CN105283644B - 用于控制流体到系统的供给以允许流体消耗最优化的设备 - Google Patents
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Abstract
冷却喷雾器包括供给入口(4)、排放出口(6)、连接入口(4)与出口(6)的钻孔(11)，出口具有给定的横截面面积、阀(208)，其包括在钻孔(11)中自由滑动的柱塞(210)并且在闭合状态中支持与阀座(212)接触。在柱塞与阀座(212)分离的第一相位以后，阀(208)具有带有不同的流体压力范围的两种打开状态，在柱塞(210)与各打开状态的钻孔(11)之间的横截面面积与其它状态的横截面面积不同，这些打开状态中的一个具有调节在排放出口(6)处的流体流量的横截面面积(S3)并且另外的打开状态具有使得流量由出口(6)的横截面面积(S2)调节的横截面面积。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制流体到系统的供给的设备，通过其流体消耗可以最优化，例如在内燃机中用于控制油供给到活塞冷却喷雾器的设备。
背景技术
内燃机与活塞冷却喷雾器逐渐地适配，其作用是在压力下从活塞下面的发动机润滑回路引导油以冷却活塞使得它们它们不损失它们的机械特性。这些冷却喷雾器在发动机中是大耗油件。这些油在压力下通过泵被迫使到冷却喷雾器中。通常地，试图减少能量消耗，例如通过减少泵的操作来减小能量消耗。这通过试图改进对油消耗与油压力的控制来实现。
通常地，用于供给冷却喷雾器的泵具有可变容量，这提供了控制发动机油压的方式。
冷却喷雾器如下操作：当供给压力小于最小值时它闭合并且然后其不传送油。在此最小值以上，喷雾器以给定压力输出给定流量的油。还要求喷雾器应该在活塞上的精确位置处以最大喷射速度输出油流量。因此还要求减少水头损失。
根据现有技术的冷却喷雾器由本体构成，此本体具有在压力下连接到油源的一个端部以及由喷雾器的自由端形成的另一个端部以将油喷射传送到活塞的底部。在此两个端部之间插入阀，此阀包括阀座与柱塞，此柱塞通过弹簧达到与阀座接触。当在供给端的油压大于固定的最小值时，柱塞远离阀座移动以允许油在压力下朝向面向活塞底部的喷雾器的端部流动。
当阀打开时，在其中流量快速地增加的瞬态以后，作为供给油压的函数的在喷雾器出口处的流量变化是线性函数并且通过喷雾器出口的横截面面积来调节。
期望的是制造一种喷雾器，其将输出不以线性方式改变的流量以使冷却与泵的消耗最优化。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种设备，其用于控制到系统的流体供给，与根据现有技术所能实现的控制设备相比其能够提供作为压力的函数的输出流体流量中的更加复杂的变化。
通过控制流体供给到系统的设备实现了上述目的，该设备包括阀，该阀具有阀座以及插入在压力下的流体的供给入口与在压力下的流体的排放出口之间的柱塞，此出口具有给定的横截面面积。当压力小于最小值时，阀闭合。在此最小值以上，柱塞和/或其中柱塞安装为自由移动的钻孔，构造为使得在其中柱塞与阀座分离的相位以后，阀具有取决于压力的几个打开状态，这些状态中的每个的横截面面积都与其它打开状态的横截面面积不同，这些部分中的至少一个使得其调节在排放出口处的流量，并且这些部分中的至少另一个使得通过出口横截面调节在排放出口处的流量。
在一个优选实施方式中，在分离相位以后的打开状态的横截面使得其调节流体流量并且与较高压力相应的打开状态的横截面面积使得出口剖面调节流量。
换句话说，制成具有至少两个不同横截面面积的阀，这些横截面中的一个小于出口横截面使得限定部分调节流量，并且另一个横截面大于出口横截面使得出口部分是调节流量的限定部分。
有利地，定义限定横截面面积的轮廓在钻孔中。
本发明对于制造冷却喷雾器或者控制到一个或几个冷却喷雾器的供给是尤其有用的。
因此，本发明的目的是用于在压力下控制从源到系统的流体供给的设备，其包括用于在压力下的所述流体的供给入口、用于在压力下的流体的排放出口、连接供给入口与排放出口的钻孔，所述排放出口具有给定的横截面面积、阀，其包括柱塞，该柱塞安装为在所述钻孔中自由滑动并且在闭合状态与形成在钻孔中的阀座接触地支撑。在其中柱塞与阀座分离的第一相位以后，阀包括几个开打状态，每个打开状态对应于流体压力值的不同范围，每个打开状态的柱塞与钻孔之间的横截面面积与其它状态的横截面面积不同，这些打开状态中的至少一个具有的横截面面积使得它调节在排放出口处的流体流量，并且这些打开状态中的至少一个具有的横截面面积使得通过排放出口的横截面面积调节流量。
优选地，具有使得通过所述排放出口的横截面面积调节流量的横截面面积的打开状态是包括最高压力值的压力值的范围的打开状态。
根据另一个特征，钻孔可以具有从阀座开始沿着流体流动方向增大的横截面面积。例如，钻孔包括形成阀座的第一部分、连同柱塞界定小于排放出口的横截面面积的横截面面积的至少一个第二部分、以及连同柱塞界定大于排放出口的横截面面积的横截面面积的第三部分，第一部分、第二部分与第三部分沿着流体流动的方向以此顺序布置。钻孔可以包括几个第二横截面，所述第二横截面沿着流体流动的方向布置使得它们与柱塞一起界定沿着流动方向增大的横截面面积。
在一个实例实施方式中，第二部分具有圆柱形横截面并且第三部分具有锥形横截面。
在另一个实例实施方式中，至少一个第二部分与所述柱塞一起界定变化的横截面面积。
本发明的另一个目的是用于内绕机的至少一个活塞的冷却系统，其包括根据本发明的至少一个冷却喷雾器与控制设备，控制设备定位在在压力下的流体源与至少一个喷雾器之间，排放出口由喷雾器的自由端形成。
本发明的另一个目的是用于内燃机的活塞的冷却喷雾器，其包括根据本发明的控制设备，所述设备包括在喷雾器的本体中，排放出口由喷雾器的自由端形成。
附图说明
在阅读下面的描述与附图后将会更好地理解本发明，在附图中：
图1A是根据本发明处于闭合状态的冷却喷雾器的实例实施方式的横截面视图；
图1B是处于第一调节状态的图1A中的冷却喷雾器的横截面视图；
图1C是图1B的细节图；
图1D是处于第二调节状态的图1A中的冷却喷雾器的横截面视图；
图2A是根据本发明处于闭合状态的冷却喷雾器的另一个实例实施方式的横截面视图；
图2B是处于第一调节状态的图2A中的喷雾器的横截面视图；
图2C是图2B的细节图；
图2D是处于第二调节状态的图2A中的冷却喷雾器的横截面视图；
图3是作为以巴(bar)为单位的压力的函数的图2A至图2D中的来自冷却喷雾器的在出口处的以l/min为单位的流量变化的图示；
图4是作为以巴为单位的压力的函数的图2A至图2D中的来自冷却喷雾器的在出口处的以l/min为单位的流量变化，以及根据现有技术的作为用于冷却喷雾器的压力的函数的流量变化，以及用于出口具有较大横截面的冷却喷雾器的图示，
图5是根据本发明处于打开状态的冷却喷雾器的变型实施方式的横截面视图。
具体实施方式
在下面的描述中，控制设备应用到内燃机的活塞的冷却喷雾器。然而本发明可适用于利用流体并且要求它们的供给控制的全部领域。为了简化的原因我们还利用术语“油”来表示循环通过此设备的流体但是应该理解的是本发明不限于油的供给并且其包括可以循环并且可为其调节流量的任意其它流体。
图1A至图1D中以及在图2A至图2D中示出的喷雾器设计为布置在加压流体源例如发动机润滑回路，与内燃机中的活塞的底部之间。冷却喷雾器设计为与活塞的底部接触地喷射油(未示出)。
在图1A至图1D中的喷雾器G1包括本体2，本体2具有将连接到加压流体源(未示出)的第一端4以及第二排放端6。在示出的实例中，疏散端由连接到本体2的喷雾器管7的自由端形成。
管6的自由端具有横截面面积S2。
冷却喷雾器还包括阀8，阀8包括安装为沿着本体2的钻孔11中的X轴自由地移动的柱塞10以及阀座12，柱塞10与阀座12接触放置在喷雾器的闭合状态中。
在示出的实例中柱塞10通过由弹簧形成的弹性装置14弹性地返回为与阀座12接触。弹簧14调节为使得柱塞以表示为P1的给定压力值从阀座12提升，低于P1时喷雾器是闭合的。供给油压将柱塞的位置沿着X轴固定在钻孔11中。
如可以在图1C中所见，钻孔11的轮廓使得在阀打开相位以后，其沿着排放出口方向界定作为钻孔11中的柱塞的纵向位置的函数的两个流体横截面面积。
在图1C中示出的实例中，沿着油流动方向，钻孔包括具有形成阀座12的锥形形状的第一部分11.1、具有圆形横截面的第二圆柱形部分11.2、以及第三锥形部分11.3使得钻孔的横截面沿着油流动方向增大。
在图1C中示出的位置中，通过圆柱形部分11.2界定柱塞10与钻孔之间的流体通道的横截面面积，此横截面面积将表示为S3。
在图1D中示出的位置中，其中柱塞位于距离阀座12足够距离处，钻孔与柱塞10之间的横截面面积通过第三部分11.3和柱塞10来确定并且长于通过圆柱形部分。此横截面大于在管排放出口处的横截面S2并且不再是限定部分。因此部分S2是限定横截面。
因此，当油入口压力足够高以使柱塞远离阀座移动时，阀具有其中油流量不同地调节的至少两个打开状态。在其中流量快速地改变的分离相位以后，阀具有带有横截面S3的打开状态。只要柱塞通过第二圆柱形部分11.2界定横截面S3，此状态就持续。指出的是当压力增大时，柱塞沿着X轴远离阀座移动但是尽管这样移动，只要下端面向第二圆柱形部分11.2，柱塞便与钻孔一起界定用于给定压力范围的横截面S3。
由于S3小于S2，因此通过部分S3调节流量。
当压力充分地增大从而柱塞10纵向地移动，使得限定在柱塞10与锥形部分11.3之间的横截面面积大于S2时，通过喷雾器出口部分S2调节流量。
现在将参照图3描述图1A至图1D中的冷却喷雾器的操作，图3示出了作为以巴为单位的压力P的函数的以l/min为单位的流量变化D。
当油供给压力小于压力P1时，冷却喷雾器闭合，柱塞10保持接触支撑抵靠阀座12，阀座12干扰供给入口4与排放出口6之间的流量(图3中的曲线中的部分I.1)。
当油压超过值P2时，在柱塞分离相位以后(图3中的曲线的部分I.3)，但是小于值P3，柱塞10与阀座12充分地分离以使其面向圆柱形部分12.2，以通过圆柱形部分10.2界定限定部分S3。然后通过此限定部分S3控制从喷雾器管的出口流量。流量变化遵循第一线性函数(在图3中的曲线中的部分I.3)。
当油压超过值P4时，(在图3中的曲线中的部分I.5)，柱塞进一步从阀座沿着纵向X轴分离使得其不再面向圆柱形部分12.2，然后通过喷雾器管的出口横截面S2形成限定的横截面面积。然后通过横截面S2控制在喷雾器出口处的油流量。
在部分I.3与部分I.5之间的部分I.4在压力P3与P4之间对应于横截面面积从S3到大于S2的剖面的改变过程中的瞬态。
在图1C中更特别地可见的钻孔轮廓是非限定的。图5示出了用于形成可变限定部分的阀座的另一个实例实施方式。在此实例实施方式中，钻孔111包括将与柱塞配合以闭合喷雾器的第一锥形部分111.1，以及连同柱塞界定具有随着油压持续地增大的可变值的限定部分的第二锥形剖面111.2，以及连同柱塞10界定大于剖面S2的横截面面积的第三锥形部分111.3。
还将可能设想钻孔包括几个具有增大直径的圆柱形部分11.2并且/或者在顶点处以角度呈锥形沿着油流动方向增大使得阀座连同柱塞定义随着油压增大的几个限定部分。
阀座的形状不是必须为锥形，例如，其可以由肩部形成。
还可能的是设想柱塞成形为使得通过钻孔定义限定横截面面积，并且可以设想的是柱塞的中间部分可以在供给入口4的侧面上向外地突出。当压力在值P2与值P3之间时，中间部分界定限定部分S3并且当压力在值P4以上时，其不再限定流量。此突出部还可以是台阶状以界定几个限定横截面面积。作为变型，柱塞与钻孔可以成形为改变横截面面积。
图2A至图2D示出了本发明适用于根据本发明的喷雾器G2的另一个实例。此实例与图1A至图1D中的实例在阀的组装方面不同。在由申请人发布的专利FR2913723中公开了此组装。在此实例中，钻孔11具有与喷雾器G1相同的轮廓。相同的附图标记用于表示相同的元件。
喷雾器包括管状内衬216，其中在喷雾器本体的钻孔11中具有通道218。柱塞210安装为在通道218中自由滑动。在通道218中安装弹簧14以便推动柱塞与阀座212接触。阀座212形成在喷雾器的本体中。
此喷雾器具有的优点在于具有在操作过程中防止振动与磨损现象的结构，并且其在发动机缸体中的尺寸减小，并且其具有它们自身更容易制造的较少数量的部件，以避免诸如研磨的精确机械加工操作。
在图2A至图2D中喷雾器的操作与图1A至图1D中喷雾器的操作类似并且将不再进行描述。
应该指出的是超过其通过剖面A2调节的压力P3的值可以容易地固定，例如作为圆柱体部分12.2的长度的函数。由于沿着X轴的此部分的长度增大，因此用于柱塞超过此部分所需要的压力增大。由此，可以通过确定此部分的长度来确定压力P3。类似地，如果柱塞具有连同阀座界定限定横截面的凸出元件10.1，那么此突出部分10.1的长度可以用于固定压力P3的值。
如上所述，此描述更特别地可适用于冷却喷雾器，其包括在压力下控制油的供给的装置，但是应该理解的是控制设备可以布置在喷雾器或者多个喷雾器的上游侧并且同时地控制一个喷雾器或多个喷雾器的供给。
还应该理解的是此设备可以用于需要作为供给压力的函数的其流体流量的控制的任意设施中。
图4示出了用于图1A至图1D中示出的冷却喷雾器的作为以巴为单位的油供给压力的函数以升/分钟为单位的油流量的变化，曲线通过I表示，并且对于根据现有技术的两个冷却喷雾器而言示出了相应地等于S3与S2的排放出口部分。使用的此油的粘度是7cSt。
在示出的特定实例中，与在曲线I中示出其流量的喷雾器类似，需要制造保持以2.1巴的2.3l/min的流量的喷雾器，但是其提供了以3巴的4.6l/min的流量，然而在曲线I中的流量在3巴处等于3l/min。
在曲线II中，可以看到在分离相位之后的流量变化是线性函数。喷雾器输出在2.1巴处为2.3l/min的流量以及在3巴处等于3l/min的流量。
曲线I包括表示为I.1的部分以便1.5巴以下的压力与阀的闭合状态相应，由此出口流量是零。
当压力大于1.5巴时曲线II然后包括表示为I.2的部分，柱塞与阀座分离并且然后流量快速地增大。
当分离相位终止时，阀处于打开状态其中柱塞连同阀座定义限定横截面面积S3。流量变化遵循线性定律(表示为I.3的部分)。获得的有效流量在2.1巴处为2.3l/min。
当供给压力进一步增大时，阀II包括与阀的另一个打开状态相应的部分11.4，在此过程中柱塞相对于阀座纵向地移动从而横截面面积使得通过剖面S2调节流量。
曲线具有归因于横截面面积的改变与瞬态相应的在部分I.3与部分I.5之间的部分I.4。
通过本发明，在不影响压力为2.1巴的流量的情况下有效地获得用于3巴的供给压力的4.6l/min的流量。
在曲线III中，根据现有技术的喷雾器的出口横截面面积等于S2并且在3巴处有效地获得4.6l/min，但是在2.1巴处的流量是3.5l/min。
与根据现有技术的具有出口横截面S2(曲线III)的喷雾器相比，交叉影线区域示出了基于本发明的油消耗的减小。
通过本发明，具有相对复杂油流量变化定律的冷却喷雾器可以使得能够提供给定压力值的高油流量的同时使油与泵消耗最优化。
控制设备可以包括在与图1A至图2C中示出的类似的喷雾器中。其可以布置在流体供给源与几个喷雾器之间以便同时控制到几个喷雾体的供给。
供给控制设备尤其适于控制用于内燃机的一个或几个活塞冷却喷雾器的供给。但是应该理解的是根据本发明的控制设备可以适于利用流体并且要求流体供给控制的任何系统。
Claims (10)
1.一种控制设备，用于控制在压力下的流体从流体源到系统的供给，包括：用于在压力下的所述流体的供给入口；用于在压力下的所述流体的排放出口；连接所述供给入口与所述排放出口的钻孔，所述排放出口具有给定的横截面面积；阀，其包括柱塞，该柱塞安装为在所述钻孔中自由滑动并且在闭合状态与形成在所述钻孔中的阀座接触地支撑，其中所述阀在所述柱塞与所述阀座分离的第一相位以后包括几个打开状态，每个打开状态对应于流体压力值的不同范围，每个打开状态的所述柱塞与所述钻孔之间的横截面面积与其它状态的横截面面积不同，这些打开状态中的至少一个具有的横截面面积使得它调节在排放出口处的流体流量，并且这些打开状态中的至少一个具有的横截面面积使得通过所述排放出口的所述横截面面积调节流量，
其中，所述钻孔包括形成所述阀座的第一部分、连同所述柱塞界定小于所述排放出口的所述横截面面积的横截面面积的至少一个第二部分、以及连同所述柱塞界定大于所述排放出口的所述横截面面积的横截面面积的第三部分，所述第一部分、第二部分与第三部分沿着流体流动的方向以此顺序布置。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，具有使得通过所述排放出口的横截面面积调节流量的横截面面积的所述打开状态是包括最高压力值的压力值的范围的打开状态。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述钻孔具有从所述阀座开始沿着流体流动方向增大的横截面面积。
4.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述钻孔包括几个第二部分，所述第二部分沿着流体流动的方向布置使得它们连同柱塞界定沿着流动方向增大的横截面面积。
5.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述第二部分具有圆柱形部分并且所述第三部分具有锥形部分。
6.根据权利要求4所述的控制设备，其中，所述第二部分具有圆柱形部分并且所述第三部分具有锥形部分。
7.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述至少一个第二部分连同所述柱塞界定可变化的横截面面积。
8.根据权利要求4所述的控制设备，其中，所述至少一个第二部分连同所述柱塞界定可变化的横截面面积。
9.一种用于内燃机的至少一个活塞的冷却系统，包括至少一个冷却喷雾器以及根据权利要求1或2所述的控制设备，所述控制设备定位于在压力下的所述流体源与所述至少一个喷雾器之间，所述排放出口由所述喷雾器的自由端形成。
10.一种用于内燃机的活塞的冷却喷雾器，包括根据权利要求1或2所述的控制设备，所述控制设备包括在所述喷雾器的本体中，所述排放出口由所述喷雾器的自由端形成。
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