CN101072932A - 活塞喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活塞喷嘴(12、112)，用来利用一种射向活塞冷却腔的液体射流(20、120)以冷却内燃机的活塞(10)。根据本发明预先规定，在活塞喷嘴(12、112)的开口(15、115)的中心布置了一个横截面大致为圆形的物体(16，116)，它使喷出的液体射流基本上成圆管形的形状。根据本发明的活塞喷嘴产生一种成束的层流液体射流，其形状入射到喷射到冷却表面(14)上之前基本保持不变。

Description

活塞喷嘴
技术领域
本发明涉及一种活塞喷嘴，用来利用一种射向活塞冷却腔的液体液体射流以冷却内燃机的活塞。
背景技术
在内燃机中冷却活塞，以避免活塞高温。特别是在用轻金属材料制成的活塞上，太高的温度有减小活塞的蠕变强度的作用。此外，太高的温度会造成受热量影响的油垢的沉积以及在活塞环槽中的沉积。最后，在过高的温度下，可能导致活塞原设计的几何形状发生变化。
已知的降低活塞温度的措施是喷射活塞的冷却表面，这种冷却表面特别可能由活塞头或活塞中的一个环形冷却腔构成，例如用来自内燃机油循环中的润滑油冷却。为此，在曲柄箱的范围内布置一个活塞喷嘴，并与内燃机的油路接通。活塞喷嘴的喷油出口这样进行调整，即：使它的液体液体射流对准冷却表面或冷却腔的进油孔。
实践证明，当内燃机的工作温度逐渐升高时，保持成束的冷却液全液体射流是困难的，因为冷却液，特别是润滑油，在温度逐渐升高时变得越来越稀薄。另外，由于温度升高，油压随之升高，导致液体射束展开，这难以出现成束的液体射流射到冷却面上。
根据德国发布的专利文献DE 196 34 742 A1已知有一种活塞喷嘴，这种活塞喷嘴至少设有两个平行的出口，被设计成具有规定直径的较长的出口通道，以产生层流液体射流。
根据德国专利文献DE 31 25 835 C2已知有一种活塞冷却喷嘴，它的冷却液出口是通过折合一根管子构成的。它的出口的形状偏离一般的圆形。
发明内容
本发明的任务是，创造一种冷却内燃机活塞的活塞喷嘴，它不管工作温度如何，能可靠地产生一种成束的液体射流，因而能有效地冷却活塞。
解决的方法在于一种具有权利要求1所述特征的活塞喷嘴。根据本发明预先规定，在活塞喷嘴出口的中心布置了一个横截面大致为圆形的物体，它使喷出的液体射流基本上成圆管形的形状。
根据本发明的活塞喷嘴的出色之处在于，它能产生一种成束的层流液体射流，并且入射到达活塞的冷却表面上或活塞的冷却腔中基本保持不变，不会扩散开来。它的原理在于，由于液体射流的速度，在基本上为圆管形液体射流的“空腔”中的内压低于从外部作用到液体射流上的外压。这一压差导致液体射流在喷嘴出口处与活塞的冷却表面之间基本保持不变，因为较高的外压抵制液体射流的扩散。利用本发明的活塞喷嘴设计将会可靠和有效地冷却活塞，与内燃机的工作温度无关。
本发明的另一些较佳的改进设计，见各项从属权利要求。
所述物体的末端可以与活塞喷嘴的出口齐平。但也可以在活塞喷嘴的出口之上或之下。这一可变性允许根据本发明的活塞喷嘴在每一种情况下最佳地匹配内燃机的要求和尺寸。
在本发明的一个较佳实施例中，所述物体利用至少一个径向隔板与活塞喷嘴的外壳相连接。利用本发明活塞喷嘴的这一简单设计，亦即使用最简单的手段，就实现了稳定的液体射流形状保持。
本发明活塞喷嘴的一个较佳实施例中，所述物体是一个被设计成环状孔板形的物体。用这一物体可以进一步优化液体射流的形状。环状孔板形物体也可以用简单的方法安装到活塞喷嘴的外壳中。
环状孔板形物体可以有一个例如中心销，用至少一块径向隔板与环状孔板形物体的环相连接。这一较佳的环状孔板形物体的实施例是一种紧凑的构件，它只需要插入或压入活塞喷嘴的外壳中。这样，本发明活塞喷嘴的安装得到进一步简化。
本发明活塞喷嘴的另一个较佳改型的特征在于，所述物体设计成由一根包括在活塞喷嘴的外壳中的空气管构成。在这样的一个改型中，外压与液体射流的“空腔”内的内压之间的压差特别高，因此，液体射流的形状得到更有效的稳定。所述压差是由于穿过“空腔”流动的气流速度而造成的。在这种情况下，最好是让空气管在外壳的壳壁内保持气密和液体密封。
附图说明
对于本发明的一些实施例，下面根据附图作进一步的说明。图中：
图1所示为本发明活塞喷嘴第一实施例(不按比例)的示意图；
图2所示为图1之活塞喷嘴(不按比例)示意图的局部放大图；
图3所示为根据图2之活塞喷嘴的局部俯视图；
图4所示为本发明活塞喷嘴另一实施例(不按比例)的示意图；
图5所示为根据图4之活塞喷嘴的俯视图。
具体实施方式
在图1中示出了一个在内燃机中使用的活塞10。使用这种活塞10工作时出现非常高的温度，对活塞10以及活塞10在其中工作的气缸体11造成损坏。为了避免高温对活塞10的这种影响，要对活塞10进行冷却。
为此，在气缸体11中布置了活塞喷嘴12，用以产生一种液体射流20，例如射入一个布置在活塞中的冷却腔14，如利用设有冷却油进口的冷却通道射入。所述液体射流20由内燃机的储油槽中的油构成，而且必须走完从活塞喷嘴12到活塞10的冷却腔一段规定的路程。为了用流体液体射流20尽可能有效地充满冷却腔，液体射流应当在一段尽可能长的路段范围内尽可能保持成束，即保持层流传播。
图1至图3中示出了根据本发明的活塞喷嘴12的第一实施例。活塞喷嘴12有一个带有出口15的外壳22，其内插入了一个环状孔板形物体16。所述环状孔板形物体16有一个环17和一个置于该环17中的中心销18。该中心销18最好只用一块径向隔板与环17相连接，以使它保持在出口15中的中心位置上。环状孔板形物体16布置在出口15的中心，目的是使液体射流20形成圆管形射束。
所述物体16的中心销18可以这样布置在出口15的中心，即让它要么在末端与活塞喷嘴齐平，要么末端(最好是少许)伸出于或短于活塞喷嘴。
与中心销18对应的物体也可以直接布置在活塞喷嘴12的出口15内，并利用至少一块隔板直接固定在外壳22的内壁上(图中没有示出)。
根据本发明的活塞喷嘴12的每一种结构形式都是起这样的作用，即将由于在较高的环境外部压力与在液体射流20的“空腔”21内占主导地位的较低的内部压力之间，所出现的压差而形成的管状液体射流20适当地加以“压缩”。这样所产生的结果是防止或至少是延迟了液体射流20发生不希望它发生的扩散。因此可以明显改善活塞10的冷却。
在图4和图5中示出了根据本发明活塞喷嘴112的另一个实施例，其中，布置在活塞喷嘴112的出口115的中心布置的物体116是由一根空气管30构成的。空气管30在侧面利用一个支架34从外部穿过活塞喷嘴112的外壳122。空气管以它的出口31形成一个环状开口32，布置在预设在外壳122内的液体射流120的出口115的中心。空气管30与环境大气接通，在外壳122中保持气密和液体密封。
本发明的这一改型所依据的构思是，通过在出口115中定位的空气管30产生基本上为圆管形的液体射流120，同时把空气流33一同带入液体液体射流120的“空腔”121。用这种方法通过从出口115中射出的液体液体射流120同时吸入空气流33，该空气流33由于它在空腔121中流动的速度，其内部压力低于环境中占主导地位的外部压力。由于这一压差，液体液体射流120基本上保持束紧状态，在活塞10的冷却循环中表现为成束的液体射流，显著改善冷却效果。
因此，本发明能可靠和有效地冷却活塞。

Claims (9)

1.利用对准活塞(10)的冷却腔(14)的液体液体射流(20、120)冷却内燃机活塞(10)的活塞喷嘴(12、112)，其特征在于，在活塞喷嘴(12、112)的出口(15、115)的中心布置了一个横截面大致为圆形的物体(16、116、216)，它使喷出的液体液体射流(20、120、220)基本上为圆管形的形状。
2.根据权利要求1的活塞喷嘴，其特征在于，物体(16、116)的末端与活塞喷嘴(12、112)的出口(15、115)齐平。
3.根据权利要求1或2的活塞喷嘴，其特征在于，物体(16、116)的末端在活塞喷嘴(12、112)的出口(15、115)以上或以下。
4.根据上述诸项权利要求之一的活塞喷嘴，其特征在于，所述物体利用至少一块径向隔板与活塞喷嘴(12)的外壳(22)相连接。
5.根据权利要求1到3之一的活塞喷嘴，其特征在于，所述物体被设计成一个环状孔板形的物体(16)。
6.根据权利要求5的活塞喷嘴，其特征在于，环状孔板形物体(16)有一个中心销(18)，该中心销(18)用至少一块径向隔板(19)与环状孔板形物体(16)的一个环(17)相连接。
7.根据权利要求1到3之一的活塞喷嘴，其特征在于，所述物体(116)由一个固定在活塞喷嘴(112)的外壳(122)中的空气管(30)构成。
8.根据权利要求7的活塞喷嘴，其特征在于，空气管(30)穿过外壳(122)的壳壁。
9.根据权利要求8的活塞喷嘴，其特征在于，空气管(30)在外壳(122)的壳壁中保持气密和液体密封。
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