[發(fā)明專利]限制內(nèi)燃發(fā)動機熱負載的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110184953.4
• 申請日: 2011-06-28
• 公開（公告）號: CN102383955A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·布羅伊爾;J·梅林
• 申請（專利權(quán)）人: 福特環(huán)球技術(shù)公司
• 主分類號: F02D41/02
• 分類號: F02D41/02;F01P11/16
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及限制和減少內(nèi)燃發(fā)動機熱負載的方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機具有至少一個汽缸蓋，所述內(nèi)燃發(fā)動機具有至少一個汽缸。

本發(fā)明還涉及實施這種方法的內(nèi)燃發(fā)動機。

背景技術(shù)

以上描述的內(nèi)燃發(fā)動機類型被用于機動車輛的驅(qū)動裝置。在本發(fā)明的背景下，表述“內(nèi)燃發(fā)動機”包含柴油發(fā)動機和火花點火發(fā)動機，并且還包含混合內(nèi)燃發(fā)動機，即使用混合燃燒過程運行的內(nèi)燃發(fā)動機。

內(nèi)燃發(fā)動機具有至少一個汽缸蓋以形成了至少一個汽缸(即燃燒室)，所述汽缸蓋被連接至汽缸體。在充氣交換期間，燃燒氣體經(jīng)由出口被排出并且燃燒室被充氣，即經(jīng)由所述至少一個汽缸的進口引入新鮮混合物或新鮮空氣。為了控制充氣交換，在四沖程發(fā)動機中，幾乎僅使用提升閥作為控制元件，該提升閥在內(nèi)燃發(fā)動機的運行期間執(zhí)行往復提升運動，并且以此方式打開以及關(guān)閉進口和出口。氣門運動所需的氣門致動機構(gòu)包括氣門本身被稱為氣門驅(qū)動裝置。

汽缸蓋用來保持控制元件，并且在頂置凸輪軸的情況下保持整個氣門驅(qū)動裝置。在火花點火內(nèi)燃發(fā)動機中，所需要的火花裝置也被設(shè)置在汽缸蓋內(nèi)，并且此外在直噴內(nèi)燃發(fā)動機中，噴射裝置可被設(shè)置在汽缸蓋內(nèi)。

為了在汽缸蓋和汽缸體之間形成適當?shù)倪B接，即密封燃燒室的連接，必須提供足夠數(shù)量的足夠大的孔，這些孔一起極大地影響了汽缸蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

如果內(nèi)燃發(fā)動機具有液體冷卻裝置，則在汽缸蓋中通常形成多個冷卻劑導管或至少一個冷卻劑套，冷卻劑導管或冷卻劑套引導冷卻劑穿過汽缸蓋；這要求高復雜性的汽缸蓋結(jié)構(gòu)。

通過以上描述清楚的是：內(nèi)燃發(fā)動機的汽缸蓋是高熱負載和機械負載部件。因此，進一步增加了對于汽缸蓋的要求。在此背景下，必須考慮的是，對內(nèi)燃發(fā)動機的更大比例增壓——借助于排氣渦輪增壓器或機械增壓器。由于在發(fā)動機艙內(nèi)更密集的封裝以及整合到汽缸蓋內(nèi)的零件和部件的增加(例如排氣歧管的整合)，內(nèi)燃發(fā)動機的熱負載和汽缸蓋的熱負載尤其增大，因此冷卻系統(tǒng)被迫提高要求并且必需采取措施來可靠地防止內(nèi)燃發(fā)動機的熱過載。

對于發(fā)動機冷卻裝置基本可采用空氣冷卻裝置或液體冷卻裝置的方式。在空氣冷卻裝置的情況下，內(nèi)燃發(fā)動機配備有風扇，其中通過引導空氣流經(jīng)過汽缸蓋表面而實現(xiàn)熱量的耗散。

由于液體比空氣具有更高的熱容量，所以使用液體冷卻裝置比使用空氣冷卻裝置可耗散更多的熱量。為此原因，內(nèi)燃發(fā)動機越來越多地配備液體冷卻裝置。

液體冷卻裝置要求內(nèi)燃發(fā)動機或汽缸蓋配備冷卻劑套，即引導冷卻劑穿過汽缸蓋的冷卻劑導管裝置。在熱交換器中被耗散至冷卻劑的熱量從冷卻劑中被再次抽出，所述熱交換器被優(yōu)選設(shè)置在車輛的前部區(qū)域。

不管被設(shè)計為空氣冷卻裝置還是液體冷卻裝置，發(fā)動機冷卻裝置一般均根據(jù)所發(fā)生的最大冷卻需求被設(shè)計。這種方法的結(jié)果是發(fā)動機冷卻裝置對于正常驅(qū)動運行是超尺寸的，即相對于所發(fā)生的平均冷卻需求是超尺寸的。

為了可靠地防止內(nèi)燃發(fā)動機的過熱，發(fā)動機冷卻裝置的冷卻能力被設(shè)計為用于具有極高冷卻需求或最大冷卻需求的運行狀態(tài)，所述運行狀態(tài)以車輛的低速度同時高負載為特征(即，例如關(guān)于加速期間和爬坡駕駛期間發(fā)生的運行狀況)，以便能夠即便在最不利的狀況下提供所需冷卻能力。在這種狀況下，沒有熱耗散所需的空氣流，發(fā)動機冷卻裝置不得不處理(即耗散)極大熱量。

根據(jù)以上描述的方案來設(shè)計發(fā)動機冷卻裝置會導致不成比例的大尺寸，即超尺寸的冷卻裝置。結(jié)果，空氣冷卻裝置的風扇或液體冷卻裝置的熱交換器(即冷卻器)具有非常大的尺寸，即使這對于正常駕駛運行是不需要的，也就是說除了少量極端駕駛情況之外，這不是必須的。

特別地，液體冷卻裝置情況下的這種設(shè)計導致非常大的冷卻器，所述冷卻器對于被安裝在車輛的前部區(qū)域而言是非常困難的。

在此背景下，還必須考慮冷卻器不可能被放大到任意期望的程度，因為一般提供了其他熱交換器(具體是冷卻裝置)，以便保證內(nèi)燃發(fā)動機的可靠、無誤運行，或者以便優(yōu)化內(nèi)燃發(fā)動機的運行，并且過大的冷卻器在其設(shè)置和尺寸方面明顯限制了其他熱交換器。

其他熱交換器的一些示例將在以下被提到并且描述，以便說明這個問題。

因為燃料燃燒釋放的熱量不僅被耗散到限制燃燒室的壁、排氣流以及可能的發(fā)動機冷卻劑中，還部分被耗散到發(fā)動機油中。由于熱傳導和自然對流經(jīng)油盤的熱耗散通常不足以達到可接受的最大油溫度，因此必須提供額外的油冷卻器。