CN114174650B - 实现低速热运行保护的被动活塞冷却喷嘴控制 - Google Patents

Abstract

公开了用于利用流体流动控制装置控制流向活塞冷却喷嘴的流体流的系统和装置，所述流体流动控制装置被配置成在内燃发动机在高速下需要活塞冷却时打开，但在发动机转速下降到低于阈值之后的一段时间内保持打开以防止对所述活塞的热浸损坏。

Description

实现低速热运行保护的被动活塞冷却喷嘴控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月8日提交的美国临时申请62/884,366的申请日的权益，所述申请以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开大体来说涉及内燃发动机，且更确切来说但非排他地涉及一种活塞冷却系统，所述活塞冷却系统具有进行低速热运行保护的被动流体流动控制装置。

发明背景

通常，流体流动控制装置已用于内燃发动机中以控制油和其他冷却流体的流动以提供对发动机的一个或多个组件的冷却。举例来说，可以在较高的发动机转速下向活塞冷却喷嘴供应冷却流体，所述冷却流体将被喷洒到活塞的下侧上以提供冷却。就被动受控的活塞冷却喷嘴来说，当发动机转速下降到低于阈值速度时，停止冷却流体的供应。然而，活塞温度的下降与发动机转速的下降并不完全对应。因此，由于在发动机以较低速度运行时活塞的此种热浸，可能会导致活塞损坏，原因在于活塞处于较高温度时没有供应冷却流体。因此，需要改进用于冷却内燃发动机中的活塞的流体流动控制装置。

发明概要

本公开包括用于冷却内燃发动机中的活塞的独特的系统及/或设备。活塞冷却系统包括：贮存器，从所述贮存器进给流体；以及活塞冷却喷嘴，其联接到所述贮存器且被配置成引导从所述贮存器进给的所述流体以将所述流体喷洒到所述发动机中的活塞上。所述活塞冷却系统包括连接所述贮存器与所述活塞冷却喷嘴的流体流动控制装置。在一个实施例中，所述流体流动控制装置包括：第一腔室，所述第一腔室响应于发动机转速超过第一阈值而打开以允许所述流体从所述贮存器传递到所述活塞冷却喷嘴。所述流体流动控制装置还包括第二腔室，所述第二腔室与所述第一腔室流体连通，以响应于所述流体流动控制装置被打开而通过在所述第一腔室与所述第二腔室之间的止回阀接收从所述第一腔室进给的流体。所述流体流动控制装置和所述止回阀中的至少一者包括间隙以响应于所述发动机转速低于所述第一阈值而使流体从所述第二腔室排出到所述贮存器中，以延迟所述流体流动控制装置的关闭且允许冷却流体继续供应达预定的时间段。

另一个实施例包括用于控制用于冷却内燃发动机中的活塞的流动流体的活塞冷却喷嘴装置。所述装置包括流体流动控制装置，所述流体流动控制装置具有用于容纳流体的第一腔室和第二腔室且被配置成控制所述第一腔室与所述第二腔室之间的流体流。所述流体流动控制装置可以包括在所述第一腔室与所述第二腔室之间的止回阀以响应于发动机转速高于阈值而在通向活塞冷却喷嘴的流体流动路径打开时调节从第一腔室到第二腔室中的流体流。所述流体流动控制装置包括间隙，所述间隙用于响应于发动机转速下降到低于阈值而使流体从所述第二腔室排出到第一腔室中以延迟流体流动路径的关闭。

本发明内容并不旨在识别所主张的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作限制所主张的主题的范围的辅助。从以下说明和图式，其他实施例、形式、目标、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。

附图说明

本文中的说明参考了附图，其中贯穿数个视图，相似的编号指代相似的部分，且在附图中：

图1是根据本公开的实施例的具有流体流动控制装置的示例发动机润滑系统的示意性框图。

图2是在低发动机转速下处于关闭位置中的流体流动控制装置的剖视图。

图3是随着发动机转速增大而开始移动到打开位置的流体流动控制装置的剖视图。

图4是处于打开位置中使得流体流动到活塞冷却喷嘴的流体流动控制装置的剖视图。

图5是响应于发动机转速下降到低于阈值而从打开位置向关闭位置移动的流体流动控制装置的剖视图。

图6是根据本公开的实施例的流体流动控制装置的剖视图。

具体实施方式

为了清楚、简洁且准确地描述本公开的说明性实施例、制作和使用本公开的方式和过程以及能够实践从而制作和使用本公开，现在将参考某些示例性实施例(包括图中所图解说明的实施例在内)，且将使用特定语言来描述本公开。然而，应理解，并不由此产生对本发明的范围的限制，且本发明包括且保护所属领域的技术人员所想到的示例性实施例的此类更改、修改和其他应用。

本公开涉及一种具有机械控制的流体流动控制装置的活塞冷却系统，所述流体流动控制装置被配置成在内燃发动机在高速下需要活塞冷却时打开，且然后在发动机转速下降到低于阈值之后的一段时间内保持打开以防止对活塞的热浸损坏。

参考图1，示出发动机120的示例发动机润滑系统100的示意性框图。系统100可以包括储液槽102，所述储液槽102含有用于润滑及/或冷却发动机的发动机油或其他流体。系统100还可以包括泵104以在流体被冷却器106冷却之前从储液槽102抽取所述流体，所述冷却器106通常可以用于将所述流体用作冷却剂来从发动机移除多余热量。在流体被冷却之后，可以在过滤器108中对所述流体进行过滤以从所述流体移除任何污染物。如图1中所示，系统100可以任选地包括涡轮增压器110。系统100还可以包括主流体供应喷口112，主流体供应喷口112从泵104被供应流体且联接到活塞冷却喷嘴喷口116，活塞冷却喷嘴喷口116提供流体以供经由一个或多个活塞冷却喷嘴118喷洒到发动机120的一个或多个活塞上。

在示例实施例中，系统100可以包括活塞冷却喷嘴被动流体流动控制装置114，以机械地控制从主流体供应喷口112流出的流体并将所述流体引导到活塞冷却喷嘴喷口116。应了解，可以将流体供应到图1所示的内燃发动机的各种组件，例如连杆122、曲轴124、气门驱动系126、齿轮系128和其他附件130(未列示)。

参考图2，示出流体流动控制装置114的一个实施例且所述实施例被标示为200。流体流动控制装置200可以在一端处联接到流体进给入口202。流体进给入口202可以是例如贮存器或通道，所述贮存器或通道连接到主流体供应器，例如图1的流体供应喷口112。

在示例实施例中，流体流动控制装置200可以包括柱塞204，所述柱塞204容纳在主流体供应喷口112与活塞冷却喷嘴喷口116之间的流体流动通道中。柱塞204被被动地控制成响应于发动机转速而移动以打开和关闭流体进给入口202与活塞冷却喷嘴118之间的流体流动路径。当发动机转速增大时，流体压力增大以作用于柱塞204并使柱塞204移位以打开常闭式流体流动路径。当发动机转速减小时，流体压力减小以允许柱塞204返回到其常闭位置并关闭流体流动路径。

柱塞204可以在一端处包括主体206且在另一端处包括基部208。柱塞204包括杆210，所述杆210从基部208延伸到主体206并将基部208与主体206隔开。流体流动控制装置200可以包括单向流体流动控制装置(例如，止回阀212)，以允许流体(例如，油)仅在一个方向上或主要在一个方向上流过柱塞204的基部208。在示例实施例中，止回阀212容纳在柱塞204的基部208中，但并不排除止回阀212的其他布置和位置。在任何实施例中，止回阀212可以被设置成允许流体容易在柱塞204的基部208后方流动。

流体流动控制装置200还包括联接到柱塞204的主体206的弹簧214和插塞216。弹簧214例如可以被配置成将力施加到主体206上，所述力通常可以将流体流动控制装置200的柱塞204偏置到关闭位置，例如图2中所示。

根据示例性实施例，流体流动控制装置200可以配置有通过止回阀212彼此流体连通的第一腔室218与第二腔室220。第一腔室218和第二腔室220被配置成在柱塞移动以打开和关闭通向活塞冷却喷嘴118的流体流动路径时在第一腔室218与第二腔室220之间传送流体。举例来说，第二腔室220可以响应于第一腔室218中的流体压力随着发动机转速的增大而增大，而通过止回阀212接收从第一腔室218进给的流体。

根据本公开的一个方面，流体流动控制装置200可以被被动地控制成响应于基于发动机转速的流体压力而打开和关闭。在此种情形中，柱塞204被配置成响应于发动机转速高于或低于预定阈值而选择性地打开和关闭流体进给入口202与活塞冷却喷嘴118之间的流体流动路径。在图2中，当发动机正在以低于阈值的低发动机转速运行时，发动机中的流体压力(例如，油压)无法达到移动柱塞204所需的压力。因此，当发动机不在运行中或以低发动机转速运行时，柱塞204通常在流体流动控制装置200中被偏置到关闭位置且止回阀212保持关闭。在关闭位置中，流体流动路径被关闭，以使得防止流体油从出口222流动到活塞冷却喷嘴118。

参考图3，当发动机以高于预定阈值的速度运行时，流体压力(例如，油压)增大到将柱塞204从关闭位置朝向打开位置移动所需的压力。第一腔室218中的流体压力作用于主体206的端部区域以使柱塞204朝向打开位置(向图3中的右侧)移动。当柱塞204开始移动到打开位置时，流体压力也打开止回阀212，以使得流体流动到第二腔室220中。主体206的端部面积大于基部208的面积，因此来自流体压力的净力使柱塞204压缩弹簧214，从而克服将柱塞204偏置到关闭位置的力。在示例性实施例中，当柱塞204从关闭位置朝向打开位置移动时，流体可以从第一腔室218通过止回阀212流动到第二腔室220中，以使得第二腔室220的流体体积增大。

参考图4，柱塞204移动到打开位置，以使得柱塞204的位移使流体流动路径完全打开。在打开位置中，流体进给入口202与活塞冷却喷嘴118之间的流体流动路径打开，从而允许流体从流体进给入口202自由流动到出口222以进给到活塞冷却喷嘴118。

参考图5，当发动机转速下降到低于预定阈值时，例如在以高发动机转速运行并下降到具有较低油压的低发动机转速之后，止回阀212关闭。在此种情形中，止回阀212关闭并基本上防止流体从第二腔室220流动到第一腔室218中，只能通过柱塞204的受控间隙224流动。因此，即使在发动机转速下降到低于迫使柱塞204打开的阈值之后，流体仍可以继续流动到活塞冷却喷嘴118。

根据示例性实施例，流体流动控制装置200可以配置有设置在止回阀212上的间隙224。设置在止回阀212上的间隙224可以是孔或通道，所述孔或通道的大小被设定为即使止回阀212关闭也允许流体缓慢地从第二腔室220排出到第一腔室218，以使得柱塞204在弹簧214的偏置下缓慢地返回到关闭位置。

在另一示例实施例中，流体流动控制装置200可以被配置成具有间隙，所述间隙设置在柱塞204周围的区域上或所述区域周围。举例来说，间隙225可以在容纳柱塞204的空腔或喷口的壁与基部208之间设置在基部208周围，以使得即使止回阀212关闭流体也可以从第二腔室220流动到第一腔室218。

在止回阀212中或者替代地或另外在柱塞204的基部208周围设置有间隙224(例如，间隙225)的情况下，间隙224(以及替代地或另外，间隙225)被配置成响应于发动机转速下降到低于预定阈值而允许流体从第二腔室220排出到第一腔室218和流体进给入口202中，以将流体流动控制装置200的关闭延迟预定的时间段。当发动机转速下降到低于预定阈值时，随着油从第二腔室220排空并从出口222排出到活塞冷却喷嘴118而返回到入口202中，间隙224允许柱塞204缓慢地返回到关闭位置。根据一方面，举例来说，柱塞204缓慢地返回到关闭位置会保持流体流动控制装置200在发动机已在高温下运行之后仍打开达一定持续时间，从而维持对活塞的冷却且防止或减轻对活塞的热浸损坏。

参考图6，提供可以由进气歧管压力及/或排气歧管压力致动的流体流动控制装置300的另一个实施例。流体流动控制装置300包括柱塞304，所述柱塞304容纳在主流体供应喷口112与活塞冷却喷嘴116(参见图1)之间的流体流动通道中。柱塞304可以在一端处包括主体306且在另一端处包括基部308。柱塞304包括杆310，所述杆310从基部308的一侧320延伸到主体306且将基部308与主体306隔开。在基部308的与一侧320相对的一侧322处，杆310穿过腔室220的开口318延伸到气压进给入口302，所述气压进给入口302连接到进气歧管(未示出)的一部分及/或排气歧管(未示出)。

根据本公开，流体流动控制装置300可以被被动地控制成响应于从进气歧管及/或排气歧管进给的气压而打开和关闭，所述气压响应发动机转速而增大或减小。在示例实施例中，柱塞304被配置成响应于发动机转速高于或低于预定阈值而选择性地打开和关闭流体进给入口202与活塞冷却喷嘴118之间的流体流动路径。当发动机转速增大时，来自入口302的气压增大以作用于开口318中的杆310上并使柱塞304移位以打开常闭式流体流动路径。当发动机转速减小时，气压减小以允许柱塞304返回到其常闭位置且以上文所述的受控方式关闭流体流动路径。与油压相比，进气歧管压力或排气歧管压力与发动机负载有更直接的相关性。因此，此实施例可以在高发动机转速和低负载下提供冷却，且也可以在低发动机转速和高负载下提供冷却。

流体流动控制装置300可以包括单向流体流动控制装置(例如，止回阀312)，以允许流体(例如，油)仅在一个方向上或主要在一个方向上流过柱塞304的基部308。在示例实施例中，止回阀312容纳在柱塞304的基部308中，但不排除止回阀312的其他布置和位置。在任何实施例中，止回阀312可以被设置成允许流体容易地在柱塞304的基部308后方流动。流体流动控制装置300还包括联接到柱塞304的主体306的弹簧314和插塞316。弹簧314例如可以被配置成将力施加到主体306上，所述力通常可以将流体流动控制装置300的柱塞304偏置到关闭位置。

现在将提供对多个示例实施例的进一步书面说明。一个实施例是一种用于内燃发动机的活塞冷却系统，所述活塞冷却系统包括：贮存器，从所述贮存器进给流体；PCN，其联接到所述贮存器且被配置成引导从所述贮存器进给的流体以将所述流体喷洒到发动机中的活塞上；以及流体流动控制装置，其连接所述贮存器与所述PCN，所述流体流动控制装置具有第一腔室，所述第一腔室响应于发动机转速和气压中的至少一者超过第一阈值而打开以允许所述流体从贮存器传递到PCN，所述流体流动控制装置包括第二腔室，所述第二腔室与所述第一腔室流体连通以响应于所述流体流动控制装置被打开而通过位于所述第一腔室与所述第二腔室之间的止回阀来接收从所述第一腔室进给的流体，其中所述流体流动控制装置和所述止回阀中的至少一者包括间隙以响应于所述发动机转速和所述气压中的一者下降到低于第一阈值而使所述流体从所述第二腔室排出到贮存器中以将所述流体流动控制装置的关闭延迟预定的时间段。

在前述系统的某些形式中，所述流体流动控制装置包括柱塞，所述柱塞可以响应于发动机转速和气压中的一者高于和低于阈值而移动以选择性地打开和关闭贮存器与PCN之间的流体流动路径。在某些形式中，所述柱塞包括基部，所述基部将所述第一腔室与所述第二腔室隔开且止回阀容纳在所述基部中。

在某些形式中，所述柱塞包括杆，所述杆从基部延伸到与所述基部间隔开的主体，且所述第一腔室被限定在主体与基部之间。在某些形式中，所述柱塞容纳在内燃发动机的主供油喷口与PCN喷口之间的通道中。在某些形式中，所述柱塞通常被偏置到关闭流体流动路径的关闭位置。

在某些形式中，所述柱塞可以响应于第一腔室中克服将所述柱塞偏置到关闭位置的力的流体压力作用于主体而从关闭位置移动到打开位置。在某些形式中，当柱塞从关闭位置移动到打开位置时，流体从第一腔室流过止回阀并流动到第二腔室中。

在某些形式中，响应于发动机转速和气压中的一者下降到低于第一阈值，所述流体流动控制装置被配置成使得第二腔室中的流体通过间隙排出，以在发动机转速下降到低于第一阈值之后的一段时间内将流体流动控制装置维持为打开。在某些形式中，响应于基于发动机转速的流体压力而被动地控制流体流动控制装置。在某些形式中，响应于发动机转速和气压中的一者下降到低于第一阈值，所述止回阀被配置成关闭且基本上防止流体流从第二腔室通过止回阀流到第一腔室中。在某些形式中，所述间隙位于止回阀上且是穿过止回阀的具有预定大小的孔。在某些形式中，所述间隙围绕所述柱塞定位在所述柱塞与围绕所述柱塞的壁之间，所述壁在第一腔室与第二腔室之间延伸。

另一示例实施例包括一种用于控制用于冷却内燃发动机中的活塞的流动流体的活塞冷却喷嘴装置，所述活塞冷却喷嘴装置包括流体流动控制装置，所述流体流动控制装置具有用于容纳流体的第一腔室和第二腔室且被配置成控制所述第一腔室与所述第二腔室之间的流体流动，所述流体流动控制装置包括位于所述第一腔室与所述第二腔室之间的止回阀以响应于发动机转速和气压中的一者高于阈值而调节从第一腔室到第二腔室中的流体流动以打开通向活塞冷却喷嘴的流体流动路径，其中所述流体流动控制装置包括间隙以响应于发动机转速和气压中的一者下降到低于阈值而将流体从第二腔室排放到第一腔室中以延迟所述流体流动路径的关闭。

在前述装置的某些形式中，所述流体流动控制装置包括柱塞，所述柱塞可以响应于发动机转速和气压中的一者高于和低于阈值而移动以选择性地打开和关闭流体流动路径。在某些形式中，所述柱塞通常被偏置到所述关闭流体流动路径的关闭位置。

在某些形式中，响应于发动机转速和气压中的一者下降到低于阈值，所述流体流动控制装置被配置成使得第二腔室中的流体通过间隙排出以在发动机转速下降到低于阈值之后的一段时间内将流体流动控制装置维持为打开。在某些形式中，响应于基于发动机转速的流体压力而被动地控制所述流体流动控制装置。

在某些形式中，响应于发动机转速和气压中的一者下降到低于阈值，止回阀被配置成关闭且基本上防止流体流从第二腔室通过止回阀流到第一腔室中。在某些形式中，柱塞可以响应于来自进气歧管和排气歧管中的一者的气压而移动以选择性地打开和关闭流体流动路径。

尽管已在附图和前述说明中详细地图解说明和描述了本公开的说明性实施例，但所述说明性实施例在本质上被视为说明性的而非限制性的，应理解，仅示出和描述了某些示例性实施例，且期望保护落在所主张的本发明的精神内的所有改变和修改。应理解，虽然在以上说明中利用的诸如优选的、优选地、优选或更优选的等词语的使用指示如此描述的特征可能是更期望的，但可能不是必需的，且可以设想缺少所述特征的实施例在本发明的范围内，所述范围由所附权利要求书限定。在阅读权利要求书时，预期当使用例如“一(a/an)”、“至少一个”或“至少一部分”等词语时，不旨在将权利要求限制为仅一项，除非权利要求中有明确相反的说明。当使用语言“至少一部分”及/或“一部分”时，除非明确有相反的说明，否则所述项可以包括一部分及/或整个项。

Claims (20)

1.一种用于内燃发动机的活塞冷却系统，其包括：

贮存器，从所述贮存器进给流体；

活塞冷却喷嘴(PCN)，其联接到所述贮存器且被配置成引导从所述贮存器进给的所述流体以将所述流体喷洒到所述发动机中的活塞上；以及

流体流动控制装置，其连接所述贮存器与所述PCN，所述流体流动控制装置具有第一腔室，所述第一腔室响应于发动机转速和气压中的至少一者超过第一阈值而打开以允许所述流体从所述贮存器传递到所述PCN，所述流体流动控制装置包括第二腔室，所述第二腔室与所述第一腔室流体连通以响应于所述流体流动控制装置被打开而通过位于所述第一腔室与所述第二腔室之间的止回阀来接收从所述第一腔室进给的流体，其中所述流体流动控制装置和所述止回阀中的至少一者包括间隙，以响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者下降到低于所述第一阈值而使流体从所述第二腔室排出到所述贮存器中以将所述流体流动控制装置的关闭延迟预定的时间段。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述流体流动控制装置包括柱塞，所述柱塞能够响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者高于和低于所述阈值而移动以选择性地打开和关闭所述贮存器与所述PCN之间的流体流动路径。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述柱塞包括将所述第一腔室与所述第二腔室隔开的基部，且所述止回阀容纳在所述基部中。

4.如权利要求3所述的系统，所述柱塞包括杆，所述杆从所述基部延伸到与所述基部间隔开的主体，并且所述第一腔室被限定在所述主体与所述基部之间。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述柱塞容纳在所述内燃发动机的主供油喷口与PCN喷口之间的通道中。

6.如权利要求4所述的系统，其中所述柱塞通常被偏置到关闭所述流体流动路径的关闭位置。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述柱塞能够响应于所述第一腔室中克服将所述柱塞偏置到所述关闭位置的力的流体压力作用于所述主体而从所述关闭位置移动到打开位置。

8.如权利要求7所述的系统，其中当所述柱塞从所述关闭位置移动到所述打开位置时，流体从所述第一腔室流过所述止回阀并且流动到所述第二腔室中。

9.如权利要求1所述的系统，其中响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者下降到低于所述第一阈值，所述流体流动控制装置被配置成使得所述第二腔室中的所述流体通过所述间隙排出，以在所述发动机转速下降到低于所述第一阈值之后的一段时间内将所述流体流动控制装置维持为打开。

10.如权利要求1所述的系统，其中响应于基于发动机转速的流体压力而被动地控制所述流体流动控制装置。

11.如权利要求1所述的系统，其中响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者下降到低于所述第一阈值，所述止回阀被配置成关闭且基本上防止流体流从所述第二腔室通过所述止回阀流动到所述第一腔室中。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述间隙位于所述止回阀上且是穿过所述止回阀的具有预定大小的孔。

13.如权利要求2所述的系统，其中所述间隙围绕所述柱塞定位在所述柱塞与围绕所述柱塞的壁之间，所述壁在所述第一腔室与所述第二腔室之间延伸。

14.一种用于控制用于冷却内燃发动机中的活塞的流动流体的活塞冷却喷嘴装置，其包括：

流体流动控制装置，其具有用于容纳流体的第一腔室和第二腔室且被配置成控制所述第一腔室与所述第二腔室之间的流体流，所述流体流动控制装置包括在所述第一腔室与所述第二腔室之间的止回阀以响应于发动机转速和气压中的一者高于阈值而调节从所述第一腔室流入所述第二腔室的流体流以打开通向所述活塞冷却喷嘴的流体流动路径，其中所述流体流动控制装置包括间隙以响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者下降到低于所述阈值而使流体从所述第二腔室排出到所述第一腔室中以延迟所述流体流动路径的关闭。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述流体流动控制装置包括柱塞，所述柱塞能够响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者高于和低于所述阈值而选择性地打开和关闭所述流体流动路径。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述柱塞通常被偏置到关闭所述流体流动路径的关闭位置。

17.如权利要求14所述的装置，其中响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者下降到低于所述阈值，所述流体流动控制装置被配置成使得所述第二腔室中的所述流体通过所述间隙排出，以在所述发动机转速下降到低于所述阈值之后的一段时间内将所述流体流动控制装置维持为打开。

18.如权利要求14所述的装置，其中响应于基于发动机转速的流体压力而被动地控制所述流体流动控制装置。

19.如权利要求14所述的装置，其中响应于所述发动机转速和所述气压中的所述一者下降到低于所述阈值，所述止回阀被配置成关闭且基本上防止流体流从所述第二腔室通过所述止回阀流动到所述第一腔室中。

20.如权利要求16所述的装置，其中所述柱塞能够响应于来自进气歧管和排气歧管中的一者的气压而选择性地打开和关闭所述流体流动路径。