CN115726859A - 一种具备自适应止回功能的连杆集油孔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备自适应止回功能的连杆集油孔。使用本发明能够有效提高集油孔对润滑油的捕获能力和储存能力。本发明包括中空的外框架凸台、止回片和集油孔；其中，外框架凸台设置在集油孔的正上方，用于安装止回片并对其继续限位；止回片安装在外框架凸台上，并沿止回片安装轴自由转动；多枚止回片形成集油孔封闭。本发明利用物体惯性及运动特性，通过外框架凸台和止回片为连杆集油孔增加了开关功能，可以有效提高集油孔对润滑油的捕获能力和储存能力，解决现有摩擦副润滑油供给不足，润滑油外抛，无法压力供油，摩擦损失高，使用寿命较低，出现黏着、烧蚀、咬合等问题，以此来改善连杆小头‑活塞销摆动摩擦副的润滑特性。

Description

一种具备自适应止回功能的连杆集油孔

技术领域

本发明涉及发动机设计技术领域，具体涉及一种具备自适应止回功能的连杆集油孔。

背景技术

在车用动力发动机的动力系统中，发动机的连杆是用于传动和承载的重要零部件之一，其中，连杆大头通过曲柄销连接于曲轴，连杆小头通过活塞销连接于活塞，共同构成曲柄连杆机构，将活塞的循环往复运动转化为曲轴的旋转运动，完成发动机的动力传递过程。

在动力传递过程中，连杆小头与活塞销共同构成摆转摩擦副，通过该摩擦副，活塞销将气缸对活塞的推力传递到连杆小头上，并且摩擦副承受活塞的往复惯性力以及摩擦副摆动过程的摆动力矩，工作环境十分恶劣。由于该摩擦副位置的特殊性，连杆小头-活塞销摆转摩擦副通常无法通过发动机润滑油道直接供给润滑油，而是通过在连杆小头设计集油孔和储油槽，采用活塞冷却喷嘴喷出的润滑油或曲轴、连杆等结构撞击油底壳润滑油间接飞溅至集油孔中实现润滑供油，但这种供油方式与其他压力供油相比，很难使连杆小头-活塞销摆转摩擦副获得充足的润滑油供给。此外，由于活塞运动速度变化较快，部分时刻的加速度较大，进入集油孔或油槽的润滑油因无法及时跟上活塞的速度变化而被甩出集油孔，使得连杆小头-活塞销摆转摩擦副的润滑条件更加恶劣。虽然连杆小头-活塞销摆转摩擦副的使用寿命基本能够满足大部分发动机机型的需要，但是随着工程实践对发动机功率密度、轻量化、紧凑化等指标要求的不断提升，例如高功率密度柴油机等，这使得连杆小头-活塞销摆转摩擦副所受到的交变载荷远高于普通发动机的工作载荷，在现有的摩擦副润滑条件下，工作环境变得更加恶劣，使得连杆小头和活塞销之间出现严重的烧蚀、磨损、咬合等现象，大大降低了摩擦副的使用寿命和发动机的可靠性。

为了提高连杆小头-活塞销摆转摩擦副的使用寿命，现有主要采用改善润滑条件和材料特性两种方式。在改善润滑条件方面，主要存在三种方案，第一种方案是在连杆中心设置供油油路，将连杆大端的润滑油直接引入到连杆小端实现压力供油，但这种方法能够提供的供油压力有限，且由于连杆的中空设计，使得该结构无法承受较大载荷，大大限制了该设计在高功率密度机型中的使用；第二种方案是在连杆小头设置集油油孔，通过收集由活塞冷却喷嘴喷出的机油或主轴撞击油底壳飞溅的机油而实现连杆小头-活塞销摆转摩擦副的润滑油供给，但该方案由于缺乏供油压力和储油能力且对润滑油的收集效率较低，故只有极少数润滑油能够进入到摩擦副的接触面，不能实现有效润滑，对摩擦副的使用寿命提升不大；第三种方案是在连杆小头设置集油油孔的基础上，在连杆小头衬套上设置储油槽，这一定程度上提高了该摩擦副的储油能力，但由于油孔集油能力较差，因而该方案也无法为连杆小头-活塞销摆转摩擦副提供充足有效的润滑条件。在改善材料特性方面，由于无法形成有效的润滑油膜，连杆小头-活塞销摆转摩擦副不可避免的会出现干摩擦的现象，这是造成摩擦副出现磨损、烧蚀及黏着等问题的主要原因，为了降低这种现象带来的损害，现有技术主要从衬套和活塞销的弹性模量、表面粗糙度、摩擦系数等力学或摩擦学特性上进行改善，但由于对材料特性的改善一般不会对摩擦副干摩擦问题带来本质改变，因此，这种方案对摩擦副使用寿命的提高效果不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具备自适应止回功能的连杆集油孔，能够有效提高集油孔对润滑油的捕获能力和储存能力。

本发明的具备自适应止回功能的连杆集油孔，包括：中空的外框架凸台、止回片和集油孔；所述集油孔位于连杆小头；外框架凸台固定在连杆上，位于集油孔的正上方；止回片安装在外框架凸台上，并沿止回片安装轴自由转动；外框架凸台设有止回片限位装置；多枚止回片形成集油孔封闭。

较优的，所述止回片为三角形、扇形或其他形状。

较优的，所述外框架凸台顶端镂空。

较优的，所述外框架凸台顶端镂空的单元形状为三角形、扇形或其他形状。

较优的，所述外框架凸台顶端镂空的单元形状与止回片形状相匹配，且面积小于止回片。

较优的，所述止回片形成集油孔封闭状态下，止回片之间留有一定的间隙。

较优的，在集油孔的外围、沿飞溅润滑油来流方向还设有凸台；凸台与集油孔之间设有导油结构。

较优的，所述凸台飞溅润滑油来流方向迎面为凹面。

较优的，所述凸台为：在集油孔沿着油孔向外延伸形成。

较优的，所述凸台的飞溅润滑油拦截面为斜面，所述斜面即为所述导油结构。

有益效果：

本发明利用物体惯性及运动特性，通过外框架凸台和止回片为连杆集油孔增加了开关功能，可以有效提高集油孔对润滑油的捕获能力和储存能力，解决现有摩擦副润滑油供给不足，润滑油外抛，无法压力供油，摩擦损失高，使用寿命较低，出现黏着、烧蚀、咬合等问题，以此来改善连杆小头-活塞销摆动摩擦副的润滑特性。具备如下优势：

1.连杆集油孔具备了开关功能，通过增加外框架凸台和止回片，在止回片惯性的作用下，使得连杆的集油孔能够做出开关动作。

2.连杆集油孔的开关功能具有自适应特性，能够跟着发动机的转速做出相应的变化，适应不同工况条件。

3.能够提供压力供油条件，随着润滑油的积累，当集油孔和油槽中充满润滑油时，集油孔关闭后能够形成密闭的液体空间，在连杆小头-活塞销摆转摩擦副的压力作用下产生较大供油压力。

本发明充分考虑飞溅润滑油的流场特性，在自适应止回功能的基础上，还在集油孔外围增加了凸台，用于拦截飞溅润滑油，提高集油孔对润滑油的捕获能力和收集能力，能够在不影响连杆机械强度的基础上，有效增加进入连杆小头-活塞销摆动摩擦副的润滑油油量，进一步改善连杆小头-活塞销摆动摩擦副的润滑特性，还具有如下优势：

1.结构简单，便于加工，仅在现有基础上增加凸台结构。

2.可靠性高，凸台不包含任何活动部件，大幅降低部件疲劳失效的可能性。

3.集油效率高，凸台设计使得集油孔能够更有效的捕获和收集润滑油。

4.不破坏现有连杆结构强度，不会对现有连杆产生结构性影响。

附图说明

图1为本发明具有自适应止回功能的连杆集油孔的三维视图。

图2为本发明具有自适应止回功能的连杆集油孔半剖视图和局部放大图(油孔关闭时)。

图3为本发明具有自适应止回功能的连杆集油孔半剖视图和局部放大图(油孔打开时)。

图4为本发明具有自适应止回功能的连杆集油孔剖面内部视图。

图5为本发明具有自适应止回功能和飞溅润滑油拦截功能的连杆集油孔剖面内部视图。

其中，1-连杆主体；2-连杆小头；3-外框架凸台；4-止回片；5-储油槽；6-集油孔；7-止回片旋转轴；8-凸台。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种具备自适应止回功能的连杆集油孔，如图1～图3所示，主要结构由外框架凸台、止回片及集油孔三部分组成，外框架凸台固定安装于集油孔的上方，内部空心，主要用于安装止回片和限制止回片的旋转角度，防止运动过界并允许润滑油通过，其设计可以是顶端镂空结构，例如镂空的六个沿周向均匀分布的三角形，当然，也可以是直接限制止回片的旋转轴运动范围；止回片可旋转地安装在外框架凸台内部靠近顶端的位置，能够在外框架凸台的限制下在外壳架内部的顶端和底端之间自由摆动，这样设计既能够使得止回片在油孔关闭时更好地封闭油孔，也能够使得止回片在油孔打开时留有一定的进油空间。止回片的设计是一边带有旋转轴的薄片结构，其形状应与外框架凸台上端结构相配合，达到止回片在油孔关闭时能够有效封闭油孔的作用，例如一侧带有旋转轴的三角形结构或扇形结构。当然，也可以将止回片和镂空单元设计为其他的形状，只要止回片能够达到关闭集油孔的效果，镂空单元能够实现止回片限位效果即可。外框架凸台也可以采用其他手段限制止回片的转动位置，使得止回片达到关闭效果。

本发明中，止回片的运动特性同润滑油的运动特性类似，在未接触到外框架凸台时，由于缺乏固定及自身惯性的影响，当活塞运动到上止点附近时，止回片和润滑油向上运动的速度大于活塞向上运动的速度，止回片触碰外框架凸台顶端，达到封闭集油孔，阻止润滑油外流的效果，如图2所示；当活塞运动到下止点附近时，止回片和润滑油向下运动的速度大于活塞向下运动的速度，止回片触碰到外框架底端，重新打开进油入口，允许润滑油进入到集油孔中，如图3所示。

本发明止回片的运动特性是同活塞运动特性相关联的，因此，随着发动机转速的变化，加装止回片的集油孔的开关特性也会发生相应的变化，具有良好的自适应特性，可以有效避免润滑油回流外抛现象的发生。

为了保证止回片和外框架凸台在温升和压力变形等问题的影响下依旧保持良好的油孔封闭与打开效果，止回片的设计大小应大于外框架凸台的镂空结构大小，以确保油孔关闭时能够完全阻挡润滑油外流且不会被外框架卡住，同时，止回片的大小应确保在油孔关闭时止回片之间留有一定的间隙，以确保止回片之间不会发生运动干涉，流入止回片间隙的润滑油会由限制止回片运动的外框架凸台所挡住，确保油孔的封闭完整性。如图4所示。

本发明所描述的一种具备自适应止回功能的连杆集油孔具有如下特点：1.集油孔具备开关特性，可随着止回片的动作，有效减少润滑油外抛现象的发生，储油能力更强。2.具有自适应特性，随着发动机转速的变化，集油孔的开关特性也会相应改变。3.集油效率高，相比于普通连杆的集油孔，该开关设计使得集油孔能够更有效的捕获和储存润滑油。4.具备压力供油能力，随着润滑油的积累，当油槽和集油孔中充满润滑油时可形成完整的液体密闭空间，在连杆小头-活塞销摆转摩擦副的压力作用下产生较大供油压力。

以镂空有六个沿周向均匀分布的正三角形的外框架凸台及其配合止回片为例，如表1所示，未安装止回片时，双油孔连杆的近活塞冷却喷嘴油孔进油量为负值，远活塞冷却喷嘴油孔进油量为正值，总进油量为35.68mL/min，而安装止回片时，双油孔连杆的近活塞冷却喷嘴油孔进油量和远活塞冷却喷嘴油孔进油量均为正值，总进油量为93.81mL/min，接近未安装止回片时连杆油孔总进油量的3倍，同时，连杆的单个油孔的进油量不再出现负值，这说明该结构设计有效避免了润滑油回流外抛现象的发生，为连杆小头-活塞销摆转摩擦副的运行提供更加良好的润滑条件。

表1添加止回片前后连杆各油孔供油情况

此外，本发明在进行连杆小头润滑油飞溅过程的研究中还发现，在连杆工作过程中，由活塞冷却喷嘴喷出的润滑油大部分会直接喷入到活塞冷却油腔中，只有少部分会因为喷射角度和活塞运动的原因而喷射到活塞穹顶上。而喷射到活塞穹顶的这部分润滑油由于受到活塞穹顶的加热，粘度相对较低。同时，当活塞运动时，润滑油撞击在活塞穹顶一侧并向活塞穹顶中心的方向移动，润滑油的运动方向在活塞穹顶的阻挡下逐渐变得与活塞穹顶曲面相平行，随后向无活塞冷却喷嘴的一侧移动，最终沿着气缸壁落回到油底壳中。这种平行于活塞穹顶的运动速度也使得润滑油很难有效地落入到连杆的油孔中，故大部分润滑油会直接越过连杆集油孔的上方落回到油底壳中，集油孔无法有效收集由活塞冷却喷嘴飞溅到活塞穹顶的润滑油，这也是导致连杆小头-活塞销摆转摩擦副能够获得的润滑油油量少的原因之一。

由于活塞冷却喷嘴飞溅向连杆小头的润滑油几乎以平行于活塞穹顶曲面的速度紧贴活塞穹顶从靠近活塞冷却喷嘴的位置向远离活塞冷却喷嘴的位置运动，这导致仅有极少部分润滑油能够进入集油孔中，因此，为了使得飞溅润滑油能够得到有效拦截，本发明在集油孔的位置还设置一定高度的凸台，形成有效拦截面，如图5所示。凸台的形状和厚度不限，但由于拦截面在来流方向的投影才是有效拦截面积，因此凸台拦截面应该尽可能位于飞溅润滑油来流迎面，并尽可能增加有效拦截面积。为加工方便，并尽可能减少结构改变，可以直接将集油孔沿着油孔向外延伸，形成凸台，对飞溅的润滑油形成有效的拦截面，达到提高集油孔集油效率的效果。同时，凸台可设置为斜面，斜面直接可作为导流结构，避免额外导流部件的增加。

在设置集油孔凸台高度时，应保证凸台与活塞穹顶之间留有一定的空间，避免连杆与活塞因运动或温升而出现干涉问题；凸台结构应尽可能设计有一定的润滑油暂存空间，例如将飞溅润滑油来流方向迎面设计成凹面，这种凹面设计能够避免润滑油还未进入到集油孔时重新从凸台两侧流出拦截面。凸台结构的尺寸通常要大于或等于连杆集油孔的直径，并且应在二者之间留有一定的导油结构，例如坡度斜面，这种设计有助于润滑油更有效快速地流入集油孔和储油槽中，提高连杆集油孔的集油效率；凸台的有效拦截面积，即凸台在润滑油飞溅速度方向的投影面积，在不影响安装和结构强度以及不发生干涉的条件下尽可能得大，这种设计有利于凸台结构拦截更多的飞溅润滑油，提供更充分的润滑条件。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具备自适应止回功能的连杆集油孔，其特征在于，包括：中空的外框架凸台、止回片和集油孔；所述集油孔位于连杆小头；外框架凸台固定在连杆上，位于集油孔的正上方；止回片安装在外框架凸台上，并沿止回片安装轴自由转动；外框架凸台设有止回片限位装置；多枚止回片形成集油孔封闭。

2.如权利要求1所述的连杆集油孔，其特征在于，所述止回片为三角形、扇形或其他形状。

3.如权利要求1或2所述的连杆集油孔，其特征在于，所述外框架凸台顶端镂空。

4.如权利要求3所述的连杆集油孔，其特征在于，所述外框架凸台顶端镂空的单元形状为三角形、扇形或其他形状。

5.如权利要求4所述的连杆集油孔，其特征在于，所述外框架凸台顶端镂空的单元形状与止回片形状相匹配，且面积小于止回片。

6.如权利要求1所述的连杆集油孔，其特征在于，所述止回片形成集油孔封闭状态下，止回片之间留有一定的间隙。

7.如权利要求1所述的连杆集油孔，其特征在于，在集油孔的外围、沿飞溅润滑油来流方向还设有凸台；凸台与集油孔之间设有导油结构。

8.如权利要求7所述的连杆集油孔，其特征在于，所述凸台飞溅润滑油来流方向迎面为凹面。

9.如权利要求7或8所述的连杆集油孔，其特征在于，所述凸台为：在集油孔沿着油孔向外延伸形成。

10.如权利要求7所述的连杆集油孔，其特征在于，所述凸台的飞溅润滑油拦截面为斜面，所述斜面即为所述导油结构。

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