CN111997729B - 一种用于冷却发动机活塞的喷油装置、发动机及喷油控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却发动机活塞的喷油装置、发动机及喷油控制方法，喷油装置包括主油道、副油道、活塞冷却喷嘴油道、活塞冷却喷嘴和控制器，主油道与发动机的机油泵连接，副油道与主油道连接，活塞冷却喷嘴设置有多个，每个活塞冷却喷嘴均与发动机中的一个缸孔对应，每个活塞冷却喷嘴与副油道之间分别通过一个活塞冷却喷嘴油道连接；每一活塞冷却喷嘴油道上均设置有一个活塞冷却喷嘴电磁阀，每一活塞冷却喷嘴电磁阀分别与控制器连接，并分别与发动机的冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器关联控制。本发明的喷油装置能够对每一缸活塞的喷油冷却实现独立的、精确的控制，并与发动机状态及对应缸的状态相关联。

Description

一种用于冷却发动机活塞的喷油装置、发动机及喷油控制 方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种用于冷却发动机活塞的喷油装置、发动机及喷油控制方法。

背景技术

汽车行业响应国家节能减排的要求，大力推进发动机燃油耗改善技术，包括发动机小型化及增压技术、可变缸技术、变排量机油泵等降摩擦技术。

采用小型化的发动机，为了保证车辆的动力性，需要采用增压技术来确保有足够的进气量。但废气涡轮增压会使得进气温度上升，使得进气量低于预期。

为了提高燃气热量的利用率，需要尽可能的减少对燃烧室相关零部件的传热，以便有更多的能量用于做功或者驱动废气涡轮增压器。

中国专利CN106481429B，一种活塞冷却喷嘴控制方法及控制系统，公开了：发动机控制单元获取当前转速及负荷信息，当转速及负荷低于设定的限值时、关闭活塞冷却喷嘴；当转速及负荷达到或者高于设定的限值时，开启活塞冷却喷嘴。该技术的缺点在于：活塞冷却喷嘴的开启或关闭，仅取决于发动机的整体工况(转速、负荷等)，无法在整体工况下进一步对每缸活塞在不同时刻是否冷却进行精细化控制；活塞冷却喷嘴的开启或关闭，无法对每一缸实现独立控制，在发动机闭缸工作时、未工作缸的活塞无需冷却，不利于减少机油用量、降低机油泵的排量及减少功率损失。

中国专利CN106050387A，用于活塞冷却的系统和方法，公开了：活塞冷却喷嘴的开启或关闭，与不同时刻的活塞位置相关，在活塞位于下止点附近时，活塞裙部触动开启冷却组件气门杆，使得冷却组件开启、从而对活塞进行喷油冷却。该技术的缺点在于：活塞冷却喷嘴的开启或关闭，与发动机整体工况未相关，造成不需要冷却工况下的机油量用量大/机油泵能耗高、以及燃烧室热量损失等；活塞冷却喷嘴的开启，仅局限在活塞位于下止点附近，无法实现进气行程初期及压缩行程末期(活塞位于上止点附近)的活塞冷却，不利于降低燃烧室新鲜混合气的温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于冷却发动机活塞的喷油装置、发动机及喷油控制方法，能够对每一缸活塞的喷油冷却实现独立的、精确的控制，并与发动机状态及对应缸的状态相关联。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种用于冷却发动机活塞的喷油装置，包括主油道、副油道、活塞冷却喷嘴油道、活塞冷却喷嘴、活塞冷却喷嘴电磁阀和控制器，所述主油道与发动机的机油泵连接，所述副油道与所述主油道连接，所述活塞冷却喷嘴设置有多个，每个活塞冷却喷嘴均与发动机中的一个缸孔对应，每个活塞冷却喷嘴与所述副油道之间分别通过一个活塞冷却喷嘴油道连接；每一活塞冷却喷嘴油道上均设置有一个活塞冷却喷嘴电磁阀，每一活塞冷却喷嘴电磁阀分别与所述控制器连接，并分别与发动机的冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器关联控制。

上述方案中，所述主油道与副油道之间通过横油道进行连接。

上述方案中，所述控制器为ECU。

相应的，本发明还提出一种发动机，包括机油泵、缸体、冷却液温度传感器和曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器，所述发动机还包括权利要求1-3任一项所述的喷油装置，所述喷油装置的主油道与所述机油泵连接，一个活塞冷却喷嘴对应连接一个缸孔；所述冷却液温度传感器设置于发动机冷却液出口后、节温器前，所述曲轴位置传感器设置于曲轴后端飞轮附近，所述凸轮轴位置传感器设置于凸轮轴前端信号盘附近，冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器分别与所述控制器连接。

相应的，本发明还提出一种用于冷却发动机活塞的喷油控制方法，采用上述喷油装置以及发动机，所述喷油控制方法包括以下步骤：

步骤1、检测发动机是否已启动，如果是，进入步骤2；如果否，留在步骤1；

步骤2、通过冷却液温度传感器检测冷却液温度，来判断发动机是否已完成暖机，如果是，进入步骤3；如果否，留在步骤2；

步骤3、检测第N缸是否处在闭缸工作状态，如果否，进入步骤4；如果是，留在步骤3；

步骤4、通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来判断第N缸是否开始进气冲程，如果是，进入步骤5；如果否，留在步骤4；

步骤5、第N缸的活塞冷却喷嘴电磁阀开启，开始对第N缸活塞进行喷油冷却；同时持续通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来判断是否开始做功冲程，如果是，进入步骤6；如果否，留在步骤5；

步骤6、第N缸的活塞冷却喷嘴电磁阀关闭，停止对第N缸活塞的喷油冷却；同时，回至步骤3。

本发明的有益效果在于：

1)通过在每一活塞冷却喷嘴油道上设置一个活塞冷却喷嘴电磁阀，使得每一缸活塞的喷油冷却均可实现独立的、精确的控制；

2)活塞是否进行冷却，可与发动机状态(是否热机、是否闭缸等)进行关联。比如刚启动时，活塞不进行冷却，可以实现快速暖机，降低油耗及改善排放；发动机闭缸状态时，对应缸的活塞可不进行冷却，降低总的机油用量，可变排量机油泵可切换为小排量状态、节省能耗；

3)活塞是否进行冷却，可与活塞位置(缸内工作状态)进行关联，改善发动机的动力性及经济性。比如在进气冲程和压缩冲程，活塞进行冷却、降低缸内温度，有利于提高进气量，以及降低压缩终了时混合气温度及压力，避免后续做功燃烧冲程的异常燃烧(如爆震等)；在做功燃烧冲程和排气冲程，活塞不进行冷却，活塞可以快速升温，减小与缸内燃烧气体的温差及传热损失，使得燃烧能量更多的用于做功(做功冲程，推动活塞下行；排气冲程，推动涡轮增压器)。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中用于冷却发动机活塞的喷油装置的结构图；

图2是本发明实施例中用于冷却发动机活塞的喷油控制方法的示意图。

图中：10、主油道；20、横油道；30、副油道；40、活塞冷却喷嘴油道；50、活塞冷却喷嘴；60、活塞冷却喷嘴电磁阀；200、活塞。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明提供的一种用于冷却发动机活塞的喷油装置，包括主油道10、横油道20、副油道30、活塞冷却喷嘴油道40、活塞冷却喷嘴50、活塞冷却喷嘴电磁阀60和控制器。主油道10与发动机的机油泵/机滤连接，接收机油泵/机滤过来的高压清洁机油，并输送给其他用油部件。副油道30与主油道10之间通过横油道20连接，用于给活塞冷却喷嘴50供给高压机油。活塞冷却喷嘴50设置有多个，每个活塞冷却喷嘴50均与发动机中的一个缸体的缸孔对应，用于向缸孔内的活塞200喷射高压机油，实现活塞200的冷却。每个活塞冷却喷嘴50与副油道30之间分别通过一个活塞冷却喷嘴油道40连接，每一活塞冷却喷嘴油道40上均设置有一个活塞冷却喷嘴电磁阀60，每一活塞冷却喷嘴电磁阀60分别与控制器连接，并分别与发动机的冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器关联控制。各活塞冷却喷嘴电磁阀60可以分别单独对各自位置处的活塞冷却喷嘴50是否喷油进行控制。

本发明还提供了一种发动机，其包括机油泵、缸体、冷却液温度传感器和曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器，还包括本发明提供的喷油装置，喷油装置的主油道10与机油泵连接，一个活塞冷却喷嘴50对应连接一个的缸孔。发动机的冷却液温度传感器设置于发动机冷却液出口后、节温器前，冷却液温度传感器用于将检测到的冷却液温度信号发送给控制器，控制器根据冷却液温度信号来判断发动机是否已完成暖机。发动机的曲轴位置传感器设置于曲轴后端飞轮附近，凸轮轴位置传感器设置于凸轮轴前端信号盘附近，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器用于将检测到的曲轴位置信号和凸轮轴位置信号发送给控制器，控制器根据曲轴位置信号和凸轮轴位置信号判断各缸是否开始进气冲程，进而控制各缸的活塞冷却喷嘴电磁阀60是否开启。

本发明还提供了一种用于冷却发动机活塞的喷油控制方法，其采用本发明提供的喷油装置以及发动机，如图2所示，该喷油控制方法包括以下步骤：

步骤1、检测发动机是否已启动，如果是，进入步骤2；如果否，留在步骤1；

步骤2、通过冷却液温度传感器检测冷却液温度，来判断发动机是否已完成暖机，如果是，进入步骤3；如果否，留在步骤2；

步骤3、检测第N(N＝1，2，3，4)缸是否处在闭缸工作状态，如果否，进入步骤4；如果是，留在步骤3；

步骤4、通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来判断第N缸是否开始进气冲程，如果是，进入步骤5；如果否，留在步骤4；

步骤5、第N缸的活塞冷却喷嘴电磁阀60开启，开始对第N缸活塞进行喷油冷却；同时持续通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来判断是否开始做功冲程，如果是，进入步骤6；如果否，留在步骤5；

步骤6、第N缸的活塞冷却喷嘴电磁阀60关闭，停止对第N缸活塞的喷油冷却；同时，回至步骤3。

本发明提供的用于冷却发动机活塞的喷油装置、发动机及喷油控制方法具有如下优点：

1)每一缸活塞的喷油冷却均可实现独立的、精确的控制；

2)活塞是否进行冷却，可与发动机状态(是否热机、是否闭缸等)进行关联。比如刚启动时，活塞不进行冷却，可以实现快速暖机，降低油耗及改善排放；发动机闭缸状态时，对应缸的活塞可不进行冷却，降低总的机油用量，可变排量机油泵可切换为小排量状态、节省能耗；

3)活塞是否进行冷却，可与活塞位置(缸内工作状态)进行关联，改善发动机的动力性及经济性。比如在进气冲程和压缩冲程，活塞进行冷却、降低缸内温度，有利于提高进气量，以及降低压缩终了时混合气温度及压力，避免后续做功燃烧冲程的异常燃烧(如爆震等)；在做功燃烧冲程和排气冲程，活塞不进行冷却，活塞可以快速升温，减小与缸内燃烧气体的温差及传热损失，使得燃烧能量更多的用于做功(做功冲程，推动活塞下行；排气冲程，推动涡轮增压器)。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种用于冷却发动机活塞的喷油控制方法，其特征在于，采用的喷油装置包括主油道、副油道、活塞冷却喷嘴油道、活塞冷却喷嘴和控制器，所述主油道与发动机的机油泵连接，所述副油道与所述主油道连接，所述活塞冷却喷嘴设置有多个，每个活塞冷却喷嘴均与发动机中的一个缸孔对应，每个活塞冷却喷嘴与所述副油道之间分别通过一个活塞冷却喷嘴油道连接；其特征在于，每一活塞冷却喷嘴油道上均设置有一个活塞冷却喷嘴电磁阀，每一活塞冷却喷嘴电磁阀分别与所述控制器连接，并分别与发动机的冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器关联控制；采用的发动机包括机油泵、缸体、冷却液温度传感器和曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器以及所述的喷油装置，所述喷油装置的主油道与所述机油泵连接，一个活塞冷却喷嘴对应连接一个缸孔；所述冷却液温度传感器设置于发动机冷却液出口后、节温器前，所述曲轴位置传感器设置于曲轴后端飞轮附近，所述凸轮轴位置传感器设置于凸轮轴前端信号盘附近，冷却液温度传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器分别与所述控制器连接；

所述喷油控制方法的步骤如下：

步骤1、检测发动机是否已启动，如果是，进入步骤2；如果否，留在步骤1；

步骤2、通过冷却液温度传感器检测冷却液温度，来判断发动机是否已完成暖机，如果是，进入步骤3；如果否，留在步骤2；

步骤3、检测第N缸是否处在闭缸工作状态，如果否，进入步骤4；如果是，留在步骤3；

步骤4、通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来判断第N缸是否开始进气冲程，如果是，进入步骤5；如果否，留在步骤4；

步骤5、第N缸的活塞冷却喷嘴电磁阀开启，开始对第N缸活塞进行喷油冷却；同时持续通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来判断是否开始做功冲程，如果是，进入步骤6；如果否，留在步骤5；

步骤6、第N缸的活塞冷却喷嘴电磁阀关闭，停止对第N缸活塞的喷油冷却；同时，回至步骤3。

2.根据权利要求1所述的用于冷却发动机活塞的喷油控制方法，其特征在于，所述主油道与副油道之间通过横油道进行连接。

3.根据权利要求1所述的用于冷却发动机活塞的喷油控制方法，其特征在于，所述控制器为ECU。

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