利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统、散热器、内燃机的气缸和内燃机的制作方法

本实用新型涉及一种利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统、散热器、内燃机的气缸和内燃机。

背景技术：

内燃机(engine)是一种能量转换装置，是车辆、轮船等运输工具的动力来源。由于内燃机在工作时会产生大量热量，如果内燃机工作温度过高，将会导致内燃机零部件高温膨胀而影响正常的配合间隙，造成运动部件运动受阻，甚至卡死等严重后果。因此，为了防止内燃机工作温度过高。需要为内燃机配置冷却系统，使内燃机的工作温度保持在合适的范围之内。

内燃机启动工作时，此时内燃机的节温器的阀门处于关闭状态，供液泵将冷却液供入气缸的冷却通道，冷却液在供液泵与冷却通道之间循环，吸收内燃机工作产生的少量热量，目的是防止内燃机温度过低而启动困难；当内燃机正常工作后，冷却液温度超过预设温度，此时节温器的阀门开启，冷却液在气缸的冷却通道内吸收热量后进入散热器中管带式换热器的冷却管，散热器中风扇产生的空气与冷却管中吸热后的冷却液进行换热，热量最终散失到外界环境中，实现对内燃机的冷却。但是，当内燃机在极端工况下的工作，内燃机工作温度高于一定值时，节温器的阀门完全开启，对内燃机的冷却强度达到最大，经散热器散热后的冷却液的温度依然很高，无法达到预期的内燃机冷却效果。因此，如何进一步提高内燃机的冷却强度，促使内燃机内产生的热量快速排出，防止内燃机工作温度过高是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的以上技术缺陷和技术弊端，本实用新型实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统、散热器、内燃机的气缸和内燃机。

作为本实用新型实施例的一个方面，涉及一种利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统，包括：散热器的管带式换热器和气缸的冷却通道；

所述管带式换热器的冷却管内壁和/或所述气缸冷却通道内壁设置有记忆合金贴片；

记忆合金贴片包括基底和所述基底上的至少一个扰动肋片；所述扰动肋片在预设温度范围内可发生相应变形，改变所述扰动肋片与所述基底之间的夹角。

在一个实施例中，所述至少一个扰动肋片与所述基底之间的夹角的开口方向与所述冷却管和气缸冷却通道内的冷却液的流动方向相反。

在一个实施例中，所述至少一个扰动肋片与所述基底之间的夹角最小值为0°，所述至少一个扰动肋片与所述基底之间的夹角最大值的范围为30°～45°。

在一个实施例中，所述至少一个扰动肋片与所述基底一体成形。

在一个实施例中，所述的利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统，还包括：节温器；

所述节温器的阀门开启程度随流经节温器的冷却液的温度升高而增大，所述预设温度范围的温度最小值大于等于使所述节温器的阀门开启程度最小时的冷却液的温度。

在一个实施例中，所述散热器包括管带式换热器和风扇；

所述管带式换热器包括冷却管和散热带，所述记忆合金贴片附着在冷却管内壁；所述记忆合金贴片的基底的截面形状为矩形。

在一个实施例中，所述气缸包括气缸套、气缸主体以及在气缸套和气缸主体之间形成的冷却通道；

所述记忆合金贴片附着在所述冷却通道内壁，所述记忆合金贴片的截面形状为弧形。

作为本实用新型实施例的一个方面，涉及一种散热器，包括管带式换热器；

所述管带式换热器的冷却管内壁设置有记忆合金贴片；

所述记忆合金贴片包括基底和所述基底上的至少一个扰动肋片；所述扰动肋片在预设温度范围内可发生相应变形，改变所述扰动肋片与所述基底之间的夹角。

作为本实用新型实施例的一个方面，涉及一种内燃机的气缸，包括：冷却通道；

所述冷却通道内壁设置有记忆合金贴片；

所述记忆合金贴片包括基底和所述基底上的至少一个扰动肋片；所述扰动肋片在预设温度范围内可发生相应变形，改变所述扰动肋片与所述基底之间的夹角。

作为本实用新型实施例的一个方面，涉及一种内燃机，包括上述的利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统。

本实用新型实施例至少实现了如下技术效果：

本实用新型实施例一种利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统、散热器、内燃机的气缸和内燃机，该内燃机的冷却系统，在管带式换热器的冷却管内壁设置有记忆合金贴片，在冷却通道内壁设置有记忆合金贴片。在未达到预设温度范围时，记忆合金贴片处于初始状态，不会对流经管带式换热器的冷却管和气缸的冷却通道内的冷却液的流动时的压力产生影响，避免了能量损失；当温度达到预设温度范围时，扰动肋片根据冷却液的温度自适应地发生变形：随着冷却液的温度逐渐升高，扰动肋片与基底之间的夹角逐渐增大，对流经冷却管和冷却通道内的冷却液的扰动程度逐渐增大，从而使得冷却通道内冷却液与内燃机之间以及冷却管内冷却液与外部冷却空气之间的换热系数逐渐增大，散热效率增大；当冷却液温度逐渐减低时，扰动肋片形状逐渐恢复，扰动肋片与基底之间的夹角逐渐减小，对冷却液的扰动程度不断减小，从而降低因扰动造成的冷却液流动时压力损失，减少不必要的能量损失。扰动肋片与基底之间的夹角随温度而调整，使得内燃机的冷却系统的散热能力随温度自适应地变化，从而合理调节对内燃机的冷却强度。一方面，使内燃机在工作温度较高时产生的热量快速排出，提升了对内燃机的散热效果；另一方面，使得内燃机的冷却系统的散热能力随温度自适应地变化，尽可能地降低了由于强化散热带来的附加能量损失，避免了不必要的能量浪费。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的内燃机的冷却系统的结构及工作原理示意图；

图2a为本实用新型实施例提供的管带式换热器的立体结构示意图；

图2b为本实用新型实施例提供的管带式换热器的结构正视示意图；

图2c为本实用新型实施例提供的管带式换热器的结构俯视示意图；

图3a为本实用新型实施例提供的管带式换热器的冷却管剖面结构示意图；

图3b为图3a的冷却管的a部局部结构放大示意图；

图4a为本实用新型实施例提供的记忆合金贴片的结构示意图；

图4b为图4a所示的记忆合金贴片的a-a方向剖视结构示意图；

图4c为图4a所示的记忆合金贴片的结构俯视示意图；

图5a为本实用新型实施例提供的气缸的剖视结构示意图；

图5b为图5a的气缸的b部局部结构放大示意图；

图6a为本实用新型实施例提供的另一记忆合金贴片的结构示意图；

图6b为图6a所示的记忆合金贴片的a-a方向剖视结构示意图；

图6c为图6a所示的记忆合金贴片的结构俯视示意图；

图7为本实用新型实施例提供的记忆合金贴片和记忆合金贴片与冷却液流向及温度变化关系示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例一：

本实用新型实施例一提供一种利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统，参照图1-图7所示，该内燃机的冷却系统包括：散热器1、气缸2、节温器3和供液泵4；其中，散热器1包括管带式换热器11，气缸2包括冷却通道21；

所述管带式换热器11的冷却管111内壁和/或所述冷却通道21内壁设置有记忆合金贴片101；

记忆合金贴片101包括基底1011和所述基底上的至少一个扰动肋片1012；所述扰动肋片1012在预设温度范围内可发生相应变形，改变所述扰动肋片1012与所述基底1011之间的夹角。

本实用新型实施例一种利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统，该内燃机的冷却系统，在管带式换热器的冷却管内壁设置有记忆合金贴片，在冷却通道内壁设置有记忆合金贴片。在未达到预设温度范围时，记忆合金贴片处于初始状态，不会对流经管带式换热器的冷却管和气缸的冷却通道内的冷却液的流动时的压降产生影响，避免了能量损失；当温度达到预设温度范围时，扰动肋片根据冷却液的温度自适应地发生变形：随着冷却液的温度逐渐升高，扰动肋片与基底之间的夹角逐渐增大，对流经冷却管和冷却通道内的冷却液的扰动程度逐渐增大，从而使得冷却通道内冷却液与内燃机之间以及冷却管内冷却液与外部冷却空气之间的换热系数逐渐增大，散热效率增大；当冷却液温度逐渐减低时，扰动肋片形状逐渐恢复，扰动肋片与基底之间的夹角逐渐减小，对冷却液的扰动程度不断减小，从而降低因扰动造成的冷却液流动时压力损失，减少不必要的能量损失。扰动肋片与基底之间的夹角随温度而调整，使得内燃机的冷却系统的散热能力随温度自适应地变化，从而合理调节对内燃机的冷却强度。一方面，使内燃机在工作温度较高时产生的热量快速排出，提升了对内燃机的散热效果；另一方面，使得内燃机的冷却系统的散热能力随温度自适应地变化，尽可能地降低了由于强化散热带来的附加能量损失，避免了不必要的能量浪费。

在对内燃机进行散热时，如何实现强化传热是传热控制中的重要问题，本实用新型的发明人在试验中发现，由于内燃机的冷却系统的散热过程属于无相变的对流传热，利用记忆合金制备的记忆合金贴片，通过增大记忆合金贴片的扰动肋片与所述基底之间的夹角，能够有效的增加冷却液的扰动，切断热边界层的发展，减薄热边界层的厚度，进而增大传热系数，实现强化传热目的。因此，本实用新型实施例提出一种利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统，通过在内燃机的冷却系统的散热器中的管带式换热器的冷却管内壁设置有记忆合金贴片，在气缸的冷却通道内壁设置有记忆合金贴片，能够有效的强化对内燃机的散热能力，提升内燃机在高温工况下的工作性能。

在一个具体实施例中，散热器是内燃机的冷却系统的重要组成部分，散热器由管带式换热器、风扇、上水室、下水室等组成。其中，管带式换热器是散热器的核心部分，起主要的散热作用。参照图1和图2a至图2c所示，内燃机的冷却系统的散热器1包括管带式换热器11和风扇12，其中管带式换热器11包括冷却管111和散热带112，其中，散热带112可以采用百叶窗结构。参照图3a和图3b所示，管带式换热器11的冷却管111内壁附着有记忆合金贴片101。参照图6a至图6c所示，记忆合金贴片的截面形状为矩形，因此，可以设置在冷却管内壁。本实用新型实施例中，记忆合金贴片101与冷却管111的连接方式包括但不限于粘接、焊接等固定连接方式，只要能够实现将记忆合金贴片附着在冷却管111内壁即可，本实用新型实施例中，对此可以不作具体限定。

在一个具体实施例中，参照图5a和图5b所示，内燃机的气缸2包括气缸套22、气缸主体23以及在气缸套22和气缸主体23之间形成的冷却通道21，所述冷却通道21内壁附着有记忆合金贴片101。参照图6a至图6c所示，记忆合金贴片基底的截面形状为弧形，因此，可以设置在内燃机气缸的冷却管道内壁。本实用新型实施例中，记忆合金贴片101与冷却通道21的连接方式包括但不限于粘接、焊接等固定连接方式，只要能够实现将记忆合金贴片附着在冷却通道21内壁即可，本实用新型实施例中，对此可以不作具体限定。

在一个实施例中，参照图7所示，记忆合金贴片101的至少一个扰动肋片1012与基底1011之间的夹角的开口方向与所述冷却管和冷却通道内的冷却液的流动方向相反。扰动肋片与基底之间的夹角的开口方向与冷却管和冷却通道内的冷却液的流动方向相反，可以使得扰动肋片对流经冷却管和冷却通道内的冷却液的扰动效果更好，提高冷却液的换热效率。并且由图7可以看出，扰动肋片1012与所述基底1011之间的夹角随温度变化，可以是，扰动肋片与基底之间的夹角随着温度的升高而增大。

在一个具体实施例中，所述至少一个扰动肋片与所述基底之间的夹角最小值为0°，所述至少一个扰动肋片与所述基底之间的夹角最大值的范围为30°～45°。本实用新型实施例中，扰动肋片与基底之间的夹角最大值可以在30°～45°之间，因为如果夹角过小，当冷却液的温度升高过快时，扰动肋片对冷却液的扰动程度太小，冷却液的换热效率太低，依然不满足内燃机的散热需求，如果夹角过大，扰动肋片对冷却液的扰动程度增强，但是同时会造成冷却液流动时的压力损失增大，造成不必要的能量损失。本实用新型的发明人通过实验得出，夹角的最大值在30°～45°之间时，既能避免过大的能量损失，又可以使得扰动肋片对冷却液的扰动程度满足换热需求，保证对内燃机的散热效果。

在一个实施例中，参照图4a至图4c和图6a至图6c所示，本实用新型实施例中，记忆合金贴片的至少一个扰动肋片1012在基底1011上均匀分布。本实用新型实施例中记忆合金贴片的扰动肋片的数目、排列方式可以根据实际需求进行选择，在此，不做具体限定。

在一个实施例中，参照图4a至图4c和图6a至图6c所示，记忆合金贴片的扰动肋片1012的横截面为矩形，采用横截面为矩形的扰动肋片，既能避免过大的能量损失，又可以使得扰动肋片对冷却液的扰动程度满足换热需求，保证对内燃机的散热效果。当然扰动肋片的横截面也可以是菱形、椭圆形、圆形或三角形，对于扰动肋片的横截面的形状，可以根据实际需求进行选择，本实用新型实施例中不做具体限定。

在一个具体实施例中，记忆合金贴片均由记忆合金制备而成，参照图4a至图4c和图6a至图6c所示，记忆合金贴片的至少一个扰动肋片1012与基底1011一体成形。本实用新型实施例中，通过扰动肋片与基底一体成形的方式得到的记忆合金贴片可以更方便的进行记忆训练，使记忆合金贴片的扰动肋片随温度变化而灵敏发生变形。

本实用新型制备记忆合金贴片的记忆合金可以采用低温形状记忆合金，包括cu基记忆合金和ni基记忆合金，比如cu—zn—al、cu—ni—al等。本实用新型实施例中对记忆合金贴片进行记忆训练，从而使得记忆合金贴片上的扰动肋片可以实现本实用新型所要求的变形。对记忆合金贴片的训练可以采用应力施加、热处理等训练方法，具体的执行训练方法可以采用现有技术中的方式，本实用新型实施例中，不再赘述。

本实用新型实施例中，对内燃机进行冷却时，冷却液在冷却通道中流动时，冷却液吸收内燃机工作产生的热量，吸热后的冷却液流入冷却管中，散热器的风扇将外部空气吹入管带式换热器，使外部空气与冷却管内吸热后的冷却液进行换热，并最终将热量散失到外界环境中。参照图3a所示，因为管带式换热器的冷却管可以是扁平管道，所以记忆合金贴片可以设置在扁平管道的两侧。本实用新型实施例中，内燃机的冷却系统还包括节温器，并且，节温器的阀门开启程度随流经节温器的冷却液的温度升高而增大。基于此，上述预设温度范围的温度最小值大于等于使所述节温器的阀门开启程度最小时的冷却液的温度。

参照图1所示，当内燃机启动工作时，节温器3的阀门处于关闭状态，供液泵4将未吸收发动机热量的低温冷却液供入气缸2的冷却通道21，此时，冷却液只吸收内燃机启动工作时产生的少量热量，低温冷却液温度升高很小，节温器3的阀门处于关闭状态，低温冷却液不流经散热器1，只在供液泵4与冷却通道21之间循环，此时，冷却通道21的记忆合金贴片的扰动肋片不产生变形，冷却液与气缸之间的换热系数保持不变，目的是防止内燃机温度过低而启动困难；当内燃机正常工作后，内燃机工作温度升高，流经冷却通道的低温冷却液开始吸收内燃机正常工作产生的大量热量，低温冷却液的温度随着内燃机的工作温度逐渐升高，低温冷却液也逐渐变为大量吸收热量后的高温冷却液，当高温冷却液的温度达到节温器的阀门开启的温度时，节温器3的阀门开启，于是吸热后的高温冷却液进入散热器1的管带式换热器11中。通过对节温器3的阀门开启程度进行调节，可以调节吸热后的高温冷却液的流量。当吸热后的高温冷却液的温度升高到预设温度范围的温度最小值时，冷却管内的记忆合金贴片的扰动肋片和冷却通道内的记忆合金贴片的扰动肋片都开始发生变形，扰动肋片与基底之间的夹角随着温度的升高而增大，当吸热后的高温冷却液的温度升高到预设温度范围的温度最大值时，扰动肋片与基底之间的夹角达到最大值，到冷却液的温度继续升高时，扰动肋片与基底之间的夹角保持在最大值。散热器1的风扇12将外部空气吹入管带式换热器11，对流过管带式换热器11中的冷却管111的吸热后的高温冷却液进行冷却，被风扇空气吸收的热量最终散失到外界环境中，高温冷却液温度开始下降，逐渐恢复成为低温冷却液，而这些经过散热后的低温冷却液经过供液泵4再次进入冷却通道21进行循环，重复冷却液循环过程，实现内燃机的冷却。

本实用新型实施例中，随着扰动肋片与基底之间的夹角增大，在冷却通道内的记忆合金贴片的扰动肋片，对流经冷却通道的冷却液的扰动不断增大，冷却液与内燃机的对流换热系数增大，冷却通道内的冷却液对内燃机的冷却强度增加，内燃机的热量能够更快的传递给冷却通道内的冷却液。随着扰动肋片与基底之间的夹角增大，在冷却管内的记忆合金贴片的扰动肋片，对流经冷却管吸热后的冷却液的扰动不断增大，吸热后的冷却液与风扇吹入管带式换热器的外部的空气的换热系数增大，由散热器的风扇吹入管带式换热器的外部空气对冷却管中吸热后的冷却液的冷却强度增加，可以更快的将冷却液的热量散失到空气中。

由于记忆合金贴片的扰动肋片发生变形，对流经扰动肋片处的冷却液产生扰动，切断了冷却液流动时靠近冷却管内壁的冷却液的热边界层的发展，减薄了热边界层的厚度，从而使冷却液的传热系数增大，增强了吸热后的冷却液与外部空气的换热效率。由于记忆合金贴片的扰动肋片发生变形，对流经扰动肋片处的冷却液产生扰动，切断了冷却液流动时，靠近冷却通道内壁的冷却液的热边界层的发展，减薄了热边界层的厚度，从而使冷却液的传热系数增大，增强了冷却液与内燃机之间的散热效率。

在预设温度范围内，记忆合金贴片可以根据冷却液温度的高低自适应地调整对冷却液的扰动程度，当温度逐渐下降时，扰动肋片变形程度随之减弱，使得冷却液流动时的压力损失减小，避免不必要的能量损失，当温度逐渐上升时，扰动肋片变形程度随之增强，使得冷却液的强化传热能力逐渐增强。因此，本实用新型综合衡量了强化传热与能量损失两方面，满足了内燃机在高温工况下的散热需求，同时将强化传热能力带来的附加能量损失降至合理水平。

在一个具体实施例中，上述冷却液可以是常见的内燃机冷却液，比如乙二醇-水溶液，上述节温器的阀门开启时的冷却液的温度可以在70°～80°之间，因此，上述预设温度范围的最小值可以大于等于70°，当然上述预设温度范围的最小值可以根据实际需要进行选择，本实用新型实施例中，对此不作具体限定。

实施例二：

基于同一发明构思，本实用新型实施例还提供一种散热器，该散热器1包括管带式换热器11；

所述管带式换热器11的冷却管111内壁设置有记忆合金贴片101；

所述记忆合金贴片101包括基底1011和所述基底1011上的至少一个扰动肋片1012；所述扰动肋片1012在预设温度范围内可发生相应变形，改变所述扰动肋片1012与所述基底1011之间的夹角。

实施例三：

基于同一发明构思，本实用新型实施例还提供一种内燃机的气缸，该气缸2包括：冷却通道21；

所述冷却通道21内壁设置有记忆合金贴片101；

所述记忆合金贴片101包括基底1011和所述基底1011上的至少一个扰动肋片1012；所述扰动肋片1012在预设温度范围内可发生相应变形，改变所述扰动肋片1012与所述基底1011之间的夹角。

实施例四：

基于同一发明构思，本实用新型实施例还提供一种内燃机，包括上述实施例一中所描述的利用记忆合金强化传热的内燃机的冷却系统。

上述实施例二至实施例四所描述的装置和设备的具体实现方式可以参照上述实施例一中的具体描述，在此，不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。