用于直喷式自动点火发动机的汽缸盖的制作方法
【专利说明】用于直喷式自动点火发动机的汽缸盖
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年10月8日提交的德国专利申请号102014220343.0的优先权，为了全部目的通过引用将该申请的全部内容结合在此。
技术领域
[0003]本发明涉及用于直喷式自动点火发动机的汽缸盖，具体而言用于机动车辆。
【背景技术】
[0004]在自动点火发动机(也被称为压燃式发动机)中提供电热塞(glow plug)以便在冷启动的过程中帮助加热发动机。在过去，已经在预燃室(pre-chamber)中提供电热塞以促进进入燃烧室之前的燃料空气混合物的加热。发动机已被设计为在预燃室中移动电热塞以影响在预燃室中的气流。然而，与直喷式汽缸设计相比，预燃室发动机设计减少了燃烧效率。此外，发明者也已经认识到基于变化的发动机工况来改变自动点火发动机中的燃烧室的尺寸的需要。
【发明内容】
[0005]在一种方法中，提供了一种自动点火发动机系统。该自动点火发动机系统包括:汽缸，该汽缸具有联接到其上的进气门和排气门；在汽缸盖中的开口，该开口限定该汽缸的边界的一部分；电热塞加热元件，该电热塞加热元件穿过该开口延伸到该汽缸中；插入件，该插入件至少部分地围绕电热塞加热元件并且被联接到其上；以及调整机构，该调整机构被配置为改变该电热塞加热元件和该插入件在该汽缸中的位置。
[0006]以此方式，能够显著改变该燃烧室的容积，同时还改变该电热塞伸出到该燃烧室中的程度。其结果为，通过增加燃烧加热能够改善冷启动的运行。另外，还能够改变发动机排量以提供所希望的发动机输出，从而改善燃料经济性。具体而言，例如在冷启动过程中，该插入件能够被致动以减小汽缸排量。然而，在另一些示例中，该插入件能够独立于发动机温度移动。以此方式，冷启动汽缸加温和可变发动机排量二者能够由单一装置实现，从而提供了电热塞单元的双重用途的益处。
【附图说明】
[0007]图1示出了自动点火发动机截面的一部分，其中能看到其燃烧室；
[0008]图2示出了来自图1的呈相同形式的图示的自动点火发动机，但其部件之一在改变位置中；
[0009]图3示出了来自图1和图2的自动点火发动机的部件的细节；
[0010]图4示出了来自图3与移位结构相结合的细节；并且
[0011]图5示出了用于运行发动机系统的方法。
[0012]图1至图5示出了具有各种部件的相对定位的示例构型。至少在一个示例中，如果这类元件示出为彼此直接接触、或直接联接，则这类元件可以对应地被称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此连续或邻近的元件可以对应地是互相连续或邻近的。作为一个示例，互相以共享面接触设置的部件可以被称为共享面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，仅以其间的间距相互隔开放置而其间没有其他部件的元件可以照此称谓。
【具体实施方式】
[0013]内燃发动机被分为施加点火发动机(奥托循环发动机)和自动点火发动机(柴油发动机)ο与施加点火发动机相反，自动点火发动机不需要额外的点火源，诸如例如火花塞，以便点燃燃料空气混合物用于燃烧。这是由于高压缩压力在自动点火发动机中占主导。这导致在燃烧室之内的温度足够高以点燃在燃料喷射的期间产生的可燃混合物。所述自动点火因此形成了柴油发动机的运行的基础，然而这类自动点火在火花点火式发动机的情况中是不希望的，被称为爆震。
[0014]进而自动点火发动机能够被分为那些具有间接喷射和那些具有直接喷射的类型。前者也被称为预燃室发动机，因为其具有两部分燃烧室。后者包括主燃烧室和被分配至汽缸盖的附加的辅助燃烧室(例如预燃室)。相比之下，在这种情况中，同样，主燃烧室位于活塞与汽缸盖之间。燃烧过程本身在预燃室内开始，燃料被喷射到预燃室中并且起初仅部分地燃烧。因此被点燃的混合物随后被迫使进入主燃烧室中，在主燃烧室内发生“柔性”剩余燃烧。具有定位在主燃烧室上游的涡流室的柴油发动机额外地产生燃烧空气的漩涡，其在压缩过程中被迫进入涡流室中，随后燃料被喷射到所述旋流燃烧空气中。其结果为，这类柴油发动机展现“更硬性”运行。
[0015]内燃发动机的压缩比能够主要以其结构设计的方式，并且因此以发动机自身的构造的方式被固定地设置。在这种情况中，压缩比的一定量的变化能够是高度有利的，尤其在柴油发动机的情况中。因此，能够利用这样的可变压缩比例如以便改善燃烧过程并且因此减少排气排放。这可以例如通过在冷启动阶段期间设定高压缩比来实现，然而压缩比的相应减小在存在热发动机状况时也可以是有利的。
[0016]JPS 63 243461披露了一种以涡流室喷射来运行的柴油发动机。除了至少一个涡流室之外，该柴油发动机具有至少一个关联的主燃烧室。借助被安排在汽缸体的汽缸之内的活塞的冲程运动通常产生了所希望的压缩。主燃烧室由汽缸的内表面、并且由活塞的顶侦叭并且由安排在汽缸体上的汽缸盖的下侧区域限定。柴油燃料借助喷射喷嘴被喷射到汽缸盖的涡流室中。具体而言，为了允许柴油发动机的冷启动，还提供了至少部分地伸入涡流室中的电热塞。涡流室以流体传导的方式经由流动管道被连接到主燃烧室。为了改善在涡流室中的压缩比并且减少由于电热塞至少部分地伸入涡流室中而引起的涡流的紊流，提出了所述小电热塞加热元件被安排在涡流室之内以便可以移动。
[0017]此外，US 4，240，392已经披露了用于压缩类型内燃发动机的电热塞的设计，该压缩类型内燃发动机以柴油燃料运行并且同样地具有涡流室。为此目的，电热塞包括被提供用于发动机汽缸体中的结构的外套。在外套内安排了可以相对于所述外套移位并且被联接到位移装置的部件。该部件在末端侧处具有带有电动加热装置的加热盖，该电动加热装置能够穿过外套的开口端而被引入涡流室中。该部件在两个末端位置之间的位移旨在确保加热盖以足够的程度伸入涡流室中，尤其在冷启动期间。相比之下，所述加热盖在不被使用时应该缩回至最大可能程度，以便不会不必要地妨碍涡流室中柴油燃料的涡流。
[0018]GB 2 217 386 A和US 4，397，273各自披露了用于柴油发动机的电热塞结构。所述电热塞结构包括预燃室，该预燃室位于柴油发动机的主燃烧室之外并且具有面朝主燃烧室的开口并且将后者连接到预燃室上。在预燃室之内安排了电热塞加热元件，该电热塞加热元件能够借助位移装置沿其纵向方向移位。以此方式，电热塞加热元件能够在两个位置之间向后和向前移动。位移装置通过在其运行期间由柴油发动机提供的油压来运行。
[0019]此外，DE 41 17 729 Cl和JPS 52 44346 A披露了在预燃室中具有电热塞加热元件的电热塞结构，该电热塞允许沿其纵向方向的位移。在这种情况中，DE 41 17 729 Cl被具体地定向为在具有预燃室的内燃发动机中使用，电热塞加热元件随后能够伸入其中。相比之下，JPS 52 44346提出与内燃发动机的主燃烧室直接结合的电热塞结构的使用。
[0020]由于燃烧室在预燃室发动机的情况中被分为两部分，相对于没有这类燃烧室的柴油发动机而言，在这种情况中通常形成了对热量流动的更大的有效表面区域，这尤其在柴油发动机的冷启动阶段中具有不利影响。
[0021]本说明书因此不针对所述类型的预燃室发动机而针对直喷式发动机，也就是说对应地针对非预燃室柴油发动机。在下文中，这些将被称为“柴油发动机”或“直喷式柴油发动机”。
[0022]先前对柴油发动机中的压缩比的变化的尝试在一些情况下是复杂的并且由于其复杂性而在经济上无法实现。此外，已知的尝试在一些情况下被证明是不稳健的。另外，压缩比由先前的电热塞加热元件的位移仅能够改变至微不足道的程度。
[0023]根据先前的设计，具有可变压缩比的柴油发动机因此依然具有改进的空间。针对这种背景，本说明书的目的是进一步发展直喷式柴油发动机，也就是说发展其汽缸盖，以便可能实现持久的并且尤其是经济上改善的系统，从而使所希望的压缩比的变化成为可能。
[0024]在此描述了具有使直接喷射、可变位移、和可变电热塞长度成为可能的各种特征的汽缸盖和发动机系统。
[0025]应指出的是，在以下描述中单独指定的特征可以以任何希望的技术意义的方式彼此结合，并且因此披露了汽缸盖和发动机系统的进一步的改进。
[0026]因此在下文中将介绍用于直喷式柴油发动机的汽缸盖，该直喷式柴油发动机尤其适用于在机动车辆