CN101627187B - 用于内燃机的喷射系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机，该内燃机具有流体喷射器(20，24，31)，所述喷射器用作正排量泵，并在每一操作中配送固定的流体量。电子控制器(26，41)控制喷射器(20，24，31)的操作，并控制每一发动机循环中喷射器配送流体的次数以及流体配送正时。所述流体可以是被转移而润滑曲轴轴承、凸轮轴承、挺杆和/或气缸壁的润滑油。所述流体可以是利用催化转化器上游的排气系统配送的尿素、水或燃料。

Description

用于内燃机的喷射系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的喷射系统。
背景技术
在本申请人的在先专利申请GB2421543中，申请人描述了“脉冲计数喷射”，这是一种使用在本申请的附图的图1中以附图标记10示出的这种类型的喷射器输送汽油燃料以在内燃机中燃烧的系统。发动机的各操作循环中输送的燃料量由在该操作循环中喷射器输送的燃料脉冲数控制。在各次操作中，喷射器单元输送设定量的燃料，即对于喷射器的每次操作来说喷射器输送的燃料量固定。
该喷射器用作正排量泵，并包括燃料入口11、燃料出口12、活塞13以及螺线管14。在活塞13中设置单向入口阀16，并且设置单向出口阀17以控制到达燃料出口12的燃料流。在活塞13与其周边壳体19之间限定燃料腔18。偏压弹簧20偏压活塞，使其沿增大燃料腔18的容积的方向运动。
在操作期间，当燃料腔18的容积增大时，单向入口阀16打开以允许燃料被引入燃料腔18中。接着，当螺线管14被致动并且活塞13克服活塞弹簧20的作用而向上运动时，燃料腔18中的燃料经由单向出口阀17被排向燃料出口12。活塞13可在两个固定的终点止动件之间运动，从而其行程在各冲程中一致，并因此各次操作中输送的燃料体积固定。可颠倒喷射器的操作，使活塞在螺线管的作用下运动以将燃料吸入燃料腔18中，然后在弹簧20的作用下运动以从燃料腔排出燃料。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种具有润滑系统的内燃机，该润滑系统包括：
润滑油贮存器；
喷射器，该喷射器用作正排量泵，与所述润滑油贮存器相连，并配送对于该喷射器的每次操作来说固定的润滑油量；以及
电子控制器，该电子控制器控制所述喷射器的操作；其中
所述控制器控制借助所述喷射器进行的润滑油的输送，并控制每一发动机循环中所述喷射器配送润滑油的次数以及每一发动机循环中所述喷射器的润滑油输送正时，该控制器随着发动机速度和/或负载的增大而增加每一循环所述喷射器的操作次数，并且随着发动机速度和/或负载的减小而减少每一循环所述喷射器的操作次数。
所述内燃机可包括：
在气缸中往复运动的活塞；以及
使所述活塞与曲轴相连的连杆；并且
所述润滑系统通过包括以下部件而可操作以润滑气缸壁，即：
润滑气缸壁的喷射器，其用作正排量泵，与所述润滑油贮存器相连，并配送对于该喷射器的每次操作来说固定的润滑油量。
在第二方面中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括：
用于储存流体的贮存器；
排气系统，该排气系统经由催化转化器将燃烧气体从该内燃机的一个或多个燃烧室引向大气；以及
流体输送系统，该流体输送系统用于将所述流体输送至所述排气系统，以与所述催化转化器上游的燃烧气体混合；其中该流体输送系统包括：
喷射器，该喷射器用作正排量泵，与所述流体贮存器相连，并配送对于该喷射器的每次操作来说固定的流体量；以及
电子控制器，该电子控制器控制所述喷射器的操作；其中
所述控制器控制每一发动机循环中所述喷射器配送流体的次数以及流体配送正时。
所述喷射系统可包括：
喷射器，该喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作来说固定的燃料量；以及
控制器，该控制器控制所述燃料喷射器的操作；
其中所述喷射器包括：
壳体，在该壳体中形成可变容积腔；
电子线圈；
活塞，该活塞在所述电子线圈的作用下在所述壳体的膛孔中轴向滑动；
单向入口阀，该单向入口阀允许燃料流从流体入口进入所述可变容积腔；以及
单向出口阀，该单向出口阀允许燃料流离开所述变容积腔而流至流体出口；其中：
所述入口阀位于设置在所述活塞中的阀腔内，并控制经过活塞通道的燃料流，该活塞通道贯穿所述活塞；
所述入口阀具有可在所述阀腔中沿轴线滑动的活动元件；
所述活塞通道具有向所述阀腔输送流体的入口管道以及从该阀腔输送流体的多个出口管道；
所述入口阀的所述活动元件具有面向所述入口管道的拱顶形或锥形入口表面、面向所述出口管道的出口表面以及用于在流过所述活动元件的流体流中产生紊流的尖锐边缘；并且
从所述入口管道流向所述出口管道的燃料必须横跨所述活动元件的所述拱顶形或锥形的入口表面径向流动并流过所述尖锐边缘。
另选的是，所述喷射系统可包括：
喷射器，该喷射器用作正排量泵，并配送对于该喷射器的每次操作来说固定的燃料量；以及
控制器，该控制器控制所述燃料喷射器的操作；
其中所述喷射器包括：
壳体，在该壳体中形成可变容积腔；
电子线圈；
活塞，该活塞在所述电子线圈的作用下在所述壳体的膛孔中轴向滑动；
单向入口阀，该单向入口阀允许燃料流从流体入口进入所述可变容积腔；以及
单向出口阀，该单向出口阀允许燃料流离开所述可变容积腔而流至流体出口；其中：
所述单向入口阀位于所述可变容积腔内，并控制离开活塞通道的燃料流，该活塞通道贯穿所述活塞；
所述入口阀具有位于所述可变容积腔中的活动元件；
所述活塞通道具有向所述可变容积腔输送流体的流体出口；
所述入口阀的所述活动元件具有面向所述活塞通道的所述流体出口的拱顶形或锥形的入口表面以及用于在流过所述活动元件的流体流中产生紊流的尖锐边缘；
所述活动元件被偏压弹簧偏压而接合在所述活塞上的包围所述活塞通道的流体出口的阀座内，该阀座在形状上与所述活动元件的所述入口表面匹配；并且
从入口通道流向出口通道的燃料必须横跨所述活动元件的所述拱顶形或锥形的入口表面流动并流过所述尖锐边缘。
附图说明
以下将参照附图描述本发明的优选实施方式，在附图中：
图1是贯穿本申请人的公知喷射器的剖视图；
图2示出在二冲程发动机中使用图1中所示类型的喷射器来输送润滑油；
图2a是图2的发动机的轴承的示意剖视图；
图2b是图2a的轴承的示意立体图；
图3以曲线示出通过图2的喷射器进行的润滑油输送正时；
图4示出可用于图2的发动机的活塞的改进构造；
图5示出内燃机的第二实施方式，其中图1的喷射器用于输送润滑油；
图6示出图1的喷射器，其用于向柴油机的排气系统中输送尿素溶液；
图7a以曲线示出在图6的发动机中在低发动机速度下尿素溶液的输送正时；
图7b以曲线示出在图6的发动机中在高发动机速度下尿素溶液的输送正时；
图8示意性地示出利用反馈信号的尿素溶液喷射系统的变型；
图9表示图1的喷射器所用的替换入口阀布置；
图10表示处于打开状态的图9的入口阀；
图11表示处于关闭状态的图9的入口阀；
图12表示图1的喷射器所用的又一替换入口阀布置；
图13示意性地示出从图12的入口阀引入的出口流道；
图14表示恰在打开之前处于关闭状态的图12的入口阀；
图15表示在打开期间图12的入口阀；
图16表示处于打开状态的图12的入口阀，其中流体流过该阀而到达可变容积腔；
图17表示在图12的阀关闭开始时的该阀；
图18表示图12的阀的关闭中点；
图19表示在关闭操作结束时关闭的图12的阀；
图20表示入口阀的进一步变型，其中该阀示出为处于关闭位置；
图21表示从打开位置关闭至图20的关闭位置的图20的阀；
图22表示从其关闭位置打开的图20的阀；
图23表示图8至图17中任一图中的阀的活动元件即使未完全对准时如何仍然密封；
图24表示用于与图1的喷射器一起使用的入口阀的另一变型，其中该阀处于关闭位置；
图25表示处于打开位置的图24的入口阀；以及
图26表示贯穿图1的喷射器的变型的剖视图。
具体实施方式
申请人意识到先前仅为燃料喷射目的而设计的图1的脉冲计数喷射器(“PCI”)10可用于其它应用，如现在的图2和图3中所示。
图2示出PCI喷射器22、23、24在单缸二冲程发动机的曲轴20以及缸膛21上的位置。PCI喷射器22、23、24不用于输送燃料，而是输送来自储存箱25的润滑油。
过去，小型二冲程发动机通常以“全耗损”润滑方法操作，其中二冲程油与燃料和空气混合并燃烧。二冲程油在经过发动机的曲轴箱时润滑运动部件，二冲程油在曲轴箱中在活塞的向下运动作用下与燃料和空气一起被加压，以经过传送孔输送至发动机的气缸中。该“全耗损”润滑系统燃烧气缸中的润滑油，并且其有益于使燃烧的油保持最少。这一挑战提供了一种可用在小型二冲程发动机中而不会显著增加发动机复杂性的低成本润滑系统。
在图2的布置中，喷射器22、23、24都根据发动机速度、负载和温度以精确受控速率输送润滑油。该输送由接收表示发动机速度、负载和温度的信号的电子控制单元26控制。润滑油被准确输送到发动机中有需要之处，输送至曲轴20并输送至缸膛21中。在所有条件下针对发动机的各个部分优化润滑率，以最大化发动机寿命并最小化过剩油以避免过量排放。供应至大端的油将穿过曲轴中的未示出的内部通道，这些通道由曲柄主轴承的PCT喷射器供应。
图2a示出如何通过曲轴20的顺时针运动(由箭头100示出)将喷射器23输送的润滑油向下带到轴承的下部。箭头101表示施加至曲轴20的向下负载。润滑油自身夹在曲轴20的外表面和轴承的相向环形表面105之间。该油最终从曲轴与轴承表面之间流出，如图2b中由箭头103、104所示。
理想的是，将发动机中所用的发动机活塞的形状修改成最适合润滑系统，这在图4中示出。活塞120具有带延伸部121的裙，延伸部121从活塞的主体向下延伸。连杆122与活塞120的连接使得活塞会被压向气缸的右手侧(如图中所示)，为此使喷射器22位于该侧以向最需要之处提供润滑。由于延伸部的使用，在各冲程中对于活塞行程的大部分来说喷射器22都与活塞120对准。该活塞具有两个活塞环：上活塞环127和下活塞环128。下活塞环128用作控油环，从气缸刮除过剩的油。传送孔129在气缸上开口，加压充气(或者燃料空气混合物)经由该传送孔输送至气缸。排放孔130也在气缸上开口，其在气缸中高于(更靠近气缸盖)孔129。上活塞环定位成使得在其冲程中其行程恰好低于传送孔129的底部。下活塞环128定位成使得其行程从不高于传送孔129或排放孔130的底部。喷射器22定位成比排放孔130或传送孔129更远离气缸的气缸盖。
喷射器22将油输送到对准的活塞表面上，使得油在气缸壁上扩散开。喷射器22仅在与活塞裙(包括裙延伸部121)对准时输送油。优选的是，在每一发动机循环中，在活塞的下冲程期间在活塞裙与喷射器22第一次对准开始的时期内喷射油。因而，没有油直接喷射到曲轴箱上而造成浪费，并且在气缸的推力侧壁上在确切所需位置处输送油。活塞在气缸的推力侧上的推力与活塞上的负载成比例，并且各循环中输送的润滑油的量随发动机负载而变化。喷射器受到控制而在低负载下发出1个或2个“脉冲”油，在高负载下“脉冲”数随负载的增大而增加至4个或6个。
图5示出可如何将内燃机140修改成利用根据本发明的喷射器操作全耗损润滑系统。内燃机140具有通过连杆142与曲轴143连接的活塞141，曲轴143可旋转地安装在曲轴箱144中。通过入口通道145将燃料和空气供应至发动机。通气管146将入口通道145与曲轴箱144相连。气缸盖入口提升阀147控制进入发动机的燃烧室148中的装料流。气缸盖排放提升阀150控制从燃烧室148流到排放通道149的燃烧气体流。
图1中所示类型的喷射器151安装在发动机的气缸壁中，以如上所述在活塞141的外部上输送油。由喷射器151输送的油在完成其润滑目的之后被活塞上的活塞环从气缸壁刮除并输送至曲轴箱144。曲轴143在曲轴箱144中的旋转将周期性地经由通气管146将燃料和空气吸入曲轴箱和从曲轴箱排放燃料和空气。曲轴箱中的燃料和空气与润滑油混合，并且燃料、油和空气的混合物随后在燃烧室148中燃烧。
喷射器151的使用使得各发动机循环中的输油量能够随发动机负载而变化，并使得能够在发动机循环的最佳时间输送油以使润滑效果最佳。喷射器151本身是泵，从而发动机不需要单独的油泵。喷射器151输送刚好满足发动机润滑所需的油，从而使在燃烧室148中燃烧的油量最少。
尽管图中未示出，但是诸如图1中所示的喷射器还可用于润滑用于驱动入口阀或排放阀的凸轮轴，也可用于润滑安装这种凸轮轴的轴承。还可使用喷射器来润滑这种发动机中的挺杆。
图3示出了曲轴和轴承的相向表面上的压力在发动机操作循环期间如何随时间周期性地变化，在燃烧期间产生最大压力。喷射器23(以及喷射器24)受到控制而在存在压力增大的时期开始时输送润滑油脉冲。在Od1和Od2之间，喷射器23受图中所示控制信号107的控制而输送两个“脉冲”的润滑油。这是在低发动机负载下针对第一低最大压力Pmax的。在Od3和Od4之间，喷射器23受图中所示控制信号106的控制而输送三个“脉冲”的润滑油(即，总量更大的润滑油)。这是在更高发动机负载下针对第二更高最大压力Pmax2的。
喷射器23、24用于与轴承上的最大负载同步地向轴承输送润滑油。喷射器将油输送至轴承的低压区，使得输送的油被带入曲轴与周边轴承之间的间隙中，并被向下带至高压区，油在该高压区形成“挤压”在曲轴与轴承之间的油膜。
在现有发动机中，油输送应当是连续的。输送速率对于发动机循环的高负载部分来说需要确保足够的油流，但是对于该循环的低负载部分来说这会是过量的。这些油被不必要地浪费并且会流出轴承外。本发明通过在需要时在各个发动机循环中输送油并以对于轴承上的负载来说适当的量来输送油而减少油浪费。脉冲数可从发动机空转时的一个脉冲到高负载时的六个脉冲不等。
申请人还意识到其喷射单元可有利地用于柴油机，从而控制在柴油机排气系统中输送到催化剂前表面上的尿素溶液的计量并允许其输送。
这在图6中示出。图6中的系统30具有与尿素溶液储存箱32相连接的喷射器31，该喷射器31将尿素溶液输送到催化转化器34紧上游的排气管33。在该图中还可以看出柴油机35具有与歧管40相连的排气流道(runner)36、37、38和39，排气管33从歧管40延伸。电子控制器41控制喷射器单元31的操作。尿素溶液的输送通过允许利用称为选择催化还原的过程从排气去除NOx而允许优化柴油机催化转化器34。迄今为止所面临的困难是找到一种低成本喷射系统，其可应付排放环境并能在催化剂的整个表面上良好地分散的模式输送尿素溶液。本发明的喷射器为此提供理想方案。
喷射器31以与内燃机操作同步的方式输送尿素溶液。图7a示出在催化转化器35的入口处排气速度如何随时间变化。图7a示出低发动机速度的情形，图7b示出高发动机速度的情形；图7a中的最大速度高于图7b中的最大速度，图7a中的平均速度高于图7b中的平均速度。当催化转化器35更靠近燃烧室(有时，该方案是优选的，以辅助催化剂操作)时，流速变化增大。
当流动速度开始增大时，尿素溶液被喷射到排气流中，使得尿素溶液与经过催化剂的最大燃烧气体流一起到达催化剂。喷射阶段在图7a中示为inj1、inj2和inj3，在图7b中示为inj5和inj6。对于低发动机速度，在每个喷射阶段存在三个“脉冲”或者三次尿素溶液给送(参见图7a)。对于渐增的发动机速度，增加每个喷射阶段中的“脉冲”数，直到针对高速的五个或六个“脉冲”为止(参见图7b)。
喷射器31的使用使得尿素溶液消耗最少，并在同一时间以正确混合向催化剂输送尿素溶液和气体。过多尿素溶液会导致“穿透(breakthrough)”，在这种情况下溶液穿过催化剂逃逸。图8示出一种布置，其中喷射器31由电子控制器160控制，电子控制器160至少部分依赖于反馈传感器161提供的信号来控制喷射器31的操作。该反馈控制器测量排气中的NH3，控制器160相应地调节尿素输送量。此外或另选地，测量离开催化转化器34的气体热量；在尿素发生分解之前催化器需要高于一定温度，并且可利用温度信号反馈防止在达到这一温度之前输送尿素溶液。
在图8中可看出喷射器31倾斜以将尿素溶液输送到催化器34中的催化剂团块的前表面上。
尽管以上讨论了尿素溶液的输送，然而排气系统中的喷射器也可用于检测其它流体。燃料输送可以用于在冷操作条件下辅助催化剂起燃，或者在发动机正在空转时将催化剂保持在操作温度。另选的是，若催化剂例如由于发动机点火失败而过热，则可以将过量燃料输送至催化剂进口以冷却催化剂而防止其损坏。
喷射器31还可布置成输送水以冷却催化剂，从而防止催化剂过热和损坏。例如，若检测到发动机点火失败，则利用喷射器输送冷却水以防止催化剂危险过热，从而延长催化剂寿命并减少火灾。在连接至动力工具所用的发动机时保持催化剂冷却尤为重要，所述动力工具例如是在存在锯末的情况下操作的链锯或者割干草或稻草所用的切割机。角磨机由于在使用中快速从满载磨削状态到达空载状态而面临独特问题。通常，在从满载切换到空载时切断火花，在化油器式发动机中这意味着大量燃料被输送至排气系统中的所有催化剂，这会发出白热光。喷射水可改善这种情况。
尽管图1的喷射器会非常好地发挥作用而在图2的系统中提供润滑油输送或者在图3的系统中提供尿素溶液(或水，或燃料)的输送，但是申请人还考虑到了多种修改。具体地说，申请人已考虑到图1中所示的单向入口阀16的修改。现在对此进行讨论。
如在图9、10和11中所示可使用盘阀(瓣阀)代替图1的入口阀16的球阀。该阀包括设置在活塞51内的盘50，盘50可在止动面52和53之间运动。示出了流体入口通道54以及一对流体出口通道55和56。出口通道55和56通向可变容积腔18(相当于上述燃料腔)，润滑油借助活塞经由单向出口阀从该可变容积腔18分配。
图10和图11示出了图9的阀的操作。当活塞51向下运动以增大可变容积腔18的容积时，通过入口通道54的流体流将通过使盘50推靠止动面52而强行打开盘阀。流体流将横过盘50的表面，然后绕盘50的周边流过流体出口通道，例如55和56。盘50的惯性也有助于阀的打开，当活塞51向下运动时该惯性倾向于使盘50相对于活塞51向上运动。
图11示出活塞51向上运动而流体试图沿流体出口通道55和56向下流动时的情形。流体会在盘50的后表面57上作用以迫使盘抵靠止动面53关闭。同样，盘50的惯性也将有助于该关闭，因为当盘51向上运动时盘50会相对于活塞51向下运动。
图9、10和11中所示的盘的形状非常简单，但是通过利用专门成形的阀件70(如图12至图23所示)可实现该阀的性能改进。在以下描述中，该阀件被描述为具有两个表面：就经过阀的流体流而言面对上游的入口表面以及就经过阀的流体流而言面对下游的出口表面。
在图12中，阀件70的入口表面具有球形(拱顶形)密封表面71，其密封地抵靠设置在可运活塞中的形状匹配的阀座表面72。所述球形形状确保阀件71的正确座置以及良好密封。示出的球形形状是优选的，因为即使在阀件存在些许错位时(如图23中可见)，该形状也会允许完全密封。光滑的球形表面允许流体流非常顺畅地经过密封区域并使流动约束最小。使用球形形状或锥形形状可以使阀座区域较小，阀座区域较小则会在阀关闭时在阀件与阀座之间产生良好接触压力，从而形成良好的有效密封。阀座72优选具有相匹配的球形或锥形形状，或者可以为低成本的倒角设计。
流动引导件373沿上游方向从密封表面71伸出，并促进流体流过阀件70。流动引导件373有助于在阀打开时使流体顺畅流入阀座区域和流过阀座区域，这有助于减小阀两侧的流动的总体压降。阀件70的形状使得在阀件70的周向边缘与活塞中的相向引导壁之间形成了形状最佳的间隙，以减少流体经过活塞流向可变容积腔期间的压力损失，并在流体流反向时使流体流动阻力最大，从而确保阀快速关闭。所述间隙设定为使得阀的快速关闭与阀打开时的低压降都能够得到兼顾。通常，所述间隙为阀元件的最大直径的1/10，阀元件的直径通常为1.5mm至2.00mm，所述间隙为0.15mm至0.20mm。
阀件70具有两个尖锐的圆形边缘73和74，当流过阀件70的流体流从出口流向入口时，圆形边缘73和74使该流动中断，从而产生高关闭力和快速关闭。
在阀打开序列期间，如图14至图16中所见，当横跨阀件70产生压差时，阀打开，从而流体流动。尖锐边缘73、74在阀元件71的出口表面75周围产生高紊流(参见图15)，这增大了横跨阀的压差而有助于阀快速打开。还可以通过减轻阀件70的质量(与传统球形阀元件相比，阀元件71仅超过等径球质量的一半)提高打开速度。存在任何偏压弹簧力也有助于快速打开。当阀元件70处于其全开状态(图16)时，紊流确保横跨阀元件70的压降得以维持，从而使阀元件70保持全开。
凸台75直立在阀件70的出口表面上，以使阀件70与限定在活塞中的相向止动面76的粘着最小。活塞设计有通向可变容积腔的三个出口77、78和79，如图13中可见。这使得流动面积最大，并且还减小了与阀件70的出口侧接触的接触面积。
凸台75赋予阀元件固定的打开状态，并在阀元件70与周围阀腔之间形成上游接触点，从而防止阀元件的尖锐边缘73、74被磨损。在关闭状态下阀元件70与阀腔的接触面积保持最小，以确保阀元件快速打开；大的面积会引起“粘着”效应，从而使阀关闭延迟。然而，接触面积应当足以确保阀元件70在全开时处于正确对准；这需要使接触点与阀元件70的中心轴线间隔开。使用绕阀元件轴线对称定位的三个出口管道77、78、79(参见图13)形成了适当形状的接触区域，同时在阀打开期间使流体流聚集在尖锐边缘73、74上。
图14示出了恰在打开之前处于其关闭位置的阀件70；箭头表示阀件70的入口表面和出口表面上的流体压力，作用在出口表面上的小箭头表明压力小于由大箭头表示的入口表面上的压力。流体压差将阀件70抬离其阀座，以允许流体流过阀件70，如图15中的箭头所示。最终，如图16所示，阀件70的出口侧上的凸台75抵靠活塞上的阀腔的相向止动面，形成如箭头80所示的绕阀件70的良好流体流，而且作用在阀件70的出口侧上的小的再循环涡流81使流入可变容积腔中的流体的主体流动平滑，而且在阀的下冲程侧形成小的低压区，从而确保阀保持全开。
在图17、18和19中示出了阀的关闭。在图17中，流体流开始反向，这将阀件70抬离其终点止动处，如图18中所示；该流体流由箭头表示。在图19中，阀件70由于出口表面上的压力大于入口表面上的压力(由箭头的相对大小表示)而完全关闭。
在图17、18、19的关闭序列期间，尖锐边缘73、74在流体流中产生高度紊流(参见图18)，并对穿过阀元件与阀腔之间的间隙的流体流产生大的阻力。通过沿阀关闭方向的流动，流动阻力横跨阀件70产生高压降，这会快速关闭阀。随着阀元件70继续朝向阀座72，阀座72与球形表面之间的光滑流体流提高了流体流动速度，并且该高流动速度产生有助于阀快速关闭的压力减小区。正与阀座72接合的阀件70借助横跨该阀元件的压差而保持与阀座72接合；参见图19，其中下游侧上的大箭头表示该侧上的较大的力，其大于下游侧上的力，小箭头表示减小的力。
上述设计特征使得单向阀能够以高频率操作。该设计使得阀对流体流方向变化的响应非常迅速，这还确保在阀打开时横跨该阀压降较低。阀设计成以1000Hz至5000Hz范围内的频率操作。包括球和弹簧布置的传统单向阀由于球的质量降低了阀的固有频率而局限于低频率操作。而且，球周围的流体流平滑，从而当阀处于打开状态时该流体流倾向于使球和弹簧振荡，这会使流体流中产生节流。平滑流动使得流体流仅在球上形成小的合力；从而球的关闭主要由弹簧驱动。需要选择弹簧来实现足够的关闭力意味着需要横跨球作用大的压降来打开阀，从而致使打开缓慢。
由于质量小以及阀关闭期间的限流路径，图9、图10和图11的盘阀与球-弹簧阀相比具有更快的响应。然而，在阀的打开状态下，由于受限流体流而在阀上产生显著压降。
阀70可被阀弹簧90偏压而关闭，如图20至图22所示。阀的操作如以上所述，但是弹簧90有助于阀关闭，而且还在不存在流体压力的情况下确保阀保持关闭(参见图20)。弹簧使阀打开减慢，但是所述尖锐边缘仍如以上所述那样辅助关闭。而且，阀元件的质量小于相当的球的质量，这有助于提高阀响应。阀元件上游的紊流确保阀元件处于其全开状态，并且不会像球-弹簧阀在全开状态下所公知的那样振荡。
在图12至图23的单向阀中，流动引导特征部可以具有多种不同形状，并且其顶部可以是尖的或者被倒圆。利用流动引导特征部将有助于通过注射成型工艺制造阀元件，因为阀引导部周围的流动不是关键的，而阀引导部可提供将塑料材料注射到模具中的位置。阀元件优选为注射成型塑料，但是也可由金属制成。
尽管图12至图23中设有凸台75，但是其不是关键特征，并且可以省去。
图24和图25表示图1的喷射器中所用的单向阀200的简化型式。所示单向阀具有图10至图23的单向阀所具有的多个优点，但是更容易制造，而且质量会更轻，这有助于频率响应。单向阀200包括具有凸球形入口表面201的碟形盘。盘200还具有凹半球形出口表面202，其与阀弹簧203接合。盘的入口表面201与匹配的阀座表面204接合以关闭阀。如图25中所见，当阀打开时表面201周围的流动顺畅，但是位于阀件200的极径处的尖锐边缘205产生紊流，这有助于产生横跨盘200的压差，因此有助于阀打开。与上述单向阀相同，图24和图25的单向阀具有对于快速响应来说必要的两个特征，即拱顶形的上游入口表面以及尖锐边缘，以产生紊流。与上述单向阀相比，图24和图25的单向阀会更廉价，制造起来更容易。
转向图26，该图示出图24和25的单向阀无需布置在活塞13内的阀腔内，但是代之以可以密封地抵靠设在活塞13的上表面(即，下游相向表面)上的阀座300。在图中，阀元件301通过在阀元件301与可变容积腔18的表面之间作用的阀弹簧302而偏压阀座300。该布置比上述布置更容易制造，因为无需在活塞13的中央形成阀腔。然而，尽管阀元件的形状确实会产生快速阀运动和良好的频率响应，但是活塞运动并不会通过该布置而具有最佳优势，更可取的是阀定位在活塞内的阀腔中。此外，阀弹簧302的使用在该布置中是必要的，但是在图10至22的单向阀中可将其省去。尽管在图26中示出了盘形单向阀元件301，但是也可替代使用图12至22的专门成形的阀元件。

Claims (32)

1.一种具有润滑系统的内燃机，该润滑系统包括：
润滑油贮存器；
喷射器，该喷射器用作正排量泵，与所述润滑油贮存器相连，并配送对于该喷射器的每一操作来说固定的润滑油量；以及
电子控制器，该电子控制器控制所述喷射器的操作；其中
所述控制器控制借助所述喷射器进行的润滑油的输送，并控制每一发动机循环中所述喷射器配送润滑油的次数以及每一发动机循环中所述喷射器的润滑油输送正时，该控制器随着发动机速度和/或负载的增大而增加每一循环所述喷射器的操作次数，并且随着发动机速度和/或负载的减小而减少每一循环所述喷射器的操作次数。
2.如权利要求1所述的内燃机，其中该内燃机具有多个需要润滑的发动机部件；所述润滑系统包括多个喷射器，各喷射器与所述多个发动机部件中的相应发动机部件相关联，各喷射器用作正排量泵，各喷射器与所述润滑油贮存器相连，并且各喷射器配送对于该喷射器的每一操作来说固定的润滑油量；所述电子控制器独立于其它喷射器控制每一发动机循环中各喷射器的操作次数和操作正时。
3.如权利要求2所述的内燃机，其中所述多个发动机部件包括凸轮轴。
4.如权利要求2或3所述的内燃机，其中所述多个发动机部件包括凸轮轴轴承。
5.如权利要求2或3所述的内燃机，其中所述多个发动机部件包括挺杆。
6.如权利要求2或3所述的内燃机，其中所述多个发动机部件包括曲轴轴承。
7.如权利要求1所述的内燃机，该内燃机包括：
在气缸中往复运动的活塞；
轴颈连接在轴承中的曲轴；以及
使所述活塞与所述曲轴相连的连杆；
其中所述润滑系统包括多个喷射器，各喷射器与其中一个曲轴轴承相关联，各喷射器用作正排量泵，各喷射器与所述润滑油贮存器相连，并且各喷射器配送对于该喷射器的每一操作来说固定的润滑油量，所述电子控制器独立于其它喷射器控制每一发动机循环中各喷射器的操作次数和操作正时。
8.如权利要求7所述的内燃机，其中各轴承上的负载在发动机操作期间周期性变化，各喷射器被控制成在相应轴承上的负载逐渐增大时输送润滑油，并在轴承低负载期间保持不操作。
9.如权利要求7或8所述的内燃机，其中在各轴承中，所述曲轴被环形轴承表面包围，该环形轴承表面具有在所述曲轴上反作用推力的推力表面部，并且各喷射器被定位成在所述环形轴承表面上的除所述推力表面部以外的位置处喷射润滑油，所述曲轴的旋转将所喷射的润滑油带到所述推力表面部。
10.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机，其中：所述喷射器为气缸壁喷射器，其设置成润滑该发动机的气缸壁，该气缸壁喷射器与所述润滑油贮存器相连并且该喷射器配送对于该喷射器的每一操作来说固定的润滑油量；并且所述电子控制器控制每一发动机循环中该气缸壁喷射器的操作次数，还控制每一发动机循环中的喷射正时，该控制器随着发动机速度和/或负载的增大而增加每一发动机循环中该气缸壁喷射器的操作次数，并且随着发动机速度和/或负载的减小而减少每一发动机循环中该气缸壁喷射器的操作次数。
11.如权利要求10所述的内燃机，其中：
该内燃机为二冲程发动机，在该内燃机中燃料和空气装料经由所述气缸壁中的一个或多个传送孔输送至所述气缸，燃烧气体经由所述气缸壁中的排放孔从所述气缸排放，所述排放孔和所述传送孔均位于所述气缸壁的相对表面部分中，并且所述排放孔定位成比所述传送孔更靠近所述气缸的气缸盖；以及
所述气缸壁喷射器被定位成在所述气缸壁中的一位置处输送润滑油，该位置比所述传送孔更远离所述气缸盖并位于所述气缸壁的在燃烧期间供所述活塞推靠的一侧。
12.如权利要求11所述的内燃机，其中所述内燃机包括有曲轴，所述曲轴在曲轴箱中旋转，并且所述气缸壁喷射器喷射的润滑油在所述曲轴箱中与燃料/空气装料混合，燃料、空气和润滑油的混合物在所述气缸中燃烧。
13.如权利要求10所述的内燃机，其中：
所述气缸具有带入口的气缸盖，燃料和空气装料经由该入口被输送至所述气缸，并且设置入口阀以开闭所述入口；
燃料和空气装料经由入口通道被输送至所述入口；
所述入口通道通过通气通道与曲轴箱相连，曲轴在该曲轴箱中旋转；
燃料和空气装料被周期性地抽入所述曲轴箱和从所述曲轴箱排放；
所述曲轴箱中的所述燃料和空气装料与喷射的润滑油混合；并且
燃料、空气和润滑油的混合物在所述气缸中燃烧。
14.如权利要求10所述的内燃机，其中所述内燃机包括有活塞，所述活塞具有活塞裙和裙延伸部，该裙延伸部远离气缸的气缸盖延伸以在所述喷射器的区域内延长所述活塞裙，从而允许增加所述活塞裙与所述气缸壁喷射器的对准持续时间。
15.如权利要求14所述的内燃机，其中所述控制器控制所述喷射器的操作，从而仅当所述气缸壁喷射器与包括所述裙延伸部在内的所述活塞裙对准时才配送润滑油。
16.一种内燃机，该内燃机包括：
用于储存流体的贮存器；
排气系统，该排气系统经由催化转化器将燃烧气体从该发动机的一个或多个燃烧室引向大气；以及
流体输送系统，该流体输送系统用于将所述流体输送至所述排气系统，以与所述催化转化器上游的燃烧气体混合；其中该流体输送系统包括：
喷射器，该喷射器用作正排量泵，与所述流体贮存器相连，并配送对于该喷射器的每一操作来说固定的流体量；以及
电子控制器，该电子控制器控制所述喷射器的操作；其中
所述控制器控制每一发动机循环中所述喷射器配送流体的次数以及流体配送正时。
17.如权利要求16所述的内燃机，该内燃机以柴油机循环进行操作，并且其中由所述喷射器喷射的所述流体为尿素溶液。
18.如权利要求17所述的内燃机，其中所述控制器随着发动机速度和/或负载的增大而增加每一发动机循环中所述喷射器的操作次数，并且随着发动机速度和/或负载的减小而减少每一发动机循环中所述喷射器的操作次数。
19.如权利要求18所述的内燃机，其中所述排气系统中的排气速度周期性变化，并且所述控制器控制所述喷射器，使得所述喷射器在速度增大阶段输送尿素溶液，而在低速阶段保持不操作。
20.如权利要求18所述的内燃机，该内燃机包括用于测量所述催化转化器的温度的温度传感器，其中在达到阈值温度之前，所述控制器保持所述喷射器不操作，所述阈值温度被预先设定在所述控制器中。
21.如权利要求18或19所述的内燃机，其中在所述排气系统中在所述催化转化器的下游定位一传感器，以测量所述催化转化器下游排气的一个或多个选定特征，该传感器向所述控制器提供一个或多个反馈信号，所述控制器利用该反馈信号修正所述喷射器的操作。
22.如权利要求16所述的内燃机，其中由所述喷射器配送的所述流体是水。
23.如权利要求22所述的内燃机，该内燃机具有用于检测其点火失败的检测装置，其中当检测到点火失败时，所述控制器控制所述喷射器以输送水来冷却所述催化转化器。
24.如权利要求22或23所述的内燃机，其中设置温度传感器以测量所述催化转化器的温度，并且当感测到的温度高于预先设定在所述控制器中的阈值时，该控制器指示所述喷射器配送水来冷却所述催化转化器。
25.如权利要求16所述的内燃机，其中由所述喷射器配送的流体是燃料。
26.如权利要求25所述的内燃机，其中所述控制器控制所述喷射器以在所述催化转化器的低操作温度下向所述排气系统输送燃料，从而辅助催化剂“起燃”。
27.如权利要求25或26所述的内燃机，该内燃机具有用于检测其点火失败的检测装置，其中当检测到点火失败时，所述控制器控制所述喷射器以配送燃料来冷却所述催化转化器。
28.如权利要求25或26所述的内燃机，其中设置温度传感器以测量所述催化转化器的温度，并且当感测到的温度高于预先设定在所述控制器中的阈值时，该控制器指示所述喷射器配送燃料来冷却所述催化转化器。
29.如权利要求1-3、7、8、16-19、22、23、25-26中任一项所述的内燃机，其中所述喷射器包括：
壳体，在该壳体中形成可变容积腔；
电子线圈；
活塞，该活塞在所述电子线圈的作用下在所述壳体的膛孔中轴向滑动；
单向入口阀，该单向入口阀允许流体流从流体入口进入所述可变容积腔；以及
单向出口阀，该单向出口阀允许流体流离开所述可变容积腔而流至流体出口，其中：
所述入口阀位于设置在所述活塞中的阀腔内，并控制经过活塞通道的流体流，该活塞通道贯穿所述活塞；
所述入口阀具有可在所述阀腔中沿轴线滑动的活动元件；
所述活塞通道具有向所述阀腔输送流体的入口管道以及从该阀腔输送流体的多个出口管道；
所述入口阀的所述活动元件具有面向所述入口管道的拱顶形或锥形入口表面、面向所述出口管道的出口表面以及用于在流过所述活动元件的流体流中产生紊流的尖锐边缘；并且
从所述入口管道流向所述出口管道的流体必须横跨所述活动元件的所述拱顶形或锥形的入口表面流动并流过所述活动元件的所述尖锐边缘。
30.如权利要求1-3、7、8、16-19、22、23、25-26中任一项所述的内燃机，其中所述喷射器包括：
壳体，在该壳体中形成可变容积腔；
电子线圈；
活塞，该活塞在所述电子线圈的作用下在所述壳体的膛孔中轴向滑动；
单向入口阀，该单向入口阀允许流体流从流体入口进入所述可变容积腔；以及
单向出口阀，该单向出口阀允许流体流离开所述可变容积腔而流至流体出口，其中：
所述单向入口阀控制经过活塞通道的流体流，该活塞通道贯穿所述活塞；
所述单向入口阀具有活动元件，该活动元件具有拱顶形或锥形表面以及用于在流过所述活动元件的流体流中产生紊流的尖锐边缘；
所述活动元件被偏压弹簧偏压而接合在阀座内，该阀座在形状上与所述活动元件的入口表面匹配；并且
从所述流体入口经过所述喷射器流至所述流体出口的流体必须横跨所述活动元件的所述拱顶形或锥形的入口表面流动并流过所述活动元件的所述尖锐边缘。
31.如权利要求30所述的内燃机，其中所述入口表面为凸形，所述出口表面为凹形，所述活动元件为盘形。
32.如权利要求30所述的内燃机，其中当所述活塞运动以从所述可变容积腔排放流体时，流体压力用于迫使所述活动元件抵靠所述阀座，当所述活塞运动以将流体吸入所述可变容积腔时，所述活动元件上的流体压力用于将所述活动元件抬离所述阀座。
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