CN104863661B - 用于控制在内燃机中的活塞冷却喷嘴的阀 - Google Patents

用于控制在内燃机中的活塞冷却喷嘴的阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阀(500)，用于控制在内燃机(110)中的活塞冷却喷嘴(560)，所述阀(500)包括阀体(640)，所述阀体装备有用于将油从油道(570)吸入的油入口(610)和用于与活塞冷却喷嘴通道(550)相连接的油出口(630)，其中，所述阀体(640)装备有用于将空气从发动机(110)的进气歧管(220)吸入的空气入口(660)和装备有配置为被进入油入口(610)的油的压力和进入空气入口(660)的空气的压力所驱动的阀元件(620)。

Description

用于控制在内燃机中的活塞冷却喷嘴的阀
技术领域
本发明涉及一种用于控制内燃机中的活塞冷却喷嘴的阀。
背景技术
一种用于机动车辆的内燃机(ICE)通常包括发动机缸体，它限定至少一个容纳连接到旋转曲轴上的往复式活塞的汽缸。该汽缸由汽缸盖封闭，该汽缸盖与往复式活塞相配合，以限定燃烧室。燃料和空气混合物被循环地加入到燃烧室并被点燃，从而产生热膨胀的废气，使活塞往复运动。将燃料通过相应的燃料喷射器喷入每个汽缸。在高压下将来自与高压燃料泵流体连通的燃料轨的燃料提供到每个燃料喷射器，所述高压燃料泵增加来自燃料源的燃料的压力。
一般而言，在内燃发动机中设置润滑系统，该润滑系统包括活塞冷却喷嘴(PCJs)，用于将油喷射到活塞的下侧。所述油可以被用于吸收活塞的热量和润滑发动机的汽缸。
PCJs设有油路，该油路包括油泵，该泵通常被曲轴开启并将油从油槽、油冷却器和油过滤器中吸出，油在主油道中循环。在某些应用情况中，设有通向活塞冷却喷嘴的专用的PCJ油道，且与主油道通过电磁阀相分隔，该电磁阀被发动机的电子控制单元(ECU)所管控。
然而，电磁阀的使用会导致一些问题。
首先，电磁阀的装配需要电线，以便将阀连接到ECU，这会导致整个发动机系统的布线的复杂性。
此外，被ECU控制的电磁阀的使用需要专用的在ECU上运行的软件，这会导致ECU的计算负荷。
这些事实，加上电磁阀本身的成本，会增加发动机系统的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于控制内燃机中的活塞冷却喷嘴的阀，它能减小对传统电磁阀的安装的复杂度并且有利于降低发动机系统的成本。
本发明的实施方式提供了一种用于控制在内燃机中的活塞冷却喷嘴的阀，该阀包括阀体，它装备有用于将油从油道吸入的油入口和用于与活塞冷却喷嘴通道相连接的油出口，其中，所述阀体装备有用于将空气从发动机的进气歧管吸入的空气入口和装备有配置为被进入油入口的油的压力和进入空气入口的空气的压力驱动的阀元件。
该实施例的一个优点是它允许在不需要电磁阀的情况下控制活塞冷却喷嘴，这减少了发动机部件的数量和降低了汽车系统的整体布线的复杂性。
此外，由于上述实施例所述的阀并不由内燃机的ECU控制，所以它不需要任何软件来进行控制，这简化了ECU软件。
因此降低了成本，提高了可靠性。
根据本发明的另一实施例，只要气压与油压相平衡，所述阀元件就被配置为保持在关闭油出口的位置上。
这个实施例的优点是，在低发动机转速和低发动机负载下，即当不需要冷却发动机的活塞和需要更快的升温时，所述阀允许关闭活塞冷却喷嘴阀。
根据本发明的另一个实施例，当气压高于油压时，所述阀元件就被配置为移动到打开油出口的第一位置上。
这个实施例的优点是，在高发动机负载和低发动机转速下，即当由于高发动机负载来自发动机的进气歧管的和进入阀的气压被增加时，所述阀允许打开活塞冷却喷嘴阀。
在这种情况下，活塞冷却喷嘴被运行，特别是为了改进活塞的冷却。
根据本发明的另一个实施例，当油压高于气压时，所述阀元件就被配置为移动到打开油出口的第二位置上。
这个实施例的优点是，在高发动机转速下，即当机械地连接到发动机的油泵增加了油压时，所述阀允许打开活塞冷却喷嘴阀。
在这种情况下，活塞冷却喷嘴也被运行，特别是为了改进活塞的润滑。
根据本发明的另一个实施例，根据不同的发动机运行点、由于不同的油压和气压条件，所述阀元件可沿着轴向在阀体内部移动。
该实施例的优点是它简化了阀的操作。
根据本发明的另一个实施例，所述阀体具有与油出口流体连通的开口，并且所述阀元件设有适用于在油入口和油出口之间建立流体连接的孔。
这个实施例的优点是它简化了阀的结构。
根据本发明的另一个实施例，所述阀元件将阀体划分为与油入口流体连接的油室和与空气入口流体连接的空气室。
这个实施例的优点是它允许利用两种不同的流体、亦即油和空气的压力。
根据本发明的另一个实施例，所述阀元件与设在空气室中的弹簧连接。
该实施例的优点是，通过合适地选择弹簧的弹性系数，它允许设计阀从而使其适用于每个特定的汽车系统。
本发明的另一个实施例提供了一种内燃机，包括设有用于冷却内燃机的活塞的活塞冷却喷嘴的活塞冷却喷嘴通道和根据上述权利要求之一所述的用于控制活塞冷却喷嘴的油流量的阀。
本实施例的优点基本上与根据本发明不同的实施例所述的用于控制活塞冷却喷嘴的阀的优点相同。
附图说明
下面将通过举例的方式、参考以下附图说明各种不同的实施例，在附图中：
图1示出了汽车系统；
图2示出剖切属于图1所示汽车系统的内燃机的剖面图；
图3示出根据本发明的实施例的包括用于控制活塞冷却喷嘴的阀的油路的示意图；
图4示出活塞冷却喷嘴不同运行条件下的图表；和
图5-7示出根据本发明的实施例在不同运行条件下用于控制活塞冷却喷嘴的阀。
具体实施方式
优选实施例将参考附图进行描述。
一些实施例能够包括汽车系统100，如图1和图2所示，它包括具有限定至少一个汽缸125的发动机缸体120的内燃机(ICE)110，所述汽缸具有联接以旋转曲轴145的活塞140，所述曲轴145被置于曲轴箱中(crankcore)。汽缸盖130与活塞140相互配合以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)被置于燃烧室150中，并被点燃，从而导致热膨胀的废气，以引起活塞140的往复运动。燃料由至少一个燃料喷射器160提供，并且空气通过至少一个进气口210被吸入。在高压下将燃料从与高压燃料泵180流体连通的燃料轨170提供至燃料喷射器160，所述高压燃料泵增加来自燃料源190的燃料的压力。每个汽缸125具有至少两个气门215，它们被与曲轴145同时旋转的凸轮轴135所驱动。气门215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150，并且交替地允许排气气体通过端口220排出。在一些例子中，将凸轮相位器155可以有选择的改变在凸轮轴135和曲轴145之间的正时(timing)。
空气通过进气歧管200分配到(一个或多个)进气口210。空气进气管道205向进气歧管200提供来自周围环境的空气。在其它实施例中，可以设有节流阀体330以调节空气进入歧管200的流量。在其他的实施例中，可以设有强制进气系统、如具有压缩机240的涡轮增压器230，它旋转地与涡轮机250相连。，压缩机240的旋转增加了在管道205和歧管200中的空气的压力和温度。设置在管道205中的内部冷却器260可以降低空气的温度。所述涡轮机250通过接收来自排气歧管的废气225旋转，这会引导来自排气端口220的废气，并且通过一系列叶片在膨胀之前通过涡轮机250。所述废气离开涡轮机250并且被引入排气系统270。该实施例显示了一种可变截面涡轮机(VGT)，它具有VGT致动器290，用于移动叶片来改变通过涡轮机250的废气流。在其它实施例中，涡轮增压器230可以是固定截面的和/或包括废气门的。
排气系统270可以包括具有一个或多个废气后处理装置280的排气管275。所述后处理装置可以是任何设置用于改变废气成分的装置。后处理装置280的一些例子包括，但不限于，催化转化器(两元或三元)、氧化催化剂、贫NOx阱装置、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(SCR)系统、以及颗粒过滤器。其它实施例可以包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的废气再循环(EGR)系统。该EGR系统300可包括降低EGR系统300中的废气的温度的EGR冷却器310。EGR阀320调节在EGR系统300中废气流量。
汽车系统100可进一步包括电子控制单元(ECU)450，它与一个或多个与ICE110相关联的传感器和/或装置通信。该ECU450可以接收来自各种传感器的输入信号，传感器被配置用于产生与ICE110相关联的各种物理参数成比例的信号。这些传感器包括，但不限于，空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧室压力传感器360、冷却剂和油温和液位传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感器420、废气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440以及加速踏板位置传感器445。此外，ECU450可以产生输出信号到各种控制装置，该控制装置被设置用于控制ICE110的运行，这些控制装置包括，但不限于，燃料喷射器160、节流阀体330、EGR阀320、VGT致动器290和凸轮相位器155。需要注意的是，虚线用于表示在ECU450与各种传感器和设备之间的通信，但为了清楚起见省略了一些。
代替ECU450，汽车系统100可具有不同类型的处理器来提供电子逻辑电路，例如嵌入式控制器、车载计算机、或任何可能在车辆中应用的处理模块。
图3示意性示出包括阀500的油路505，该阀用于控制根据本发明的实施例的活塞冷却喷嘴560。
活塞冷却喷嘴560在发动机油润滑油路505中被使用，以产生传输到活塞140的下侧上的油射流。该油可以吸收活塞的热量，还可以润滑发动机的汽缸125。
所述油路505包括将油从油槽520、油冷却器530和油过滤器540中泵出的油泵510，所述油在主油道570和油路505的其他部分中循环。
油泵510被机械地连接到发动机110，并且因而作为发动机转速的函数被驱动。
阀500将主油道570与导向活塞冷却喷嘴560的活塞冷却喷嘴油道550间隔。
因此，阀500的油入口610被连接到主油道570。而且，阀500的空气入口660中被连接到进气歧管，同时阀500的出口630被连接到导向活塞冷却喷嘴560的活塞冷却喷嘴油道550。
在下面描述中详细解释，阀500是机械阀，可以通过在主油道中油的油压和通过来自进气歧管220的空气压力进行控制。
图4示出活塞冷却喷嘴560在不同的运行条件下图表，被表示为发动机速度和发动机负载的函数，发动机负载是测得的BMEP(平均有效制动压力或平均有效压力)。
可以进行三种不同的情况，分别用A、B和C代表。
在低发动机速度和低发动机负载(区域A)情况下，活塞冷却喷嘴560不工作，因为不需要冷却活塞140。
在高负载和低发动机转速(区域B)情况下，活塞冷却喷嘴560工作，特别是用于改善冷却并提高活塞的润滑。
最后，在发动机高转速(区域C)情况下，活塞冷却喷嘴560也工作，用于改善冷却和改善活塞的润滑。
图5-7示出在不同的运行条件下的阀500。
如上所述，阀500设有阀体640，阀体640依次装备有连接到主油道570的油入口610、连接到进气歧管220的空气入口660和连接到油道550的出口630。
油入口610允许油进入在阀体640中的油室700，并且空气入口660允许空气进入在阀体640中的空气室710。
阀体640还配备有两个开口632，624，它们可以流体地连接油室700和出口630。
阀500还配备有阀元件620，它将在阀体640中的油室700与空气室710相间隔。
阀元件620被构造成大致工字形截面，设有限定油室700边界的第一表面720和限定空气室710边界的第二表面730。
根据不同的运行点，由于不同的油压和气压条件，阀元件620能够沿轴向在阀体640内移动。
在空气室710内设有弹性器件如弹簧650，该弹簧650被连接到阀元件620的第二表面730。
阀元件620还配备有与开口632、624相适配的孔690，以便将油室700和出口630流体连通。
阀500被如下这样操作：
阀500以这样的方式设计，即，在低发动机速度和低发动机负载的情况下(图5)，来自主油道570的油压在第一表面720和来自进气歧管220的气压的作用相互平衡，并且阀元件620的位置、包含孔690的位置在开口632、624之间，因此阀500被关闭。在这种情况下，来自发动机润滑油路505的油不会到达，活塞冷却喷嘴不工作。
在高负载和低发动机转速(图6)的情况下，由于压缩机240的作用，来自进气歧管220的气压相对于来自主油道570的油压被增加。
因此，阀元件620被抬升直到孔690与开口632相连通位置，以使油入口610与油出口630相连接。
因此，阀500被打开，并且活塞冷却喷嘴560被开启。
最后，在高发动机转速(图7)情况下，由于发动机转速作用在泵510上，使得来自主油道570的油压增加。
增加的油压推动阀元件620克服弹簧650的阻力，直到孔690与开口634相连通，以便能够连接油入口610与油出口630。
因此，同样在这种情况下，阀500被打开，并且活塞冷却喷嘴560也被开启。
因此，所描述的各种实施例允许在不需要使用电磁阀和使用专门的要被ECU450运行的软件情况下，控制活塞冷却喷嘴560。
虽然在前述概述和详细说明中描述了至少一种示范性的实施例，但应该理解的是存在大量的变型。还应理解的是，所述示范性的实施形式仅是举例，而不应认为是对按照本发明的保护范围、应用性和设备构造以任何形式的限定。更确切的说，前面的概述与详细说明是为本领域专业人员提供用于实施至少一个示范性的实施形式的容易理解的指导说明。其中应被理解的是，在示范性的实施形式中描述的元件在功能和设置方面能够施行多样的变化，只要不背离权利要求书所确定的保护范围及等同保护范围即可。
附图标记列表
100 汽车系统
110 内燃机
120 发动机缸体
125 气缸
130 气缸盖
135 曲柄轴
140 活塞
145 凸轮轴
150 燃烧室
155 凸轮相位器
160 燃料喷射器
170 燃料导轨
180 燃料泵
190 燃料源
200 进气歧管
205 空气进气管
210 进气口
215 汽缸的阀
220 排气口
225 排气歧管
230 涡轮增压器
240 压缩机
250 涡轮机
260 内部冷却器
270 排气系统
275 排气管
280 废气后处理装置
290 VGT致动器
300 废气回收系统
310 EGR冷却器
320 EGR阀
330 节流阀体
340 空气流量和温度传感器
350 歧管压力和温度传感器
360 燃烧室压力传感器
380 冷却剂温度和液位传感器
400 燃料轨压力传感器
410 凸轮位置传感器
420 曲轴位置传感器
430 排气压力和温度传感器
445 加速踏板位置传感器
450 电子控制单元ECU
500 阀
510 油泵
520 油槽
530 油冷却器
540 油过滤器
550 PCJ通道
560 活塞冷却喷嘴(PCJs)
570 主油道
580 油路其它部分
610 油入口
620 阀元件
630 阀出口
632、634 在阀内的开口
640 阀体
650 弹簧
660 空气入口
690 在阀元件内的孔
700 油室
710空气室
720、730 阀元件的第一和第二表面

Claims (6)

1.一种阀(500)，用于控制在内燃机(110)中的活塞冷却喷嘴(560)，所述阀(500)包括阀体(640)，所述阀体装备有用于将油从油道(570)吸入的油入口(610)和用于与活塞冷却喷嘴通道(550)相连接的油出口(630)，其中，所述阀体(640)装备有用于将空气从发动机(110)的进气歧管(220)吸入的空气入口(660)和装备有配置为被进入油入口(610)的油的压力和进入空气入口(660)的空气的压力之间的压差所驱动的阀元件(620)，其中，只要气压与油压相平衡，所述阀元件(620)就被配置为保持在关闭油出口(630)的位置上，其中，当气压高于油压时，所述阀元件(620)就被配置为移动到打开油出口(630)的第一位置上，而当油压高于气压时，所述阀元件(620)就被配置为移动到打开油出口(630)的第二位置上。
2.根据权利要求1所述的阀(500)，其中，由于不同的油压和气压条件，所述阀元件(620)能够沿着轴向在所述阀体(640)内移动。
3.根据权利要求2所述的阀(500)，其中，所述阀体(640)具有与油出口流体连通的开口(632、634)，并且其中，所述阀元件(620)设有适用于在油入口和油出口之间建立流体连接的孔(690)。
4.根据权利要求1所述的阀(500)，其中，所述阀元件(620)将阀体(640)划分为与油入口(610)流体连接的油室(700)和与空气入口(660)流体连接的空气室(710)。
5.根据权利要求4所述的阀(500)，其中，所述阀元件(620)连接设置在所述空气室(710)内的弹簧(650)。
6.一种内燃机(110)，包括设有用于冷却内燃机的活塞(140)的活塞冷却喷嘴(560)的活塞冷却喷嘴通道(550)和根据上述权利要求之一所述的用于控制活塞冷却喷嘴(560)的油流量的阀(500)。
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