具有偏置到反推力侧的分布的油通道排放出口的活塞的制作方法

1.本发明总体上涉及一种内燃发动机中的活塞，并且更具体地涉及一种活塞中的油通道排放出口的布置。


背景技术：

2.在内燃发动机领域中，已知许多不同的操作策略和部件设计。数十年来，关于诸如燃料供给、废气再循环或egr、涡轮增压、可变气门致动、可变几何涡轮、废气门的使用以及许多其它因素可以改变以产生不同结果的方式，研究和开发已经取得进展。除了改变这些和其它操作和设计参数之外，大量的研究和性能测试集中在发动机部件(尤其是活塞)可以成形和成比例以实现各种期望结果(特别是关于排放和效率)的不同方式。
3.某些性能目标，诸如功率密度、接受负载变化的能力、冷却系统尺寸和功效，以及其它性能目标可以与例如减排和燃料效率的目标竞争。因此，发动机部件，并且尤其是活塞，通常在设计时考虑了过多的交叉耦合变量。对于发动机制造商来说，在一个区域接受性能损失以便在另一个区域获得性能改进并不罕见。此外，适当地应用于一个发动机平台的部件设计或操作参数的看似微小的变化通常具有当应用于另一个时难以预期的结果。
4.在典型苛刻的活塞操作环境下，具有持续推进动力的一个区域是活塞和相关部件的润滑和冷却。由于压力的快速变化、相对极端的温度和压力、以及腐蚀性和促进疲劳的环境，活塞，尤其是用在压缩点火柴油发动机中的活塞，通常通过将油专门喷射到活塞的下侧来润滑和冷却。在授予moloney等人的美国专利第6,494,170号中提出了一种示例活塞润滑策略。在moloney的专利中，两件式活塞中的裙板顶部附近的管道将润滑剂运送到裙板的每侧上的裙板销孔，并润滑销接头。喷射到冠部上的流体下降到裙板和一些通道上，从而提供销接头的直接、连续的润滑。尽管moloney等人可以在其预期环境中适当地工作，总是存在改进和替代策略的空间。


技术实现要素：

5.在一方面，一种用于内燃发动机的活塞包括限定活塞中心轴线并且具有形成燃烧碗的碗表面的活塞冠部、围绕燃烧碗周向延伸的活塞边缘、以及与碗表面相对的冠部通道表面。活塞还包括附接到活塞冠部并且具有带裙板底表面的裙板冠部底壁的活塞裙板，以及与裙板底表面相对并且面向冠部通道表面的裙板通道表面。活塞裙板进一步包括裙板轴向壁，其围绕活塞中心轴线周向延伸并且从裙板冠部底壁向下延伸，并且具有形成在其中的肘销孔，其限定垂直于活塞中心轴线定向的孔中心轴线。油通道部分地由冠部通道表面和裙板通道表面中的每一个形成，并且围绕活塞中心轴线周向延伸。通道入口形成在活塞裙板中并且通向油通道，多个通道排放出口形成在裙板冠部底壁中并且在裙板底表面中在通道入口径向向内的位置处开口。多个通道排放出口围绕活塞中心轴线周向地具有非轴对称布置和偏置到肘销孔一侧的分布。
6.在另一方面，一种用于内燃发动机的活塞和销接头组件包括销接头组件，其具有
带曲柄端和销端的连接杆，销端具有带有形成在其中的销孔和在销孔内的肘销的杆头部。该组件进一步包括限定活塞中心轴线并且包括第一肘销支柱和第二肘销支柱的活塞，其一起形成限定孔中心轴线并且接收肘销的肘销孔，使得连接杆被支撑用于在活塞的推力侧与反推力侧之间围绕孔中心轴线枢转。活塞进一步具有形成在其中的油通道、通道入口和多个通道排放出口，每个通道排放出口在油通道和面向销接头组件的活塞的暴露的底表面之间延伸。多个通道排放出口周向地围绕活塞中心轴线具有非轴对称布置和偏置到活塞的反推力侧的分布。
7.在又一方面，一种用于内燃发动机的活塞包括限定活塞中心轴线并且具有形成燃烧碗的碗表面的活塞冠部、围绕燃烧碗周向延伸的活塞边缘、以及与碗表面相对的冠部通道表面。活塞进一步包括附接到活塞冠部并且包括裙板底表面的活塞裙板，以及与裙板底表面相对并且面向冠部通道表面的裙板通道表面。油通道部分地由冠部通道表面和裙板通道表面中的每一个形成。活塞裙板进一步具有在其中形成限定孔中心轴线的肘销孔，孔中心轴线和活塞中心轴线位于将活塞分成推力侧和反推力侧的公共平面中。活塞裙板进一步具有在其中形成通向油通道的通道入口，以及多个来自油通道的通道排放出口，每个通道排放出口在裙板底表面中开口，以将油从油通道排向支撑在肘销孔中的肘销。通道入口位于活塞的推力侧，并且多个通道排放出口偏置到活塞的反推力侧的分布。
附图说明
8.图1是根据一个实施例的内燃发动机系统的截面侧视示意图；
9.图2是根据一个实施例的活塞的截面侧视示意图；
10.图3是图2的活塞的底端视图；
11.图4是根据一个实施例的活塞和销接头组件的截面侧视示意图；以及
12.图5是活塞和销接头组件的截面侧视示意图，示出了使用中的示例油流动。
具体实施方式
13.参见图1，示出了内燃发动机系统10，其包括发动机11，其具有气缸体12和附接到气缸体12上的发动机头部14。进气系统16用于将进气从进气入口18输送到进气歧管20，转而将进气输送到形成在气缸体12中的气缸24。涡轮增压器压缩机可以流体地定位在空气入口18与进气歧管20之间。尽管仅示出了单个气缸，但是气缸体12可以包括任何合适配置的任何数量的气缸，诸如直列式配置或v形配置。排气歧管22典型地通过后处理系统(未示出)将排气从气缸24输送到排气烟囱、排气管等。气缸衬套26位于气缸体12内并且与发动机头部14一起形成气缸24。内燃发动机系统10还包括燃料系统28，其包括燃料供应30(诸如传统的燃料箱)和燃料加压泵32，其经构造对燃料(诸如液体燃料)加压以便通过燃料喷射器34喷射到气缸24中。所示的进气门36位于发动机头部14内，并且控制进气从进气系统16输送到气缸24内。排气门38也位于发动机头部14中，并且控制气缸24和排气歧管22之间的流体连接。
14.内燃发动机系统10可以包括压缩点火发动机系统，其经构造利用液体燃料诸如液态柴油馏分燃料来操作。在其他情况下，例如，内燃发动机系统10可以是火花点火的或者可以对气体燃料和液体燃料的混合物进行操作。内燃发动机系统10还示出具有延伸到气缸24
中用于直接喷射的燃料喷射器34。可替代地，内燃发动机系统10可以是例如端口喷射式的。其它可能的变化可以包括用燃料喷射器34的所谓单元泵或流体连接到燃料喷射器34的所谓单元泵将液体燃料加压到喷射压力，或从流体连接到用于多个气缸的多个燃料喷射器的加压共轨提供燃料。活塞24是活塞和销接头组件110的一部分，其包括通过肘销122联接到活塞24的连接杆42，并且当活塞24以传统的四冲程循环模式在上止点位置和下止点位置之间移动时可操作以旋转曲轴44。还设置喷油器46以向活塞24的下侧喷射用于润滑和冷却的油，从而以本文进一步讨论的方式润滑和冷却活塞和销接头组件110。
15.现在还参见图2和3，活塞40包括限定活塞中心轴线50并且具有形成燃烧碗54的碗表面52的活塞冠部48、围绕燃烧碗54周向延伸的活塞边缘56、以及与碗表面52相对的冠部通道表面60。术语“相对”是指相应的表面在公共壁的相对侧上。在所示实施例中，以通常已知的方式容纳发动机气门36和38的气门套58形成在活塞边缘56中。在一些实施例中，燃烧碗54可以是凹入式燃烧碗，其具有在碗表面52和活塞边缘56之间过渡的燃烧碗边缘64，并且经构造用于促进喷射的液体燃料和燃烧气体的烟流的再入。中心锥体66由碗表面52形成，并且在燃烧碗54内是凸起的，并且通常以活塞中心轴线50为中心。
16.活塞40还包括附接到活塞冠部48并且包括具有裙板底表面74的裙板冠部底壁72的活塞裙板70，以及与裙板底表面74相对并且面向冠部通道表面60的裙板通道表面76。活塞裙板70进一步包括裙板轴向壁78，其围绕活塞中心轴线50周向延伸并且从裙板冠部底壁72向下延伸。活塞裙板70具有形成在其中的肘销孔84，其限定垂直于活塞中心轴线50定向的孔中心轴线86。活塞冠部48和活塞裙板70可以通过焊接(诸如通过摩擦焊接)连接，并且一起形成径向向内的周向焊接接头80和径向向外的周向焊接接头82。在图2中可以看到焊接接头80和82的焊接溢料(未标号)。活塞裙板70进一步包括第一肘销支柱88和第二肘销支柱90，它们一起形成肘销孔84的一部分。
17.油通道100部分地由冠部通道表面60和裙板通道表面76中的每一个形成，并且围绕活塞中心轴线50周向延伸。通道入口102形成在活塞裙板70中，并且当活塞40安装用于在气缸体12中使用时，通道入口102可以定位成接收来自喷油器46的进油流。从图3还可以看出，裙板轴向壁78包括位于肘销孔84一侧的壁部分94和位于肘销孔84相对侧的另一壁部分92。壁部分94可以在活塞40的推力侧96上，而壁部分92可以在活塞40的反推力侧98上。相对于活塞中心轴线50，至少在图3中可见的活塞40的轴向终端处，壁部分92具有相对较大的周向范围，而壁部分94具有相对较小的周向范围。推力侧96和反推力侧98的定义和重要性以及某些活塞特征与推力侧96和反推力侧98的关系将通过以下描述而进一步显而易见。
18.多个通道排放出口104形成在裙板冠部底壁72中，并且在通道入口102的径向向内且在肘销孔84的轴向向上的开口位置处的裙板底表面74中开口。从图3中可以看出，与通道入口102相比，通道排放出口104在径向上相对更靠近活塞中心轴线50。通道排放出口104可以具有围绕活塞中心轴线50周向的非轴对称布置和偏置到肘销孔84的一侧的分布。非轴对称意味着通道排放出口104的布置不是围绕活塞中心轴线50径向对称地布置。偏置到肘销孔的一侧的分布意味着通道排放出口104的大部分和可能全部在肘销孔84的一侧上，周向地围绕活塞中心轴线50。
19.在所示实施例中，活塞中心轴线50和孔中心轴线86位于将活塞40分成推力侧96和反推力侧98的公共平面中。同样在所示实施例中，通道出口104的分布被限制在活塞40的反
推力侧98，而通道入口102在活塞40的推力侧94。进一步可以注意到，通道出口104成角度地位于第一肘销支柱88和第二肘销支柱90之间，周向地围绕活塞中心轴线50。通道入口102可以形成油通道100的唯一油入口。通道排放出口104可以形成来自油通道100的唯一油出口。通道排放出口104的数量可以总共为两个。从图3中还可以看出，围绕活塞中心轴线50周向的角度130可以由活塞裙板70的暴露的底表面(裙板底表面74)中的通道出口104的开口位置限定。通道排放出口104的分布可以被限制在周向地围绕活塞中心轴线50的角度范围，即180
°
或更小。在改进中，该角度范围可以是45
°
或更小，这样使得角度130是45
°
或更小，并且如所示出的可能是近似地30
°
。在相关方面，通道入口102和通道排放出口104一起在周向地围绕活塞中心轴线50的角度范围，180
°
或更小。如上所述，通道入口102和通道排放出口104围绕活塞中心轴线50周向的相对布置可以提供期望的和优化的性能特性。
20.现在还参见图4，示出了组装在活塞和销接头组件110中的活塞40。活塞和销接头组件110包括与销接头组件112联接的活塞40，销接头组件112包括连接杆42和肘销122。活塞和销接头组件110也可以与气缸管线一起包装在所谓的气缸组中。连接杆42包括曲柄端114和具有杆头部118的销端116，杆头部118中形成有销孔120。肘销122位于销孔120内并且被支撑以在活塞40的第一肘销支柱88和第二肘销支柱90中旋转。肘销122定位在肘销孔84中，使得连接杆42被支撑以在活塞40的推力侧96和反推力侧98之间围绕孔中心轴线86枢转。通道排放出口104示出为延伸穿过裙板冠部底壁72，其中一个在图4的截面平面内，一个在其后。每个通道排放出口104限定排放出口轴线140，其相对于活塞中心轴线50从油通道100径向向内和轴向向下延伸到活塞裙板70的暴露的底表面中的相应开口位置，如图所示的裙板底表面74。当连接杆42在推力侧96和反推力侧98之间枢转时，来自油通道100的油将通过油通道排放出口104和接触杆头部118排放。杆头部118可以具有形成于其中的一个或多个孔，以将排放的油流直接传送到杆头部118和肘销122的对接表面。在一些实施例中，排放的油可以直接冲击在肘销122上。
21.工业实用性
22.总体上参见附图，但现在也参见图5，其中示出了活塞和销接头组件110，其中连接杆42朝向反推力侧98枢转。本领域技术人员将理解在操作期间在发动机服务环境中活塞和联接到活塞的硬件所经历的动态条件。已经观察到，根据公知的现象，响应于在动力冲程期间施加的侧力或推力，在活塞中的某些磨损或相关现象可能最为严重。在大多数活塞中，推力侧和反推力侧被任意地定义为活塞是轴对称的。如本文所述，根据本发明的活塞是非轴对称的，因此推力侧和反推力侧是不同的。如图5所示，活塞和销接头组件110示出为在膨胀冲程期间可能出现并受到侧力或推力，其中连接杆42朝向反推力侧枢转并暴露于通过通道排放出口104排放的级联油150。通过将通道排放出口104偏置到反推力侧98的分布，并且在一些实施例中限制该分布，可以在预期具有最大益处的地方提供用于润滑的排放油。换言之，如本文所述的通道排放出口104的布置使得润滑油能够基于在发动机循环中的某些时间在这些表面之间的相互作用而提供到最易于需要润滑的表面。
23.本说明书仅用于说明目的，并且不应解释为以任何方式缩小本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的完整和公平的范围和精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。通过阅读附图和所附权利要求书，其它方面、特征和优点将变得显而易见。如本文所用，冠词“一(a)”和“一个(an)”旨在包括一个或多个项目，并且可
以与“一个或多个”互换使用。在仅打算一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，如本文使用的，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。