用于燃烧发动机活塞喷射器的取决于温度的流动控制的制作方法
【专利摘要】一种发动机组件，包括限定了缸膛的发动机缸体。往复运动的活塞设置在缸膛中，且具有第一侧和第二侧。第一侧与发动机缸体协作以部分地限定燃烧室，且第二侧与第一侧相对。活塞喷射器设置为邻近活塞的第二侧且配置为将接收到的发动机油的流动排出到活塞上。热流体阀设置为与活塞喷射器流体连通且配置为响应于发动机油的温度而选择性地限制发动机油向活塞喷射器的流动。
【专利说明】用于燃烧发动机活塞喷射器的取决于温度的流动控制
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及用于根据油的温度控制油经过一个或多个油喷射器的流动。
【背景技术】
[0002] 内燃（1C)发动机（例如用在机动车辆中的那些）通常产生热量，作为产生功率的 副产品。通常，这样的发动机还被冷却，以便将其运行温度维持在具体范围内且确保发动机 的用于推进目标机动车辆的高效和可靠的性能。
[0003] 在多数机动车辆中，通过让流体循环流动而冷却1C发动机，例如特别配方的与水 混合的化合物。另外，这样的发动机被油润滑和冷却，所述油通常从基于石油和非石油的合 成化合物获得。在极端运行条件下，1C发动机在其燃烧室中产生大量热量。如果与使用现 有的冷却系统将热量去除相比热量产生得更快，则会影响发动机的性能和/或可靠性。
【发明内容】
[0004] 一种发动机组件，包括限定缸膛的发动机缸体和设置在缸膛中的往复运动的活 塞。活塞具有第一侧和第二侧，其中第一侧与发动机缸体协作以部分地限定燃烧室，且第二 侧与第一侧相对。活塞喷射器设置为邻近活塞的第二侧且配置为将接收到的发动机油的流 动排出到活塞，以冷却和润滑活塞和膛。
[0005] 热流体阀设置为与活塞喷射器流体连通且配置为响应于发动机油的温度而选择 性地限制发动机油向活塞喷射器的流动。热流体阀可以包括入口、出口和双金属阀元件。双 金属阀元件响应于双金属阀元件的温度而可在打开状态和关闭状态之间转变，且热流体阀 配置为在双金属阀元件处于关闭状态时限制发动机油到活塞喷射器的流动。相反地，热流 体阀配置为在双金属阀元件处于打开状态时允许发动机油向活塞喷射器的流动。
[0006] 在一种构造中，发动机油配置为直接接触双金属阀元件，从而双金属阀元件的温 度基本等于发动机油的温度（即经由通过传导实现的热传递）。双金属阀元件通常包括熔 接到第二金属层的第一金属层，其中第一金属层具有的热膨胀系数与第二金属层的热膨胀 系数不同。以这种方式，双金属阀元件可以响应于温度改变而变形。
[0007] 热流体阀可以进一步包括壳体，其限定了入口和出口，以及与入口和出口流体连 通的内部空间。双金属阀元件可以随后被设置在内部空间中且在入口和出口之间。壳体可 以包括控制表面，其邻接且部分地限定内部空间，且邻近出口。控制表面可以限定周向地绕 出口设置的环形台，其中双金属阀元件配置为在关闭状态时接触且密封地抵靠环形台。
[0008] 阀壳体的控制表面可以进一步限定径向地从环形台向外延伸且从双金属阀元件 延伸离开的流动通道。以这种方式，发动机油可以经由流动通道在双金属阀元件的边缘周 围流动。
[0009] 发动机组件可以进一步包括油贮存器和油泵，油泵与油贮存器流体连通且与热流 体阀流体连通。油泵可以配置为提供从油贮存器经由热流体阀到活塞喷射器的油流动。 [0010] 发动机组件可以进一步包括可旋转曲轴。油泵可以随后进一步配置为将第二油流 动提供到可旋转曲轴。
[0011] 在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理 解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是发动机组件的示意性部分横截图，其包括配置为将油直接地喷到活塞上的 活塞喷射器。
[0013] 图2是处于关闭状态的热流体阀的示意性横截面侧视图。
[0014] 图3是处于打开状态的图2的热流体阀的示意性横截面侧视图。
[0015] 图4是沿线4-4截取的图2的热流体阀的示意性横截面俯视图。
【具体实施方式】
[0016] 参见附图，其中在各种附图中相同的附图标记用于表示相似或相同的部件，图1 示意性地示出了发动机组件10,其可以用于将可燃燃料的化学位能转换为旋转机械输出。 发动机组件10可以包括油盘12、发动机缸体14、汽缸盖16和汽缸盖覆盖件18,它们通常以 叠放的结构设置。发动机缸体14可以限定多个缸膛20 (其中的一个被显示），每一个缸膛 20具有设置在其中的往复运动的活塞22。多个缸膛20可以以任何合适的方式布置，例如 但不限于，V型发动机结构、直列式发动机结构和水平对置发动机结构以及使用顶置凸轮式 和整体式凸轮（cam-in-block)构造。
[0017] 对于每一个相应缸膛20,汽缸盖16、发动机缸体14和往复运动的活塞22可以协 作，以限定在活塞22的第一侧26的燃烧室24。汽缸盖16可以提供选择性地与每一个相 应燃烧室24流体连通的一个或多个进气通道28和排气通道30。进气通道44可以用于将 新鲜的空气输送到燃烧室24(例如从进气总管），在其中空气可以与喷射的雾状燃料混合。 在空气/燃料混合物的燃烧（例如在通过来自火花塞32的点火点燃时）之后，排气通道30 可以将排出气体携带到燃烧室24以外。
[0018] 在发动机10的操作期间，可由于让部件连续运动而造成的摩擦力会促成不期望 的磨损、疲劳和/或劣化。为了解决该运行摩擦，发动机组件10可以包括润滑系统40,其可 以包括与油贮存器44流体连通的油泵42。在一种构造中，油泵42可以是机械泵，其可以选 择性地被旋转的发动机输出部驱动。在另一构造中，油泵42可以是电操作的泵，其可以通 过电功率源（未示出）可控地操作。
[0019] 油贮存器44可以部分地通过油盘12限定且可以包含发动机油46,例如基于石油 的或基于合成物的油。油泵42可以从油贮存器44抽取发动机油46,将其增压，且将其供应 到发动机10中的各种运动部件，以润滑和/或冷却那些部件。例如，如图1所示，油泵42 可以经由第一供应管线48将油46提供到曲轴50,所述曲轴会随着发动机的运行而不断地 旋转。同样，油泵42可以经由第二供应管线54将油46提供到一个或多个凸轮轴52。
[0020] 除了将油46供应到曲轴50和凸轮轴52,如燃烧发动机中常见的，油泵42可以进 一步将油46供应到一个或多个活塞喷射器56,其中油可以操作为直接地润滑和/或冷却 活塞22。每一个活塞喷射器56可以包括喷嘴部分58,其可以配置为将加压的油60喷在活 塞22的下面（即第二侧62)和/或喷在发动机膛20的壁上。以这种方式，活塞/膛的接 合部可以被主动润滑，而不是仅仅依赖于从油贮存器44和/或曲轴50而来的被动油喷雾 /喷溅。
[0021] 通常如图1示出的，在一个构造中，活塞喷射器56可以从发动机缸体14的一部分 延伸，且喷嘴部分58可以瞄准，从而在活塞22处于下死点位置时排出的油60直接地接触 活塞22,且在活塞22处于上死点位置时排出的油60直接地接触缸膛20和/或活塞22。在 其他构造中，活塞喷射器可以包括直接地形成到缸膛中或形成到另一邻近部件中的孔口。
[0022] 如可以理解的，发动机组件10中的主热源是燃烧室，在其中燃料被持续燃烧。在 极端和/或持久使用过程中，与使用传统的发动机冷却系统释放热能相比，活塞22和缸膛 20会更快地积聚热能。该热量累积问题在高压缩发动机中进一步被加强，这在每个循环中 迫使增加量的空气/燃料进入燃烧室。
[0023] 尽管活塞喷射器56可以操作为在极端/持久使用过程中对活塞22/膛20进行 润滑，但是它们会通过将部件浸泡在（相对较冷的）发动机油46中而首先用于冷却活塞 22/膛20。但是，在较轻程度的使用过程中，活塞喷射器56的使用会不那么有利，任何轻 微冷却和/或润滑的优点通常会因增加油流动/泵送造成的寄生效率损失（parasitic efficiency loss)而被抵消。同样，在某些情况下，例如低温冷发动机启动，如果目标是要 主动将发动机升温到理想运行温度，则是不期望有冷却效果的。
[0024] 因此，在一种构造中，润滑系统40可以进一步包括热流体阀70,其可以配置为在 温度发动机油46增加到关键温度（即表明发动机处于或高于期望使用主动活塞冷却的温 度）以上时自动地打开。图2、3和4显示了热流体阀70的一个实施例，其可以用在上述润 滑系统40中。如所示的，图2示意性地示出了在关闭状态72下的阀70的横截面侧视图， 图3示意性地示出了在打开状态74下的阀70的横截面侧视图，且图4示意性地示出了在 图2和3中提供的阀70的俯视图。
[0025] 在一种构造中，热流体阀70可以是机械设备，其可以响应于运行温度的改变而在 没有外部促动（例如电子控制信号）的情况下在关闭状态72和打开状态74之间自动地转 变。如所示的，热流体阀70可以包括限定了内部空间82以及在内部空间82的相对侧上的 入口 84和出口 86的壳体80。热流体阀70可以包括设置在壳体80中的双金属阀元件88。 双金属阀元件88可以流体地设置在入口 84和出口 86之间，且可以配置为选择性地阻挡从 入口 84到出口 86的流体流动90。如可以理解的，入口可以联接到油泵42且可以从油泵 42接收油46,而出口可以联接到活塞喷射器56且可以将油46提供到活塞喷射器56。
[0026] 如大致在图2中示出的，在关闭状态72时，双金属阀元件88可以基本上是不变 形的，且可以通过泵油压力和曲轴箱气体压力之间的流体压力差而被迫抵靠到邻近出口 86 的控制表面92。在该状态下，双金属阀元件88可以基本上阻挡出口 86且防止流体在入口 84和一个或多个活塞喷射器56之间自由流动。
[0027] 图4更清楚地示出了控制表面92，显示了以虚线提供的双金属阀元件88的近似方 位。如所示的，控制表面92限定了绕出口 86周向地设置的环形台94。在阀70处于关闭 状态72时，双金属阀元件88可以完全抵靠环形台94,以阻挡到出口 86的流动。控制表面 92可以进一步限定一个或多个流动通道96,其径向地从环形台94向外延伸。每一个流动 通道96可以相对于双金属阀元件88延伸离开，且可以仅被双金属阀元件88部分地覆盖。 以这种方式，流动通道96可以允许壳体82和双金属阀元件88的外边缘98的一部分之间 的实体分离。
[0028] 如图2和3所示的，双金属阀元件88可以包括熔接在一起的两种不相似的金属或 金属合金（例如第一金属100和第二金属102)。第一和第二金属100、102可以根据其相应 的热膨胀率以及期望的发动机运行温度选择。
[0029] 在油46的温度增加时，第一金属100 (即更靠近入口 54)会以比第二金属102更 大的比率膨胀。膨胀率的这种差异将使得双金属阀元件88的中心104从环形台94弓起， 如图3所示。一旦这种分离发生，则油46可以从入口 84流动（箭头90)到空间82,流到 环形台94和双金属阀元件88之间，流出出口 86。在油46的温度进一步增加时，分离会增 力口，使得更多的油46流动到活塞喷射器56,以冷却活塞22和膛20。
[0030] 在略微变化的实施例中，热流体阀70可以设置在发动机缸体14的内表面上和/ 或可以整合到活塞喷射器56中。以这种方式，活塞/膛温度和油流动之间的关系可以更直 接。进而，尽管图1示出了在发动机组件10外部的供应管线48、54和油泵42,但是在替换 实施例中，泵可以设置在发动机缸体14/油盘12中，且各种供应管线可以包括一个或多个 孔、管道或设置在发动机组件10壁中的其他这样的流动路径。
[0031] 本发明的热流体阀70可以仅在需要时允许发动机的主油泵42将油46直接地供 应到活塞22,且不影响向其余部件的油供应或不会在不需要时造成效率损失。采用纯机械 而依赖于温度的阀消除了对电子传感器或复杂的流体促动器（其会在用于处理发动机的 高温度的情况下需要）的需要。尽管如上所述的实施例示出了依赖于温度的流体阀的一个 可能构造，但是可以想到可以使用其他构造。
[0032] 尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得 知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。目的是上述和 在附图中所示的所有内容应被理解为仅是示例性的而不是限制性的。
【权利要求】
1. 一种发动机组件，包括： 发动机缸体，限定了缸膛； 活塞，设置在缸膛中，该活塞具有与发动机缸体协作以部分地限定燃烧室的第一侧，且 具有与第一侧相对的第二侧； 活塞喷射器，设置为邻近活塞的第二侧且配置为将接收到的发动机油的流动排出到活 塞上；和 热流体阀，与活塞喷射器流体连通且配置为响应于发动机油的温度而选择性地限制发 动机油向活塞喷射器的流动。
2. 如权利要求1所述的发动机组件，其中热流体阀包括入口、出口和双金属阀元件； 其中双金属阀元件能响应于双金属阀元件的温度而在打开状态和关闭状态之间转变。 其中热流体阀配置为在双金属阀元件处于关闭状态时限制发动机油向活塞喷射器的 流动；和 其中热流体阀配置为在双金属阀元件处于打开状态时允许发动机油向活塞喷射器的 流动。
3. 如权利要求2所述的发动机组件，其中发动机油的流动配置为直接接触双金属阀元 件；和 其中双金属阀元件的温度基本等于发动机油的温度。
4. 如权利要求2所述的发动机组件，其中双金属阀元件包括熔接到第二金属层的第一 金属层；和 其中第一金属层具有与第二金属层的热膨胀系数不同的热膨胀系数。
5. 如权利要求2所述的发动机组件，其中热流体阀包括： 壳体，限定了入口、出口和与入口和出口流体连通的内部空间，双金属阀元件被设置在 内部空间中且在入口和出口之间。
6. 如权利要求5所述的发动机组件，其中壳体包括邻接且部分地限定了内部空间且在 出口附近的控制表面； 其中控制表面限定周向地绕出口设置的环形台；和 其中双金属阀元件配置为在关闭状态时接触环形台。
7. 如权利要求6所述的发动机组件，其中控制表面进一步限定流动通道，其从环形台 径向向外延伸且相对于双金属阀元件延伸离开，从而发动机油可以经由流动通道围绕双金 属阀元件的边缘流动。
8. 如权利要求1所述的发动机组件，进一步包括油贮存器和油泵，其中油泵与油贮存 器流体连通且与热流体阀流体连通；和 其中油泵配置为提供从油贮存器经过热流体阀到活塞喷射器的油流动。
9. 如权利要求1所述的发动机组件，进一步包括可旋转曲轴；和 其中油泵进一步配置为提供到可旋转曲轴的第二油流动。
10. -种发动机组件，包括： 发动机缸体，限定了缸膛； 活塞，设置在缸膛中，该活塞具有与发动机缸体协作以部分地限定燃烧室的第一侧，且 具有与第一侧相对的第二侧； 可旋转曲轴，与活塞机械相联； 油贮存器，含有发动机油； 油泵，与油贮存器流体连通且配置为提供第一发动机油流动和第二发动机油流动，第 二发动机油流动被提供到可旋转曲轴； 活塞喷射器，设置为邻近活塞的第二侧且配置为接收第一发动机油流动，且将接收的 发动机油排出到活塞上；和 热流体阀，流体地设置在活塞喷射器和油泵之间且配置为响应于发动机油的温度选择 性地限制向活塞喷射器的第一发动机油流动。
【文档编号】F01P3/02GK104121082SQ201410171592
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】T.A.斯皮克斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司