别朝向排气管18。

水套1对燃烧室15的缸体、缸盖和排气管18区域形成全包围，进行液浴式冷却，对燃烧室15排气侧热点进行喷射式冷却，提高排气侧高温区域的冷却效果，并在燃烧室15周围形成强紊流，冷却一致性好，没有局部热点，大幅降低爆震风险。本发明的水套的内冷却水流动速度场仿真结果图参阅图8，图9示出了现有铸造水套的冷却水流动速度场仿真结果图，可知相较于现有铸造水套本方案排气侧热点区域流速快，其他区域流速均匀。

在一些实施例中，请参阅图5所示，所述支撑板110包括支撑板底板1101、支撑板内立板1102和支撑板外立板1103，支撑板内立板1102的内壁面与燃烧室15的外壁密封抵接，支撑板外立板1103的外壁面与水套1的内壁密封抵接，支撑板底板1101凸出于支撑板内立板1102，凸出处与燃烧室15的端面焊接，形成端面密封。

在一些实施例中，请参阅图6所示，所述发电机罩盖6设有水道62，水道62连通发电机罩盖出液通道61，鉴于两个水套1各设置有两进液通道11，则发电机罩盖6设有四根发电机罩盖出液通道61，水道62可以沿着发电机罩盖6内侧壁设置，并且使四根发电机罩盖出液通道61均与水道62连通。水道62上还设有连接散热管出液口52的水道口，发电机罩盖6侧壁还设有卡槽，散热管5靠近散热管进液口51的一端卡装在卡槽内，并使散热管进液口51位于发电机罩盖6外，便于连接于出液泵出液通道72。散热管5嵌装于发电机罩盖6内，发电机罩盖6端面设有散热孔，散热管5内的冷却水经水道62分流到各发电机罩盖出液通道61进入水套1。

在一些实施例中，所述水套1集成于气门室底板111。

需要说明的是，实施例中需要密封的地方也可以采用胶粘密封，防止冷却水渗漏。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，其特征在于，包括曲轴箱，曲轴箱内设有曲轴，曲轴末端连接发电机转子，曲轴箱上设置有与发电机转子对应的发电机定子，曲轴箱靠近发电机转子一端设有发电机罩盖，发电机罩盖内布置有散热管，发电机转子正对散热管；

所述发电机转子包括连接于曲轴末端的内环、通过若干均布的连接片连接于内环的外环，所述内环、外环位于两平行的平面内，所述连接片一端连接于内环的外周面，并向外环呈弧形弯折，另一端连接于外环靠近内环的侧面，所述连接片相对于内环径向弧形弯折，弯折方向与曲轴旋转方向相同；

所述外环外周面设有安装筒，安装筒内壁固定有永磁铁；

所述曲轴上安装有两根对置的连杆，连杆末端设有活塞装配于燃烧室内，燃烧室外套装水套；

所述曲轴箱远离发电机转子的一端设有第一连接管，第一连接管分别连接于两侧水套，第一连接管还连接于出液泵，出液泵连接于散热管，散热管连通于发电机罩盖，水套也连通于发电机罩盖；

所述水套内部设有水浴腔，水浴腔内容置燃烧室，所述水套一端与气门室底板密封配合，另一端设置有支撑板，支撑板设有与水浴腔连通的第一中央过孔；

所述水套的侧壁设有位于相对侧的进气管通道和排气管通道，所述水套的侧壁还设有两进液通道，两进液通道布置于排气管通道两侧，所述水套的侧壁还安装有出液通道，出液通道位于进气管通道旁；

进气管通道、排气管通道、进液通道、出液通道分别连通水浴腔；

所述进液通道位于水浴腔一端设喷射口，两进液通道的喷射口分别朝向排气管。

2.根据权利要求1所述的一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，其特征在于，所述内环一侧通过法兰连接于曲轴末端，法兰安装于连接片内凹的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，其特征在于，所述法兰包括端盘，端盘一侧连接于内环，另一侧设有坎肩，坎肩另一侧设有塞柱，坎肩表面设有键槽；

所述曲轴端面开设有供塞柱、坎肩容纳的阶梯孔，阶梯孔内壁设有与键槽对应配合的键。

4.根据权利要求1所述的一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，其特征在于，所述支撑板包括支撑板底板、支撑板内立板和支撑板外立板，支撑板内立板一侧与燃烧室外壁密封抵接，另一侧与水套内壁抵接，支撑板底板凸出于支撑板内立板形成端面密封。

5.根据权利要求4所述的一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，其特征在于，所述燃烧室端面焊接于支撑板底板。

6.根据权利要求1所述的一种高集成度、低能耗的发动机散热系统，其特征在于，所述发电机罩盖设有水道，水道连通发电机罩盖出液通道，水道上还设有连接散热管的水道口，发电机罩盖侧壁还设有卡槽。