CN101023246B - 内燃机油供应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的机油供应装置，它具有一个输油装置将机油输送给气缸(9)中往复运动的活塞(8)。输油装置的构造为：至少在活塞(8)处于其下止点范围之时，通过该输油装置使机油直接进入活塞(8)下方，尤其是其活塞底(12)下方以及活塞裙(13)以内的范围内。该输油装置至少有一个伸入到活塞底(8)下方范围内的管道元件(16)。当活塞(8)处于其下止点位置时，管道元件(16)应尽可能终止于活塞销(6)附近。这样就能保证使承受极高机械负荷以及热负荷的活塞销(6)得到定向机油润滑。此外，通过该机油供应装置还可以给二冲程发动机的扫气道(15a)供油，以抑制积炭倾向。

Description

内燃机油供应装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机机油供应装置，以及一种二冲程发动机机油供应装置。
背景技术
编号为DE 42 43 571 A1的德国专利中已经公布了一种此类机油供应装置。活塞在内燃机气缸中作往复运动，其间通过一个喷嘴将机油喷向活塞。当活塞处于其下止点范围内时，机油就会从喷嘴喷向活塞的工作面，并通过此处的环槽分布在活塞圆周上。而当活塞处于其上止点范围内时，机油则从喷嘴喷向活塞(即活塞底的)下部，以对其进行冷却。如果发动机负荷较小或者尚处于冷机状态，则当喷嘴暴露时，也就是当活塞没有直接处在喷嘴前端时，就不会从喷嘴中喷出机油。只有在发动机升温且负荷逐渐增大后，才会喷出机油对活塞底进行冷却。
在编号为EP 0 609 866 A1的专利所公布的方法中，在内燃机工作时利用机油对活塞工作面进行润滑。
在编号为DE 100 45 725 A1的专利所公布的一种二冲程发动机微量润滑系统中，同样也是让润滑油以油雾形式仅仅进入活塞与气缸之间的接触面范围内。
发明内容
本发明的任务在于：对内燃机机油供应装置进行进一步改进，既可通过充分润滑保证内燃机可靠工作，又能将机油消耗量减小到最低水平。
符合本发明的机油供应装置具有一个将机油输送给活塞的输油装置，其构造为：至少在活塞处于其下止点范围之时，通过该输油装置使机油直接进入活塞底下方以及活塞裙以内的范围内。
众所周知，当内燃机工作时，将活塞与连杆相连的活塞销以及位于活塞和连杆中的活塞销轴承所承受的负荷非常之大。发动机中的大多数轴承均可以采用长效润滑方式，但由于活塞销轴承所承受的热负荷以及机械负荷很高，实现具有长效润滑作用的轴承并非轻而易举。因此如果能通过输油装置，在尽可能靠近活塞销之处送入机油，且最好能从下方，即从背向燃烧室的活塞销背面一侧将机油供应给活塞销，则不失为非常有益的方法。
如果能以液体形态且尽可能没有压力的工况下输送机油，则尤其有益。因此不应以施压方式供应机油并将其喷向活塞，以避免产生不必要的供油量。最好力求通过输油装置在活塞下止点附近形成微小的油滴，当活塞执行下一次运动时使其脱离，通过曲轴箱中的空气运动使其脱离。以这种方式可避免形成油雾，因为在形成油雾时，会随着气流通过二冲程发动机的扫气道将机油带出曲轴箱，从而不会起到润滑作用。而油滴则与此不同，当活塞执行下一次运动时，油滴会撞向活塞，这样就可将其用来对活塞销及其轴承、活塞工作面进行定向润滑。
在本发明的一种特别有益的实施例中，输油装置至少有一个从气缸壁或者紧接于气缸壁之后的曲轴箱壁伸入到活塞销下方范围内的管道元件，其中可通过该管道元件的内腔输送机油。
借助该管道元件可以特别方便地将机油送向尽可能靠近活塞或者活塞销下部之处。由于仅以微小的供油压力将机油输送给伸入到曲轴箱内的管道的出口，因此不会使机油喷入。机油仅会从出口流出，且流出速度不足以克服表面张力。通过曲轴箱内的空气运动，使出口上所形成的油滴从管道元件的末端上脱离。可有效避免因为管道元件出口上的流速过高或者因为机油中混入压缩空气而形成油雾。因此应对管道元件出口上所使用的喷嘴进行适当设计，使机油不会通过喷嘴喷出。
在本发明的一种特别有益的延伸发明中，管道元件的长度经过适当选择，即当活塞到达其下止点时，正好不会接触到管道元件的出口。且理想方式是让该管道元件伸入到活塞裙下方、甚至伸入到活塞裙以内的某一范围内。以这种方式可使机油定向进入活塞销所在区域，从而不会在其供油路径上在曲轴箱内分布多余的机油。通过一个或者多个管道元件输送油滴，并在曲轴箱内通过此处的气流使其脱离，且首先将油滴送向活塞销，对这一承受较高负荷的活节元件进行润滑。然后再通过活塞销孔从这里分布机油到活塞，或者通过活塞销及其轴承部位之间的间隙将机油分布到活塞与气缸之间的工作面上。
同时也可在由从管道元件出口中所流出的机油形成油滴时，使活塞的一部分，例如活塞壁元件或者连杆元件的某一部分浸没在该油滴之中，从而将机油直接传送到这些活动构件上，或者通过浸没于油滴中的元件(例如尖端)的挤迫作用，将油滴定向抛向所需的部位。
为了有助于油滴形成，在本发明的一种有益延伸发明中，管道元件对应于正常的内燃机工作位置指向上方，这样就能使机油在管道元件的上部聚集，并使油滴向上脱离。
输油装置中可以有一个可根据内燃机转速或者负荷工况进行控制的油泵。
如果使油泵仅在活塞处于其下止点范围内的时刻输送机油，则尤其有益。为此可以对油泵进行适当设计，使其正好在所需的时刻输送形成一个油滴所需的机油量。也可以按照活塞往复运动所决定的冲程节拍，让油泵以断续方式输送机油，以便有节奏地形成油滴，其间一个输油节拍应可包含多个发动机工作冲程(往复运动)。
如上所述，由于应当以限定方式将机油输送到就在内燃机活塞的下方的范围内，尤其是输送到活塞销上，因此在本发明的另一项特别有益的实施例中，活塞上有一个有应急润滑层或者储油层的活塞工作表面。这样就不必向活塞工作面以及活塞与气缸之间的接触面连续供应机油。即使没有了持续机油供应，活塞工作面上用于进行连续润滑的储油层也足以保证在一段时间内有充分的润滑。
在本发明的一项特别有益的实施例中，是专门用于二冲程发动机的供油装置构造，其中的管道元件在至少一个扫气道入口的附近穿过曲轴箱壁。需要用已知方法制作二冲程发动机的扫气道来实现这一功能。扫气道用来将空气燃油混合气或者直喷发动机的燃烧空气从曲轴箱送入燃烧室之中。由于已有关于多种扫气道的相关描述，在此不再赘述。
在这种有益的实施例中，管道元件以适当方式向上伸入曲轴箱之中，从而使至少一部分通过管道元件内腔朝向曲柄销输送的机油，在管道元件的出口流出之后，在管道元件的外侧朝向扫气道的入口回流。机油要么从这里被此处的空气燃油混合气带入溢流道，从而湿润扫气道的壁面，并在壁面上形成油膜，或者直接分布在扫气道的壁面上。
对于二冲程发动发动机而言，已有证据表明，当润滑油量非常少时，尤其当流经曲轴箱的空气燃油混合气没有带入任何机油油滴时，扫气道中将存在积炭的危险。当对二冲程发动机进行此类微量润滑时，可观察到在靠近燃烧室的扫气道范围内会覆盖有炭化的残留汽油，可能会严重影响发动机的性能与可靠性，并有可能造成发动机完全瘫痪。此外还进一步发现，使用机油湿润扫气道表面，可以抑制积炭倾向，通过上述从管道元件中回流的部分机油，即可保证实现这种抑制作用。
除此之外，在本发明的一项方面中，二冲程发动机的机油供应装置还可通过输油装置将机油定向送入扫气道的入口范围内，或者就送入扫气道之中。不需要向二冲程发动机的其它区域输送机油。
这样一种机油供应装置可以对二冲程发动机的所有运动部件、以及对曲轴和连杆轴承、活塞销轴承或者活塞与气缸之间的接触面进行长效润滑，从而使得这些部件不需要使用润滑装置。
为了避免扫气道出现积炭的危险，仍然要保证有机油输送给扫气道。可以将机油送向扫气道的入口，主要通过气流将其带入扫气道中，从而在壁面上形成油膜。除此之外，也可以将机油直接送入扫气道之中，例如可借助一个适当的管道元件，或者通过扫气道壁面中的机油出口送入机油，同时机油可以靠近燃烧室的扫气道末端流出，这一点特别有益。
以这一种方式给扫气道供应机油时，可以使二冲程发动机不再需要额外的机油润滑。
附图说明
以下将借助于附图依据一实施例对本发明及其优点和特征进行详细说明。
唯一一张插图所示的是一个二冲程发动机的剖面示意图。本发明当然也适用于其它类型的内燃机，尤其适用于没有油池的四冲程发动机。
具体实施方式
在发动机壳体1中有一个用已知方式安装于轴承上旋转的曲轴2。曲轴2伸入位于发动机壳体1中的曲轴箱3，其中有一个通过图中未显示的连杆轴承固定于曲轴2上的连杆4按照已知方式运动。
位于连杆轴承对面的连杆4的末端通过另一个连杆轴承5支承住活塞销6。活塞销6两端分别伸入活塞8的活塞销孔7之中。活塞8在气缸9中作往复运动，在活塞8和气缸9之间有一个接触面，构成活塞8的圆柱形侧面的活塞工作面10就在该接触面上滑动。
在活塞8上方的气缸9中是图中并未详细绘出的燃烧室11。
活塞8主要由一个紧邻燃烧室11的圆形活塞底12构成。从活塞底12延伸下来的是形状如缸套、同样也是活塞8组成部分的活塞裙13，也可将活塞裙称作活塞导动。活塞裙13中设计有支承活塞销6的活塞销孔7。
此外，在活塞裙13或者活塞底12的外圆周上，也就是在活塞工作面10中还设计有环槽14，其中所安装的是图中并未显示的已知型式的活塞环，例如梯形截面活塞环。因此活塞8所具有的是一种已知的构造。当然，活塞工作面10最好构造成具有一个应急润滑层或者储油层，以便将活塞工作面10的润滑油需要量减小到最低程度。
在曲轴箱3的壁面中设计有扫气道15a的入口15，此入口汇集于出口横断面15b之中。当活塞8向下运动时，曲轴箱3中的空气燃油混合气从曲轴箱3中排挤出来，并通过扫气道15a(或者通过多个扫气道15a)将其送向燃烧室11，通过活塞8在下一次工作冲程中将空气燃油混合气压缩后点燃。二冲程发动机的这一工作原理早已为人所知，因此无需在这里赘述扫气道15a的构造。
图中所示的二冲程发动机中设计有符合本发明的一种机油供应装置，该装置主要拥有一个向活塞8输送机油的输油装置。
输油装置包括两个管道元件16，其输入端与一个图中并未显示的油泵相连。
油泵或者计量泵可以是连续运转型式的泵(例如齿轮泵)或者非连续运转型式的泵(例如柱塞泵、膜片泵、压电泵或者Bubble-Jet-泵)。油泵应当仅以微小的输油压力将机油输送到管道元件16的出口17。不应当产生喷射压力，机油仅可从出口17流出，且流速应不足以克服表面张力。通过曲轴箱3中的空气运动，尤其是通过活塞8的运动使以这种方式流出的油滴脱离，从而当活塞8执行下一次运动时，将油滴抛向连杆4或者活塞销6。机油从这里分布到连杆轴承5或者活塞销孔7上，最终也可以到达活塞8的外侧面，也就是活塞工作面10。
出口17(尤其是此处所使用的喷嘴)的流出速度过高以及混入压缩空气，均会使机油形成雾化，应当加以避免，以保证将油滴几种输送到活塞底12下部，或者输送到活塞裙13的内部。而油雾与此不同，可能会在曲轴箱3中到达根本不需要润滑的地方。
管道元件16从下方伸入到活塞8下方范围内，同时应尽可能向前靠拢，以便当活塞8处在图中所示的下止点之中时，这些管道元件能够尽可能靠近活塞销6。如果能够使管道元件16伸入到活塞裙13的内部，则尤其有益。
出口17终止于连杆4的连杆销旁边，大致朝向连杆轴承5的中心。为了避免多余的机油进入扫气道15a，最好使管道元件16的末端在尽可能高的地方终止。即当活塞8处于下止点位置中时，管道元件16应在尽可能高的地方伸入活塞裙13下方。
出口17上流出的部分机油不会被活塞8带走，而是在管道元件16的外侧上重新流回到入口15，然后进入扫气道15a。在空气燃气混合气的气流作用下，可以从此处将机油进一步带入扫气道15a，且也可使其到达扫气道15a靠近燃烧室的区域，即扫气道位于出口横断面15b上的另一端。这种方式能够有效防止扫气道15a形成积炭。应送入机油使其在壁面上形成油膜。扫气道15a中的定向气流此时可起到驱动介质的作用。
除此之外，在本发明的一种没有绘出的实施例中，还可以使机油直接进入扫气道15a。这种将机油送入扫气道15a的方式可以对活塞8进行补充供油(例如借助附加的管道元件16)。被送入扫气道15a中的机油分布在气缸工作面上，因而可以对活塞、活塞环以及气缸摩擦副进行润滑。
在本发明的另一实施例中，也可让机油仅进入扫气道15a，并可对连杆轴承5以及活塞销孔7的构造进行适当设计，使得能够保证长效润滑，且不必进行持续供油。例如可采用已知型式的渗碳套筒和销轴。在这种情况下，发动机中的所有其它轴承部位当然也要有长效润滑，才能在没有附加机油润滑的情况下实现持续运转。这样就不需要向活塞8输送机油。
在实际的试验中已证明，采用这一种润滑方案可以实现微量润滑，且所消耗的机油量与汽油量之比小于1/200，甚至能够小于1/600。即使当机油与汽油消耗比为1/600时，发动机也能连续运转(此处所指的是二冲程发动机)。
但所需的机油量与汽油量之间并没有固定的比例。可以根据转速(与长期以来的已知方式一样)或者根据特性曲线的设定值输送定量机油。满负荷状态下所需的机油量要高于部分负荷或者怠速下所需的机油量。尤其在怠速运转状态下，可以根本不需要输送机油。
可以将油泵控制程序以及相应的特性曲线保存在微处理器控制器之中，控制器最好集成于发动机的点火模块或者电源模块之中。

Claims (12)

1.用于内燃机的机油供应装置，内燃机中至少有一个气缸(9)、一个带有活塞底(12)以及与活塞底(12)相连的活塞裙(13)和在气缸(9)中作往复运动的活塞(8)；具有一个向活塞(8)输送机油的输油装置；其特征在于：输油装置的构造至少能够在活塞(8)处于其下止点范围时，通过输油装置将机油以液体形式直接送入活塞底(12)下方以及活塞裙(13)以内的区域中；以没有压力的方式输送机油，机油由通过内燃机的曲轴箱的气流而被脱离。
2.如权利要求1所述的机油供应装置，其特征在于：机油输送装置至少拥有一个管道元件(16)，该管道元件从气缸壁或者与气缸壁相连的曲轴箱壁伸入到活塞底(12)下方的区域中，且通过管道元件(16)的内腔输送机油。
3.如权利要求2所述的机油供应装置，其特征在于：管道元件(16)的长度经过适当选择，使得活塞(8)在达到其下止点时正好不会接触到管道元件(16)的出口(17)。
4.如权利要求2所述的机油供应装置，其特征在于：管道元件(16)的长度经过适当选择，使得正好可以通过活塞(8)的一部分接触到管道元件(16)的出口(17)上流出的油滴。
5.如权利要求2所述的机油供应装置，其特征在于：当活塞(8)处于其下止点位置中时，管道元件(16)正好伸入到紧靠活塞裙(13)下方或者以内的区域中。
6.如权利要求2所述的机油供应装置，其特征在于：当活塞(8)处于其下止点位置中时，管道元件(16)在靠近利用连杆(4)与活塞(8)相连的活塞销(6)的区域中终止。
7.如权利要求2所述的机油供应装置，其特征在于：管道元件(16)对应于内燃机的正常工作位置而指向上方，且向上方排出机油。
8.如权利要求1或2所述的机油供应装置，其特征在于：输油装置拥有一个根据内燃机转速或者负荷进行控制的油泵。
9.如权利要求1或2所述的机油供应装置，其特征在于：输油装置拥有一个仅当活塞(8)处于其下止点范围内时才开始输送机油的油泵。
10.如权利要求1或2所述的机油供应装置，其特征在于：活塞(8)的工作面(10)和/或气缸(9)的工作面上设计有应急润滑层或者储油层。
11.如权利要求2所述的机油供应装置，其特征在于：
-内燃机为二冲程发动机，
-管道元件(16)在扫气道的入口(15)中穿过曲轴箱壁，
-管道元件(16)向上伸入到曲轴箱(3)之中，使得至少有一部分通过管道元件(16)的内腔所输送的机油在管道元件(16)的出口(17)上流出后，在管道元件(16)的外侧朝向扫气道(15)的入口回流。
12.如权利要求1所述的机油供应装置，其特征在于：所述机油供应装置至少有一个将燃烧空气或者空气燃油混合气从曲轴箱(3)输送到燃烧室(11)的扫气道，可通过输油装置将机油定向送入扫气道的入口(15)范围之中，或者就送入扫气道之中。
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