CN109944712A - 用于润滑连杆大头轴承的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于润滑内燃机的曲轴(24)上的连杆大头轴承(46)的装置。装置包括具有流体通道(12)的活塞(10)和与流体通道(12)流体性连接的排出通道(26)，流体通道特别是内部的活塞冷却流体通道。装置具有连杆(22)，连杆铰接地、特别可枢转地连接到活塞(10)并具有大连杆孔(44)和连接通道(48)。大连杆孔(44)被设计为用于容纳连杆大头轴承(46)。连接通道(48)在排出通道(26)和大连杆孔(44)之间形成流体性连接，使得通过排出通道(26)和连接通道(48)将流体(特别是冷却润滑流体(例如油))从流体通道(12)供应或能够供应到大连杆孔(44)。由此，连杆大头轴承(46)能够通过来自活塞(10)的流体通道(12)的冷却油进行润滑。因而，能够省去曲轴(24)中的用于向连杆大头轴承(46)进行供应的昂贵的并且损害耐久度的孔。

Description

用于润滑连杆大头轴承的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于润滑内燃机的曲轴上的连杆大头轴承的装置和方法。
背景技术
已知的是，通过曲轴从内部向曲轴的曲柄销上的连杆大头轴承供应润滑油。为此，在曲轴的主轴承的主轴承壳体中引入被供应压力油的凹槽。只要主轴承中的孔与主轴承壳体的凹槽重合，油就能够经由曲轴中的从主轴承延伸到曲轴的曲柄销上的连杆大头轴承的孔流动至连杆大头轴承。例如，DE 102004032590 A1公开了这种润滑装置。
另外，DE 102004048939 A1公开了一种具有连杆体的连杆，连杆体具有形成在第一端部(连杆大头)处的曲柄销孔(大连杆孔)和形成在第二端部(连杆小头)处的活塞销孔(小连杆孔)。连杆具有与连杆体连接的管件，以从第一端部向第二端部提供润滑剂。
这种已知的用于连杆大头轴承的润滑装置的缺点在于，曲轴中的孔的制造费用高并且成本集约。另外，这些孔能够降低曲轴的耐久度。另外，经由主轴承壳体向连杆大头轴承供应润滑油需要高的油流通能力，这种能力必须通过油泵来提供，为此必须相应地设定油泵的尺寸并且以能量消耗(燃料消耗)为条件驱动油泵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于润滑曲轴的连杆大头轴承的替代的和/或改进的装置或者一种用于润滑曲轴的连杆大头轴承的替代的和/或改进的方法，借助该装置/该方法能够特别地克服现有技术中的缺点。
本目的通过根据独立权利要求的装置和方法来实现。在从属权利要求和说明书中给出了有利的改进示例。
装置适用于润滑内燃机的曲轴上的连杆大头轴承。装置包括具有流体通道(特别地，内部的活塞冷却流体通道)和与流体通道流体性连接的排出通道的活塞。装置具有连杆，连杆铰接地(特别地，可枢转地)连接到活塞并且具有大连杆孔(或者曲柄销孔)和(特别地，内部的)连接通道。大连杆孔被设计成用于容纳连杆大头轴承。连接通道在排出通道和大连杆孔之间形成流体性连接，使得经由排出通道和连接通道将流体(特别地，冷却润滑液(例如，油))从流体通道供应或者能够供应至大连杆孔。
由此，能够借助来自活塞的冷却油来润滑曲轴上的连杆大头轴承。特别地，能够借助来自活塞的内部活塞冷却通道的冷却液来润滑连杆大头轴承。因此，冷却油也用作润滑油。由此能够在曲轴中省略所有的润滑油孔。通过这种方式能够明显提高曲轴的耐久度并且降低成本。另外，也能够省略主轴承壳体中的轴承槽，这能够明显降低油流通能力并且导致燃料消耗的降低。
在一个实施例中，排出通道在活塞的特别圆形的活塞头中具有排出口。替代地或附加地，连接通道在连杆的连杆小头的特别圆形的外表面中具有进入口，该外表面特别是外圆周表面。因此，诸如油等冷却润滑流体能够由活塞头中的内部活塞冷却通道提供，从而被引入到连接通道中。冷却润滑流体能够在连杆的连杆小头处被引入到连接通道中。在活塞上下运动并且由此连杆相对于活塞枢转时，活塞头和连杆小头上的圆形部分允许活塞头和连杆小头能够相互扫掠。
在另一个实施例中，连接通道具有进入区域，进入区域特别地由连杆的连杆小头的外表面(特别是外圆周表面)中的阶梯形凹部形成。阶梯形凹部允许以简单的方式制造连接通道的进入区域，使得取决于活塞和连杆之间的角位置，进入区域能够与排出通道的排出口重合或者被活塞头覆盖以闭合连接通道。
在另一改进示例中，连接通道具有倾斜孔，倾斜孔从凹部并且以与连杆的小连杆孔间隔开的方式穿过连杆小头延伸到连杆的连杆轴。可选地，连接通道还具有从大连杆孔穿过连杆轴延伸到倾斜孔的纵向孔。倾斜孔允许连接通道能够绕过小连杆孔。另外，这些孔能够以简单方式制造。倾斜孔能够从凹部的底表面开始穿过连杆小头钻通到连杆轴。纵向孔能够从大连杆孔开始钻穿连杆轴，直到纵向孔与倾斜孔相遇。这些孔均能够被设计为盲孔，它们在各自的端部处彼此汇合，以便形成连接通道。
在另一个实施例中，连杆的连杆小头和活塞的活塞头相互适配，使得活塞头的与排出通道的排出口邻接的区域和连杆小头的与连接通道的进入口邻接的区域之间的间距小于0.1cm，特别地小于0.01cm。例如，间距能够在0.001cm到0.01cm之间。为了精确地制造间距，需要机械地精加工活塞头和连杆小头的相应区域。小间距允许来自排出通道的流体能够流入到连接通道中而基本没有泄露。出现的泄露导致了这些区域之间的润滑。另外，在活塞头覆盖连接通道的进入口时，例如在活塞和连杆的向下运动期间，小间距允许连接通道能够基本上被从底表面封闭。
在一个改进示例中，在活塞和连杆之间的枢转运动期间，活塞头的区域和连杆小头的区域相互扫掠。通过在这些区域之间保持间距的扫掠运动，排出通道的排出口和连接通道的进入口能够在枢转运动的第一阶段期间重合。另外，排出通道的排出口和连接通道的进入口能够在枢转运动的第二阶段期间不重合。在这种情况下，活塞头的区域能够覆盖连接通道并且由此基本上封闭连接通道。
在一个实施例中，特别地，活塞的活塞头在活塞的从上止点向下止点的运动期间覆盖连接通道的开口，以特别地降低连接通道中的空化倾向。替代地或附加地，排出通道的排出口(特别地仅)在活塞的从下止点向上止点的运动期间与连接通道的进入口重合。因此，在活塞的向上运动期间，连接通道能够填充有来自排出通道的流体。由于活塞和连杆在向上运动期间的大的加速度的缘故，在这种情况下能够产生例如高达6bar的高流体压力，借助该流体压力能够将流体供应到连杆大头轴承。为了防止连接通道中的流体在连杆的向下运动期间的空化，可以在连杆的向下运动期间通过活塞的活塞头封闭连接通道的进入口。因而，能够避免或至少降低空化，由此不影响或几乎不影响在下一次的向上运动期间流经连接通道的流量。
特别地，连接通道的进入口和排出通道的排出口能够相互适配，使得特别地仅在活塞的从下止点向上止点的运动期间将来自排出通道的流体供应或者能够供应到连接通道。替代地或附加地，连接通道的进入口和排出通道的排出口能够相互适配，使得来自排出通道的流体在活塞的从上止点向下止点的运动期间不被供应或不能被供应到连接通道。
在另一个实施例中，活塞的活塞头在比允许连杆可枢转地连接到活塞的预定角度范围小的角度范围内覆盖连接通道的进入口。换句话说，在下上运动期间，连杆在该预定角度范围内相对于活塞枢转。在该枢转运动期间，活塞的活塞头仅暂时地，即在小于该预定角度范围的角度范围内覆盖连接通道的进入口。
替代地或附加地，排出通道的排出口在比允许连杆可枢转地连接到活塞的预定角度范围小的角度范围内与连接通道的进入口重合。换句话说，在上下运动期间，连杆在该预定角度范围内相对于活塞枢转。在该枢转运动期间，排出通道的排出口仅暂时地，即在小于该预定角度范围的角度范围内与连接通道的进入口重合。
由此，在上下运动期间，连杆和活塞之间的枢转连接特定地用于开放或者覆盖连接通道的进入口。例如，预定角度范围可以在30°和40°之间。然后，例如，排出通道的排出口与连接通道的进入口重合时的角度范围可以在10°和20°之间。例如，活塞头覆盖连接通道的进入口时的角度范围可以在15°和30°之间。
在一个变型例中，排出通道和连接通道之间的流体性连接是间断性的流体性连接并且/或者只存在于活塞的从下止点向上止点的运动期间。因此，活塞和连杆的向上运动能够特定地用于经由连接通道将流体从排出通道提供至连杆大头轴承。
在另一个变型例中，连接通道绕过连杆的小连杆孔(或活塞销孔)并且/或者绕过用于将连杆可枢转地连接到活塞的活塞销。
在一个实施例中，连杆的连杆小头在连接通道所延伸穿过的区域中具有增大的壁厚。替代地或附加地，活塞在排出通道所延伸穿过的区域中具有增大的壁厚。增大的壁厚允许连杆小头和活塞头彼此靠近。由此能够实现活塞头和连杆小头的精密加工，精密加工能够在排出通道的排出口和连接通道的进入口的区域内制造活塞头和连杆小头之间的非常小的间距。
在另一个实施例中，装置具有流体喷嘴，流体喷嘴定向到活塞的与流体通道流体性连接的进入通道的进入口。通过流体喷嘴，油能够经由进入通道喷射到流体通道中。除了用于冷却活塞，这种油还能够经由排出通道和连接通道被引入到连杆大头轴承，以润滑连杆大头轴承。
特别地，流体喷嘴能够被提供来自内燃机的冷却润滑油路的诸如油等冷却润滑液。
在另一个实施例中，流体喷嘴以与活塞和连杆分离的方式设置。替代地或附加地，流体喷嘴被容纳或者固定在曲柄箱中或者曲柄箱上。
特别地，流体通道能够在活塞中环形地延伸。
特别地，曲轴可以没有用于向连杆大头轴承提供润滑油的孔。
本发明还涉及一种具有本文公开的装置的机动车辆，机动车辆特别是商用车辆(例如，公共汽车或载重车辆)。
本文公开的装置也能够用于载人车辆、大型发动机、越野车辆、固定式发动机、船舶发动机等。
另外，本发明还涉及一种用于润滑曲轴上的连杆大头轴承的方法。该方法包括经由连杆的连接通道将流体(特别地，冷却润滑流体(例如，油))从活塞的流体通道(特别地，内部的冷却流体通道)供应至连杆大头轴承。
特别地，该方法可以使用本文公开的装置。
本发明的上述优选的实施例和特征能够任意相互组合。在下文中，将参照附图说明本发明的其它细节和优点。
附图说明
图1是根据一个实施例的内燃机的活塞的剖视图。
图2是内燃机的示例性活塞、连杆和曲轴的剖视图。
图3是示出活塞和连杆在曲轴旋转期间的运动的并排排列的多个剖视图。
具体实施方式
附图所示的实施例至少部分一致，使得相似或相同的部分具有相同的参考标记并且也参考其它实施例或附图的描述对其进行说明，以避免重复。
图1示出了内燃机的活塞10的剖视图，该剖视图相对于活塞10的中心轴线是偏心的。例如，内燃机可以被包括在机动车辆中，特别地，机动车辆是商用车辆。例如，商用车辆可以是载重车辆或公共汽车。内燃机可以包括具有多个活塞10的多个气缸。
活塞10具有被设计成内部的活塞冷却通道的流体通道12。例如，流体通道12能够在活塞10内部环形地延伸。流体能够借助流体喷嘴14喷射到流体通道12中，特别地，流体是诸如油等冷却润滑流体。例如，流体喷嘴14能够固定在曲柄箱16(仅示意性示出)上。流体喷嘴14定向到活塞10的进入通道20的进入口18。进入通道20连通到流体通道12中。从流体喷嘴14经由进入口18喷射的流体经由进入通道20到达流体通道12中。此处，流体用于冷却活塞10。流体通道12能够与排出通道(未在图1中示出)连通，排出通道例如布置成相对于进入通道20围绕活塞中心轴线偏转180°。
图2示出了活塞10的另一剖视图，其中，该剖面同心于活塞10的中心轴线。为清楚起见，未在图2中示出图1的流体喷嘴14和曲柄箱16。
活塞10经由连杆22铰接地(例如，可枢转地)连接到曲轴24。曲轴24以能够围绕旋转轴线相对于曲柄箱旋转的方式支承在曲柄箱上。活塞10能够相对于气缸(未示出)的气缸壁平移运动。活塞10在气缸中的平移运动能够被转换成曲轴24围绕其旋转轴线的旋转运动。活塞10能够在其向上和向下的平移运动期间支撑在气缸壁上。
活塞10具有排出通道26。排出通道26在流体通道12和位于活塞10的活塞头30中的排出口28之间延伸。能够从活塞头30开始在活塞10中钻出排出通道26。排出口28布置在活塞头30的圆形区域中。
连杆22具有连杆小头32、连杆轴34和连杆大头36。连杆轴34在连杆小头32和连杆大头36之间延伸。
连杆小头32具有小连杆孔38。在小连杆孔38中，活塞销40支承在例如被设计为滑动轴承的连杆小头轴承42中。活塞销40将连杆22可枢转地连接至活塞10。具体地，在活塞10的向上和向下运动期间，连杆22能够相对于活塞10在例如30°和40°之间的预定角度范围内枢转。活塞销40和连杆小头轴承42能够通过由流体喷嘴14(参见图1)的流体喷射产生的流体喷雾(例如，油雾)来润滑。活塞销40(例如，通过固定环)轴向地固定在活塞10中。
连杆大头36具有大连杆孔44。在大连杆孔44中容纳有例如被设计成滑动轴承的连杆大头轴承46。连杆大头轴承46将连杆22可枢转地连接到曲轴24的曲柄销。
连杆22具有连接通道48，以实现连杆大头轴承46的润滑。连接通道48能够在排出通道26和大连杆孔44之间形成流体性连接。由此，流体通道12、排出通道26和连接通道48形成了用于润滑连杆大头轴承46的装置。
连接通道48在进入口50和排出口52之间延伸。进入口50设置在连杆小头32的圆形的外圆周表面54中。排出口52设置在大连杆孔44的内圆周表面56中。
例如，连接通道48具有进入区域58、倾斜孔60和纵向孔62。进入区域58由连杆小头32的外圆周表面54中的阶梯形凹部形成。倾斜孔60从进入区域58的底表面延伸至连杆轴34。倾斜孔60绕过小连杆孔38和活塞销40。能够从凹部的底表面开始钻出倾斜孔60。倾斜孔60是相对于连杆22的纵向轴线倾斜的孔。纵向孔62从大连杆孔44的内圆周表面56穿过连杆轴34延伸到倾斜孔60的端部。例如，纵向孔62能够以沿着或平行于连杆22的中心纵向轴线的方式延伸。能够从内圆周表面56开始钻出纵向孔62。
在排出口28和进入口50的区域中，活塞头30和连杆小头32彼此特定地适配。此处，活塞头30和连杆小头32彼此被加工成使得在活塞头30和连杆小头32的外圆周表面54之间只产生了小的间隙。例如，间距可以小于0.1cm，特别地小于0.01cm。优选地，间隙可以在0.001cm和0.01cm之间的范围内。连杆小头32和活塞10在该区域内具有增大的材料厚度，以便允许以机械方式制造这种间隙尺寸。间隙防止了连杆小头32在活塞头30上的摩擦。同时，间隙允许在排出口28和进入口50重合时在排出通道26和连接通道48之间形成流体性连接。
如在下文中参照图3详细说明，在内燃机的操作期间，排出口28的区域中的活塞头30与进入口50的区域中的连杆小头32相互扫掠，使得在流体通道12和连杆大头轴承46之间形成间断性的流体性连接。
在图3中示出了向上和向下运动期间的活塞10。在向上运动时，活塞10从所谓的下止点运动到所谓的上止点。在向下运动时，活塞从上止点运动到下止点。
在向上运动期间，排出口28和进入口50重合。重合发生在小于允许连杆22可枢转地连接到活塞10的预定角度范围的(例如，小于10°、15°或20°的)角度范围内。在向上运动期间，来自流体通道12的流体从排出口28经由间隙和进入口50被压入到连接通道48中。在这种情况下，例如，由于连杆22的大的加速度而能够实现高达6bar的流体压力。流体能够流动至连杆大头轴承46并且润滑连杆大头轴承46。最后，流体能够例如通过连杆大头36中的径向孔(未示出)流出到储油槽中。
在向下运动期间，进入口50被活塞头30覆盖。覆盖发生在小于允许连杆22可枢转地连接到活塞10的预定角度范围的(例如小于15°、20°或25°的)角度范围内。在向下运动期间，通过覆盖进入口50可降低连接通道48中的流体的空化倾向(Kavitationsneigung)。否则，在下一次向上运动时，空化能够明显妨碍流经连接通道48的流量。
本文公开的用于润滑连杆大头轴承46的装置基于具有创新的润滑方法。这种用于润滑的方法包括借助流体喷嘴14将诸如油等流体供应(特别地，喷射)到活塞10的流体通道12中。另外，该方法还包括经由活塞10的排出通道26和连杆22的连接通道48将流体从流体通道12供应至连杆大头轴承46。应当注意，特别地，排出通道26和连接通道48的其它构造也可以用于执行该方法。
本发明不限于前述优选的实施例。相反，同样使用了本发明的构思并且因此落入保护范围的各种变型和修改是可行的。特别地，本发明还以与所引用的权利要求无关的方式要求保护从属权利要求的主题和特征。特别地，独立权利要求1的特征彼此独立地公开。另外，从属权利要求的特征以与独立权利要求1的所有特征无关并且例如与独立权利要求1的活塞和/或连杆的存在和/或构造方面的特征无关的方式公开。
附图标记列表
10活塞 12流体通道
14流体喷嘴 16曲柄箱
18进入口 20进入通道
22连杆 24曲轴
26排出通道 28排出口
30活塞头 32连杆小头
34连杆轴 36连杆大头
38小连杆孔 40活塞销
42连杆小头轴承 44大连杆孔
46连杆大头轴承 48连接通道
50进入口 52排出口
54外圆周表面 56内圆周表面
58进入区域 60倾斜孔
62纵向孔

Claims (15)

1.一种用于润滑内燃机的曲轴(24)上的连杆大头轴承(46)的装置，其具有：
活塞(10)，其具有流体通道(12)和与所述流体通道(12)流体性连接的排出通道(26)，所述流体通道特别是内部的活塞冷却流体通道；
连杆(22)，其铰接地、特别可枢转地连接至所述活塞(10)，并具有大连杆孔(44)和连接通道(48)，
其中，
所述大连杆孔(44)被设计成用于容纳所述连杆大头轴承(46)，并且
所述连接通道(48)在所述排出通道(26)和所述大连杆孔(44)之间形成流体性连接，使得经由所述排出通道(26)和所述连接通道(48)将流体从所述流体通道(12)供应或者能够供应到所述大连杆孔(44)，所述流体特别是冷却润滑流体。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述排出通道(26)在所述活塞(10)的特别圆形的活塞头(30)中具有排出口(28)，并且/或者
所述连接通道(48)在所述连杆(22)的连杆小头(32)的特别圆形的外表面(54)中具有进入口(50)，所述外表面特别是外圆周表面。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，
所述连接通道(48)具有进入区域(58)，所述进入区域由所述连杆(22)的连杆小头(32)的外表面(54)中的阶梯形凹部形成，所述外表面特别是外圆周表面。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述连接通道(48)还具有：
倾斜孔(60)，其从所述凹部并且以与所述连杆(22)的小连杆孔(38)间隔开的方式穿过所述连杆小头(32)延伸到所述连杆(22)的连杆轴(34)；和
纵向孔(62)，其从所述大连杆孔(44)穿过所述连杆轴(34)延伸到所述倾斜孔(60)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，
所述连杆(22)的连杆小头(32)和所述活塞(10)的活塞头(30)彼此适配，使得所述活塞头(30)的与所述排出通道(26)的排出口(28)邻接的区域和所述连杆小头(32)的与所述连接通道(48)的进入口(50)邻接的区域之间的间距小于0.1cm，特别地小于0.01cm。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，
在所述活塞(10)和所述连杆(22)之间的枢转运动期间，所述活塞头(30)的所述区域和所述连杆小头(32)的所述区域相互扫掠。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，
所述活塞(10)的活塞头(30)在所述活塞(10)的从上止点向下止点的运动期间覆盖所述连接通道(48)的进入口(50)，以特别地降低所述连接通道(48)中的空化倾向，并且/或者
所述排出通道(26)的排出口(28)特别地仅在所述活塞(10)的从下止点向上止点的运动期间与所述连接通道(48)的进入口(50)重合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，
所述活塞(10)的活塞头(30)在比允许所述连杆(22)可枢转地连接到所述活塞(10)的预定角度范围小的角度范围内覆盖所述连接通道(48)的进入口(50)，并且/或者
所述排出通道(26)的排出口(28)在比允许所述连杆(22)可枢转地连接到所述活塞(10)的预定角度范围小的角度范围内与所述连接通道(48)的进入口(50)重合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，
所述排出通道(26)和所述连接通道(48)之间的流体性连接是间断性的流体性连接，并且/或者基本上仅存在于所述活塞(10)的从下止点向上止点的运动期间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，
所述连接通道(48)绕过所述连杆(22)的小连杆孔(38)并且/或者绕过用于将所述连杆(22)可枢转地连接到所述活塞(10)的活塞销(40)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，
所述连杆(22)的连杆小头(32)在所述连接通道(48)所延伸穿过的区域中具有增大的壁厚，并且/或者
所述活塞(10)在所述排出通道(26)所延伸穿过的区域中具有增大的壁厚。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其还具有：
流体喷嘴(14)，其定向到所述活塞(10)的与所述流体通道(12)流体性连接的进入通道(20)的进入口(18)。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，
所述流体喷嘴(14)以与所述活塞(10)和所述连杆(22)分离的方式设置，并且/或者
所述流体喷嘴(14)被容纳或固定在曲柄箱(16)中或所述曲柄箱上。
14.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的装置的机动车辆，所述机动车辆特别是商务用车。
15.一种用于润滑曲轴(24)上的连杆大头轴承(46)的方法，其包括：
经由连杆(22)的连接通道(48)将流体从活塞(10)的流体通道(12)供应到所述连杆大头轴承(46)，所述流体特别是冷却润滑流体，所述流体通道(12)特别是内部的冷却流体通道。
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