技术领域：
[0001] 本
发明涉及立式单缸风冷柴油机，尤其涉及立式单缸风冷柴油机的冷却系统。背景技术：
[0002] 风冷柴油机冷却系统直接影响到柴油机的工作机温，机温高低直接影响到柴油机技术性能指标，它对于充分发挥柴油机的效能，延长
发动机的使用寿命，降低使用燃油消耗率,降低排放、提高功率输出，有着极为重要的意义。
[0003] 柴油机是在很高的工作循环
温度下进行的，燃烧终了的温度可达1700～2000℃，甚至更高，
气缸壁的温度为200～300℃、气缸盖内壁和
活塞顶部的温度为300～400℃、进气
门头部的温度为300～400℃、排气门头部温度600～800℃。在这样高的温度下，零件的强度、
耐磨性大为降低，正常配合遭到破坏，机油大量烧损，润滑条件极度恶化，显然是无法正常工作的。因此，柴油机必须得到冷却，对于风冷柴油机来讲，机温的高低取决于冷却系统。冷却风的流量、流径路线直接影响到机温的高低，机油温度的高低标志着柴油机的机温，机温过高不仅会造成机油
粘度降低，机油烧损，柴油机各润滑部位油膜破坏，
加速机件磨损，严重时会造成烧瓦、拉缸等事故。而且还会破坏活塞与气
缸套原有的配合，使两者的配合间隙增大，导致喷入气缸中的燃油提前燃烧，
燃料燃烧后形成的爆炸压
力泄漏，油耗增高，输出功率不足，排放指标恶化。机温过高，柴油机的零件受热可能发生卡滞现象，
轴承的工作能力也大大降低等一系列不良后果。
[0004] 在实际使用过程中，我们会发现，风冷柴油机在高转速、大负荷工况中，机油温度会很高，有时甚至会超过130℃，如果柴油机的机油温度长时间过高，会造成机油粘度下降、流动性大，机油在各
摩擦副之间难以形成油膜，机油压力下降，造成零部件润滑不良、磨损加快，更严重的会造成发动机拉缸、抱瓦等，使发动机失效。
[0005] 在现有的L168F、L178F、L188F等单缸立式风冷柴油机中，机温过高是普遍存在的
缺陷，4小时连续工作的机油温度在120～130℃，如此高的机温直接影响风冷柴油机的功率输出、油耗、烟度排放、使用可靠性和使用寿命。更限制了立式风冷柴油机的配套使用范围，目前，这类柴油机只能与发
电机、
水泵机组配套，与行走机械配套时可靠性很差，使用寿命短。如何提高柴油机的冷却性能，降低立式风冷柴油机的机油温度是本行业长期渴望解决的技术难题。
[0006] 机油在柴油机中的作用主要表现在如下几点：
[0007] ①润滑作用：柴油机工作时转速很高，活塞与缸壁之间、
连杆轴瓦与
曲轴之间等部位配合紧密，如果这些配合部位得不到充分的润滑，就会导致干摩擦。干摩擦在短时间内产生的热量足以使金属
熔化，造成机件的损坏甚至造成活塞拉缸、曲轴抱瓦等卡死现象，因此必须对发动机中的配合部位给予良好的润滑。当
润滑油流到配合部位后，会在摩擦表面形成一层油膜。为了保证润滑油可以顺利到达配合表面，柴油机润滑油必须有一定的压力。
[0008] ②清洁作用：柴油机的内部工作环境十分恶劣，通过进气系统吸入柴油机的灰尘和混合气未完全燃烧后产生的物质会在气门、缸壁上形成积炭，润滑油在发动机内部被不断
氧化，氧化物也容易形成油泥和积炭。积炭对发动机的工作影响很大，它不仅影响混合气的充分燃烧，而且会造成发动机内部局部
过热，大量的胶质会使
活塞环粘结卡滞，导致发动机不能正常运转。因此，必须及时将这些污物清理，这个清洗过程是靠润滑油在
机体内循环流动来完成的。润滑油中含有清除积炭的清净剂和分散剂，能够清洁金属表面，分散污垢，保持发动机内部清洁。当更换润滑油时，这些杂质随同润滑油一起排出，因此润滑油会呈现较黑的
颜色。
[0009] ③密封作用：发动机的气缸与活塞、活塞环与环槽、气门与气门座之间均存在一定间隙，这样才能保证各配合件之间运动时不会卡滞，但这些间隙又容易造成
燃烧室内的混合气窜入曲
轴箱，结果不仅加速了润滑油的变质，还会降低气缸压力和发动机的输出功率。润滑油可以在各配合件的间隙中形成油膜，这些油膜可以起到密封作用，保证了气缸的
密封性。
[0010] ④冷却作用：发动机工作时会产生大量的热量，这些热量中的大部分通过发动机冷却系统的循环带走，一部分通过润滑油从气缸、活塞等发动机内部表面吸收热量后带到
油底壳中散发。
[0011] ⑤防锈作用：发动机在运转或停放时，空气中的水分、燃烧产生的
酸性气体等都会对活塞环、轴瓦等金属部件造成
腐蚀。润滑油中含有的防锈剂等具有防锈性能的多效添加剂，这些添加剂在金属表面形成排列整齐的致密
吸附层，有效地抵制了各种腐蚀物质的侵入。
[0012] ⑥缓冲作用：当发动机起动、加速或负荷发生较大变化时，
活塞销、连杆的大小端以及曲轴轴瓦等部件均要承受振动的剧烈变化，黏度适当的润滑油可以吸收部分冲击
能量，起到缓冲的作用。机油压力及冷却装置机油压力必须足以克服各管道的阻力，才能将机油可靠的供应到所需要的各个地方去。机油压力对于零件的润滑状况影响过高、过低都会引起配合件，例
主轴瓦、连杆瓦及各轴承、
铜套的润滑、冷却不良，造成剧烈磨损，甚至烧坏及更严重的事故。发明内容：
[0013] 本发明的目的是提供一种单缸立式风冷柴油机的分流立体冷却装置，其
散热性能比同类产品优越，在同等
环境温度条件下，柴油机的机油温度能下降24℃～29℃。
[0014] 本发明采取的技术方案如下：
[0015] 一种单缸立式风冷柴油机的分流立体冷却装置，包括机体、
齿轮室盖、曲轴、
飞轮、导风罩、缸套侧面引风板和气缸盖，曲轴的
主轴颈分别安装在机体和
齿轮室盖上，飞轮固定安装在曲轴上，导风罩安装在机体的飞轮面上形成端面密封的压力冷却风腔，在导风罩的上端设有缸盖冷却风口，缸盖冷却风口通过引风管对气缸盖的内外冷却风道进行冷却，气缸套设置在机体的上段，在气缸套的外表沿高度方向设有间隔分布的缸套冷却风道，缸套冷却风道由相邻两片
散热片围合而成，缸套冷却风道使机体的飞轮面与齿盖安装面相通连，传动件容腔设置在气缸套的下方，曲轴、
凸轮轴及传动齿轮组均设置在传动件容腔中，传动件容腔也是机油的储存腔，气缸盖安装在机体的气缸套的上端面上，其特征是：在机体的传动件容腔内设有机油冷却棒，机油冷却棒的设置高度与机油设计液面高度相对应，机油冷却棒为中空结构，其进风口设置在飞轮面上，其出风口与齿轮室盖对接后通向大气，它是柴油机机油池中的机油内散热件，在机体底面上设有机油散热片，机油散热片在机体底面形成机油散热槽，机油散热槽使飞轮面与齿盖安装面相通连，在机体的飞轮面的下端设有下进风口，下进风口与机油散热槽相通连，二者形成机体底部对油池的外冷却区，缸套冷却风道、机油冷却棒和下进风口均分布在压力冷却风腔内。
[0016] 进一步，在本发明中，机油冷却棒的中心空腔与机体底面的机油散热槽相通连。
[0017] 进一步，在本发明中，在机油冷却棒的中心空腔与机体底面的机油散热槽相通连的结构为：在机油冷却棒的中心空腔的底部设有条状
槽孔，条状槽孔与机体底面的机油散热槽相通。
[0018] 进一步，在本发明中，机油冷却棒的设置数量为1～3个。
[0019] 进一步，在本发明中，机油冷却棒的设置数量为2个，且以曲轴轴线的垂直面为对称面对称地设置在曲轴的下方。
[0020] 进一步，在本发明中，机油冷却棒设置在机油设计液面高度的下面。
[0021] 进一步，在本发明中，在机体的飞轮面的下端设有二个下进风口，二个下进风口间隔水平分布。
[0022] 进一步，在本发明中，在气缸盖的气门室盖安装面上靠近
喷油泵安装孔的两侧设有
喷油器散热片、在消声器安装面上设有排气口散热片，在排气孔左侧设有左出气孔，在排气孔右侧设有排气口散热片和右出气孔，在排气孔的上下侧均设有排气口散热片。
[0023] 进一步，在本发明中，在机体的飞轮面上沿高度方向间隔设有左进气口和右进风口，左进气口和右进风口分别位于气缸套的左右
侧壁上，右进风口由右侧的相邻的长散热片和短散热片围合而成，左进气口的高度由相邻的两根长散热片围合而成，左进气口和右进风口均设置在通过气缸套的轴线且于曲轴轴线垂直的平面上。
[0024] 更进一步，长散热片与短散热片的宽度相对应，短散热片的头部带有圆弧段或扇形。
[0025] 在本发明的柴油机冷却系统中，气缸盖、气缸套和机体为主要散热体，冷却风源由高速旋转的飞轮提供，由导风罩和机体飞轮面通过密封对接形成压力冷却风腔，高速旋转的飞轮在压力冷却风腔内产生的压力冷却风通过四条冷却路径分别对气缸盖、机体上段的气缸套、传动件容腔中的机油和机体壳体自身进行强制冷却，冷却气缸套和气缸盖的流出风对消声器进行二次散热冷却。
[0026] 对气缸盖的强制冷却路径：压力冷却风腔内产生的压力冷却风从导风罩上端的缸盖冷却风口经引风管导入气缸盖的内两条冷却风道对气缸盖进行强制冷却，从冷却风道流出的冷却风对消声器的排气管进行冷却，同时气缸盖的气门室盖面上设置的散热片和排气管安装面设置的散热片增大了气缸盖的自然散热面积，提高气缸盖的散热性能。
[0027] 对气缸套的强制冷却路径：压力冷却风腔内产生的压力冷却风通过设置在气缸套侧壁的缸套冷却风道从飞轮面流入齿盖安装面，压力冷却风腔内的压力冷却风从缸套冷却风道对气缸套进行冷却，流经的冷却风在缸套侧面引风板的挡引下吹向气缸盖，实现对气缸盖的二次冷却，当流出时还对温度较高的消声器外露壳体进行冷却。
[0028] 对机油的强制冷却路径：压力冷却风腔内产生的压力冷却风通过中空结构机油冷却棒、机体底部的机油散热槽和下进风口、条状槽孔组成的底部冷却通道进行内外同步冷却，其中，中空结构机油冷却棒能实现对传动件容腔内的机油进行直接强制冷却，机体底部设置的机油散热槽和下进风口的通连结构能对机体的底部进行强制风冷。
[0029] 由于压力冷却风腔的内侧面就是机体的飞轮面，压力冷却风直接对机体壳体进行强制冷却，加上气缸盖内的冷却风道结构和气缸套的直通环流冷却通道结构能更优异地对气缸盖和气缸套进行高效强制冷却，在传动件容腔中的存油液面下设置中空结构机油冷却棒能将压力冷却风腔内的压力冷却气体引入其中流向齿盖一侧，同时冷却棒内腔设置的条状槽孔将压力冷却气引往底部，从而实现对传动件容腔内的机油进行直接强制冷却，在机体的底部设置的机油散热槽，压力冷却风腔内的压力冷却气体从下进风口流入机体的底部设置的机油散热槽中，实现对机体的底部进行强制风冷。
[0030] 通过对比试验后知，本发明所柴油机的冷却效果最好，具体试验结果如下表：
[0031] (一)试验条件：在相同的标定工况条件连续运行4小时，试验环境温度30℃，分别测量机油温度；
[0032] (二)试验结果：
[0033]
[0034] (三)试验结论：
[0035] 通过上表可以得知，本发明的机油温度仅为90℃，而同系列的现有产品的机油温度分别为L170F，109℃；L178F，111℃；L186F，116℃，采用本发明的冷却方案，虽然柴油机单位功率实际使用的冷却风量下降，但机油温度却出现了大幅度的下降，比L170F，109℃低19℃，比L186F，116℃低26℃，柴油机的冷却效果取得本领域技术人员无法预知技术效果。
[0036] 在
现有技术中，L178F的单位功率所用冷却风量比L170F下降了102.0-98.1＝3
3.9m/h，下降了3.9％，机油温度上升了2℃，上升了1.8％；L186F的单位功率所用冷却风
3
量比L178F下降了1.55m/h，下降了1.6％，机油温度上升了5℃，上升了4.5％；由此可知，柴油机冷却风量越大，柴油机的冷却效果越好，机油温度越低，反之则机油温度越高，且基本呈线性关系，而本发明则打破了人们的常规预期，采用本发明冷却方案的L198F型柴油
3
机与现有的L170F型柴油机相比，单位功率所用冷却风量比L170F下降了23.89m/h，下降幅度达23.4％，机油温度不升反降，下降了19℃，下降幅度达17.9％。
[0037] 通过上述对比分析可知，本发明采取的分流立体冷却方案相对于现有技术具有突出的实质性特点，取得了本领域技术人员难以预测的技术效果，具有显特进步。
[0038] 由于柴油机的工作机温得到有效控制，消除或减少了因机温偏高引发的各类技术缺陷，经
申请人实际装机测试，各项技术指标明显优于现有技术中的同类机型产品，本柴油机(L198F)的主要技术指标如下：
[0039] 缸径×行程为98×82mm，
排量0.618L，
[0040] 12小时功率8.8kW/3000r/min，9.5kW/3600r/min；
[0041] 1小时功率9.6kW/3000r/min，10.5kW/3600r/min；
[0042] 在8.8kW/3000r/min状态下，燃油耗为232.7g/kW.h，排温456℃，机油温度89℃；在超负荷工况点(1小时工况)9.6kW/3000r/min状态下，燃油耗为257g/kW.h，排温530℃；
在
扭矩点7.2kW/2200r/min状态下，燃油耗为237.2g/kW.h，排温440℃，机油温度84℃；万有特性最低燃油耗达到225g/kW.h以下。整机机油耗为1.05g/kW.h；整机噪声为109dB(A)；
怠速870r/min；稳定调速率5.5％。
附图说明：
[0043] 图1为采用本发明的柴油机结构示意图，沿通过气缸套轴线且与曲轴轴线平行的平面的剖视图；
[0044] 图2为本发明的结构示意图；
[0045] 图3为采用本发明的柴油机结构示意图，沿通过气缸套轴线且与曲轴轴线垂直的平面的剖视图；
[0046] 图4为机体飞轮面的结构示意图(立体图)；
[0047] 图5为机体飞轮面的结构示意图(正视图)；
[0048] 图6为机体齿盖安装面的结构示意图(立体图)；
[0049] 图7为机体齿盖安装面的结构示意图(正视图)；
[0050] 图8为图7中A-A剖视放大图；
[0051] 图9为气缸盖的气门室安装面的结构示意图；
[0052] 图10为图9的仰视图，即排气管安装面的结构示意图；
[0053] 图中：1-机体；2-齿轮室盖；3-曲轴；4-飞轮；5-导风罩；6-缸套侧面引风板；7-气缸盖；8-压力冷却风腔；9-缸盖冷却风口；10-引风管；11-飞轮面；12-气缸套；13-缸套冷却风道；14-齿盖安装面；15-传动件容腔；16-机油冷却棒；17-机体底面；18-机油散热片；19-机油散热槽；20-下进风口；71-气门室盖安装面；72-喷油器散热片；73-消声器安装面；74-排气口散热片；75-排气孔；76-左出气孔；77-右出气孔；131-左进气口；
132-右进风口；133-长散热片；134-短散热片；161-进风口；162-出风口；163-条状槽孔。
具体实施方式：
[0054] 下面结合附图说明本发明的具体实施方式：
[0055] 一种单缸立式风冷柴油机的分流立体冷却装置，图1～10所示，包括机体1、齿轮室盖2、曲轴3、飞轮4、导风罩5、缸套侧面引风板6和气缸盖7，曲轴3的主轴颈分别安装在机体1和齿轮室盖2上，飞轮4固定安装在曲轴3上，导风罩5安装在机体1的飞轮面11上形成端面密封的压力冷却风腔8，在导风罩5的上端设有缸盖冷却风口9，缸盖冷却风口9通过引风管10对气缸盖7的内外冷却风道进行冷却，气缸套12设置在机体1的上段，在气缸套12的外表沿高度方向设有间隔分布的缸套冷却风道13，缸套冷却风道13由相邻两片散热片围合而成，缸套冷却风道13使机体1的飞轮面11与齿盖安装面14相通连，传动件容腔15设置在气缸套12的下方，曲轴、
凸轮轴及传动齿轮组均设置在传动件容腔15中，传动件容腔15也是机油的储存腔，气缸盖7安装在机体1的气缸套12的上端面上，在机体
1的传动件容腔15内设有二根机油冷却棒16，二根机油冷却棒16以曲轴轴线的垂直面为对称面对称地设置曲轴的下方，机油冷却棒16的高度设置与机油设计液面度相对应，机油冷却棒16为中空结构，它的进风口161设在飞轮面11上，出风口162与齿轮室盖2对接后通向大气，在机油冷却棒16的
通风空腔的底部设有通往底部的条状槽孔163，机油冷却棒
16是传动件容腔15中机油的散热件，在机体底面17上设有机油散热片18，机油散热片18在机体底面形成机油散热槽19，机油散热槽19使飞轮面11与齿盖安装面14相通连，在机体1的飞轮面11的下端设有二个下进风口20，二个下进风口20与外界相通连，压力冷却风腔8中的压力冷却气体从二个下进风口20进入机体底部机油散热片18在机体底面形成的机油散热槽19中，实现对机体底部的外冷却，机油冷却棒16的中空冷却通道、机油散热槽19和下进风口20是对机体下段的机油池的内外散热冷却区，机体1壳体自身也是最大散热体，对整个柴油机来讲，机体1上的缸套冷却风道13、机油冷却棒16和下进风口20均分布在压力冷却风腔8内，机油冷却棒16的中心空腔通过条状槽孔163与机体底面17的机油散热槽19相通连，这样从机油冷却棒16的中心空腔间吸热后的气流能直接从底部排入外界，提高散热性能。
[0056] 在本发明中，机油冷却棒16的设置数量为2个，且以曲轴轴线的垂直面为对称面对称地设置曲轴的下方，机油冷却棒16设置在机油设计液面高度的下面，机油冷却棒16的中心空腔与机体底面17的机油散热槽19相通连，在机油冷却棒16的中心空腔的底部设有条状槽孔163，条状槽孔163与机体底面17的机油散热槽19相通。
[0057] 在本发明中，在气缸盖7的气门室盖安装面71上靠近喷油泵安装孔的两侧设有喷油器散热片72、在消声器安装面73上设有排气口散热片74，在排气孔75左侧设有左出气孔76，在排气孔75右侧设有排气口散热片74和右出气孔77，在排气孔75的上下侧均设有排气口散热片74。
[0058] 在本发明中，在机体的飞轮面11上沿高度方向间隔设有左进气口131和右进风口132，左进气口131和右进风口132分别位于气缸套的左右侧壁上，右进风口132由右侧的相邻的长散热片133和短散热片134围合而成，左进气口131的高度由相邻的两根长散热片133围合而成，左进气口131和右进风口132均设置在通过气缸套的轴线且于曲轴轴线垂直的平面上，长散热片133与短散热片134的宽度相对应，短散热片134的头部带有圆弧段或扇形。
[0059] 在本柴油机的冷却系统中，飞轮4在压力冷却风腔8内产生的压力冷却风通过对应的冷却路径分别对气缸盖7、机体1上段的气缸套12、传动件容腔15中的机油和机体1壳体自身进行强制冷却。
[0060] 对气缸盖的强制冷却路径：压力冷却风腔8内产生的压力冷却风从导风罩5上端的缸盖冷却风口9对气缸盖7进行强制冷却；
[0061] 对气缸套的强制冷却路径：压力冷却风腔8内产生的压力冷却风通过设置在气缸套12侧壁的缸套冷却风道13从飞轮面11流入齿盖安装面14，压力冷却风腔8内压力从缸套冷却风道13对气缸套12进行冷却，流经的冷却风在缸套侧面引风板6的挡引下吹向气缸盖7，实现对气缸盖7的二次冷却，当流出时还对温度较高的消声器进行冷却。
[0062] 对机油的强制冷却路径：压力冷却风腔8内产生的压力冷却风通过中空结构的机油冷却棒16、机体底部的机油散热槽19和下进风口20组成的底部冷却通道进行内外同步冷却，其中，中空结构的机油冷却棒16能实现对传动件容腔15内的机油进行直接强制冷却，机体底部设置的机油散热槽19和下进风口20的通连结构能对机体1的底部进行强制风冷。
[0063] 在本例中，飞轮4上的离心式风扇吸入外界空气，与导风罩上的蜗壳共同作用产生压力冷却空气，使压力冷却空气充满整个压力冷却风腔8中，与外界空气产生压差，形成冷却气流对柴油机进行强制冷却。冷却气流分为三股，对柴油机各部分进行冷却，构成本柴油机独特的冷却系统。
[0064] 第一股冷却风占总风量的45％，压力冷却风腔8内的压力冷却风吹往气缸盖7，流过气缸盖内腔风道对气缸盖进行冷却，由于气缸盖部位温度较高，因此该股冷却风冷却完气缸盖后经过气缸盖的出风口直接排入大气。
[0065] 第二股冷却风占总风量50％，吹往机体上段的气缸套12四周由散热片形成的冷却风道，对气缸套12部分进行冷却，该股气流冷却完缸套后，由缸套侧面引风板6导向分流，一部分直接排入大气，另一部分则继续吹向高温的消声器弯管，再对高温的消声器进行充分冷却。
[0066] 第三股冷却风占总风量5％，压力冷却风腔8内产生的压力冷却风从中空结构的机油冷却棒16水平通风道和下部风道对传动件容腔15内的机油进行内部的直接强制冷却，从两个下进风口20流入机体底部的机油散热槽19中使机体底部的散热片对机油进行外部冷却，这样就能对机油进行内外同步冷却；
[0067] 在冷却过程中，机体1能得到全方立体冷却，机体1的上段为气缸套12，这部分由第二股冷却风把向冷却；机体1的中部为飞轮面11，它由压力冷却风腔8内的压力冷却风连续冷却；机体1的下段为机油池，它由第三股冷却风进行内外同步强制风冷。
[0069] 为了进一步提高柴油机的散热性能，在机体1的底部增设外置式机油冷却器，可增加柴油机的体外散热面积。
[0070] 本发明的实施方式很多，不局限于上例，只要应用本发明的分流立体冷却方案来对柴油机的气缸盖、气缸套、机油和机体壳进行强制风冷的一切方案均在本发明的保护范围之内。
