CN103363148A - 可变流阻 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变流阻。本发明提供用于调整流过流体管路的流体的流量截面的各种系统。在一个实施例中，系统包含流体入口、流体出口和形成具有流体管路的长条形空心体的空心体机壳，该空心体机壳将流体入口流体连接到流体出口。该系统可以进一步包含截面控制装置，该截面控制装置配置为改变流体管路的流量截面从而向流体管路提供流阻，由空心体材料形成的截面控制装置配置为响应于流过流体管路的流体的剪切速率的增加或施加到空心体材料的电压中的一个，减小流体管路的流量截面。

Description

可变流阻

相关申请的交叉参考

本申请要求于2012年3月30日递交的德国专利申请No.102012205262.3的优先权，其全部内容为所有目的包括在此作为参考。

技术领域

本公开涉及可变流阻，并且具体涉及改变内燃机中流体管路的流阻。

背景技术

在内燃机中，由于冷却系统可能表现因加压和高温而引起的高压，因此可以提供一条或更多条除气管路从而缓解冷却系统中的压力。无法缓解这样的高压可能导致冷却系统操作的衰退。可能进一步希望调节流过除气管路的气体或其他流体的压力。

美国专利No.7,637,892公开了一种可植入可变灌流泵系统，其具有流量阻力或流阻，例如采用适于毛细管的细丝或插入件的形式。在一些例子中，插入件可以由电活性聚合物构成。

发明内容

本发明人在此认识到例如布置在内燃机内的调节流体流速的传统装置包括阀门和复杂的控制机构，其增大流速调节器占用的体积、发动机的重量，并提高相关控制策略的复杂性。

为解决这些问题，提供用于调整流过流体管路的流体的流量截面的各种系统。在一个实施例中，系统包含流体入口、流体出口和形成具有流体管路的长条形空心体的空心体机壳，该空心体机壳将流体入口流体连接到流体出口。该系统可以进一步包含截面控制装置，该截面控制装置配置为改变流体管路的流量截面从而向流体管路提供流阻，由空心体材料形成的截面控制装置配置为响应于流过流体管路的流体的剪切速率或施加到空心体材料的电压的增加中的一个，减小流体管路的流量截面。

这样，可以在不使用移动部件（例如，阀门）或复杂控制机构的情况下，以自调节方式执行流体管路的流量截面的调节。

单独考虑具体实施方式或者连同附图一起考虑，上述优点和其他优点以及本说明书的特征将是显而易见的。

应理解提供上述发明内容是为了以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。其不意味着标识要求保护的主题的关键或基本特征，该要求保护主题的保护范围由具体实施方式之后的权利要求唯一限定。此外，要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任意部分中的任意缺点的实施方式。

附图说明

图1示出包括冷却系统和除气管路的发动机的框图。

图2示出根据本公开的实施例的可变流阻膨胀装置的实施例。

图3示出图2的可变流阻膨胀装置的不同状态。

图4示出根据本公开的实施例的电活性可变流阻装置的实施例。

具体实施方式

在内燃机中，由于冷却系统可能因加压和高温而表现出高压，因此可以提供一条或更多条除气管路从而缓解冷却系统中的压力。无法缓解这样的高压可能导致冷却系统操作的退化，例如，因为热量的移除和分布可能受限。可能进一步希望调节流过除气管路的气体或其他流体的压力。如在此使用的，“流体”可以同样指代在气态或液态下的物质。

提供用于调整流过流体管路的流体的流量截面的各种系统。在一个实施例中，系统包含流体入口、流体出口和形成具有流体管路的长条形空心体的空心体机壳，该空心体机壳将流体入口流体连接到流体出口。该系统可以进一步包含截面控制装置，该截面控制装置配置成改变流体管路的流量截面从而向流体管路提供流阻，由空心体材料形成的截面控制装置配置成响应于流过流体管路的流体的剪切速率或施加到空心体材料的电压的增加中的一个，减小流体管路的流量截面。

图1是显示可以包括在机动车的推进系统中的示例发动机10的示意图。发动机10显示为具有四个汽缸30。然而，根据本公开可以使用其他数量的汽缸和其他汽缸配置（例如V-汽缸配置）。发动机10可以至少部分由包括控制器（未示出）的控制系统控制并由来自车辆操作人员的输入控制。发动机10的每个燃烧室（例如汽缸）30可以包括燃烧室壁，并带有安置在其中的活塞（未示出）。活塞可以耦合到曲轴40，从而活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经中间传输系统（未示出）耦合到车辆的至少一个驱动轮。

燃烧室30可以从进气歧管44经进气道（未示出）接收进气，并可以经排气道（未示出）排出燃烧气体。进气歧管44和排气歧管46可以通过各自的进气阀和排气阀（未示出）与每个燃烧室30选择性连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气阀和/或两个或更多排气阀。因此，排气道48可以流体耦合到发动机10。

燃料喷射器50显示为直接耦合到每个燃烧室30以便将燃料直接喷射到其中。该喷射可以与从发动机控制器（未示出）接收的脉宽成比例。通过这种方式，燃料喷射器50向燃烧室30提供公知的燃料的直接喷射。例如燃料喷射器可以安装在燃烧室的侧面中或在燃烧室的顶部中。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨的燃料系统（未示出）输送到燃料喷射器50。在一些实施例中，燃烧室30可以可替换地或另外地包括以以下配置布置在进气歧管44中的燃料喷射器：提供公知的从每个燃烧室30上游进入进气道的燃料的进气道喷射。

可以通过包括冷却装置60来降低发动机10的温度。在一些实施例中，冷却装置60是内部邻近车辆主体安装的冷却器，并可以包含适于使液体冷却剂循环的多条通道。液体冷却剂可以进而循环通过发动机10的多条通道和其中的多个区域，由此从发动机10收集和吸取热量，然后可以循环通过冷却装置60中的通道，将吸收的热量传递到周围空气。示范性冷却剂管路62为图解目的示出，在该示例中，冷却剂管路62与冷却装置60的出口流体连通并自该出口延伸，冷却装置60配置为供应冷却剂并使冷却剂循环至发动机10。然后，冷却剂管路62向内延伸至发动机10，并可以例如具有围绕或靠近倾向于生成高水平热量的区域的路径，区域例如围绕燃烧室30及其排气道（未示出）和/或在燃烧室30及其排气道（exhaust port）之间的区域。冷却管路62可以充分延伸穿过对应于发动机10的汽缸体的缸体和缸盖。然后，冷却管路62可以离开发动机10，局部分支到除气管路64，并返回到冷却装置60的入口。

从发动机10移除、在流过冷却管路62的冷却剂的作用下并传递给冷却装置60的热量可以借助于沿冷却装置60的表面安装的风扇（未示出）。冷却装置60可以包括一储存器入口，该储存器入口配置为从外部源（未示出）接收冷却剂的入站流66，并且可以包括储存器出口，该出口配置为将冷却剂的出站流68排出到目的地（未示出），在一些实施例中该目的地可以与外部源相同。冷却剂可以是空气或另一流体例如水、适当的化学冷却剂或其混合物，并且可以被加压。将认识到冷却装置60可以具有配置成有助于在发动机10和冷却装置60之间的热传递的几何形状特征。这样，可以通过冷却装置60从发动机10带走热量。因此，发动机10及其部件（例如，燃烧室30）的总温度可以降低，确保希望的操作并防止对发动机10及其部件的损坏。

如上所述，冷却剂管路62在离开发动机10之后可以局部分支到除气管路64。除气管路64可以配置成排出溶解在流过冷却剂管路62的冷却剂中的一种或更多种气体。由于流过冷却剂管路62的冷却剂可能被充分加压和加热，因此冷却剂的减压可以确保以充足的速率自发动机10连续移除热量，并可以防止整个冷却系统的操作退化。除气管路64可以包括布置在除气管路和冷却剂管路62形成的接合处的气体移除装置70。气体移除装置70可以是配置为促进移除溶解在冷却剂中的气体的任何合适装置，例如气-液分离膜。进一步地，除气管路64可以包括可变流阻装置72，该可变流阻装置72配置为调节经气体移除装置70从冷却剂管路62移除并流过除气管路64的气体流动。

现在转到图2，其显示根据本公开的可变流阻膨胀装置200的实施例。膨胀装置200包括流体入口202，该流体入口202可以被密封并在冷却剂管路62和除气管路64之间的接合处流体耦合到该冷却剂管路，并可以配置为接收从流过冷却剂管路62的冷却剂移除的气体。膨胀装置200进一步包括流体出口204，该流体出口204配置为排出从流过冷却剂管路62的冷却剂移除的气体。排出的气体可以排放到大气或发送到发动机10中的其他部件以便进一步处理和/或使用。空心体机壳206形成膨胀装置200的总体结构，并可以形成长条形空心体208，流体管路210可以延伸通过长条形空心体208。在图中以短划线表示的流体管路210可以对应于从冷却剂移除的气体可能流动的路径和方向。膨胀装置200进一步包括截面控制装置212，其配置为改变流体管路210的流量截面（例如，流量截面214），由此控制流过膨胀装置的气体的流速。控制装置212可以通过向流体管路210提供流阻——例如通过更改其形状来阻碍流体流过流体管路210，从而改变流量截面214。空心体208可以包含形成控制装置212的一种或更多种材料，该一种或更多种材料配置为减小流体管路210的流量截面214。

将认识到，控制装置212可以包括布置在基本相对的侧面上的两个分离但相似的控制装置，从而流量截面214可以在这两个侧面上改变。这样的例子在图2中图解。然而，其他实施例是可能的，包括那些其中控制装置212形成整体、连续和环状的控制装置，从而控制装置沿空心体机壳206的整个内表面排列特定长度（例如，沿流体管路210延伸的长度）。作为图解但非限制性示例，除气管路64的内径可以在4mm和8mm之间。可变流阻装置72可以具有在2和3mm之间的外径（例如由空心体机壳206形成），但是要认识到可以将这样的外径调整到任何希望的量。可以将可变流阻装置72的外径调整为对应于除气管路64的内径，从而在某些状况下，可以完全中断（例如停止）流过流体管路210的流体流动。

还要注意到，尽管在图1中可变流阻装置72显示为布置在除气管路64中，但可变流阻装置可以布置在冷却剂管路62中和沿冷却剂管路62的任何其他合适位置。进一步地，由于可变流阻装置72可以选择性更改流过该装置的流体的流量截面，因此该可变流阻装置可以应用到发动机或其他装置中的任何其他合适流体管路。

继续参考图2，可变流阻装置72可以响应于流过流体管路210的流体或气体的剪切速率的增加而减小流体管路210的流量截面214。图2特别地图示了一实施例，其中可变流阻装置72包括两个腔室216，该腔室216在其中包括膨胀物218。膨胀物218可以指定为“剪切增稠”流体，其粘度可以响应于流过流体管路210的流体的剪切速率的增加而增大。这样的粘度增大可以是膨胀物218中的构成颗粒之间的相互作用所致和膨胀物中的结构变化所致。进一步地，当流过流体管路210的流体的压力增加时，膨胀物218的体积可能增大，这可能导致流量截面214的减小。在一些实施例中，膨胀物218的体积可以是流过流体管路210的流体的压力的函数，例如简单线性函数v=c*p，其中v是膨胀物体积，p是流过流体管路210的流体的压力，并且c是比例常数。在该例子中，通过调整膨胀物218的材料成分，可以将常数c选择性调整和调节到各种希望特性。这样，并且进一步因为可变流阻装置72缺少移动部件（例如阀门）或复杂控制机构，所以可变流阻装置可以是自调节的。

图2可以显示可变流阻装置72的状态，其中该流阻装置基本未结构化（unstructured）——例如，响应于流过流体管路210的流体的相对低的剪切速率或压力，膨胀物218的体积相对低。现在转到图3，可变流阻72以充分紧缩的状态示出。在该例子中，膨胀物218的体积比在图2中示出的体积增加，并且已经例如响应于流过流体管路210的流体的增加的剪切速率或压力而增加。为适应膨胀物218的体积变化，容纳膨胀物218的腔室216的材料可以是充分柔性的并且配置为扩张和/或收缩。已减小的流量截面220特别图解了怎样可以减小流过流体管路210的流体的流量截面。这样，可以在不使用移动部件（例如阀门）或复杂控制机构的情况下，以自调节方式调制流过流体管路210的流体的流速。

现在转到图4，其示出电活性可变流阻装置（EVERD）400的实施例。EVFRD400可以是例如图1的可变流阻装置72。与可变流阻装置72一样，EVFRD400包括流体入口202、流体出口204、空心体机壳206、空心体208、流体管路210和流体截面214，如上所述。EVFRD400可以进一步包括在每个侧面上的装置402，该装置402配置为选择性调整（例如，减小）流量截面214。然而，在该实施例中，EVFRD400包括每个都填充电活性聚合物406的一对腔室404。电活性聚合物406可以是响应于施加的电压或电流而改变形状的聚合物，并可以例如包括含水电解质。在电活性聚合物406是离子电活性聚合物的实施例中，例如相对小的电压可以足以导致高达40%的聚合物体积变化。在该例子中，腔室404可以将每种相应的电活性聚合物406密封，从而防止聚合物变干。

一对导电连接表面408可以每个都邻近相应的腔室404布置，并可以配置成接收引起电活性聚合物406变形（例如，扩张和/或收缩）的电流，由此导致流量截面214的选择性调整（例如，紧缩）。表面408可以是例如导电板、多块板或环。进一步地，表面408可以在空心体机壳206的外侧上将相应的聚合物406密封。空心体机壳206的内侧可以使密封完整，由此在聚合物至少部分含水的实施例中防止聚合物406变干。进一步地，EVFRD400包括一对加强件410，该对加强件410每个可以限制相应的腔室404在空心体机壳206的外缘上，以及可以布置在空心体机壳206的外缘上。加强件410可以防止空心体机壳206和/或空心体208向外扩张并由此防止不希望的流动阻塞。与表面408类似，加强件410可以形成为例如板、多块板或环。

注意，在此包括的示例控制和估计方法可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在此描述的具体方法可以表示任何数目的处理策略例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等中的一个或更多。同样，说明的各种行为、操作或功能可以以说明的序列执行、并行执行或在一些情况下省略。同样，为实现在此描述的示例实施例的特征和优点，处理的顺序不是必须的，提供它的目的是为了易于说明和描述。说明的行为或功能中的一个或更多可以重复执行，这取决于使用的特定策略。进一步地，描述的行为可以以图形方式表示有待编程到发动机控制系统的计算机可读存储介质中的代码。

将认识到在此公开的配置和方法在本质上是示例性的，并且由于诸多变化是可能的，所以不在限制意义上考虑这些具体实施例。例如，上述技术可以应用到V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括在此公开的各种系统和配置、其他特征、功能和/或属性的全部新颖和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求特别指出视作新颖和非显而易见的某些组合与子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这样的权利要求应理解成包括一个或更多这样的元件的合并，既不要求也不排斥两个或更多这样的元件。可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中呈现新权利要求，要求保护公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合与子组合。无论在保护范围上比原始权利要求更宽、更窄、相等或不同，这样的权利要求都视作包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种系统，其包含：

流体入口；

流体出口；

空心体机壳，所述空心体机壳形成具有流体管路的长条形空心体，所述空心体机壳将所述流体入口流体连接到所述流体出口；以及

截面控制装置，所述截面控制装置配置为改变所述流体管路的流量截面从而向所述流体管路提供流阻，由空心体材料形成的所述截面控制装置配置为响应于流过所述流体管路的流体的剪切速率的增加或施加到所述空心体材料的电压中的一个，减小所述流体管路的所述流量截面。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述空心体机壳包括膨胀流体。

3.根据权利要求2所述的系统，其中当流过所述流体管路的所述流体的压力增加时，所述膨胀流体的体积增大。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述膨胀流体布置在所述空心体机壳中形成的至少一个腔室中。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述空心体机壳包括电活性聚合物或填充有电活性聚合物的至少一个腔室。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述截面控制装置进一步配置为完全中断流过所述流体管路的所述流体。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体管路对应于内燃机的冷却系统的流体管路。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体管路对应于内燃机的冷却系统的除气管路。

9.一种系统，其包括：

流体入口；

流体出口；

空心体机壳，所述空心体机壳形成具有流体管路的长条形空心体，所述空心体机壳将所述流体入口流体连接到所述流体出口；以及

截面控制装置，所述截面控制装置配置为通过膨胀流体的扩张改变流过所述流体管路的流体的流量截面。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述空心体机壳包括所述膨胀流体。

11.根据权利要求10所述的系统，其中当流过所述流体管路的所述流体的压力增加时，所述膨胀流体的体积增大。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述膨胀流体布置在所述空心体机壳中形成的至少一个腔室中。

13.根据权利要求9所述的系统，其中所述截面控制装置进一步配置为完全中断流过所述流体管路的流体。

14.根据权利要求9所述的系统，其中所述流体管路对应于内燃机的冷却系统的流体管路或除气管路之一。

15.一种系统，其包含：

流体入口；

流体出口；

空心体机壳，所述空心体机壳形成具有流体管路的长条形空心体，所述空心体机壳将所述流体入口流体连接到所述流体出口；以及

截面控制装置，所述截面控制装置配置为通过电活性聚合物的扩张改变流过所述流体管路的流体的流量截面。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述空心体机壳包括电活性聚合物。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述电活性聚合物布置在所述空心体机壳中形成的至少一个腔室中。

18.根据权利要求17所述的系统，其进一步包含：

至少一个导电连接表面，所述至少一个导电连接表面邻近相应的腔室布置，所述至少一个导电连接表面配置为接收电压由此引起所述电活性聚合物的变形；以及

至少一个加强件，所述至少一个加强件布置在所述空心体机壳的外缘上，所述至少一个加强件配置为防止所述空心体机壳向外扩张。

19.根据权利要求15所述的系统，其中所述截面控制装置进一步配置为完全中断流过所述流体管路的流体。

20.根据权利要求15所述的系统，其中所述流体管路对应于内燃机的冷却系统的流体管路或除气管路中的一个。

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