CN102758676B - 发动机活塞冷却喷嘴、发动机和工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机活塞冷却喷嘴，包括喷嘴阀和油量控制装置，其中：所述油量控制装置连接至所述喷嘴阀，并根据发动机气道或活塞的实时参数，控制所述喷嘴阀的喷油量。根据本发明的又一方面，还提出了一种发动机和一种工程机械。通过本发明的技术方案，能够修正冷却过程，从而及时有效地控制阀体开度以满足活塞冷却需求。

Description

发动机活塞冷却喷嘴、发动机和工程机械

技术领域

本发明涉及发动机领域，具体而言，涉及一种发动机活塞冷却喷嘴、一种发动机和一种工程机械。

背景技术

随着发动机技术的日趋成熟，升功率也越来越大，为了防止发动机在运转过程中，活塞头部产生过大热负荷而变形，必须对其进行冷却。目前常规的活塞冷却喷嘴主要为机械式，仅靠机油压力控制冷却喷嘴阀的开度。而当活塞热负荷低时，由于冷却喷嘴只受机油压力的控制，依然可能会打开，造成活塞过冷，热效率降低、HC（Hydrocarbon，碳氢化合物）排放增加、活塞摩擦功增加。而在发动机低速高负荷时，喷油量少或不喷，活塞热负荷高，导致冷却不足，容易烧坏活塞。另外，有一部分活塞冷却喷嘴利用了油温和水温等信号作为辅助控制，但经过仔细分析研究发现，对于工况频繁变化工程机械而言，水温和油温由于比热容相对较大，导致其反映活塞温度变化的相应滞后，从而不能及时有效控制阀体的开度来满足活塞的实时冷却需求。

因此，需要一种新的冷却喷嘴，能够修正冷却过程，从而及时有效地控制阀体开度以满足活塞冷却需求。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种发动机活塞冷却喷嘴，能够修正冷却过程，从而及时有效地控制阀体开度以满足活塞冷却需求。

有鉴于此，本发明提出了一种发动机活塞冷却喷嘴，包括喷嘴阀和油量控制装置，其中：所述油量控制装置连接至所述喷嘴阀，并根据发动机气道或活塞的实时参数，控制所述喷嘴阀的喷油量。

在该技术方案中，根据发动机气道或活塞的实时参数来控制喷嘴阀的喷油量，能够更加准确地反映活塞的实时温度，而且相比检测油温和水温的控制方法，气道或活塞内的气体参数变化更接近于活塞的实时温度，进而可以很大程度上解决冷却活塞的滞后性。

在上述技术方案中，优选地，所述油量控制装置包括实时参数检测装置、控制器和执行器，其中：所述实时参数检测装置设置于发动机气道中或活塞上，用于检测所述发动机气道或所述活塞的实时参数；所述执行器连接至所述控制器和所述喷嘴阀的阀芯；所述控制器连接至所述实时参数检测装置和所述执行器，根据所述实时参数控制所述执行器，改变所述喷嘴阀的阀口开度，以控制所述喷嘴阀的喷油量。

在上述任一技术方案中，优选地，所述实时参数检测装置包括：设置在所述发动机气道中或所述活塞上的温度传感器，或设置在所述发动机气道中的压力传感器。

在上述任一技术方案中，优选地，所述实时参数检测装置还包括：设置在发动机冷却液中以获取冷却液温度的温度传感器。

在该技术方案中，通过检测发动机冷却液的温度，也可以间接获得发动机活塞的温度参数，将冷却液的温度与气道温度相结合进行控制，可以更加准确的控制喷嘴阀的喷油量。

在上述任一技术方案中，优选地，所述控制器包括引擎控制模块。

在该技术方案中，通过引擎控制模块控制整个发动机活塞冷却喷嘴，能够根据发动机中各个传感器的数据计算出最佳的喷油量，达到更好的冷却效果。

在上述任一技术方案中，优选地，所述执行器包括本体和推杆，其中：所述推杆的一端连接至所述本体，另一端连接至所述喷嘴阀的阀芯，能够在所述本体中进行往复直线运动，以配合所述阀芯的运动；所述本体连接至所述控制器和所述推杆，能够在所述控制器的控制下，向所述推杆施加与其运动方向相同或相反的作用力，以控制所述阀芯的移动距离，从而控制所述喷嘴阀的喷油量。

在该技术方案中，由本体向推杆施加作用力，从而推动或拖拽阀芯运动，其中，若需要加大冷却力度，则增大阀口开度，否则减小阀口开度，进而控制喷嘴阀的喷油量。

在上述任一技术方案中，优选地，所述喷嘴阀包括：弹性元件，套设在所述阀芯和所述执行器的所述推杆的外部，使所述阀芯始终保持处于初始状态的趋势。

在上述任一技术方案中，优选地，所述喷嘴阀的阀腔包括轴向腔和径向腔，所述喷嘴阀的阀芯设置在所述轴向腔中；液压油从所述轴向腔一端的进油口进入所述阀腔后，推动所述阀芯，以从所述径向腔一端的出油口流出。

在该技术方案中，液压油从进油口流入轴向腔，推动阀芯向远离进油口的方向运动，阀芯与轴向腔的内壁相接触使径向腔保持封闭，当阀芯在液压油的作用下使径向腔逐渐开启时，液压油开始从径向腔流出，达到对喷嘴阀的冷却。

在上述任一技术方案中，优选地，所述喷嘴阀还包括：阀体壳，设置在所述喷嘴阀外侧对应于所述出油口的位置，所述阀体壳中设置有喷射油道，能够与所述出油口相配合，将流出所述出油口的液压油通过所述喷射油道喷射至所述活塞。

在该技术方案中，由于设置了喷射油道，液压油可从喷射油道中喷射至活塞，使得液压油的喷射雾化效果更好，进而达到更好的冷却效果。

在上述任一技术方案中，优选地，所述径向腔的个数为多个，则所述喷嘴阀上相应地设置有多个出油口，以及所述阀体壳上设置有与所述多个出油口相配合的多条喷射油道。

根据本发明的又一方面，还提出了一种发动机，包括上述任一项所述的发动机活塞冷却喷嘴。

根据本发明的又一方面，还提出了一种工程机械，包括上述发动机。

通过以上技术方案，能够修正冷却过程，从而及时有效地控制阀体开度以满足活塞冷却需求。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的发动机活塞冷却喷嘴的结构图；

图2A至图2D示出了根据本发明的实施例的阀芯在轴向腔内运动的示意图。

图1至图2D中的部件名称与附图标记之间的对应关系为：

1阀芯；2喷嘴阀；3阀体壳；4轴向腔；5径向腔；6弹性元件；7喷射油道；8执行器；81本体；82推杆；9进油口；12控制器；13温度传感器；14压力传感器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的发动机活塞冷却喷嘴的结构图。

如图1所示，发动机活塞冷却喷嘴包括喷嘴阀2和油量控制装置，其中：油量控制装置连接至喷嘴阀2，并根据发动机气道或活塞的实时参数，控制喷嘴阀2的喷油量。

在该技术方案中，由于进气压力对活塞温度的影响相对排气而言之后约1至2秒，根据发动机气道或活塞的实时参数来控制喷嘴阀2的喷油量，能够更加准确地反映活塞的实时温度，而且相比检测油温和水温的控制方法，由于油和水的比热容较大，当活塞温度变化时并不会立即变化至与活塞相同的温度，气道或活塞内的气体参数变化更接近于活塞的实时温度，进而可以很大程度上解决冷却活塞的滞后性。

在上述技术方案中，油量控制装置包括实时参数检测装置、控制器12和执行器8，其中：实时参数检测装置设置于发动机气道中或活塞上，用于检测发动机气道或活塞的实时参数；执行器8连接至控制器12和喷嘴阀2的阀芯1；控制器12连接至实时参数检测装置和执行器8，根据实时参数控制执行器8，改变喷嘴阀2的阀口开度，以控制喷嘴阀2的喷油量。

在上述任一技术方案中，实时参数检测装置包括：设置在发动机气道中或活塞上的温度传感器13，或设置在发动机气道中的压力传感器14。

在上述任一技术方案中，实时参数检测装置还包括：设置在发动机冷却液中以获取冷却液温度的温度传感器13。

在该技术方案中，通过检测发动机冷却液的温度，也可以间接获得发动机活塞的温度参数，将冷却液的温度与气道温度相结合进行控制，可以更加准确的控制喷嘴阀2的喷油量。

在上述任一技术方案中，控制器12包括引擎控制模块。

在该技术方案中，引擎控制模块即ECM（Engine Control Module），通过引擎控制模块控制整个发动机活塞冷却喷嘴，能够根据发动机中各个传感器的数据计算出最佳的喷油量，以达到更好的冷却效果。

在上述任一技术方案中，执行器8包括本体81和推杆82，其中：推杆82的一端连接至本体81，另一端连接至喷嘴阀2的阀芯1，能够在本体81中进行往复直线运动，以配合阀芯1的运动；本体81连接至控制器12和推杆82，能够在控制器12的控制下，向推杆82施加与其运动方向相同或相反的作用力，以控制阀芯1的移动距离，从而控制喷嘴阀2的喷油量。

在该技术方案中，由本体81向推杆82施加作用力，从而推动或拖拽阀芯1运动，其中，若需要加大冷却力度，则增大阀口开度，否则减小阀口开度，进而控制喷嘴阀2的喷油量。

另一方面，执行器8能够实现对喷嘴阀2内各部件运动过程的修正，具体而言，当发动机工作负载较低时，活塞的热负荷也较低，不需要冷却，此时根据预定温度或压力接通执行器8电路，通过推杆82向进油口9方向推动阀芯1，减少喷嘴阀2的开度，进而减少喷油量避免活塞过冷；当发动机工作负载较高时，活塞的热负载也较大，需要加强冷却，同样接通执行器8的电路，通过推杆82向远离进油口9的方向拉动阀芯1，增加喷嘴阀2的开度，进而增大喷油量，使活塞得到充分冷却。

通过对喷嘴阀2内各部件运动过程的修正，可以避免活塞过冷和活塞过热，提高热效率，减少HC（Hydrocarbon，碳氢化合物）的排放，降低活塞摩擦功。

在上述任一技术方案中，喷嘴阀2包括：弹性元件6，套设在阀芯1和执行器8的推杆82的外部，使阀芯1始终保持处于初始状态的趋势。

在上述任一技术方案中，喷嘴阀2的阀腔包括轴向腔4和径向腔5，喷嘴阀2的阀芯1设置在轴向腔4中；液压油从轴向腔4一端的进油口9进入阀腔后，推动阀芯1，以从径向腔5一端的出油口流出。

在该技术方案中，液压油从进油口流入轴向腔4，推动阀芯1向远离进油口9的方向运动，阀芯1与轴向腔4的内壁相接触使径向腔5保持封闭，当阀芯1在液压油的作用下使径向腔5逐渐开启时，液压油开始从径向腔5流出，达到对喷嘴阀2的冷却。

在上述任一技术方案中，喷嘴阀2还包括：阀体壳3，设置在喷嘴阀2外侧对应于出油口的位置，阀体壳3中设置有喷射油道7，能够与出油口相配合，将流出出油口的液压油通过喷射油道7喷射至所述活塞。

在该技术方案中，由于设置了喷射油道7，液压油可从喷射油道7中喷射至活塞，使得液压油的喷射雾化效果更好，进而达到更好的冷却效果。

在上述任一技术方案中，径向腔5的个数为多个，则喷嘴阀2上相应地设置有多个出油口，以及阀体壳3上设置有与多个出油口相配合的多条喷射油道7。

在该技术方案中，多个径向腔5可以设置在一个轴向面内也可以设置在多个轴向面内，当设置在多个轴向面内时，随着液压油压力的增大，可以逐个开启各个径向腔5，从而达到逐渐增加喷油量的效果，提高了喷嘴阀2的操作性能。

图2A至图2D示出了根据本发明的实施例的阀芯在轴向腔内运动的示意图。

如图2A所示，当活塞处于正常温度时，阀芯1处于初始状态，保持径向腔5与轴向腔4不连通的状态，执行器81也不对推杆82进行控制。

如图2B所示，当活塞处于过热状态时，需要喷嘴阀2喷出液压油进行冷却，液压油开始由进油口9进入轴向腔4，并对阀芯1产生液压力，液压力克服弹性元件6和推杆82的阻力，使阀芯1向远离进油口9的方向移动，在阀芯1的移动过程中，径向腔5逐渐与轴向腔4连通，轴向腔4内的液压油开始流入径向腔5，并从喷射油道7喷出以冷却活塞。

在图2B所示的情况下，为当活塞的温度不是很高时，需要使喷嘴阀2保持较小的开度，通过执行器81控制推杆82，使之向阀芯1产生相应的推力，从而使得阀芯1与径向腔5形成较小的通道，降低喷射的油量。

当活塞的温度较高时，需要加大喷嘴阀2的开度，可以通过执行器81控制推杆82，使之向阀芯1产生较小的推力、不产生推力或产生拉力，从而使得阀芯1与径向腔5形成较大的通道或完全开启径向腔5，以产生较大的喷射油量，具体如图2C所示：

液压油的一部分流入径向腔5，另一部分继续对阀芯1产生压力，克服弹性元件6和推杆82的阻力（或液压油的油压和推杆82的拉力共同克服弹性元件6的阻力），使阀芯1向远离进油口9的方向移动，并逐渐使径向腔5与轴向腔4完全连通，此时液压油对阀芯1产生的液压力与弹性元件6和推杆82的阻力相等，则阀芯1保持当前状态，直至活塞冷却完毕，液压油停止进入喷嘴阀2，在弹性元件6和推杆82的作用下，阀芯1恢复初始状态，保持径向腔5与轴向腔4不连通的在状态。

此外，当需要覆盖较大的喷射面时，可以采用如图2C所示的方式，即设置两个或多个径向腔5，分别处于喷嘴阀2的周向，每个径向腔5中分别设置有一个喷射油道7。

当然，如图2D所示，径向腔5显然也可以设置为一个，处于喷嘴阀2的一侧，径向腔5内设置有一个喷射油道7。

具体地，可以根据具体需要设置径向腔5的位置和数量以达到理想的冷却效果。

根据本发明的又一方面，还提出了一种发动机，包括上述任一技术方案所述的发动机活塞冷却喷嘴。

根据本发明的又一方面，还提出了一种工程机械，包括上述发动机。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中，对于活塞冷却的控制不够精确，而且感应活塞温度的变化也不够及时，本发明提出的发动机活塞冷却喷嘴，能够及时有效地控制阀体开度以满足活塞冷却需求，并修正冷却过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，包括喷嘴阀和油量控制装置，其中：

所述油量控制装置连接至所述喷嘴阀，并根据发动机气道或活塞的实时参数，控制所述喷嘴阀的喷油量；

其中，所述油量控制装置包括：

实时参数检测装置、控制器和执行器，其中：

所述实时参数检测装置设置于发动机气道中或活塞上，用于检测所述发动机气道或所述活塞的实时参数；

所述执行器连接至所述控制器和所述喷嘴阀的阀芯；

所述控制器连接至所述实时参数检测装置和所述执行器，根据所述实时参数控制所述执行器，改变所述喷嘴阀的阀口开度，以控制所述喷嘴阀的喷油量。

2.根据权利要求1所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述实时参数检测装置包括：设置在所述发动机气道中或所述活塞上的温度传感器，或设置在所述发动机气道中的压力传感器。

3.根据权利要求2所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述实时参数检测装置还包括：设置在发动机冷却液中以获取冷却液温度的温度传感器。

4.根据权利要求1所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述控制器包括引擎控制模块。

5.根据权利要求1所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述执行器包括本体和推杆，其中：

所述推杆的一端连接至所述本体，另一端连接至所述喷嘴阀的阀芯，能够在所述本体中进行往复直线运动，以配合所述阀芯的运动；

所述本体连接至所述控制器和所述推杆，能够在所述控制器的控制下，向所述推杆施加与其运动方向相同或相反的作用力，以控制所述阀芯的移动距离，从而控制所述喷嘴阀的喷油量。

6.根据权利要求5所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述喷嘴阀包括：

弹性元件，套设在所述阀芯和所述执行器的所述推杆的外部，使所述阀芯始终保持处于初始状态的趋势。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述喷嘴阀的阀腔包括轴向腔和径向腔，所述喷嘴阀的阀芯设置在所述轴向腔中；

液压油从所述轴向腔一端的进油口进入所述阀腔后，推动所述阀芯，以从所述径向腔一端的出油口流出。

8.根据权利要求7所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述喷嘴阀还包括：

阀体壳，设置在所述喷嘴阀外侧对应于所述出油口的位置，所述阀体壳中设置有喷射油道，能够与所述出油口相配合，将流出所述出油口的液压油通过所述喷射油道喷射至所述活塞。

9.根据权利要求8所述的发动机活塞冷却喷嘴，其特征在于，所述径向腔的个数为多个，则所述喷嘴阀上相应地设置有多个出油口，以及所述阀体壳上设置有与所述多个出油口相配合的多条喷射油道。

10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的发动机活塞冷却喷嘴。

11.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求10所述的发动机。