CN101454563A - 发动机和用于操作发动机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机(10)和用于操作发动机的方法。该发动机(10)包括具有燃烧室(24)的壳体(12)。该发动机还可以包括用于向燃烧室直接或间接地提供燃料的燃料喷射器(60)。另外，该发动机可以包括可操作用于将发动机润滑油排出到燃料喷射器上的发动机润滑油供给系统(22)。

Description

发动机和用于操作发动机的方法
技术领域
本发明涉及发动机，更具体而言，涉及使用燃料喷射技术的发动机。
背景技术
很多系统使用发动机来产生动力用于执行各项任务。发动机通常通过在一个或多个燃烧室内燃烧燃料来产生动力并将通过燃烧燃料产生的能量传输至动力负载。很多发动机使用燃料喷射器直接或间接地给它们的燃烧室提供燃料。各种热源可能会在发动机产生动力时使发动机燃料喷射器的温度升高。在某些情况下，燃料喷射器可能会不期望地达到能够阻碍燃料喷射器的操作或者甚至能够损坏燃料喷射器的高温。
授予Goode等人的美国专利No.2,037,778(′778专利)中示出了一种具有用于冷却燃料喷射器的装置的发动机。′778专利中的发动机包括气缸体和在位于气缸体的气缸内的活塞上方封闭出燃烧室的气缸盖。′778专利中的燃料喷射器通过气缸盖内的通道延伸且燃料喷射器的排出端被设置在燃烧室内。′778专利中的发动机还包括用于提供冷却液的管路。管路的出口被设置在燃料喷射器的排出端附近并被定向为朝向燃料喷射器的排出端。气缸盖的一部分将管路的出口与燃料喷射器隔离。
尽管′778专利中的发动机包括用于向位于燃料喷射器排出端附近的一部分气缸盖提供冷却液的管路，但是仍然存在某些缺点。例如，因为气缸盖的一部分将管路的出口与燃料喷射器隔离，所以来自燃料喷射器的热量在被从管路中排出的冷却液带走之前，必须传输通过气缸盖的上述部分。因此，将燃料喷射器与由管路排出的冷却液隔离的气缸盖的上述部分会阻碍燃料喷射器的冷却。
发明内容
本发明的发动机和方法用于解决上述问题中的一个或多个。
本发明的一种实施方式涉及一种发动机，该发动机包括具有燃烧室的壳体。该发动机还可以包括用于向燃烧室直接或间接地提供燃料的燃料喷射器。另外，该发动机可以包括可操作地将发动机润滑油排出到燃料喷射器上的发动机润滑油供给系统。
另一种实施方式涉及一种操作发动机的方法。该方法可以包括通过燃料喷射器向发动机的燃烧室直接或间接地提供燃料并在燃烧室内燃烧这些燃料来使发动机产生动力。该方法还可以包括在利用发动机产生动力的同时，通过将发动机润滑油引导到燃料喷射器上来冷却燃料喷射器。
又一种实施方式涉及一种发动机，该发动机包括具有燃烧室的壳体。该发动机还可以包括用于向燃烧室直接或间接地提供燃料的燃料喷射器。另外，该发动机可以包括用于选择性地允许流体流入或流出燃烧室的气门。该发动机还可以包括用于致动气门的气门致动系统。另外，该发动机可以包括在气门致动系统上具有出口的发动机润滑油供给系统，该出口指向燃料喷射器。
附图说明
图1是根据本发明的发动机的示意图；以及
图2是图1中圆圈2内部分的放大图。
具体实施方式
图1和2示出了根据本发明的发动机10的一种实施方式。发动机10可以包括壳体12、动力传输系统14、送气系统16、发动机控制系统18、冷却系统20和发动机润滑油供给系统22。
壳体12可以包括燃烧室24，发动机10可以在燃烧室24中燃烧燃料以产生动力。壳体12还可以包括用于其他各项任务的其他各种部件，其中的某些部件将在下文中进行介绍。在一些实施方式中，壳体12由紧固在一起的多个构件构成。例如，如图1所示，壳体12可以包括紧固在一起的主体26、盖28和油底壳30。
动力传输系统14可以包括可操作用于从燃烧室24内进行的燃烧中提取能量并将这些能量中的至少一部分传输至动力负载的任意一个或多个部件。如图1所示，在一些实施方式中，动力传输系统14可以包括设置在壳体12的气缸34内靠近燃烧室24的活塞32。动力传输系统14还可以包括连接至活塞32并以常规方式由壳体12支撑的连杆36和曲轴38。
壳体12和动力传输系统14的常规结构并不局限于图1中所示的结构。例如，壳体12除燃烧室24之外还可以包括其它燃烧室。另外，作为连杆36与曲轴38的替代方案，动力传输系统14可以包括连接至活塞32的其它类型的机械连接件。而且，在一些实施方式中，发动机10可以是其中的动力传输系统14不包括活塞32的某种类型发动机，例如，一种Wankel型转子发动机，在此情况下动力传输系统14可以包括转子，而不是活塞32。另外，在一些实施方式中，动力传输系统14能够通过除了机械部件以外的方式，例如流体场或磁场，来传输动力。
送气系统16能够用于向燃烧室24内输送进气并将废气从燃烧室24中引出。送气系统16可以包括壳体12的进气通道40和排气通道42。每条进气通道40和排气通道42可以从燃烧室24延伸至壳体12外表面内的开口。在一些实施方式中，进气通道40可以连接至设置用于将进气输送到进气通道40的充气进气系统(未示出)。这种充气进气系统可以包括各种气体传输部件，包括但不限于，通道、腔室、气门、节气门、压缩机，和/或热交换器。类似地，在一些实施方式中，排气通道42可以连接至设置用于将废气从排气通道42引出的排气系统(未示出)。这种排气系统可以包括各种气体传输部件，包括但不限于，通道、腔室、消音器和/或气体处理装置。
送气系统16还可以包括进气门44和排气门46。进气门44可以被操作用于控制燃烧室24和进气通道40之间的流体流动。类似地，排气门46可以被操作用于控制燃烧室24和排气通道42之间的流体流动。如图1和图2所示，在一些实施方式中，进气门44和排气门46可以是提升阀。在一些实施方式中，进气门44和排气门46可以通过常规的气门弹簧(未示出)向封闭的操作状态偏压。
送气系统16还可以包括设置用于致动进气门44和排气门46的气门致动系统48。气门致动系统48可以被构造用于以选择性地允许进气从进气通道40流入燃烧室24内的方式来致动进气门44。类似地，气门致动系统48可以被构造用于以选择性地允许废气从燃烧室24流入排气通道42内的方式来致动排气门46。
气门致动系统48可以包括机械致动器、液压致动器、气动致动器、电子致动器、磁性致动器和/或其它类型的可操作用于以适当的方式致动气门44，46的致动器中的任意组合。在一些实施方式中，气门致动系统48可以包括气阀机构，例如图1和图2中所示的一种。气门致动系统48可以包括凸轮轴50。另外，对于每一个进气门44和排气门46，气门致动系统48可以包括凸轮轴从动件52、推杆54和摇臂56。每个摇臂56都可以枢转地安装到由摇臂轴支架59支撑的摇臂轴58上(图2)。
送气系统16并不局限于图1和图2中所示的结构。例如，进气通道40和/或排气通道42可以具有不同的结构和/或穿过壳体12的不同部分延伸。另外，送气系统16可以包括除了进气通道40和进气门44之外的其它的进气通道和/或进气门。类似地，送气系统16可以包括除了排气通道42之外的其它的排气通道和/或排气门。此外，气门致动系统48可以包括与图1和图2中所示的气阀机构不同结构的气阀机构，例如，顶置凸轮轴式气阀机构或者平顶发动机结构中常用的气阀机构类型。而且，在一些实施方式中，除了常规的气阀机构以外或者作为常规气阀机构的替代方案，气门致动系统48可以包括一种或多种液压、气动、电子、磁性，和/或其它类型的致动器。另外，在一些实施方式中，气门致动系统48可以包括能够用于以使得发动机10执行压缩制动的方式改变排气门46致动的压缩制动机构。另外，进气门44和排气门46之一或者两者都可以是不同于提升阀的气门类型，例如是球阀或滑阀。而且，在一些实施方式中，送气系统16可以省略进气门44和排气门46之一或者两者都省略。
发动机控制系统18可以包括可操作用于控制发动机10的运行的任意部件。例如，发动机控制系统18可包括进气门44、排气门46、气门致动系统48、燃料喷射器60和控制器61。燃料喷射器60可以包括连接至燃料源(未示出)的入口62和燃料喷射器60选择性地从中排出燃料的出口64。燃料喷射器60还可以包括各种部件，例如一个或多个气门构件(未示出)和/或一个或多个可共同操作用于选择性地使燃料从出口64排出的活塞(未示出)。另外，发动机控制系统18可以包括机械、液压、气动、电子、磁性和/或者其它合适类型的用于致动燃料喷射器60各个部件的致动器。例如，在一些实施方式中，燃料喷射器60可以包括可操作用于致动燃料喷射器60的一个或多个部件以使燃料喷射器60排出燃料的电磁螺线管66。另外，在一些实施方式中，燃料喷射器60可以被构造为利用一种或多种流体，例如发动机润滑油或燃料，来致动其一个或多个部件。
燃料喷射器60可以下述方式安装到发动机10上，即，燃料喷射器60可以通过出口64向燃烧室24提供燃料。例如，如图1和图2所示，燃料喷射器60的出口64可以被设置在燃烧室24内，使得燃料喷射器60可以向燃烧室24内直接地提供燃料，燃料喷射器60的暴露部分65可以被设置在燃烧室24外侧。作为替代方案，燃料喷射器60可以被安装为使出口64位于进气通道40内或者充气进气系统的某些部件连接到其上，使得燃料喷射器60可以通过进气通道40向燃烧室24间接地提供燃料。
控制器61可以是任何类型的信息处理装置。控制器61可以包括一个或者多个处理器(未示出)和/或一个存储装置(未示出)。控制器61可以被操作地连接至发动机10的各个部件并能够用于控制所述各个部件。例如，如图1和图2所示，控制器61可以被操作地连接至燃料喷射器60并被构造用于通过燃料喷射器60控制燃料的排出。控制器61还可以被操作地连接至各种信息源，例如传感器和/或其它的控制器。
发动机控制系统18不局限于图1和图2中所示的结构。发动机控制系统18可以具有不同于控制器61的装置用于通过燃料喷射器60来控制燃料的排出。例如，在一些实施方式中，发动机控制系统18可以包括用于通过燃料喷射器60控制燃料排出的专用机械装置。在一些实施方式中，发动机控制系统18可以省略控制器61。另外，发动机控制系统18可以包括图1和图2中未示出的其他各种部件，例如在发动机10是火花点火式发动机的实施方式中的点火系统。
冷却系统20可以被构造用于提供发动机10的液体冷却。在一些实施方式中，冷却系统20可以包括壳体12的冷却套管68，该冷却套管68中设有液体冷却剂。另外，冷却系统20可以包括泵70，用于泵送液体冷却剂流入冷却套管68的入口72中、流过冷却套管68，并从冷却套管68的出口74流出。在一些实施方式中，冷却系统20还可以包括被构造用于将热量从发动机润滑油传输到冷却系统20的冷却液中的发动机润滑油冷却器(未示出)。冷却系统20可以包括用于确保其冷却液的温度足够低以充分冷却发动机10的各种装置。例如，冷却系统20可以具有在出口74和入口72之间连接的热交换器(未示出)。替代地，冷却系统20可以从基本上不可耗尽的冷却液源，例如河流、湖泊，或者在海上应用时的海洋中连续地抽取其冷却液。
发动机润滑油供给系统22可以是被构造用于向发动机10的一个或多个部件提供发动机润滑油的任意系统。发动机润滑油供给系统22可以向发动机10的各部件提供发动机润滑油用于润滑目的和/或用于其他各种目的，其中的一些目的将在下文中进行介绍。在一些实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以包括发动机润滑油储箱76、用于将发动机润滑油从发动机润滑油储箱76提供给发动机10的各个部件的装置，和用于将发动机润滑油从那些部件送回发动机润滑油储箱76的装置。
用于将发动机润滑油从发动机润滑油储箱76提供给发动机10的各个部件的装置可以包括发动机润滑油泵78和从发动机润滑油泵78延伸至发动机10的各个部件的各种发动机润滑油供给通道。例如，发动机润滑油供给系统22可以包括从发动机润滑油泵78穿过壳体12和摇臂轴支架59延伸至穿过摇臂轴58延伸的发动机润滑油供给通道82的发动机润滑油供给通道80。从图2中可以更好地看到，对于每个摇臂56，发动机润滑油系统22还可以包括穿过摇臂轴58延伸的发动机润滑油供给通道84。另外，发动机润滑油供给系统22可以包括与发动机润滑油供给通道84流体连通并沿摇臂56和摇臂轴58之间的交界面延伸的发动机润滑油供给通道86。
除了图1和图2中所示的装置外，发动机润滑油供给系统22还可以具有用于将发动机润滑油提供给发动机10的其他各个部件的装置(未示出)。例如，发动机润滑油供给系统22可以包括用于将发动机润滑油提供给各部件例如动力传输系统14以及气门致动系统48的其他各个部件以润滑这些部件的装置(未示出)。
另外，在一些实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以具有用于除润滑之外的其他目的而将发动机润滑油提供给发动机10的其他部件的装置(未示出)。例如，在冷却系统20包括发动机润滑油冷却器的实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以包括用于将发动机润滑油提供给待冷却的发动机润滑油冷却器的装置。另外，在一些实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以具有用于将发动机润滑油提供给燃料喷射器60以在致动其各个部件时使用的装置和/或用于将发动机润滑油提供给气门致动系统48的一个或多个致动器以在气门致动时使用的装置。在发动机润滑油供给系统22包括用于除润滑之外的其他目的而提供发动机润滑油的装置的一些实施方式中，这些装置可以与用于为了润滑而提供发动机润滑油的装置分离。例如，除了发动机润滑油泵78和连接到其上的发动机润滑油供给通道80，82，84，86之外，发动机润滑油供给系统22还可以包括用于除润滑之外的其他目的而将发动机润滑油提供给一个或多个部件的另外的发动机润滑油泵(未示出)和另外的发动机润滑油供给通道(未示出)。
用于将发动机润滑油送回发动机润滑油储箱76的装置可以包括能够用于将发动机润滑油引回到发动机润滑油储箱76中的各种表面、管道和/或通道。例如，发动机润滑油供给系统22可以包括收集表面88和用于收集从气门致动系统48排出的发动机润滑油并将发动机润滑油送回发动机润滑油储箱76的发动机润滑油返回通道90。在这样的实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以依靠重力将排出的发动机润滑油从气门致动系统48引回到发动机润滑油储箱76中。在某些实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以在一个或多个压力源，例如发动机润滑油泵78上使用以驱动发动机润滑油返回到发动机润滑油储箱76中。
发动机润滑油供给系统22还可以包括用于将发动机润滑油引导到燃料喷射器60上的装置。这些装置可以包括能够用于以使得发动机润滑油紧密接触到燃料喷射器60的暴露部分65上的方式排出发动机润滑油的出口92。出口92可以设置在发动机10上的任意位置，使得可以将来自发动机润滑油供给系统22的某些部分的发动机润滑油提供给出口92。从图2中可以更好地看到，在一些实施方式中，出口92可以在摇臂56上，且发动机润滑油供给系统22可以包括通过摇臂56将发动机润滑油从发动机润滑油供给通道86送至出口92的发动机润滑油供给通道94。如图2所示，出口92可以指向燃料喷射器60，发动机润滑油供给系统22能够用于以使燃料喷射器60处于发动机润滑油的轨迹内的足够的速度将发动机润滑油从出口92排出。
发动机润滑油供给系统的用于将发动机润滑油排出到燃料喷射器60上的装置并不局限于图1和图2中所示的结构。例如，出口92可以在发动机10的不同部件上。出口92可以在气门致动系统48的部件上，而不是在摇臂56上，例如，在摇臂轴58上。此外，在气门致动系统48包括一个或多个利用发动机润滑油用于气门致动的致动器的实施方式中，出口92可以在这些致动器中的一个或多个上。类似地，在燃料喷射器60使用发动机润滑油用于致动其一个或多个部件的实施方式中，出口92可以在燃料喷射器60的外表面上。另外，在送气系统16包括压缩制动机构的实施方式中，出口92可以在压缩制动机构上。而且，出口92可以在壳体12的表面上。此外，在一些实施方式中出口92可以是发动机10的两个部件之间的间隙。
另外，在一些实施方式中，出口92可以不指向燃料喷射器60。在这样的实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以包括用于将发动机润滑油从出口92引导到燃料喷射器60上的各种装置。例如，发动机润滑油供给系统22可以包括用于将发动机润滑油从出口92引导到燃料喷射器60上的一个或多个部件，例如斜槽或成形管。另外，在一些实施方式中，发动机润滑油供给系统22可以包括用于将从出口92排出的发动机润滑油引导到燃料喷射器60上且位于发动机10的其他系统的部件上的一个或者多个部件，例如管道和/或导流板表面。
此外，除了用于将发动机润滑油排出到燃料喷射器60上的单个出口92之外，发动机润滑油供给系统22还可以包括能够用于将发动机润滑油排出到燃料喷射器60上的多个出口。在这样的实施方式中，用于将发动机润滑油排出到燃料喷射器60上的多个出口可以都在发动机10的相同部件上，或者它们也可以在发动机10的多个部件上。
工业实用性
发动机10可以应用在任何需要动力来执行一项或多项任务的地方。发动机控制系统18可以通过由送气系统16将进气输送至燃烧室24、由燃料喷射器60将燃料直接或间接地提供给燃烧室24，并在燃烧室24内燃烧燃料来使发动机10产生动力。发动机控制系统18可以实现该动力产生过程的多种特定变型中的任意一种，包括但不局限于，四冲程压缩点火过程、二冲程压缩点火过程、四冲程火花点火过程，和二冲程火花点火过程。
在发动机控制系统18使发动机10产生动力的时候，各种热源可能会使燃料喷射器60的温度升高。燃料喷射器60可以从燃烧室24内的燃烧中吸收热量。在燃料喷射器60的出口64设置在燃烧室24内的实施方式中，来自燃烧的热量可能会以特别高的速率流入燃料喷射器60内。另外，使用流体，例如发动机润滑油和/或燃料，致动燃料喷射器60内的各部件以使燃料喷射器60排出燃料可能会产生大量的热量。此外，在燃料喷射器60包括电磁螺线管66的实施方式中，电流流过电磁螺线管66可能会产生相当多的热量。如果燃料喷射器60的温度过高，燃料喷射器60可能无法正常工作和/或燃料喷射器60可能会被损坏。例如，如果燃料喷射器60的温度到达特定值以上，电磁螺线管66可能会无法正常工作。因为热量只有通过传输到周围的空气或者通过流经燃料喷射器60一段相当长的距离到达壳体12才能离开暴露部分65，所以燃料喷射器60的暴露部分65可能会特别容易达到高温，这是不期望的。
在发动机10产生动力时，发动机润滑油供给系统22可以通过将发动机润滑油排出到燃料喷射器60上来冷却燃料喷射器60。在如图1和图2所示的发动机10的实施方式中，发动机润滑油泵78可以将发动机润滑油通过发动机润滑油供给通道80，82，84，86，94和出口92泵送到燃料喷射器60上。在一些实施方式中，发动机润滑油泵78可以在发动机10产生动力时基本上连续地泵送发动机润滑油，在此情况下，发动机润滑油供给系统22可在发动机10产生动力的同时将发动机润滑油基本上连续地排出到燃料喷射器60上。另外，在一些实施方式中和/或情况下，发动机润滑油供给系统22可以在高于50毫升每分钟的速率下将发动机润滑油排出到燃料喷射器60上。
根据本发明的实施方式的各个方面可以显著地提高对燃料喷射器60的冷却效率。通过直接接触在燃料喷射器60上并通过对流将热量从燃料喷射器60直接带走，从出口92排出的发动机润滑油可以在特别快的速率下从燃料喷射器60带走热量。将发动机润滑油基本上连续地排出到燃料喷射器60上并且以高于50毫升每分钟的速率将发动机润滑油排出到燃料喷射器60上可以进一步增强燃料喷射器60的冷却。另外，在出口92位于摇臂56上的实施方式中，接触在燃料喷射器60上的发动机润滑油流可以连续地扫过燃料喷射器60的外部，从而提高燃料喷射器60的均匀冷却效果。此外，将发动机润滑油引导到燃料喷射器60的暴露部分65上也是特别有利的，因为如上所述，燃料喷射器60的暴露部分65与燃料喷射器60的其它部分相比更需要冷却。
根据本发明的实施方式也可以提供对燃料喷射器60的低成本、低风险的冷却方式。因为根据本发明的实施方式用于冷却燃料喷射器60的液体是发动机润滑油，它不会污染输送到发动机10的其它部件的用于润滑目的的发动机润滑油。因此，根据本发明的实施方式允许燃料喷射器60的液体冷却，而不需要昂贵的装置用于将液体冷却剂与发动机润滑油供给系统22隔离。另外，在利用发动机润滑油供给系统22润滑的发动机10中的部件内提供出口92可以是用于冷却目的将发动机润滑油引导到燃料喷射器60上的一种低成本方法。
对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明范围的条件下可以对根据本发明的发动机和方法进行各种修改和变型。在考虑本说明书以及在这里公开的发动机和方法的实际应用的基础上，所公开的发动机和方法的其它实施方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。应当理解说明书和例子只能作为示例性的内容考虑，本发明真正的保护范围应由所附权利要求书及按等同原则确定。

Claims (10)

1.一种发动机(10)，包括：
具有燃烧室(24)的壳体(12)；
燃料喷射器(60)，其向所述燃烧室直接或间接地提供燃料；和
发动机润滑油供给系统(22)，其可操作地将发动机润滑油排出到所述燃料喷射器上。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机润滑油供给系统在发动机产生动力时可操作地将发动机润滑油基本上连续地排出到所述燃料喷射器上。
3.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机润滑油供给系统可操作地以大于约50毫升每分钟的速率将发动机润滑油排出到所述燃料喷射器上。
4.根据权利要求1所述的发动机，还包括可操作地使用除发动机润滑油之外的流体来冷却所述发动机的冷却系统(20)。
5.根据权利要求1所述的发动机，还包括：
气门(46)，选择性地允许流体流入或流出所述燃烧室；
气门致动系统(48)，其可操作地致动所述气门；
其中，所述发动机润滑油供给系统包括在所述气门致动系统上的出口(92)，所述出口指向所述燃料喷射器，使得发动机润滑油流过所述出口到达所述燃料喷射器上。
6.一种操作发动机(10)的方法，包括：
通过燃料喷射器(60)向所述发动机的燃烧室(24)直接或间接地提供燃料；在所述燃烧室内燃烧所述燃料，使所述发动机产生动力；
在利用所述发动机产生动力的同时，通过将发动机润滑油引导到所述燃料喷射器上来冷却所述燃料喷射器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，将发动机润滑油引导到所述燃料喷射器上包括从指向所述燃料喷射器的出口(92)排出发动机润滑油。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，将发动机润滑油引导到所述燃料喷射器上包括通过所述发动机的一个或多个发动机润滑油供给通道(94)和指向所述燃料喷射器的出口(92)泵送发动机润滑油。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，将发动机润滑油引导到所述燃料喷射器上包括通过所述发动机的气门致动系统(48)内的一个或多个发动机润滑油供给通道(94)和所述气门致动系统上的出口(94)将发动机润滑油引导到所述燃料喷射器上。
10.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述燃料喷射器包括位于所述燃烧室内的出口(64)；且
将发动机润滑油引导到所述燃料喷射器上包括将发动机润滑油引导到所述燃料喷射器的位于所述燃烧室外的暴露部分(65)上。
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