操作燃燒發動機潤滑系統的方法和裝置的製作方法
2023-10-07 12:59:59 4
專利名稱：操作燃燒發動機潤滑系統的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及操作裝配有可變控制油泵的燃燒發動機潤滑系統的方法和裝置。
背景技術：
為了追求更好的燃料效率，車輛內燃發動機持續變小，但性能要求保持不變。這樣的發展依靠以增加的旋轉速度和負載操作的發動機。這些增加引起發動機工作過程中產生的熱相應增加，且因此對防止過熱的冷卻系統產生要求。活塞冷卻可部分通過活塞噴射裝置實現，其中活塞冷卻噴嘴(PCJ)用於產生噴射油到活塞底側的射流。油可在流走之前吸收燃燒熱，帶走熱並因此冷卻活塞。輸送到PCJ的油是經油泵加速的，油泵具有可變油壓以便油泵的油壓和/或泵輸出經調整以適合發動機的實際油要求，以便減小油泵的能量消耗。調節油泵輸出的方法在DE2005034712A1中解決了，其中致動器提供有相對發動機操作參數產生的調節力，如確定的油溫或旋轉速度或負載，以便調節腔室體積。在其他例子中，例如W02007/042067A1，發動機的潤滑系統使用耦合到曲柄軸軸承接口的油泵和經主線連接到至少一個活塞冷卻噴嘴的輔助輸出。這樣，流入活塞冷卻噴嘴的油是利用比例閥響應發動機操作參數控制的，如油溫、旋轉速度或要求的扭矩。在從操作這類活塞冷卻噴嘴時會產生問題，S卩，油泵必須允許進入活塞冷卻噴嘴的額外油流率，然而，持續增加的有利流率導致更高的摩擦損耗。如果這些摩擦損耗的變化相應於油泵可實現的輸出功率，這進而會導致怠速旋轉速度的波動並因此導致燃燒發動機操作故障。因此，使用可變油泵時減少燃燒發動機的摩擦損耗是有利的。
發明內容
本申請的發明人認識到上述問題，並通過提供操作發動機潤滑系統的方法和裝置解決了這些損耗，該發動機具有可變的可控油泵和多個活塞冷卻噴嘴，以便冷卻燃燒發動機的至少一個活塞，其中可以可靠地防止熱對活塞的損傷，同時使得能夠節省燃料且實現高效操作。示例性方法和系統使用可變控制油泵和多個活塞冷卻噴嘴，以便冷卻燃燒發動機的至少一個活塞，其中活塞冷卻噴嘴是通過響應發動機負載閾值、發動機爆震、和/或乘客廂加熱改變油泵提供的油壓而選擇性激活或去激活的。這樣做，油泵用作開關裝置並根據活塞冷卻噴嘴激活和/或去激活方法被使用，以便有效地防止熱對活塞的損傷，同時確保燃燒發動機以節省燃料和有效的方式操作。應該理解，上面提供的發明內容是為了以簡化的形式引入下面進一步描述的概念的選擇。這不意味著標識所要求主題的關鍵或基本特徵，所要求的主題保護範圍由權利要求唯一定義。而且，所要求的主題不限於解決上面或本公開任何部分指出的任何不足的實施方式。
圖1是車輛發動機系統的示例性實施例。圖2是操作發動機(諸如圖1中發動機)的示例性方法。
具體實施例方式在裝配有活塞冷卻噴嘴的發動機操作中，無需在所有時間恆定保持高油流速。利用可變可控油泵，在高負載操作時間，油壓可以有目的的方式增加到活塞冷卻噴嘴的無源接通或開啟(switch-on)閾值以上，而且，當操作不是對消耗提供更有利效果的高負載操作時，油壓可減小。根據一個實施例，活塞冷卻噴嘴的選擇性激活或去激活可以通過至少一個彈簧加載閥門，響應控制系統激活的油泵壓力，以基於壓力的方式在每個情形中發生。根據本發明一個實施例，也可以考慮點火時刻，其中爆震，即燃料不受控制的燃燒或自點火發生，換言之，所謂的臨界點火設定(borderline ignition setting,即BDL),依賴於活塞溫度的情形。可以適當地激活活塞冷卻噴嘴從而冷卻活塞並實現點火力時刻至少偏移I度，特別地至少偏移2度，曲柄角度，因而改善燃料節省並減小發動機退化。上述選擇性激活活塞冷卻噴嘴導致的點火時刻偏移在相對低的負載和相對低旋轉速度發生，即在關於燃料節省所選擇的連續範圍內，該範圍中活塞由於機械狀況無需冷卻。圖1是示意圖，其示出多缸發動機10的一個汽缸，其可包括在車輛推進系統中。發動機10可至少由包括控制器12的控制系統和車輛操作員132經輸入裝置130的輸入控制。在該例子中，輸入裝置130包括加速器踏板和產生比例踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。也可以包括乘客廂溫度控制裝置，如恆溫器控制裝置(未示出)。發動機10可包括多個汽缸，每個都具有包括燃燒腔室壁體32的燃燒腔室30，其中活塞36設置在其中。活塞36的往復式運動可通過機械耦合轉化為曲柄軸的旋轉運動。曲柄軸40可經中間傳動系統耦合到車輛的至少一個驅動輪。燃燒空氣可通過進氣通道42利用進氣歧管44輸送到燃燒腔室30，並可在燃燒後通過排氣通道48排出。進氣歧管44和排氣通道48可分別經進氣門52和排氣門54選擇性耦合到燃燒腔室30。燃燒腔室30可包括兩個或更多進氣門和/或廢氣門(未示出)。凸輪致動系統51和53每個都可包括一個或更多個凸輪，並可利用可以由控制器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)系統中的一個或更多個，從而改變進氣門52和排氣門54的位置。發動機10可進一步包括壓縮裝置，如渦輪增壓器或機械增壓器，包括耦合到進氣歧管44的壓縮機162。對於渦輪增壓器，壓縮機162可部分由耦合到排氣通道48的渦輪164驅動。對於機械增壓器，壓縮機162可至少部分由發動機和/或電機驅動，且可不包括渦輪。通過渦輪增壓器或機械增壓器實現的進氣壓縮量可由控制器12改變。燃料噴射器66可安裝到燃燒腔室一側或在燃燒腔室頂部，並可以以被稱作直接噴射的方式，與接收子控制器12的信號FPW脈衝寬度成比例直接噴射燃料到燃燒腔室30中。可替換地或額外地，燃料噴射器可設置在進氣歧管44中並噴射燃料到燃燒腔室30上遊的進氣道中。進氣通道42可包括節氣門62，其具有節流板64並由控制器改變。以該方式，節氣門62可操作以改變為燃燒提供的吸入空氣。點火系統88可經由控制器12致動的火花塞92為燃燒提供點火火花，並可響應工況改變。可變流量油泵180可耦合到曲柄軸40從而提供動力。可變流量油泵180可包括多個內部轉子(未示出)，其偏心安裝並由控制器12致動從而改變相對於一個或更多個其他轉子的位置，因而調節輸出壓力。例如，電子控制的轉子可耦合到經控制器12調節的齒條和齒輪組件。應該理解，可實施任何合適的可變流量油泵配置從而改變油壓和/或油流速。在某些實施例中，可變流量油泵180不是耦合到曲柄軸40，而是可以耦合到凸輪軸，或可由不同的動力源驅動，如馬達等。活塞冷卻噴嘴184可耦合至可變流量油泵180的輸出的下遊從而從可變流量油泵180選擇性地接收油。活塞冷卻噴嘴184可包括到發動機汽缸的燃燒腔室壁體32中，並接收來自壁體中形成的油道的油。活塞冷卻噴嘴184可操作注入來自可變流量油泵180的油到活塞36的底側，從而提供冷卻效果。而且，通過活塞36的往復運動，油被抽取到燃燒腔室30中從而提供冷卻效果到燃燒腔室30的壁體。彈簧致動的閥門182可設置在可變流量油泵180的輸出和活塞冷卻噴嘴184之間，從而響應來自油泵180的壓力激活或去激活活塞冷卻。所示的震動傳感器186設置在燃燒腔室壁體32中，並可為控制器12提供燃燒腔室的震動。震動傳感器186可用於確定燃燒腔室30中提前點火或發動機爆震的指示。提前點火指示可從發動機循環中較早(在火花之前)發生的較大震動確定，且發動機爆震的指示可從發動機循環中稍後(火花之後)發生的較小震動確定。雖然震動傳感器是作為確定提前點火和/或發動機爆震指示提供的，應該理解，任何合適的傳感器可用來提供提前點火或發動機爆震的指示。所示的排氣傳感器126耦合到排放控制裝置70上遊的排氣通道48。所示排放控制裝置70沿排氣傳感器126下遊的排氣通道48設置。裝置70可以是三元催化劑(TWC)、NOx捕集器、不同的其他排放控制裝置、或其組合。圖1中控制器12示為微計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出埠 104、可執行程序的和校準值的電子存儲介質，該存儲介質在該特殊例子中被示為只讀存儲器晶片106、隨機存取存儲器108、保活存儲器110、以及數據總線。控制器12可接收來自耦合到發動機10的不同信號，除了前面討論的這些信號，包括吸入的質量空氣的測量、來自耦合到曲柄軸40的霍爾效應傳感器118 (或其他類型)的表面點火拾取信號；來自節氣門位置傳感器的節氣門；以及絕對歧管壓力信號。發動機速度信號，RPM，可由控制器12發生。存儲介質只讀存儲器106可由計算機可讀數據編程，計算機可讀數據表示可由處理器102執行的指令，用於執行這裡所述的方法以及預期到但沒有特別列出的其他變量。而且，控制器12可接收指示燃燒腔室30中提前點火或發動機爆震的信號。例如，來自耦合到水冷套114的溫度傳感器112的發動機冷卻劑溫度可發送到控制器12，從而指示是否燃燒腔室的溫度在可發生提前點火的範圍內。控制器12可響應提前點火指示調節油噴射，提前點火指示包括發動機溫度高於閾值。此外或可替換地，震動傳感器186可響應檢測的震動發送指示提前點火的信號，該震動相應於提前點火的震動分布(如，較高的幅度，發動機循環中較早發生的震動、等等)。控制器12可接收來自可變流量油泵180輸出下遊設置的壓力傳感器188的油壓。通過改變油泵180提供的油壓，活塞冷卻噴嘴可響應發動機負載閾值閥門被超過或未達到而選擇性激活或去激活。該壓力可響應接收來自任何前述傳感器或其他地方所述傳感器的輸入控制系統12增加或減小，這些傳感器確定預定的發動機負載閾值被超過或沒有達到。如果油泵中壓力使得活塞冷卻噴嘴184的閥門182關閉，則其可增加，以便閥門182打開，這說明達到閾值。如果油泵中壓力使得活塞冷卻噴嘴184的閥門182打開，則其可減小，以便閥門182關閉，這說明沒有達到閾值。根據一個實施例，在每個情形中，選擇性激活或去激活活塞冷卻噴嘴184通過至少一個彈簧加載閥門以基於壓力的方式發生。在裝配有活塞冷卻噴嘴184的發動機操作過程中，不必在所有時間恆定保持高油流速。在高負載操作時間使用可變可控制油泵180以有目的的方式增加油壓到活塞冷卻噴嘴184的無源開通閾值以上，而且提供對消耗有更有利效果的較低油壓，其中活塞冷卻噴嘴184被去激活。這樣，油泵180，在一定程度上也是開關裝置，根據本發明被使用，從而選擇性激活和/或去激活活塞冷卻噴嘴184，以便有效地防止活塞36由於熱而退化，同時使得發動機能夠以節省燃料的方式和更有效的方式操作。根據本發明一個實施例，也可以考慮點火時刻，其中爆震，即燃料不受控制的燃燒或自點火發生，換言之，所謂的臨界點火設定(BDL)，依賴於活塞溫度的情形。可以適當地激活活塞冷卻噴嘴184從而冷卻活塞36並實現點火力時刻至少偏移I度，特別地至少偏移2度，曲柄角度，因而改善燃料節省。上述選擇性激活活塞冷卻噴嘴184導致的點火時刻偏移在相對低的負載和相對低旋轉速度發生，即在關於燃料節省所選擇的連續範圍內，該範圍中活塞由於機械狀況無需冷卻。激活可在燃燒發動機操作過程中，基於確定爆震開始或存在爆震而發生。因此，例如如果傳感器指示存在爆震和/或開始爆震，則活塞冷卻噴嘴184可根據主要操作狀態自動開通和/或激活，以便通過點火時刻的偏移減小爆震趨勢。這方面，測量指示藉助活塞冷卻噴嘴184，對於每分鐘小於3000轉的旋轉速度，點火時刻的偏移可達到曲軸角度點火偏移達到2度。活塞冷卻噴嘴184的上述激活可具體在操作階段中發生，其中實際上為了保護和/或冷卻活塞，無需操作活塞冷卻噴嘴。此外，減小由於活塞冷卻噴嘴184的操作導致的爆震趨勢方面基本上是有利的，與前述活塞冷卻噴嘴184的激活和/或去激活無關，而依賴於發動機負載閾值被超過或沒有達到。提前點火或爆震減輕測量是除了由控制系統12致動的其他測量之外的測量。這些額外測量可包括燃料噴射器66根據工況改變不同汽缸中的燃料噴射。例如，控制器12可命令燃料噴射在一個或更多個汽缸中停止，作為提前點火減輕操作的一部分，因此燃燒腔室30被允許冷卻。進一步，進氣門52和/或排氣門53可結合燃料噴射停止打開，從而提供進氣以便輔助冷卻。進一步，點火正時可響應發動機爆震或提前點火指示而提前或延遲。根據一個實施例，本發明方法可確定是否有預熱機動車乘客廂內部的要求；並根據該要求的存在選擇性激活或去激活活塞冷卻噴嘴。加熱乘客廂可通過控制系統12由操作員輸入104起動。控制系統12可致動控制加熱的油流入加熱芯192的恆溫器190，其中加熱的油耦合到油盤194，油盤194通過活塞冷卻噴嘴184收集先前噴灑到活塞36上的油。
這是有利的，因為在發動機冷啟動後，前幾分鐘可用的熱量是有限的，其中快速預熱發動機10的冷卻液體，以便更快速地預熱乘客廂內部是特別理想的。熱通常是通過激活活塞冷卻噴嘴從水冷套114引導到油路196，其結果是冷卻流體以較低速率加熱。基於該考慮，活塞冷卻噴嘴可在發動機10的預熱階段以這樣的方式選擇性操作，即一方面，當操作溫度比較低時，實現燃料的適當節省，另一方面，使得加熱能量可用，以便調節乘客廂內溫度。換句話說，活塞冷卻噴嘴184都可以這樣的方式選擇性開通或關閉，即通過加熱芯192改善和/或加速了乘客廂預熱。上述為了預熱乘客廂激活活塞冷卻噴嘴可在操作階段發生，其中實際上無需為了保護和/或冷卻活塞操作活塞冷卻噴嘴。精確實施和/或校準活塞冷卻噴嘴的選擇性操作是根據各冷卻介質系統的特定方面和油冷卻器實施例以及加熱裝置的設置合適選擇的。如果水-油冷卻器不是設置在加熱裝置的上遊，則乘客廂加熱可被強化，其中活塞冷卻噴嘴184關閉和/或未被提供能量。另一方面，如果水-油冷卻器設置在加熱裝置的上遊，則乘客廂加熱可被強化，其中活塞冷卻噴嘴開通。然而，如果需要節省燃料，則冷卻水冷套的溫度特別重要，以便無需開通活塞冷卻噴嘴。因此，可以防止由於熱導致對活塞的損傷，從而改善燃燒腔室的操作特徵，同時減少摩擦損耗，且同時使得能夠以節省燃料和穩健方式操作。這可通過圖2中示例方法實現。在圖2的示例方法中，如果在204，發動機內溫度超過預熱閾值，則活塞冷卻傳感器可經控制器激活。該閾值可預定從而防止發動機退化，同時允許發動機快速加熱到所需操作溫度。如果在206，沒有達到溫度閾值，則可確定是否達到發動機負載閾值。如果在210，達到閾值，則活塞冷卻噴嘴可激活，否則可以確定是否檢測到發動機爆震或提前點火。如果在210，控制系統確定存在提前點火或爆震，活塞冷卻噴嘴可激活。否則在209，可確定熱是否輸送到乘客廂，這可通過操作員對控制系統的輸入起動。在210，如果需要加熱乘客廂，則活塞冷卻噴嘴可激活。這是有利的，因為在許多乘客廂加熱系統中，給乘客乘客廂的熱完全或部分由油路輸送。然而，如果不允許發動機通過接觸活塞而加熱油，則油未被加熱，乘客廂也不能預熱。如果確定沒有符合上述條件，則重複該過程。在211，活塞冷卻噴嘴可通過增加耦合到活塞冷卻噴嘴的油泵的壓力激活。壓力激活的彈簧閥可打開從而允許油流入一個或更多個活塞冷卻噴嘴。在210，激活活塞冷卻噴嘴的情形中，可在212，再次確定是否發動機在溫度閾值以上，如果發動機保持在閾值以上，則過程可返回到212。否則在214，可以確定是否發動機以在預定閾值以上的負載操作，如果發動機在閾值以上操作，則過程可返回到212。否則在216,可以確定是否控制系統接收到發動機爆震或提前點火的指示,如果指示發動機爆震或提前點火，則過程可返回到212。否則在218，可以確定是否需要加熱乘客廂。該判斷可通過上述方法進行。如果需要乘客廂加熱，則方法可返回到212，否則在219，控制系統致動的油泵的壓力可減小。壓力可減小到這樣的程度，即偶聯油泵到活塞冷卻噴嘴的壓力激活的閥門可關閉，且活塞冷卻噴嘴去激活。在去激活後，過程可在222返回從而從202開始。也可提供為了發動機預熱和活塞冷卻噴嘴激活/去激活之外目的的油壓的額外調節。例如，在第一模式中，發動機油壓可響應工況，調節到活塞冷卻噴嘴激活閾值以上/以下，以便改變活塞冷卻噴嘴的狀態。然而，在第二模式中，可為了其他原因調節可用油泵的油壓到活塞冷卻噴嘴激活閾值以上和以下。例如，該方法可包括響應發動機工況，通過可變油泵調節發動機油壓，包括響應發動機速度超過上限閾值，從高於活塞冷卻噴嘴激活閾值增加油壓到更高的壓力；以及響應發動機速度在下限閾值以下，從低於活塞冷卻噴嘴激活閾值減小油壓到更低壓力。本領域技術人員應該理解，雖然已經通過例子，參考一個或更多個實施例描述了本公開的主題，但其不限於公開的實施例，且可不偏離權利要求限定的本公開主題的保護範圍做出替換實施例。
權利要求
1.一種操作機動車輛中燃燒發動機潤滑系統的方法，所述燃燒發動機包括可變的可控油泵和多個活塞冷卻噴嘴，以便冷卻所述燃燒發動機的至少一個活塞，其包括: 確定在所述燃燒發動機運行過程中是否超過預定的發動機負載閾值；以及通過響應發動機負載和閾值而改變所述油泵提供的油壓，選擇性激活和去激活所述活塞冷卻噴嘴。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述選擇性激活和去激活所述活塞冷卻噴嘴通過至少一個彈簧加載的閥門以基於壓力的方式在每種情形中發生。
3.根據權利要求2所述的方法，進一步包括: 確定在所述燃燒發動機運行過程中的爆震開始或爆震存在；以及 響應所述爆震，通過增加發動機油壓激活所述活塞冷卻噴嘴。
4.一種操作燃燒發動機的潤滑系統的方法，所述燃燒發動機包括可變的可控油泵和多個活塞冷卻噴嘴，以便冷卻所述燃燒發動機的至少一個活塞，其包括: 響應所述燃燒發動機的至少一個運行參數，改變所述活塞冷卻噴嘴的操作； 確定在所述燃燒發動機運行過程中的爆震開始或爆震存在；以及 響應所述爆震激活所述活塞冷卻噴嘴。
5.根據權利要求4所述的方法，進一步包括: 確定是否存在預熱所述機動車輛的乘客內廂的需求；以及 根據所述需求的存在而選擇性激活和去激活所述活塞冷卻噴嘴。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述選擇性激活所述活塞冷卻噴嘴至少有時發生在所述燃燒發動機的如下運行階段:其中不要求所述活塞冷卻噴嘴冷卻所述活塞，並且活塞溫度小於閾值活塞溫度。
7.一種方法，其包括: 響應發動機預熱狀況、發動機爆震、和乘客廂狀況，通過經由可變油泵調節油壓，從而調節活塞油噴射量。
8.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應發動機爆震增加，增加油壓。
9.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應發動機預熱和/或冷起動狀況，減小油壓。
10.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應發動機負載超過上限負載閾值，增加油壓。
11.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應發動機負載降到下限負載閾值以下，減小油壓。
12.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應乘客廂增加的熱需求，增加油壓。
13.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應乘客廂減少的熱需求，減小油壓。
14.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應減少的發動機爆震，減小油壓。
15.根據權利要求7所述的方法，進一步包括引導噴射燃料到發動機汽缸並火花點火所述燃料，所述發動機由渦輪增壓器增壓。
16.根據權利要求7所述的方法，進一步包括響應發動機溫度而增加和減小油壓。
17.根據權利要求7所述的方法，進一步包括: 響應發動機爆震增加，增加油壓； 響應發動機預熱和/或冷起動狀況，減小油壓； 響應發動機負載超過上限負載閾值，增加油壓； 響應發動機負載降到下限負載閾值以下，減小油壓； 響應乘客廂增加的熱需求，增加油壓； 響應乘客廂減少的熱需求，減小油壓，所述增加油壓包括增加油壓到活塞冷卻噴嘴激活閾值以上，所述減小包括減小油壓到所述活塞冷卻噴嘴激活閾值以下。
18.根據權利要求17所述的方法，進一步包括響應發動機工況，通過可變油泵調節所述發動機油壓，其包括響應發動機速度在上限閾值以上，將油壓從高於所述活塞冷卻噴嘴激活閾值增加到更高壓力；以及響應發動機速度在下限閾值以下，將油壓從低於活塞冷卻噴嘴激活閾值減小到更低壓力。`
全文摘要
本申請涉及一種操作機動車輛中燃燒發動機潤滑系統的方法和裝置，所述發動機具有可變的可控油泵和多個活塞冷卻噴嘴。油壓可根據工況調節，從而在需要時激活和去激活所述活塞冷卻噴嘴。
文檔編號F02F3/22GK103206282SQ20131001003
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者K·格萊瑟, D·K·比德納, J·E·羅林格, E·巴伯, 倪學海, J·斯邁利, S·加瑞特, A·皮楚特 申請人:福特環球技術公司