用于內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門，其具有用于冷卻所述噴射氣門的冷卻裝置。所述冷卻裝置是熱虹吸冷卻裝置，其中，所述熱虹吸冷卻裝置包括容器體積，并且其中，冷卻元件具有至所述容器體積的導(dǎo)熱連接。
【專利說明】用于內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門
[0001]相關(guān)申請交叉參考
[0002]本申請要求2015年3月30日提交的德國專利申請102015205668.6的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本說明書大體涉及用于機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門(inject1nvalve)的系統(tǒng)和方法，該噴射氣門具有冷卻裝置以冷卻噴射氣門。
【背景技術(shù)】
[0004]噴射氣門(噴射噴嘴)是氣門，其在內(nèi)燃發(fā)動機(如，火花點火或柴油發(fā)動機)上通過進氣通道燃料噴射(PFI)噴射燃料到進氣通道中，或通過內(nèi)燃發(fā)動機的直接燃料噴射(DI)噴射燃料到燃燒室中，以驅(qū)動機動車輛。在直接燃料噴射中，噴射氣門將燃料直接噴射到內(nèi)燃發(fā)動機的燃燒室中，而在進氣通道燃料噴射中，混合物形成不發(fā)生在燃燒室中，而是在噴射氣門的上游，例如，節(jié)氣門下游。
[0005]US 2014/0116393 Al公開一種具有用于將燃料噴射到內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸中的噴射氣門的系統(tǒng)。提供主冷卻管路，冷卻劑能夠通過該管路循環(huán)通過內(nèi)燃發(fā)動機。還提供輔助冷卻管路，其連接主冷卻管路并且將冷卻劑送到噴射氣門。
[0006]US 8，078，386 B2公開一種用于控制向內(nèi)燃發(fā)動機供應(yīng)燃料的方法，其能夠借助于進氣道燃料噴射和直接燃料噴射被操作。第二類型的燃料從第二箱供給到直接燃料噴射氣門，而第一類型的燃料從第一箱供給到進氣通道燃料噴射裝置。響應(yīng)于不適合的燃料，來自第一箱的第一類型的燃料被供給到直接燃料噴射氣門。響應(yīng)于接收到不正確的供應(yīng)信號，直接燃料噴射能夠被供應(yīng)第二類型的燃料。通過供應(yīng)至少一些另一種類型的燃料到直接燃料噴射氣門，可以在各種條件下使用燃料來冷卻直接燃料噴射氣門。
[0007]US 6,718,954 B2公開一種用于在燃料進入燃料輸送部件(例如，噴射器、化油器和節(jié)氣門)之前借助于熱電單元的冷側(cè)來冷卻燃料的裝置。過量的冷卻能量足以冷卻燃料輸送部件，以便當(dāng)燃料已經(jīng)被冷卻時供應(yīng)冷卻緩沖并防止再吸收熱。熱電單元的熱側(cè)由第二冷卻液體系統(tǒng)冷卻，其不同于用于發(fā)動機汽缸體的主冷卻液體系統(tǒng)并與其隔開。過量燃料被引導(dǎo)通過燃料旁通壓力調(diào)節(jié)器到達燃料旁通管路，且過量燃料成為冷卻液體，之后返回到燃料箱。
[0008]US 2008/0196700 Al公開一種用于具有一排汽缸、燃料箱和共軌燃料噴射系統(tǒng)的柴油發(fā)動機的燃料冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括也被提供用于將燃料從燃料箱輸送至汽缸的燃料分配器回路、回收未噴射燃料的燃料回收回路、用于記錄燃料溫度的溫度傳感器、用于冷卻燃料的燃料冷卻劑熱交換系統(tǒng)、冷卻劑容器、電動冷卻劑栗和熱交換輸送器。此外，提供用于控制電動冷卻劑栗操作的機構(gòu)和空氣冷卻劑熱交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)連接到用于冷卻燃料的燃料冷卻劑熱交換系統(tǒng)。為了冷卻冷卻劑，空氣冷卻劑熱交換系統(tǒng)暴露于車輛沖壓空氣。此夕卜，提供熱交換分配器和風(fēng)扇以及用于控制風(fēng)扇的機構(gòu)。
[0009]US 2010/0084489 Al公開一種用于燃料噴射裝置的控制布置。泄漏路徑將源自入口的泄漏燃料導(dǎo)管輸送至燃料排出連接部?？刂撇贾冒▎为毜南?，其供應(yīng)入口并且包括連接到多個噴射氣門的冷卻劑連接部并且從多個噴射氣門的燃料排出連接部收集燃料。
[0010]US 8，056，537 B2公開一種內(nèi)燃發(fā)動機，如，具有直接燃料噴射的柴油發(fā)動機。根據(jù)US 8，056，537 B2的噴射氣門包括第一入口和第二入口以及用于氣門致動的致動器組件。更進一步地，提供用于冷卻致動器組件的冷卻系統(tǒng)，其連接到燃料系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)被設(shè)計為經(jīng)由致動器組件的熱交換表面輸送冷卻液體以交換熱能。
[0011]DE 11 2004 000 701 T5(US 7,021,558 B2)公開一種用于將加壓燃料噴射到內(nèi)燃發(fā)動機燃燒室中的噴射氣門。噴嘴氣門元件具有縱向通道，其具有用于排出冷卻液體流的外端和用于接收冷卻液體流的內(nèi)端。更進一步地，噴嘴氣門元件具有橫向通道，其位于挨著縱向通道的內(nèi)端并且在縱向通道和噴嘴孔之間橫向延伸。當(dāng)運轉(zhuǎn)時，一定質(zhì)量的冷卻劑流入噴嘴孔中，通過橫向通道進入縱向通道并且沿著縱向通道以冷卻噴嘴氣門元件。
[0012]還已知雙燃料車輛，其中，兩種不同燃料被供給到內(nèi)燃發(fā)動機，內(nèi)燃發(fā)動機以一種燃料運行一段時間且以另一種燃料運行一段時間。一方面，這可以是常規(guī)汽油燃料或柴油燃料。另一方面，這可以是氣態(tài)燃料。因此，如果氣體箱空了且不可能到達加油站，則車輛能夠以常規(guī)燃料運行。與只由氣態(tài)燃料供應(yīng)動力的車輛相比，該車輛的范圍因此而擴大了。常規(guī)燃料被方便地直接噴射到燃燒室中，同時氣態(tài)燃料被引入進氣通道中。在這方面，在柔性燃料設(shè)計或也在雙燃料設(shè)計的機動車輛中或在具有以至內(nèi)燃發(fā)動機的進氣道燃料噴射和直接燃料噴射二者操作的內(nèi)燃發(fā)動機的機動車輛中，通過噴射氣門的常規(guī)燃料流不總是接著發(fā)生，使得沒有燃料流動對噴射氣門施加冷卻效果。由于用于常規(guī)燃料的直接噴射的噴射氣門由于內(nèi)燃發(fā)動機以氣體燃料(即，例如，CNG、LNG、甲醇、乙醇、天然氣)操作而導(dǎo)致不可操作，所以沒有燃料流通過它。如果未冷卻噴射氣門，則不僅其尖端處且在密封上的溫度也會超過限制，從而導(dǎo)致操作故障。此外，還會有燃料存在于噴射氣門中，其暴露于較大的熱負荷。因此，滯留的燃料會升溫且在熱效應(yīng)下會破裂和/或蒸發(fā)(即，揮發(fā))，這自然地取決于普遍的壓力比和溫度條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本文
【發(fā)明人】已經(jīng)認識到上述問題并且認定一種方法，通過該方法上面描述的問題可至少部分被解決。本公開的目標是提供用于機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門，其包括提供改善的冷卻效果的冷卻裝置。
[0014]在一個示例中，上述問題通過一種用于機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門至少部分解決，該噴射氣門包括:用于冷卻噴射氣門的冷卻裝置，其中，冷卻裝置是熱虹吸冷卻裝置，其包括容器體積(reservoir volume)和具有至容器體積的導(dǎo)熱連接的冷卻裝置的冷卻元件。用于將常規(guī)燃料直接噴射到燃燒室的噴射氣門包括熱虹吸冷卻裝置。
[0015]熱虹吸冷卻裝置是不需要栗的閉合冷卻系統(tǒng)。僅在重力作用下產(chǎn)生冷卻介質(zhì)的循環(huán)，在此情況下是燃料，即液體燃料，如，柴油燃料或汽油。較暖介質(zhì)的較低比密度使其輕于較冷介質(zhì)，使得較暖介質(zhì)上升到頂部且較冷介質(zhì)沉到底部。由于內(nèi)燃發(fā)動機正以氣體模式操作，所以在不可操作的噴射氣門中的冷卻介質(zhì)(即，汽油或柴油燃料)更暖，并且因此變輕。因此，其上升到噴射氣門的頂部。這里，冷卻介質(zhì)被冷卻，并且因此變重。其朝向噴射氣門的尖端下沉并且整個過程重復(fù)。熱虹吸冷卻裝置的優(yōu)點是沒有栗的一種簡單構(gòu)造。更進一步地，即使沒有冷卻劑進入(沒有燃料進入)，冷卻介質(zhì)的重力循環(huán)也能夠接著發(fā)生，并且引起冷卻。因此，可能甚至冷卻不操作的噴射氣門，即，未運行的噴射氣門，并且因此沒有冷卻燃料通過它流動。
[0016]根據(jù)本公開，熱虹吸冷卻裝置包括容器體積。在噴射氣門中的第一管路連接到燃料供應(yīng)。較暖的燃料能夠在容器體積中上升，同時冷卻的燃料能夠再次下沉。如果容器體積(也可稱為環(huán)形管路)的橫截面適于允許同時上升和下降，則這是現(xiàn)實可行的。
[0017]第一管路和容器體積被彼此同心布置。這種布置提供特別好的熱耦合，尤其對于以噴射氣門的緊湊設(shè)計形式的容器體積。其同樣改善冷卻裝置的冷卻效果。容器體積具有到第一管路的運載介質(zhì)的連接。如果在噴射氣門的尖端區(qū)域中第一管路連接到容器體積，則其是有利的。另外，可包括附加的燃料管路以增強(由于熱虹吸效應(yīng)導(dǎo)致的)燃料從噴射氣門的下部向上到氣門的上部的流動，其中，容器體積位于上部中。容器體積適當(dāng)?shù)匕鼑谝还苈?，類似于夾套。
[0018]還可能在外部冷卻容器體積，針對該目的，可以使用例如內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑。容器體積有利地外圍地布置在噴射氣門中，其中，其外壁靠近主體的外圓周。因此，容器體積還能向外消散熱能，其改善了燃料冷卻并且因此有助于冷卻裝置的冷卻效果。
[0019]在一個示例中，噴射氣門包括至少一個冷卻元件，其具有至熱虹吸冷卻裝置的導(dǎo)熱連接，該熱虹吸冷卻裝置為容器體積。這再次改善燃料冷卻并且同樣有助于冷卻裝置的冷卻效果。在另一個示例中，冷卻元件可包括翼片，其圍繞噴射氣門(圍繞其主體的圓周)布置在外部。翼片增加噴射氣門的有效表面，使得冷卻容器體積中的熱燃料的冷卻效果被進一步改善。
[0020]在又一個示例中，噴射氣門的上部區(qū)域可被冷卻劑主動冷卻。為此，來自燃料箱的燃料可作為冷卻劑被供應(yīng)。特別地，將可以將冷卻劑從內(nèi)燃發(fā)動機帶出，使得上部區(qū)域可能以及容器體積和/或還有翼片和/或噴射氣門的外部區(qū)域一起被冷卻劑冷卻。
[0021]雖然根據(jù)本公開的發(fā)展用于將不可操作的噴射氣門中的燃料冷卻至一定程度，但是根據(jù)本公開的發(fā)展表現(xiàn)為冷卻滯留在噴射氣門中的燃料的有成本效益的手段，該冷卻足以防止被滯留燃料的臨界值。該裝置還可明顯地在噴射氣門可操作時運行。尤其在該情況下，g卩，自第一管路至容器體積的連接還有時(即，處于不可操作狀態(tài)和處于可操作狀態(tài)二者)被維持。因此，具有根據(jù)本公開布置的噴射氣門還能夠在可操作狀態(tài)下被冷卻。這對于燃料消耗和內(nèi)燃發(fā)動機性能具有積極效果。
[0022]本公開在雙燃料車輛中尤其有利，其中，兩種不同燃料被供給到內(nèi)燃發(fā)動機，內(nèi)燃發(fā)動機以一種燃料運行一段時間且以另一種燃料運行一段時間。一方面，這可以是常規(guī)汽油燃料或柴油燃料。另一方面，這可以是氣態(tài)燃料。因此，如果氣體箱空了且不可能到達加油站，則車輛能夠以常規(guī)燃料運行。與只由氣態(tài)燃料供應(yīng)動力的車輛相比，車輛范圍因此而擴大了。常規(guī)燃料被方便地直接噴射到燃燒室中，同時氣態(tài)燃料被弓I入進氣通道中。在這方面，在柔性燃料設(shè)計或同樣是雙燃料設(shè)計的機動車輛中或在具有以到內(nèi)燃發(fā)動機的進氣通道燃料噴射和直接燃料噴射二者操作的內(nèi)燃發(fā)動機的機動車輛中，通過噴射氣門的常規(guī)燃料流不總是接著發(fā)生，在該情況下，沒有燃料流動對噴射氣門施加冷卻效果。由于用于常規(guī)燃料的直接噴射的噴射氣門由于內(nèi)燃發(fā)動機以氣體燃料(即，例如，CNG、LNG、甲醇、乙醇、天然氣)操作而導(dǎo)致不可操作，所以沒有燃料流通過它。然而，在本公開的情況下，不可操作的噴射氣門(即，燃料被滯留在其中)被充分冷卻。
[0023]其可以指出在以下說明書中單獨引用的特征和措施可以以任意技術(shù)上適當(dāng)?shù)姆绞奖舜私Y(jié)合并且可提出系統(tǒng)的進一步發(fā)展。本說明書特別地結(jié)合附圖附加地表征并且指定本公開。
【附圖說明】
[0024]圖1示意性示出內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸的示例實施例。
[0025]圖2示出可以與圖1的發(fā)動機使用的噴射氣門的示例實施例的截面圖。
[0026]圖3不出圖1的噴射氣門的一部分的詳細圖不。
【具體實施方式】
[0027]圖1示出內(nèi)燃發(fā)動機100的汽缸或燃燒室的示例。發(fā)動機100可通過包括控制器12的控制系統(tǒng)和經(jīng)由輸入裝置132來自車輛操作者130的輸入至少部分地控制。在該示例中，輸入裝置132包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動機100的汽缸(本文也是“燃燒室”)14可包括燃燒室壁136，其中活塞138定位在其中?；钊?38可聯(lián)接到曲軸140，使得活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸140可經(jīng)由變速器系統(tǒng)聯(lián)接到車輛的至少一個驅(qū)動輪。進一步地，起動機馬達(未示出)可經(jīng)由飛輪聯(lián)接到曲軸140，以啟用發(fā)動機100的起動操作。
[0028]汽缸14能夠經(jīng)由一系列進氣空氣通道142、144、146接收進氣空氣。除汽缸14之外，進氣空氣通道146還能夠與發(fā)動機100的其他汽缸連通。在一些示例中，一個或多個進氣通道可包括升壓裝置，如，渦輪增壓器或機械增壓器。例如，圖1示出配置有渦輪增壓器的發(fā)動機100，渦輪增壓器包括布置在進氣通道142和144之間的壓縮機174和沿排氣通道148布置的排氣渦輪176。壓縮機174可由排氣渦輪176經(jīng)由軸180至少部分供應(yīng)動力，其中，升壓裝置配置為渦輪增壓器。然而，在另一些示例中，如發(fā)動機100配備有機械增壓器的示例中，排氣渦輪176可被選擇性省略，其中壓縮機174可由來自馬達或發(fā)動機的機械輸入供應(yīng)動力。包括節(jié)流板164的節(jié)氣門162可沿發(fā)動機的進氣通道設(shè)置，以改變提供到發(fā)動機汽缸的進氣空氣的流率和/或壓力。例如，節(jié)氣門162可布置在壓縮機174下游，如圖1中所示，或可替代地，可設(shè)置在壓縮機174上游。
[0029]除汽缸14之外，排氣通道148還能夠從發(fā)動機100的其他汽缸接收排氣。所示的排氣傳感器128耦合到排放控制裝置178上游的排氣通道148。傳感器128可以從用于提供排氣空氣/燃料比指示的任何合適的傳感器中選出，諸如線性氧傳感器或UEGO(通用或?qū)捰蚺艢庋?、雙態(tài)氧傳感器或EGO(如圖所示)、HEG0(加熱型EGO)、N0x、HC或CO傳感器。排放控制裝置178可以為三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、各種其他排放控制裝置或其組合。
[0030]發(fā)動機100的每個汽缸可包括一個或多個進氣門和一個或多個排氣門。例如，所示汽缸14包括位于汽缸14的上部區(qū)域的至少一個進氣提升閥150和至少一個排氣提升閥156。在一些示例中，發(fā)動機100的每個汽缸(包括汽缸14)可包括位于汽缸的上部區(qū)域的至少兩個進氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。
[0031]進氣門150可經(jīng)由致動器152由控制器12控制。類似地，排氣門156可經(jīng)由致動器154由控制器12控制。在一些情況期間，控制器12可改變提供給致動器152和154的信號以控制相應(yīng)的進氣門和排氣門的打開和關(guān)閉。進氣門150和排氣門156的位置可由相應(yīng)的氣門位置傳感器(未示出)確定。氣門致動器可以是電動氣門致動類型或凸輪致動類型或其組合。進氣門正時和排氣門正時可被同時控制，或可使用可變進氣凸輪正時、可變排氣凸輪正時、雙獨立可變凸輪正時或固定凸輪正時的任意可能。每個凸輪致動系統(tǒng)可包括一個或更多個凸輪，并且可利用可由控制器12操作的凸輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個或更多個以改變氣門操作。例如，汽缸14可以可替代地包括經(jīng)由電動氣門致動控制的進氣門和經(jīng)由包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪致動控制的排氣門。在另一些示例中，進氣門和排氣門可由共用氣門致動器或致動系統(tǒng)或可變氣門正時致動器或致動系統(tǒng)控制。
[0032]汽缸14能夠具有一定壓縮比，其是當(dāng)活塞138處于下止點時與處于上止點時的體積比。在一個示例中，壓縮比在9:1至10:1的范圍內(nèi)。然而，在使用不同燃料的一些示例中，壓縮比可以增加。例如，當(dāng)使用高辛烷值燃料或具有更高汽化潛熱的燃料時，這種情況會出現(xiàn)。如果采用直接噴射，則因其對發(fā)動機爆震的影響，也可增加壓縮比。
[0033]在一些示例中，發(fā)動機100的每個汽缸可以包括用于發(fā)起燃燒的火花塞192。在選擇的運行模式下，響應(yīng)來自控制器12的火花提前信號SA，點火系統(tǒng)190能夠通過火花塞192向燃燒室14提供點火火花。然而，在一些實施例中，火花塞192可被省略，如當(dāng)發(fā)動機100可通過自動點火或燃料噴射發(fā)起燃燒(如柴油發(fā)動機的情況)時。
[0034]在一些示例中，發(fā)動機100的每個汽缸可以配置有一個或更多個噴射器以向汽缸供送燃料。作為非限制性示例，所示汽缸14包括兩個燃料噴射器(還已知為噴射氣門或噴射噴嘴)166和170。燃料噴射器166和170可以經(jīng)配置供送從燃料系統(tǒng)8接收的燃料。燃料系統(tǒng)8可包括一個或多個燃料箱、燃料栗和燃料軌。所示的燃料噴射器166直接聯(lián)接至汽缸14以與通過電子驅(qū)動器168從控制器12接收的信號FPW-1脈沖寬度成比例地直接向其內(nèi)噴射燃料。用這種方式，燃料噴射器166向燃燒汽缸14內(nèi)提供燃料的所謂的直接噴射(DI)。盡管圖1示出了噴射器166定位于汽缸14的一側(cè)，不過它可以替代性地位于活塞的頂部，比如火花塞192的位置附近。由于一些醇基燃料具有較低的揮發(fā)性，所以當(dāng)采用醇基燃料運行發(fā)動機時，該位置可以改善混合和燃燒。替代性地，噴射器可以位于頂部且接近進氣門以改善混合。燃料可經(jīng)由高壓燃料栗和燃料軌將來自燃料系統(tǒng)8的燃料箱的燃料供送至燃料噴射器166。進一步地，燃料箱可以具有向控制器12提供信號的壓力換能器。
[0035]所示燃料噴射器170被設(shè)置在進氣通道146內(nèi)而非汽缸14內(nèi)、處于在向汽缸14上游的進氣道提供燃料的所謂的進氣道噴射(PFI)的構(gòu)造。燃料噴射器170可以與通過電子驅(qū)動器171從控制器12接收的信號FPW-2的脈沖寬度成比例地噴射從燃料系統(tǒng)8接收的燃料。注意，單個驅(qū)動器168或171可以被用于兩個燃料噴射系統(tǒng)，或可以使用多個驅(qū)動器，例如，針對燃料噴射器166使用驅(qū)動器168，并且針對燃料噴射器170使用驅(qū)動器171，如圖所示。
[0036]在替代性示例中，燃料噴射器166和170中的每個可配置為直接燃料噴射器以將燃料直接噴射到汽缸14中。在又一個示例中，燃料噴射器166和170中的每個可配置為進氣道燃料噴射器以將燃料噴射到進氣門150的上游。在又一些示例中，汽缸14可僅包括單個燃料噴射器，其配置為從燃料系統(tǒng)接收相對量變化的不同燃料以作為燃料混合物，并且進一步配置為將此燃料混合物或者直接噴射到汽缸中以作為直接燃料噴射器或者噴射到進氣門上游以作為進氣道燃料噴射器。因此，應(yīng)當(dāng)認識到，本文所描述的燃料系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)受通過示例在本文描述的具體燃料噴射器配置的限制。
[0037]在汽缸的單個循環(huán)期間，燃料可通過兩種噴射器被遞送至汽缸。例如，每個噴射器可遞送在汽缸14中燃燒的總?cè)剂蠂娚涞囊徊糠?。進一步地，從每個噴射器遞送的燃料的相對量和/或分配可隨工況(如，發(fā)動機負荷、爆震以及排氣溫度)而變化，如本文下面描述的。在打開進氣門事件、關(guān)閉進氣門事件(如，基本在進氣沖程之前)以及在打開和關(guān)閉進氣門操作二者期間，可遞送進氣道噴射的燃料。類似地，例如，在進氣沖程期間以及部分地在之前的排氣沖程期間、在進氣沖程期間并且部分地在壓縮沖程期間，可遞送直接噴射的燃料。因此，即使對于單次燃燒事件，噴射的燃料可以在不同正時從進氣道噴射器和直接噴射器被噴射。更進一步地，對于單次燃燒事件，每個周期可執(zhí)行遞送的燃料的多次噴射。在壓縮沖程、進氣沖程或其任意組合期間，可執(zhí)行多次噴射。
[0038]燃料噴射器166和170可以具有不同的特征。這些特征包括尺寸差異，例如，一個噴射器可以比另外一個噴射器具有更大的噴射孔。其他不同包括但不限于不同的噴射角、不同的工作溫度、不同的目標、不同的噴射正時、不同的噴射特征、不同的位置等。此外，根據(jù)噴射器166和170之間的噴射燃料的分配比不同，可實現(xiàn)不同效果。參考圖2和圖3討論燃料噴射器(噴射器166和170)的不同組件的細節(jié)。
[0039]燃料系統(tǒng)8中的燃料箱可保存不同燃料類型的燃料，如具有不同燃料品質(zhì)和不同燃料成分的燃料。這些不同可包括不同的醇含量、不同的水含量、不同的辛烷值、不同的熱蒸發(fā)、不同的燃料混合和/或其組合等。具有不同熱蒸發(fā)的燃料的一個示例可包括作為具有較低熱蒸發(fā)的第一燃料類型的汽油和作為具有較高熱蒸發(fā)的第二燃料類型的乙醇。在另一個示例中，發(fā)動機可使用作為第一燃料類型的汽油和包含燃料混合物的作為第二燃料類型的醇類，如，E85(其為大約85%的乙醇和15%的汽油)或M85(其為大約85%的甲醇和15%的汽油)。其他可能物質(zhì)包括水、甲醇、水和醇類的混合物、水和甲醇的混合物、醇類的混合物等。
[0040]在又一個示例中，兩種燃料可為具有變化醇成分的醇混合物，其中，第一燃料類型可以是具有較低醇濃度的汽油醇混合物，如，ElO(其為近似10%的乙醇)，而第二燃料類型可以是具有較高醇濃度的汽油醇混合物，如，E85(其為近似85%的乙醇)。此外，第一燃料和第二燃料還可在燃料品質(zhì)方面是不同的，如，溫度、粘性、辛烷值等的差異。此外，一個或兩個燃料箱的燃料特征可頻繁變化，例如，由于燃料箱再填充的日常變化導(dǎo)致的。
[0041]控制器12作為微型計算機顯示在圖1中，其包括微處理器單元(CPU)106、輸入/輸出端口(1/0)108、在本具體示例中作為用于存儲可執(zhí)行指令的非暫時性只讀存儲器芯片(ROM)IlO顯示的、用于可執(zhí)行程序和校準值的電子存儲介質(zhì)、隨機存取存儲器(RAM)112、?；畲鎯ζ?KAMH14和數(shù)據(jù)總線?？刂破?2還可以從聯(lián)接至發(fā)動機100的傳感器接收各種信號，除了先前討論的那些信號之外，還包括來自空氣質(zhì)量流量傳感器122的引入空氣質(zhì)量流量(MAF)的測量值;來自聯(lián)接至冷卻套管118的溫度傳感器116的發(fā)動機冷卻液溫度(ECT);來自聯(lián)接至曲軸140的霍爾效應(yīng)傳感器120(或其他類型)的表面點火感測信號(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP);和來自傳感器124的歧管絕對壓力信號(MAP)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號RPM可以由信號PIP通過控制器12生成。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可以被用于提供進氣歧管內(nèi)的真空或壓力的指示?？刂破?2從圖1的各種傳感器接收信號并基于接收的信號和存儲在控制器的存儲器上的指令采用圖1的各種致動器來調(diào)節(jié)發(fā)動機操作。
[0042]如上所述，圖1示出了多缸發(fā)動機的僅一個汽缸。因此，每個汽缸可以類似包括其自身的一組進氣/排氣門、(一個或更多個)燃料噴射器、火花塞等。應(yīng)理解，發(fā)動機100可以包括任何合適數(shù)量的汽缸，包括2、3、4、5、6、8、10、12或更多汽缸。此外，這些汽缸中的每一個能夠包括圖1所述以及所示的關(guān)于汽缸14的各種組件中的一些或全部。
[0043]圖2示出噴射氣門200的示例實施例的截面圖，如在內(nèi)燃發(fā)動機中使用的。這種噴射氣門可用于直接噴射和進氣道噴射二者。在一個示例中，噴射氣門200是如圖1所示的燃料噴射器166。在另一個示例中，噴射氣門200是如圖1所示的燃料噴射器170。噴射氣門可以包括上部210和下部240。在操作期間，經(jīng)由噴射氣門噴射的燃料可從頂部進入氣門的上部210，如實線箭頭202所示。通道213可構(gòu)成燃料管路(也稱作第一管路)以用于燃料穿過噴射氣門200的上部210。在噴射氣門200的操作期間，燃料通過燃料管路213的流動可足以冷卻噴射氣門200，而不需要任何附加冷卻機構(gòu)。密封裝置211可被放置于噴射氣門200的頂端處。圍繞燃料通道213的過濾器212可經(jīng)設(shè)置以移除可能存在于燃料中的任何雜質(zhì)。
[0044]在燃料通道213的兩側(cè)上，可設(shè)置兩個容器體積215和217。裝在相應(yīng)的容器體積215和217中的燃料尤其在失活期間可用于冷卻噴射氣門。在氣門的這種失活期間，氣門的溫度可增加，從而導(dǎo)致對噴射氣門組件(如，尖端237)的潛在損害。此外，捕集在氣門中的暴露于高溫的燃料會膨脹并且導(dǎo)致對氣門組件的進一步損害。由于熱虹吸效應(yīng)，循環(huán)通過容器體積215和217的燃料可提供對氣門的冷卻效果。由于熱虹吸效應(yīng)，熱燃料可上升到相應(yīng)的容器體積的頂部并且在熱消散到周圍之后由于重力作用可再次下降通過相同的體積。通過使用該技術(shù)，不需要任意附加組件(栗)來獲得冷卻效果。為了增加噴射氣門200的頂部部分200的表面積，在噴射氣門200的兩個側(cè)壁上可包括多個翼片214。增加的表面積增加了從循環(huán)燃料散熱的可能性。
[0045]為了促進燃料從噴射氣門的下部上升到氣門的上部的循環(huán)，可包括附加燃料管路222。管路222可在噴射器外殼內(nèi)或在外殼外面，如圖所示。虛線箭頭223示出由于熱虹吸效果燃料流通過燃料管路222的方向。燃料管路222可流體耦合到容器體積215和217。燃料管路可平行于入口和出口之間的噴射器中的其他通道。管路222可以(以朝向噴射器噴射尖端的方向)在翼片214下方在兩端處耦合。另外，容器體積215和217的寬度可被增加以獲得增加的冷卻效果(由于用于燃料循環(huán)和散熱的表面積增加)。例如，容器體積215和217的寬度可均寬于在這些體積下方(即，朝向噴射器尖端)的任何液體通道，以便使熱虹吸效果能提供足夠的冷卻，而不必要比所需更多地增加噴射器內(nèi)的體積。涉及通過熱虹吸效果的容器體積215和217的冷卻功能的細節(jié)參考圖3討論。
[0046]噴射氣門200可進一步包括組件，包括調(diào)節(jié)套筒220、一對彈簧224和230、電樞228和止動環(huán)226 ο氣門的下部240可包括針形閥232和球形閥236。在燃料噴射期間，球形閥236可(由于針形閥232的移動)先向上移動以促進燃料在燃料袋238中的積聚，并且然后球形閥236可向下推動燃料袋238以經(jīng)由氣門的尖端237噴射燃料，其中，尖端可包括孔。為了與發(fā)動機控制器通信，噴射氣門200可進一步包括接觸銷218，其用于與接觸塞(未示出)產(chǎn)生電氣接觸。
[0047]圖3示出用于機動車輛(如，汽車)的內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門I。在一個示例中，噴射氣門I可以是如圖2中所示的噴射氣門200。在另一個示例中，噴射氣門I可以是如圖1中所示的噴射氣門166。在又一個不例中，噴射氣門200可以是如圖1中所不的噴射氣門170。
[0048]噴射氣門I包括主體2，其從噴射氣門I的上部區(qū)域3延伸到噴射氣門I的下部區(qū)域(尖端)4。噴射氣門I的下部區(qū)域(尖端)4可以是如圖1中所示的下部140。下部區(qū)域4的部件之前在圖2中討論過，在圖3中不再介紹。噴射氣門I包括冷卻裝置，其是熱虹吸冷卻裝置5。
[0049]冷卻元件6在外部被布置在主體2上。在此示例實施例中，冷卻元件6被設(shè)計為冷卻翼片7。在內(nèi)部，主體包括第一管路(S卩，內(nèi)部管路8)和包圍內(nèi)部管路8的容器體積9(如，圖2中的容器體積215和217)。燃料被供給或遞送通過內(nèi)部管路8到噴射氣門I的尖端。如果噴射氣門I可操作，則其可以通過燃料經(jīng)由內(nèi)部管路8流向尖端4的流動被充分冷卻。容器體積9包圍第一管路8(內(nèi)部管路)，類似于夾套。
[0050]所見的容器體積9能夠被布置地非?？拷黧w2的外圓周。對于容器體積9，其外壁還可以構(gòu)成主體2的外圓周的至少部分。因此，容器體積9能經(jīng)由其外壁與環(huán)境直接接觸。
[0051]如果噴射氣門不可操作，則沒有燃料流動通過內(nèi)部管路8。在內(nèi)燃發(fā)動機仍運行的這種情況下，通過使用另一種燃料，要求未激活的噴射氣門被冷卻。
[0052]如果噴射氣門I未激活(S卩，不可操作)，則滯留在容器體積9中的燃料被來自內(nèi)燃發(fā)動機的操作的熱效應(yīng)加熱，并且從噴射氣門I的尖端4朝向上部區(qū)域3(頂部區(qū)域)上升。滯留在容器體積中的燃料冷卻并且再次朝向尖端4下沉。存在于容器體積9中的加熱后的燃料向外朝向主體2耗散掉一些其吸收的熱，從而產(chǎn)生某種冷卻效果，冷卻后的燃料被引導(dǎo)朝向噴射氣門I的尖端。因此，在沒有任何脈動(沒有栗)的情況下，形成冷卻劑回路。這里，冷卻劑是常規(guī)類型的燃料，即，柴油燃料或汽油。
[0053]容器體積9可在其體積方面是可調(diào)節(jié)的，并且在其外表面方面是可調(diào)節(jié)的，使得能夠?qū)崿F(xiàn)對存在于容器體積9中的燃料的適當(dāng)?shù)睦鋮s效果?？砂ǜ郊尤剂瞎苈?如，在圖2中的燃料管路222)以增強燃料由于熱虹吸效果導(dǎo)致的從噴射氣門的下部上升到氣門的上部的流動。燃料管路(圖3中未示出)可流體連接至容器體積9。容器體積9是熱虹吸冷卻裝置5的一體部分。實施作為冷卻翼片7的冷卻元件6布置在主體2的圓周表面上，其增加有效表面。因此，冷卻效果被進一步提尚。
[0054]另外，主體2的外表面可以被冷卻，甚至可能通過來自操作內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑被外部冷卻。因此，能夠進一步改善冷卻效果。容器體積9還可明顯在外部被冷卻，即，可能借助于內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑，例如，為了進一步改善冷卻效果。在圖3中還可見到密封裝置10，其布置在上部區(qū)域3上，并且第一管路8延伸穿過密封裝置10。第一管路8連接到燃料供應(yīng)，當(dāng)噴射氣門I可操作時，該燃料供應(yīng)將燃料遞送至噴射氣門I。
[0055]在一個示例中，一種用于機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門，包括用于冷卻所述噴射氣門的冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置是熱虹吸冷卻裝置，其包括容器體積和具有至所述容器體積的導(dǎo)熱連接的所述冷卻裝置的冷卻元件。在前述示例中，附加地或可選地，所述熱虹吸冷卻裝置包括第一管路和所述容器體積。在任意或所有前述示例中，附加地或可選地，所述第一管路和所述容器體積彼此同心布置。在任意或所有前述示例中，附加地或可選地，所述容器體積具有至第一管路的運載介質(zhì)的連接。在任意或所有前述示例中，附加地或可選地，所述冷卻元件被設(shè)計為翼片，所述翼片布置在所述噴射氣門的主體上。在任意或所有前述示例中，附加地或可選地，所述容器體積靠近所述噴射氣門的所述主體的外圓周被布置在所述噴射氣門的內(nèi)部。任意或所有前述示例進一步包括，附加地或可選地，連接所述噴射氣門的下部至所述噴射氣門的上部的燃料管路，其中，所述燃料管路由于熱虹吸效果增強了燃料從所述噴射氣門的所述下部到所述噴射氣門的所述上部的流動。在任意或所有前述示例中，附加地或可選地，所述燃料管路流體耦合到所述容器體積。在任意或所有前述示例中，附加地或可選地，所述燃料管路平行于所述容器體積。
[0056]在另一個示例中，一種用于冷卻發(fā)動機的噴射氣門的方法，包括:在汽缸停用期間，經(jīng)由與容器體積平行的附加燃料管路使燃料從噴射氣門的下部流到噴射氣門的上部；經(jīng)由位于所述附加管路上方的所述噴射氣門的主體上的冷卻元件耗散來自所述燃料的熱，從而冷卻所述噴射氣門；并且通過熱虹吸效果使所述燃料循環(huán)通過所述容器體積。在前述示例中，附加地或可選擇地，所述冷卻元件包括在所述噴射氣門的所述主體上具有表面積的翼片。在任意或所有前述示例中，附加地或可選擇地，所述噴射器直接耦合在停用的汽缸中。在任意或所有前述示例中，附加地或可選擇地，所述熱虹吸效果包括熱燃料從所述噴射氣門的所述下部上升至所述噴射氣門的所述上部、將來自所述熱燃料的熱耗散到周圍材料以及由于重力導(dǎo)致的冷卻后的燃料從所述噴射氣門的所述上部下降至所述噴射氣門的所述下部。
[0057]在又一個示例中，一種噴射氣門系統(tǒng)，包括:所述噴射氣門的上部;所述噴射氣門的下部;在所述噴射氣門的所述上部內(nèi)與容器體積平行的、連接所述噴射氣門的所述上部和所述噴射氣門的所述下部的燃料管路;所述噴射氣門的所述上部內(nèi)的第一管路;在所述噴射氣門的所述上部的外壁上的翼片;其中，包繞(enclosing)所述第一管路的所述容器體積通過熱虹吸效果冷卻所述噴射氣門。在前述示例中，附加地或可選擇地，所述熱虹吸效果包括熱燃料上升通過所述容器體積、熱通過所述翼片耗散以及然后在重力影響下燃料下降通過所述容器體積。在任意或所有前述示例中，附加地或可選擇地，所述噴射氣門直接耦合在汽缸中，所述汽缸耦合在發(fā)動機中，所述發(fā)動機具有進氣道噴射器，所述進氣道噴射器被耦合以將燃料噴射到所述汽缸的進氣道。在任意或所有前述示例中，附加地或可選擇地，所述噴射氣門直接耦合在汽缸中，所述汽缸耦合在發(fā)動機中，所述發(fā)動機具有直接噴射器，所述直接噴射器被耦合以將燃料直接噴射到所述汽缸中。在任意或所有前述示例中，附加地或可選擇地，所述進氣道噴射器和所述直接噴射器中的至少一個能夠被選擇性停用。
[0058]這樣，通過噴射氣門的上部中包括容器體積，氣門可通過熱虹吸效果被有效冷卻。氣門的增加的表面積可有助于來自熱燃料的熱耗散，其中由于熱虹吸效果，熱燃料上升穿過容器體積。特別是在失活時間期間利用熱虹吸效果冷卻噴射氣門的技術(shù)效果是，通過利用這種物理現(xiàn)象，不需要外部組件(如，栗)或外部冷卻劑冷卻噴射氣門，從而導(dǎo)致組件和成本下降。
[0059]圖1至圖3示出具有各種部件的相對放置的示例配置。如果示出彼此直接接觸或直接耦合，則至少在一個示例中，這樣的元件可被分別稱為直接接觸或直接耦合。類似地，至少在一個示例中，所示彼此鄰接或鄰近的元件可分別彼此鄰接或鄰近。例如，彼此共面接觸布局的部件可稱為共面接觸。如另一個示例，至少在一個示例中，彼此隔開放置的且其間僅有空間而無其他部件的元件可被這樣描述。如又一個示例，示為在另一個上方/下方、在彼此的相反側(cè)處或在另一個的右面/左面的元件相對于彼此而言可被這樣描述。進一步地，如圖所示，至少在一個示例中，最頂端的元件或元件點可被稱為部件的“頂部”，而最底端的元件或元件點可被稱為部件的“底部”。如本文所使用的，頂部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相對于附圖的縱軸線并且用來描述如圖的元件相對彼此的放置。因此，在一個示例中，示為在其他元件之上的元件豎直放置在所述其他元件的上方。如又一個示例，在附圖內(nèi)描述的元件的形狀可稱為所具有的那些形狀(諸如，如圓形、直的、平面的、彎曲的、圓的、有角度的等)。進一步地，至少在一個示例中，示為彼此交叉的元件可稱為交叉元件或彼此交叉。更進一步地，在一個示例中，示為在另一個元件內(nèi)或示為在另一個元件外部的元件可稱為這種。
[0060]應(yīng)理解，本發(fā)明所述的配置和程序是示例性的并且由于可能具有各種變形，因此這些特定實施例不可被視為是一種限制。例如，上述技術(shù)可應(yīng)用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4和其他發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括各種系統(tǒng)和配置以及本發(fā)明所述的其他特征、功能和/或?qū)傩缘乃行路f的和非顯而易見的組合和子組合。
[0061]所附權(quán)利要求具體指出某些新穎的且非顯而易見的組合和子組合。這些權(quán)利要求提到“一個”元件或“第一”元件或其等同物。該權(quán)利要求應(yīng)理解為包括一個或更多個這樣的元件，既不要求也不排除兩個或更多這樣的元件。本發(fā)明的特征、功能、元件和/或?qū)傩缘慕M合和子組合可以通過在本申請或相關(guān)申請中的本發(fā)明權(quán)利要求的修正或新權(quán)利要求的提出被聲明。無論在范圍上是比原權(quán)利要求更廣、更窄、相同或不同，這樣的權(quán)利要求均將被視為被包括在本發(fā)明的主題內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于機動車輛的內(nèi)燃發(fā)動機的噴射氣門，包括用于冷卻所述噴射氣門的冷卻裝置，其中， 所述冷卻裝置是熱虹吸冷卻裝置，其包括容器體積和具有至所述容器體積的導(dǎo)熱連接的所述冷卻裝置的冷卻元件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射氣門，其中，所述熱虹吸冷卻裝置包括第一管路和所述容器體積。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射氣門，其中，所述第一管路和所述容器體積彼此同心布置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射氣門，其中，所述容器體積具有至第一管路的運載介質(zhì)的連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射氣門，其中，所述冷卻元件被設(shè)計為翼片，所述翼片被布置在所述噴射氣門的主體上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴射氣門，其中，所述容器體積靠近所述噴射氣門的所述主體的外圓周被布置在所述噴射氣門的內(nèi)部。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射氣門，進一步包括將所述噴射氣門的下部連接至所述噴射氣門的上部的燃料管路，其中，所述燃料管路由于熱虹吸效果增強燃料從所述噴射氣門的所述下部到所述噴射氣門的所述上部的流動。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴射氣門，其中，所述燃料管路流體耦合到所述容器體積。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴射氣門，其中，所述燃料管路平行于所述容器體積。10.—種用于冷卻發(fā)動機的噴射氣門的方法，包括: 在汽缸停用期間，經(jīng)由與容器體積平行的附加燃料管路使燃料從噴射氣門的下部流到噴射氣門的上部； 經(jīng)由位于所述附加管路上方的所述噴射氣門的主體上的冷卻元件從所述燃料耗散熱，冷卻所述噴射氣門；并且 經(jīng)由熱虹吸效果使所述燃料循環(huán)通過所述容器體積。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述冷卻元件包括在所述噴射氣門的所述主體上的具有表面積的翼片。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述噴射氣門直接耦合在停用的汽缸中。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述熱虹吸效果包括熱燃料從所述噴射氣門的所述下部至所述噴射氣門的所述上部的上升、熱從所述熱燃料向周圍材料的耗散以及由于重力導(dǎo)致的冷卻后的燃料從所述噴射氣門的所述上部至所述噴射氣門的所述下部的下降。14.一種噴射氣門系統(tǒng)，包括: 所述噴射氣門的上部； 所述噴射氣門的下部； 在所述噴射氣門的所述上部內(nèi)與容器體積平行的、連接所述噴射氣門的所述上部和所述噴射氣門的所述下部的燃料管路； 所述噴射氣門的所述上部內(nèi)的第一管路； 在所述噴射氣門的所述上部的外壁上的翼片;其中 包繞所述第一管路的所述容器體積通過熱虹吸效果冷卻所述噴射氣門。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述熱虹吸效果包括熱燃料通過所述容器體積的上升、熱通過所述翼片的耗散以及然后在重力影響下燃料通過所述容器體積的下降。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述噴射氣門直接耦合在汽缸中，所述汽缸耦合在發(fā)動機中，具有進氣道噴射器，所述進氣道噴射器被耦合以將燃料噴射到所述汽缸的進氣道。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述噴射氣門直接耦合在汽缸中，所述汽缸耦合在發(fā)動機中，具有直接噴射器，所述直接噴射器被耦合以將燃料直接噴射到所述汽缸中。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述進氣道噴射器和所述直接噴射器中的至少一個能夠被選擇性停用。
【文檔編號】F02M53/04GK106014732SQ201610181229
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】O·貝克邁爾, S·奎林, J·梅林
【申請人】福特環(huán)球技術(shù)公司