一种活塞冷却喷嘴、发动机和车辆的制作方法

1.本文涉及车辆技术，尤指一种活塞冷却喷嘴、发动机和车辆。


背景技术：

2.随着汽车行业法规越来越严格，致使发动机的热效率越来越高，压缩比也随之增大，如何解决发动机早燃及爆震，准确地降低活塞温度成为急需解决的问题之一。
3.传统的机械式活塞冷却喷嘴，为保证低速油压，其开启压力一般在200kpa左右。在开启起始阶段，油束不能及时喷射到活塞上，导致发动机在低速大负荷工况容易产生早燃及爆震倾向，因而无法满足低速工况下活塞的冷却需求。
4.电控活塞冷却喷嘴，虽然可以在低速大负荷工况下打开，但是需要配合变流量泵运行在高压模式下，以保证发动机有足够的机油压力，会浪费较多的机油，不利于发动机的燃油经济性。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种活塞冷却喷嘴，可以在低速工况下打开流通截面积较小的喷嘴，利用较小流量的机油来满足低速工况下活塞的冷却需求，从而既改善了发动机的早燃及爆震问题，也兼顾了发动机使用的机油压力，从而提高了发动机低速大负荷下的燃烧效率。
6.本技术实施例提供了一种活塞冷却喷嘴，包括：壳体，所述壳体内设有机油流道，所述机油流道具有进油口；多个喷嘴，与所述壳体相连，并与所述机油流道连通；和阀组件，与所述多个喷嘴配合，用于控制所述多个喷嘴的开闭；其中，至少部分所述喷嘴沿所述机油流道的延伸方向间隔设置，且随着所述喷嘴与所述进油口之间的距离的增大，所述喷嘴的流通截面积逐渐增大。
7.与相关技术相比，本技术实施例提供的活塞冷却喷嘴，包括壳体、多个喷嘴和阀组件。壳体内设有机油流道，机油流道的进油口可以与发动机的主油道连通，使得主油道内的机油可以进入机油流道，作为冷却液对活塞进行冷却。多个喷嘴用于将机油流道内的机油喷向活塞，实现对活塞的冷却功能。阀组件用于控制多个喷嘴的开闭，以满足发动机不同工况下的活塞冷却需求。
8.其中，至少部分喷嘴沿机油流道的延伸方向间隔设置，因而与进油口之间的距离不相等。随着喷嘴与进油口之间的距离的增大，喷嘴的流通截面积逐渐增大。换言之，与进油口之间的距离越近，喷嘴的流通截面积越小，喷射的机油流量越小；与进油口之间的距离越大，喷嘴的流通截面积越大，喷射的机油流量越大。这样，在发动机处于低速大负荷工况下，可以开启流通截面积较小的喷嘴，利用较小流量的机油来满足活塞的冷却需求，从而改善发动机的早燃及爆震问题。并且，因该工况下活塞冷却喷嘴的流量较小而不会影响发动机使用的机油压力，从而保证了发动机在低速大负荷下的燃烧效率；也不会消耗太多的机油量，因而有利于提高发动机的燃油经济性；且无需配合变流量泵使用，结构和控制更加简
单。而在高速工况下，则可以开启流通截面积较大的喷嘴或者开启多个喷嘴，利用较大流量的机油来满足高速工况下活塞的冷却需求。
9.在一种示例性的实施例中，所述阀组件包括：封挡件，安装在所述机油流道内，并能沿着所述机油流道运动，用于断开所述喷嘴与所述进油口的连通以关闭所述喷嘴或导通所述喷嘴与所述进油口以打开所述喷嘴；和弹性件，限位在所述冷却流道内，并与所述封挡件相抵靠，用于提供限制所述封挡件打开所述喷嘴的作用力。
10.在一种示例性的实施例中，所述机油流道包括第一段和连通所述第一段的第二段，所述第一段的横截面积小于所述第二段的横截面积，所述第一段远离所述第二段的一端形成所述进油口，所述第二段远离所述第一段的一端敞开设置并设有密封塞；所述多个喷嘴连通至所述第二段，所述弹性件和所述封挡件限位在所述第二段内。
11.在一种示例性的实施例中，所述阀组件包括多个电控阀，多个所述电控阀与多个所述喷嘴一一对应设置，用于分别控制对应的所述喷嘴的开闭。
12.在一种示例性的实施例中，至少部分所述喷嘴还沿所述壳体的周向错开设置。
13.在一种示例性的实施例中，多个所述喷嘴均设置成向发动机活塞的内部喷射机油；和/或，与所述进油口距离最近的所述喷嘴的开启压力小于发动机转速低于2000rpm时的油压。
14.在一种示例性的实施例中，所述壳体的外壁面设有限位台阶，所述活塞冷却喷嘴还包括安装法兰，所述安装法兰固定在所述壳体上，并与所述限位台阶相抵靠，所述安装法兰设有用于连接发动机缸体的连接部。
15.在一种示例性的实施例中，所述喷嘴的数量为两个，两个所述喷嘴分别为第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴的流通截面积小于所述第二喷嘴的流通截面积，所述第一喷嘴与所述进油口之间的距离小于所述第二喷嘴与所述进油口之间的距离，且所述第一喷嘴与所述第二喷嘴在所述壳体的周向上错开设置，并均用于向活塞的内部喷射机油。
16.本技术实施例还提供了一种发动机，包括：缸体；活塞，与所述缸体滑动连接；和如上述实施例中任一项所述的活塞冷却喷嘴，与所述缸体相连，用于向所述活塞喷射机油。
17.本技术实施例还提供了一种车辆，包括如上述实施例所述的发动机。
18.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
19.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
20.图1为本技术一个实施例提供的活塞冷却喷嘴的主视结构示意图；
21.图2为图1所示活塞冷却喷嘴的剖视图；
22.图3为本技术一个实施例提供的活塞冷却喷嘴的原理示意图。
23.其中，图1至图3中的附图标记如下：
24.1壳体，11机油流道，111第一段，1111进油口，112第二段，12限位台阶，2喷嘴，21第一喷嘴，22第二喷嘴，3阀组件，31封挡件，32弹性件，4密封塞，5安装法兰，51螺栓，6活塞。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
26.如图1和图2所示，本技术的一个实施例提供了一种活塞冷却喷嘴，包括：壳体1、多个喷嘴2和阀组件3。
27.具体地，壳体1内设有机油流道11，如图2所示，机油流道11具有进油口1111。多个喷嘴2与壳体1相连，并与机油流道11连通。阀组件3与多个喷嘴2配合，用于控制多个喷嘴2的开闭。
28.其中，至少部分喷嘴2沿机油流道11的延伸方向间隔设置，如图2所示，且随着喷嘴2与进油口1111之间的距离的增大，喷嘴2的流通截面积逐渐增大。
29.本技术实施例提供的活塞冷却喷嘴，包括壳体1、多个喷嘴2和阀组件3。壳体1内设有机油流道11，机油流道11的进油口1111可以与发动机的主油道连通，使得主油道内的机油可以进入机油流道11，作为机油对活塞6进行冷却。多个喷嘴2用于将机油流道11内的机油喷向活塞6，实现对活塞6的冷却功能。阀组件3用于控制多个喷嘴2的开闭，以满足发动机不同工况下的活塞冷却需求。
30.其中，至少部分喷嘴2沿机油流道11的延伸方向间隔设置，因而与进油口1111之间的距离不相等。随着喷嘴2与进油口1111之间的距离的增大，喷嘴2的流通截面积逐渐增大。换言之，与进油口1111之间的距离越近，喷嘴2的流通截面积越小，喷射的机油流量越小；与进油口1111之间的距离越大，喷嘴2的流通截面积越大，喷射的机油流量越大。
31.这样，在发动机处于低速大负荷工况下，可以开启流通截面积较小的喷嘴2，利用较小流量的机油来满足活塞6的冷却需求，从而改善发动机的早燃及爆震问题。并且，因该工况下活塞冷却喷嘴的流量较小而不会影响发动机使用的机油压力，从而保证了发动机在低速大负荷下的燃烧效率；也不会消耗太多的机油量，因而有利于提高发动机的燃油经济性；且无需配合变流量泵使用，结构和控制更加简单。而在高速工况下，则可以开启流通截面积较大的喷嘴2或者开启多个喷嘴2，利用较大流量的机油来满足高速工况下活塞6的冷却需求。
32.进一步，本方案中，流量小的喷嘴2(即流通截面积小的喷嘴2)的开启时机早于流量大的喷嘴2(即流通截面积大的喷嘴2)的开启时机，流量大的喷嘴2可以满足高转速工况下的活塞冷却需求，而流量小的喷嘴2主要是为了满足低转速(如发动机转速小于2000rpm)工况下活塞6的冷却需求。
33.而对于流量小的喷嘴2(记为副喷嘴)的开启时机晚于流量大的喷嘴2(记为主喷嘴)的开启时机、且主喷嘴喷向活塞6内部、副喷嘴喷向活塞6外部的对比方案，该对比方案中的副喷嘴相当于高速副喷嘴，主要是在主喷嘴打开的同时开启，以起到辅助冷却作用，解决高速大负荷工况下的活塞冷却需求，实质上是为了提高高速大负荷工况下的活塞6冷却效率，而主喷嘴单独开启时发动机的转速一般要大于2000rpm或更高，副喷嘴单独开启时发动机的转速更高。
34.因此，相较于对比方案，本技术实施例的方案中，流量小的喷嘴2，实质上为低速副喷嘴，主要是解决低速大负荷工况下的活塞冷却需求。因而对比方案中的高速副喷嘴与本技术实施例方案中的低速副喷嘴的出发点不同，解决的技术问题不同，达到的技术效果也
不同，对比方案的低速副喷嘴不能等同于本技术的高速副喷嘴。
35.可以理解的是，喷嘴2的流通截面积，指的是喷嘴2内的流通通道的横截面积。
36.示例地，喷嘴2呈圆管形，喷嘴2的流通截面积指的是喷嘴2的内部通道的横截面积。
37.在一种示例性的实施例中，阀组件3包括：封挡件31和弹性件32，如图2所示。其中，封挡件31安装在机油流道11内，并能沿着机油流道11运动，用于断开喷嘴2与进油口1111的连通以关闭喷嘴2或导通喷嘴2与进油口1111以打开喷嘴2。弹性件32限位在冷却流道内，并与封挡件31相抵靠，用于提供限制封挡件31打开喷嘴2的作用力。
38.阀组件3包括封挡件31和弹性件32。封挡件31可以在机油压力和弹性件32弹力的综合作用下在机油流道11内往复运动，实现对各喷嘴2的选择性开闭。
39.当发动机在怠速工况下，此时主油道压力较低，封挡件31在弹性件32的作用下处于距离进油口1111最近的位置，从而断开所有喷嘴2与进油口1111的连通，则所有的喷嘴2均处于关闭状态。
40.当发动机开始运转处于低转速时，主油道机油压力升高，克服弹性件32的部分弹力，推动封挡件31向远离进油口1111的方向运动较小幅度，使距离进油口1111较近的喷嘴2与进油口1111连通，则流通截面积较小的喷嘴2打开，而流通截面积较大的喷嘴2保持关闭状态。因此，机油可以经该流通截面积较小的喷嘴2喷向活塞6，从而满足低速大负荷工况下活塞6的冷却需求。
41.当发动机转速继续升高，主油道机油压力也继续上升，推动封挡件31向距离进油口1111更远的方向运动，使得距离进油口1111较远的喷嘴2也与进油口1111连通，则流通截面积较大的喷嘴2也处于打开状态。因此，机油可以经流通截面积较小的喷嘴2和流通截面积较大的喷嘴2一起喷向活塞6，从而满足高速大负荷工况下活塞6的冷却需求。
42.换言之，本方案中，随着发动机转速的升高，主油道机油压力逐渐升高，喷嘴2也按照流通截面积由小到达的顺序顺次打开。
43.示例地，封挡件31可以呈球状，可以为钢球，在机油流道11内运动时不易发生卡滞、卡死等情况。
44.示例地，弹性件32可以为弹簧。
45.进一步，如图2所示，机油流道11包括第一段111和连通第一段111的第二段112。第一段111的横截面积小于第二段112的横截面积。第一段111远离第二段112的一端形成进油口1111。第二段112远离第一段111的一端敞开设置并设有密封塞4。多个喷嘴2连通至第二段112，弹性件32和封挡件31限位在第二段112内。
46.本方案中，机油流道11的第一段111和第二段112形成了阶梯孔结构，一方面便于弹性件32和封挡件31由第二段112远离第一段111的一端装入第二段112内，也便于利用第一段111与第二段112之间的阶梯面对封挡件31进行限位，防止封挡件31由机油流道11的进油口1111脱出。
47.并且，第一段111的设置，使得各喷嘴2与进油口1111之间具有一定的距离，这有利于适当提高各喷嘴2的开启压力，避免距离进油口1111较近的喷嘴2的开启压力过低而影响发动机的燃油经济性。
48.其中，各喷嘴2的直径根据各喷嘴2的位置及设计的开启压力进行设计，以保证在
需求的转速压力下机油能够准确喷射到活塞6上，进而对活塞6进行冷却。
49.在另一种示例性的实施例(图中未示出)中，阀组件3包括多个电控阀，多个电控阀与多个喷嘴2一一对应设置，用于分别控制对应的喷嘴2的开闭。
50.阀组件3采用多个电控阀的形式，电控阀可以在发动机控制器的控制下在更精准的时机开启，以便于实现更加精确的转速负荷控制。
51.并且，相较于上述机械式阀组件，本方案中，流通截面积大的喷嘴2开启时，流通截面积小的喷嘴2不必一定开启，因而多个喷嘴2能够组合出更多的流量档位，以满足不同工况下的活塞冷却需求，有利于进一步提高发动机的燃油经济性。
52.示例地，当喷嘴2的数量为两个时，前述机械式阀组件的两个喷嘴2可以组合出两个流量档位：流量小的喷嘴2单独开启、两个喷嘴2同时开启。而对于本方案的电控式阀组件，两个喷嘴2则可以组合出三个流量档位：流量小的喷嘴2单独开启、流量大的喷嘴2单独开启、两个喷嘴2同时开启。
53.示例地，电控阀可以为电磁阀。
54.在一种示例性的实施例中，至少部分喷嘴2还沿壳体1的周向错开设置，如图1所示。
55.至少部分喷嘴2还沿壳体1的周向错开设置，便于合理利用壳体1周围的空间，并有利于对各喷嘴2的走向进行合理设置。
56.在一种示例性的实施例中，多个喷嘴2均设置成向发动机活塞6的内部喷射机油。
57.多个喷嘴2均设置成向发动机活塞6的内部喷射机油，相当于向发动机活塞6的同一位置(即发动机内部)喷射机油，使得各喷嘴2喷射的机油都在活塞6内部流动，对活塞6起到可靠的冷却作用。这样，低速大负荷工况下，小流量喷嘴2喷射的机油，是喷入活塞6内部对活塞6进行可靠冷却，而不是喷向活塞6外部辅助冷却，因而能够对活塞6起到可靠的冷却作用，进而满足低速大负荷工况下的活塞冷却需求。
58.在一种示例性的实施例中，与进油口1111距离最近的喷嘴2的开启压力小于发动机转速低于2000rpm时的油压。
59.与进油口1111距离最近的喷嘴2的开启压力小于发动机转速低于2000rpm时的油压时，与进油口1111距离最近的喷嘴2可以在发动机转速低于2000rpm(如200rpm、500rpm、1000rpm、1500rpm、1800rpm等)的工况下开启，对活塞6进行可靠冷却，防止发动机在低速大工况下发生早燃或爆震，解决目前发动机小型化、高热效率下出现的低速早燃和爆震问题。
60.在一种示例性的实施例中，壳体1的外壁面设有限位台阶12，如图1所示。活塞冷却喷嘴还包括安装法兰5，如图1和图2所示。安装法兰5固定在壳体1上，并与限位台阶12相抵靠。安装法兰5设有用于连接发动机缸体的连接部。
61.限位台阶12的设置，能够对安装法兰5的装配起到定位作用和限位作用。安装法兰5上的连接部可以为但不局限于连接孔、连接柱等结构，可以通过螺钉、螺栓51等紧固件与发动机的缸体实现紧固连接。
62.在一种示例性的实施例中，多个喷嘴2与壳体1为焊接成型的一体式结构，连接强度高，且密封性好。
63.在一种示例性的实施例中，喷嘴2的数量为两个，如图1所示。两个喷嘴2分别为第一喷嘴21和第二喷嘴22，如图2所示。第一喷嘴21的流通截面积小于第二喷嘴22的流通截面
积。第一喷嘴21与进油口1111之间的距离小于第二喷嘴22与进油口1111之间的距离，且第一喷嘴21与第二喷嘴22在壳体1的周向上错开设置，并均用于向活塞6的内部喷射机油，如图3所示。
64.本方案中，第一喷嘴21为高速主喷嘴，用于满足高速工况(如2000rpm或更高转速)下的活塞冷却需求。第二喷嘴22为低速副喷嘴，用于满足低速大负荷工况下的活塞冷却需求。
65.本技术实施例还提供了一种发动机，包括：缸体(图中未示出)、活塞6和如上述实施例中任一项的活塞冷却喷嘴。
66.其中，活塞6与缸体滑动连接。活塞冷却喷嘴与缸体相连，用于向活塞6喷射机油。
67.进一步，活塞6内设有冷却流道，活塞冷却喷嘴的多个喷嘴2均用于向冷却流道喷射机油。
68.本技术实施例提供的发动机，因包括上述实施例中任一项的活塞冷却喷嘴，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。
69.在一种示例性的实施例中，发动机为汽油发动机。
70.本技术实施例还提供了一种车辆(图中未示出)，包括如上述实施例的发动机。
71.本技术实施例提供的车辆，因包括上述实施例中任一项的发动机，因而具有上述一切有益效果，在此不再赘述。
72.下面结合附图介绍一个具体实施例。
73.如图1和图2所示，该具体实施例提供了一种活塞冷却喷嘴，包括：壳体1、两个喷嘴2、阀组件3、密封塞4和安装法兰5。
74.壳体1呈圆筒形。壳体1内设有机油流道11，如图2所示，机油流道11呈阶梯孔形式，包括第一段111和第二段112。第一段111的直径小于第二段112的直径。第一段111远离第二段112的一端为进油口1111。第二段112远离第一段111的一端被密封塞4封堵。
75.如图2和图3所示，两个喷嘴2分别为第一喷嘴21、第二喷嘴22。第一喷嘴21的直径小于第二喷嘴22的直径，以使第一喷嘴21的流通截面积小于第二喷嘴22的流通截面积。第一喷嘴21与进油口1111之间的距离小于第二喷嘴22与进油口1111之间的距离。第一喷嘴21和第二喷嘴22焊接在壳体1上，并连通至第二段112。第一喷嘴21和第二喷嘴22均用于向活塞6的内部喷射机油。
76.如图2所示，阀组件3包括封挡件31和弹性件32。封挡件31为钢球。弹性件32为弹簧。封挡件31和弹簧依次沿着第二段112远离第一段111的端口处装入第二段112内。
77.壳体1的外壁面也设计成阶梯形式，与内部的阶梯孔大致对应，使得壳体1的外壁面具有限位台阶12。安装法兰5固定在壳体1上，并与限位台阶12支撑。安装法兰5上设有连接孔，螺栓51穿过连接孔与发动机的缸体紧固连接。
78.该活塞冷却喷嘴的工作原理如下：
79.当发动机在怠速工况下，主油道压力较低，弹簧顶住钢球，各喷嘴2处于关闭状态。
80.当发动机开始运转在低转速时，机油压力升高推动钢球向上运动，第一喷嘴21打开，第二喷嘴22关闭，第一喷嘴21对活塞6进行冷却，以满足低速大负荷工况下的活塞冷却需求。
81.当发动机的转速继续升高，机油压力继续升高，推动钢球继续上升，第一喷嘴21和
第二喷嘴22均打开，对活塞6进行充分冷却，满足高速大负荷工况下的活塞冷却需求。
82.其中，第一喷嘴21、第二喷嘴22可根据需求开启压力及喷射目标位置进行管径和走向的设计，以保证在需求的转速压力下机油能够准确喷射到活塞6上，对其进行冷却。
83.图1和图2中的上下方向，只是示意活塞冷却喷嘴采用该种姿态时的上下方向，与活塞冷却喷嘴装在发动机上的实际上下方向没有必然的对应关系。
84.综上所述，本技术实施例提供的活塞冷却喷嘴、发动机和车辆，使用两个或更多个不同流通截面积的喷嘴，可以在不同发动机工况下对活塞进行冷却，优化标定数据，改善发动机燃烧，提升发动机效率。
85.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
86.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
87.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
88.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
89.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
90.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。