CN1487177A - 一种多股射流发动机冷却喷管和配置有这种喷管的发动机 - Google Patents

Abstract

一种根据本发明的喷管包括一个具有一个插入部分(3)的喷管主体(2)，其中，所述插入部分适用于轴向嵌入发动机里的一个孔中并且接收经过所述孔到达的冷却液。一个出口结构(5)包括两个出口管(6，7)，每个出口管(6，7)都适当地弯曲以产生两股冷却液射流并使它们射向各自不同的一发动机活塞上的冷却区域。

Description

一种多股射流发动机冷却喷管和配置有这种喷管的发动机

技术领域

本发明涉及用于冷却内燃机的活塞的喷管和配置有这种喷管的发动机，其中，所述喷管用于将例如油的冷却液喷到活塞的一合适的区域上。

通常使用的活塞冷却喷管是分开的组件，它固定在发动机身上并和一个冷却液供给孔连通。准确确定所述喷管的位置以产生一股喷向活塞底部的一准确区域或一个活塞孔道入口的冷却液射流。

在当前所发展的内燃机里，通过将一个冷却喷管连接到发动机上来冷却发动机的每个活塞，其中，所述冷却喷管向一个活塞底部区域喷射一股或多股冷却液射流。例如，文献FR 2745329，US 4206726，EP 0423830和JP 07317519所描述的向活塞底部喷射一股冷却液射流(的喷管)。文献DE 19634742和US 5649505所描述的向一个活塞底部区域喷射多股平行的冷却液射流(的喷管)。所述喷管或从外侧或从内侧固定在发动机的气缸里。因此文献US 5649505和EP 0423830描述了从外侧插入发动机的冷却喷管结构。由于所述喷管出口部分较短，这些喷管是不精确的，它们插入其中的通道的尺寸限制了它们的长度。

所述文献US 4206726描述了一种其固定在一通道里时需要同时和发动机气缸内部和外部相通的喷管。

FR 2745329和JP 07317519描述了一种包括一个具有一插入部分的喷管主体的喷管，所述插入部分适用于轴向嵌入发动机身的一个孔中并且接收经过所述孔到达的冷却液。所述喷管的出口结构包括一个喷管主体里的径向液体通道和一个适用于使一股出口液体射流射向待冷却的活塞底部区域的出口通道。

可以选择喷向活塞底部的冷却液射流的流量以获得良好的冷却。然而，现代内燃机的性能不断提高，并因而存在进一步提高冷却气体燃烧区域附近的活塞部分的能力的要求。明显的是，现在使用的喷管限制了冷却活塞的能力。

发动机热力学的发展导致活塞温度升高，这使更高性能的喷管成为必要。已经进行了通过在活塞里设置与燃烧区域尽可能近的内孔道以提供冷却来提高冷却(能力)的尝试，其中，所述燃烧区域是发动机中温度最高的区域。例如，文献FR 2745329和US 4206726中所描述的有内孔道的活塞。一个孔道通常是活塞里的一个环形空腔并且经过至少一个入口与活塞下方的下部区域连通。所述喷管将冷却液喷进该入口。因而活塞仍然较厚以经受机械应力，以及所述孔道将冷却液输送到离燃烧室最近的区域。

所述喷管必须产生一股非常准确的射流，因为所述孔道通常离该固定到发动机身上的喷管有一大约150毫米的距离，并且所述孔道入口的直径只有5或6毫米。尽可能多的冷却液必须进入这个小孔。而且，所述喷管必须有一个容易制造的结构以使其具有一个与汽车产业的批量生产相适应的低成本。

在先技术的喷管结构是不令人满意的。例如，文献JP 07317519中所描述的复杂和昂贵的具有两个平行通道和一个连接环的铸造单件结构。文献FR 2745329中所描述的一个必须被机械加工的包括一个成一体的通道和一个连接环的相似的铸件。

发明内容

本发明谈到的问题是设计一种新的冷却喷管结构，它可以在一个给定的冷却液流量下进一步提高冷却活塞的能力，同时该结构保持与发动机里用于放置这种冷却喷管的非常小的空间相适应。

本发明的另一个目的是提供一种上述喷管，它的结构特别简单，以至于进行大批量生产是简单和经济的。

本发明源于以下的观察：勿庸置疑，将尽可能多的油放置在一活塞的孔道入口对冷却效果是非常好的，但是仍然存在有活塞主体里的油分布不均匀的问题。

为了实现上述和其它目的，本发明建议一种用于冷却内燃机的一个活塞的冷却喷管，所述喷管包括一个具有一插入部分的喷管主体，所述插入部分适于沿一轴向插入方向轴向嵌入发动机的一个的孔中并且接收经过所述孔到达的冷却液；所述喷管包括一个出口结构，该出口结构有至少一个喷管主体里的径向液体通道和使至少两个单独的冷却液射流喷向待冷却活塞的至少一个第一出口通道和一个第二出口通道；所述第一出口通道包括一个第一出口管而所述第二出口通道包括一个第二出口管，其中，所述第一出口管连接到喷管主体上并包括一个通常与轴向插入方向垂直并通过一个弯管与一个在一个第一孔处终止的第一轴向喷射部分连接的第一径向连接部分，所述第二出口管包括一个偏离所述第一径向连接部分一定角度并通过一个弯管与一个在一个第二孔处终止的第二轴向喷射部分连接的第二径向连接部分。

上述喷管产生的两股冷却液射流基本上是彼此平行的并且由于径向连接部分偏置一定角度而彼此之间有一段距离。

在一个第一实施例中，所述出口管通过分开的径向通道连接到喷管主体上，其中，所述出口管的近端压紧配合(force fitted)和钎焊到该径向通道内。

例如，两个出口管通过两个分开的径向通道和两个基本上彼此垂直并垂直于轴向插入方向的径向连接部分连接到喷管主体上，其中，所述第一出口管有一个连接部分，所述连接部分沿通常相对于第二出口管的径向连接部分平行或会聚的方向延伸并且成角度地首先通过一弯管与第一径向连接部分连接然后通过一个第二弯管与一个第一轴向喷射部分连接，这样，冷却液以彼此之间一个较大的距离喷向同一活塞的两个区域并远离在发动机气缸里运动的所有组件。

在一个第二实施例中，所述喷管包括一个仅由一个径向通道连接到喷射主体上的第一出口管，第一出口管包括第一孔并且有一个引入一个直径较小的端部分的直径较大的中间部分，一个包括第二孔的第二出口管连接在所述中间部分上。

例如，第一出口管可能有一个上游部分和一个下游部分，它们由一个其直径比它们(的直径)大的中间套彼此连接，所述上游部分的各端分别嵌入喷射主体里的径向通道和所述套的一个第一端，所述下游部分嵌入所述套的第二端，并且所述套有一个第二出口管的上游端嵌入其中的侧向孔。

根据本发明的另一方面，在一个出口管的下游端安装一个包括两个出口孔的出口末端件，所述末端件有一个压紧配合在出口管的下游端上并与两个朝各自的活塞冷却区域定向的分开的出口孔连通的轴向入口孔。

在另一方面，本发明提供了一种包括至少一个上文说明的具有两个出口管的喷管的内燃机，使所述喷管适配设计和定位于产生至少两股冷却液射流并使其喷向两个在活塞主体里成空腔的孔道的各自入口。

在一个上述类型的发动机里，冷却喷管的至少一个出口管可以有利地弯曲以绕过活塞周边的一部分，因而可以使每股射流喷向活塞下方的有关区域而不会被连杆的(运动)路线截断。所述两个出口管可以有利地使冷却液射流喷向位于活塞中心平面的相对侧的两个区域。这使冷却液更均匀地分布在活塞的头表面以提高冷却(能力)。

附图的简要说明

将参考附图根据以下对本发明的特别实施例的描述表现本发明的其它目的、特点和优点。

-图1是一个概略地表示一活塞结构和一个根据本发明的相关喷管的透视图；

-图2是图1中所示的连接有喷管的活塞的另一个透视图；

-图3是一个根据本发明的一种喷管的一有利的实施例的透视图；

-图4是一个根据本发明的一种喷管的另一实施例的透视图；

-图5是一个图4中所示的喷管的出口结构的第一变型的沿纵向截面的局部视图；

-图6和图7分别是一个局部横截面视图和一个图4中所示的喷管的出口结构的第二变型的俯视图；

-图8表示一个具有一个喷管的发动机，所述喷管产生一个喷向一个活塞孔道的第一射流和一个喷向一个待润滑区域的第二射流；

-图9是一个根据本发明的一种喷管的另一实施例的透视图；

-图10是图9中所示的一喷管末端件沿纵向截面的前视图；

-图11和图12从上方和左侧表示图9的喷管末端件；

-图13和图14是图9的喷管沿纵向截面的侧视和前视图；

-图15是一个图4至图7中所示的一个面向一活塞安装的喷管的侧视图；

-图16是一个图1至图3中所示的喷管的截面的侧视图。

优选实施例的具体描述

在图中所示的实施例中，一种根据本发明的适用于冷却一个内燃机活塞8的冷却喷管1包括一个具有一个插入部分3的喷管主体2，所述插入部分适用于沿一轴向插入方向I-I轴向嵌入发动机里的一个孔中并且接收经过所述孔到达的冷却液，如箭头4所示。所述冷却喷管1还包括一个与所述插入部分3连通的突出的出口结构5，该出口结构5包括一个从插入部分3引出的轴向液体通道和至少一个在所述喷管主体2里的径向液体通道5a(和在可适用情况下还包括5b)。

在图1至图8的实施例中，所述冷却喷管1包括至少两个出口管6和7。所述出口管6和7每个都适当地弯曲以为各自的出口孔16和17定位和定向以使其产生各自分开的冷却液射流6a和7a-在图1，图2和图8中可见，和使两股射流喷向各自分开的发动机活塞8的冷却区域6b和7b。每个出口管6和7都是一个单独的组件，它们通过将一个拉制金属管切割成多段并使其成形而制成并通过压紧配合(force fitting)和钎焊连接。这避免了必须铸造和机械加工复杂的单件组件。而且，这有以下优点，即拉制的金属管有非常光滑和规则的内表面，以促使(形成)层流液流。

在图3和图4中所示的两个实施例中，第一出口管6包括一个第一径向连接部分6c，其中，所述径向连接部分通常垂直于所述轴向方向I-I并且经过一个弯管6d连接到一个有一个在一通常相对于活塞8的轴向方向射出冷却液射流6a的第一孔16的第一轴向喷射部分6e上，其中，所述喷管沿所述轴向方向I-I插入发动机身。第二出口管7包括一个第二径向连接部分7c，所述第二径向连接部分基本上垂直于第一径向连接部分6c或与其成一大的角度并经过一个弯管7d连接到一个有一个第二孔17的第二轴向喷射部分7e上，因而使一冷却液射流7a沿一通常的轴向方向喷射，即沿一平行于活塞8沿其在发动机气缸内运动的轴线的方向，所述两股冷却液射流6a，7a彼此之间有较大的距离。

在图1至图3中所示的实施例中，两个出口管6和7经过出口结构5的各自分开的径向通道5a和5b和两个径向连接部分6c和7c连接到所述喷管主体上。所述径向连接部分6c和7c基本上彼此垂直并且都垂直于轴向插入方向I-I。而且，所述第一出口管6包括一个连接部分6f，所述连接部分沿通常平行于第二出口管7的第二径向连接部分7c或与其会聚的方向延伸并以一角度通过一弯管6d与所述第一径向连接部分6c连接和通过一个第二弯管6g与一个第一轴向喷射部分6e连接，如图3中清楚所示。这种形状的喷管适用于使两股冷却液射流喷向位于活塞的中心平面的相对侧的同一活塞的两个区域。

因此，图1和图2示出了在一发动机里的面向活塞8的所述冷却喷管1的第一实施例，所述活塞由在活塞8的中心平面M-M内的关于一摆动轴线II-II摆动的连杆9驱动。所述中心平面M-M包含活塞8平移运动的轴线A-A并且垂直于所述连杆9的摆动轴线II-II。所述第二径向连接部分7c沿所述活塞的轴线A-A方向径向进入活塞8的下方。所述第一径向连接部分6c绕过活塞8的周边的一部分，之后所述连接部分6f才沿所述活塞的轴线A-A方向径向进入活塞8的下方。如果有必要，活塞裙包括分别用于7c和6f部分的缺口8c和8d。

由冷却喷管1产生的所述两股冷却液射流6a和7a分别射向各自位于活塞8的中心平面M-M的相对侧的冷却区域6b和7b。在这种情况下，所述两冷却区域6b和7b是设置在活塞8的主体里的一个或多个孔道的两个入口孔，并且冷却液因此进入活塞的一个或多个孔道以传送到离活塞顶端8e的推力面(图15)尽可能近的位置，燃烧气体的热能在所述推力面上冲击。

由于冷却油供给通道的整体尺寸，通常将发动机里的冷却喷管设置在一个包含发动机进气系统的第一半空间P里。然而，发动机和因而活塞8的最高温度部分位于一个包含发动机的排气系统的第二半空间S里。设置一个在中心平面M-M的相对侧产生两股冷却液射流6a和7a的冷却喷管1意味着可以向两个孔道入口供给，所述两个入口经过一个圆形环孔道或两个其所对(圆心)角小于180°的各自的扇形环孔道与在半空间S里的各自的活塞区域8a和8b连通。这平衡了最高温度区域8a和8b的冷却(效果)。

在图4和图5所示的第二实施例中，出口结构包括一个经过一个径向通道5a连接到喷管主体上的第一出口管6。所述第一出口管6包括第一孔16并有一个第二出口管7连接在其上的较大直径的中间部分6h，所述第二出口管包括第二孔17。

在图5中更详细示出的实施例中，第一出口管6有一个上游部分6c1，一个下游部分6c2，一个弯管6d，一个轴向喷射部分6e，和一个形成一其直径大于上游部分6c1和下游部分6c2的中间部分6h的中间套6c3。所述上游部分6c1的各端嵌入喷管主体的径向通道5a里和套6c3的一个第一端里。所述下游部分6c2嵌入套6c3的第二端里。所述套6c3有一个第二出口管7的上游端嵌入其中的侧向孔6j。

在图6和图7所示的一个变型中，所述上游部分6c1和所述套6c3是一体的。

在这两种情况下，两股冷却液射流6a和7a之间的距离较大，但是管朝外侧的偏移不足以将孔16和17设置在中心平面M-M的相对侧。因而将冷却喷管1和它的两个出口管6和7设置在中心平面M-M的同一侧。

根据本发明的喷管可以被设计成有多于两个的出口管并因而产生多于两股的冷却液射流。

在图1至图4和图6至图8中所示的实施例中，出口管6和7中的至少一个包括一个形成一个直径较小的端部分6i，7i的缩颈部分，它的技术效果是：

-保证管的内径的高精确度，并因而保证冷却液流量的良好的准确性；

-通过产生一个层流的和集中的射流以提高射流的质量；

-提高管出口处的射流的速度和准确性；

-便于确定作为有较高或较低的冷却优先性的不同活塞区域的函数的出口管6和7的相同或不同的流量。

为了使经过喷管的冷却液的整个流量中进入活塞8的一个或多个孔道的(冷却液的)百分比最大，可以有利地调整喷管的管以适配从而使冷却液射流平行于活塞8的轴线A-A。

然而，在一些发动机的构造里，喷管必须径向偏离活塞8的轴线A-A。使冷却射流6a和7a在一径向平面里以一个相对于活塞8的轴线A-A的几度的微小凹角倾斜可能是有利的。

图9至图14示出一种包括一个出口管的冷却喷管，所述出口管安装有一个用于将冷却液射流分成两股射流6a和7a的出口末端件。

该实施例还包括一个有一个带一个插入部分3的喷管主体2和一个具有一个径向通道5a的出口结构5的喷管1。

还有一个其第一端压紧配合在径向孔5a里且第二端压紧配合在一个出口末端件10里的弯曲的出口管6。

如图10所示，出口末端件10有一个适于压紧配合在出口管6的下游端并与两个朝各自的活塞冷却区域定向的发散的出口孔10b和10c连通的轴向入口孔10a。因此两个出口孔10b和10c分别限定了各自的冷却喷管出口孔16和17。

所述轴向入口孔10a可以有利地具有一个适于接纳所述出口管的圆柱形下游端的圆柱形状。

所述两个出口孔10b和10c可以有不同的直径；例如，出口孔16的直径可以比出口孔17的直径大。选择(不同的)直径以通过增加有较高冷却优先性的喷射区域的流量和减少有较低冷却优先性的喷射区域的流量来改善孔中流出量的分配。选择出口孔10b和10c的定向角度以适应各自的活塞冷却区域的位置。所述出口孔10b和10c在它们的上游端靠得更近以直接与出口管6的内部连通。

如图9，图11和图12所示，出口末端件10在它的外周表面有至少一个平面11或12以确定和固定出口末端件10绕所述出口管6的角位置，同时允许在将末端件10安装在出口管6上时旋转定向两个出口孔16和17。

所述出口末端件10可以独立地采用而与出口管6和7的其它数量和形状特征无关。

在上文描述的所有实施例中，压紧配合和钎焊出口管6和7的近端。因此图16在截面图中示出出口管7压紧配合到径向通道5b中，所述径向通道在图3中所示的喷管的喷管主体2中。图5在截面图中示出两个管6和7的压紧配合。图14进一步示出出口管6在喷管主体2中的压紧配合。

因此本发明提供了一种包括至少一个具有两个上文说明的出口管6和7的冷却喷管1的内燃机，所述冷却喷管1被适配设计和定位成产生至少两股冷却液射流6a和7a并使其喷向两个在一活塞8的主体里成空腔的孔道的各自入口6b和7b，如图1和图2所示。

在一个上述类型的发动机里，可以使所述出口管6和7弯曲以绕过所述活塞8的周边的一部分并且在操作期间位于活塞8和连杆9的(运动)轨迹之外，因而使冷却液射流6a和7a轴向喷向位于活塞中心平面M-M的相对侧的两个活塞区域6b和7b。图2示出所述第二出口管7朝活塞的中心径向延伸，而第一出口管6首先沿活塞的外周延伸(6c部分)然后朝活塞的中心径向延伸(6f部分)。

可替代地，一种图4至图7中所示的喷管可以朝位于中心平面M-M的同一侧的两个区域6b和7b或朝位于M-M的相对侧的两个区域6b和7b喷射两股冷却液射流。在后一种情况下，由于连杆9在其循环运动的部分期间暂时截断射流7a而降低了冷却效果。

本发明不限于已清楚描述的实施例并且包含它在以下权利要求范围内的变型和一般化。

Claims (14)

1.一种用于冷却一个内燃机的活塞(8)的冷却喷管(1)，所述喷管包括一个具有一个插入部分(3)的喷管主体(2)和一个出口结构(5)，其中，所述插入部分适用于沿一轴向插入方向(I-I)轴向嵌入发动机里的一个孔中并且接收经过所述孔到达的冷却液，所述出口结构有至少一个在喷管主体的径向液体通道(5a)和至少一个适于使至少两股分开的冷却液射流(6a，7a)射向待冷却活塞(8)的第一出口通道和第二出口通道，

所述喷管的特征在于，所述第一出口通道包括一个第一出口管(6)而所述第二出口通道包括一个第二出口管(7)，其中，所述第一出口管连接到喷管主体(2)上并包括一个通常与轴向插入方向(I-I)垂直并通过一个弯管(6d)与一个在一个第一孔(16)处终止的第一轴向喷射部分(6e)连接的第一径向连接部分(6c)，所述第二出口管包括一个偏离所述第一径向连接部分(6c)一定角度并通过一个弯管(7d)与一个在一个第二孔(17)处终止的第二轴向喷射部分(7e)连接的第二径向连接部分(7c)。

2.一种根据权利要求1所述的冷却喷管，其特征在于，所述出口管(6，7)通过分开的径向通道(5a，5b)连接到所述喷管主体(2)上，其中，所述出口管(6，7)的近端压紧配合和钎焊到所述径向通道(5a，5b)内。

3.一种根据权利要求2所述的冷却喷管，其特征在于，两个出口管(6，7)通过两个分开的径向通道(5a，5b)和两个基本上彼此垂直并垂直于轴向插入方向(I-I)的径向连接部分(6c，7c)连接到喷管主体上，其中，所述第一出口管(6)有一个连接部分(6f)，所述连接部分沿通常相对于第二出口管(7)的径向连接部分(7c)平行或会聚的方向延伸并且成角度地首先通过一弯管(6d)与第一径向连接部分(6c)连接然后通过一个第二弯管(6g)与一个第一轴向喷射部分(6e)连接，这样，冷却液以彼此之间一个较大的距离喷向同一活塞的两个区域并远离在发动机气缸里运动的所有组件。

4.一种根据权利要求1所述的冷却喷管，其特征在于，一个第一出口管(6)通过一个仅有的径向通道(5a)连接到所述喷射主体(2)上，所述第一出口管(6)包括第一孔(16)并有一个直径较大的中间部分(6h)，一个包括第二孔(17)的第二出口管(7)连接在所述中间部分上。

5.一种根据权利要求4所述的冷却喷管，其特征在于，所述第一出口管(6)有一个上游部分(6c1)，一个下游部分(6c2)，和一个比上游部分(6c1)和下游部分(6c2)的直径大的中间套(6c3)，所述上游部分(6c1)的各端分别嵌入喷射主体(2)里的径向通道(5a)和所述套(6c3)的一个第一端，所述下游部分(6c2)嵌入所述套(6c3)的第二端，并且所述套(6c3)包括一个第二出口管(7)的上游端嵌入其中的侧向孔(6j)。

6.一种根据权利要求1至5中的任一项所述的冷却喷管，其特征在于，出口管(6，7)中的至少一个包括一个形成一个较小直径的端部分(6i，7i)的缩颈部分。

7.一种根据权利要求1所述的冷却喷管，其特征在于，一个出口管(6)与一个包括所述两个出口孔(16，17)的出口末端件(10)连接，所述末端件(10)有一个压紧配合在所述出口管(6)的下游端上并与两个适于朝各自的活塞(8)冷却区域(6b，7b)定向的发散的出口孔(10b，10c)连通的轴向入口孔(10a)。

8.一种根据权利要求7所述的冷却喷管，其特征在于，所述出口末端件(10)在它的外周表面有至少一个平面(11，12)以确定和固定所述口末端件(10)绕所述出口管(6)的角位置。

9.一种内燃机，其特征在于，它包括至少一个根据权利要求1或7所述的具有两个出口管(6，7)的喷管(1)，所述冷却喷管(1)被适配设计成和定位成产生至少两股冷却液射流(6a，7a)并使所述两股射流喷向两个在一活塞(8)的主体里成空腔的孔道的各自入口(6b，7b)。

10.一种根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，所述出口管(6，7)中的一个弯曲以绕过所述活塞(8)的周边的一部分，因而可以使每股射流喷向活塞(8)下方的有关区域而不会被连杆(9)的运动路线截断，并且所述两个出口管(6，7)使冷却液射流(6a，7a)喷向位于活塞中心平面(M-M)的相对侧的两个区域(6b，7b)。

11.一种根据权利要求9或10所述的发动机，其特征在于，冷却液射流(6a，7a)平行于所述活塞(8)的轴线(A-A)。

12.一种根据权利要求9或10所述的发动机，其特征在于，冷却射流(6a，7a)在一径向平面内以一个相对于活塞(8)的轴线(A-A)的几度的微小凹角倾斜。

13.一种根据权利要求9或10所述的发动机，其特征在于，所述两个孔道入口(6b，7b)均与各自的一个所对圆心角小于180°的扇形环孔道连通。

14.一种根据权利要求9或10所述的发动机，其特征在于，所述两个孔道入口(6b，7b)与同一个圆形环孔道连通。

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