專利名稱：活塞冷卻噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻內(nèi)燃機(jī)活塞用的噴嘴，它將諸如油的冷卻液體噴射在活塞的背面上，即在燃燒室之外的活塞面上，或噴射于活塞通道中。
冷卻噴嘴通常包括一個(gè)閥門，用以阻塞冷卻流體的流動，直至冷卻回路中的壓力超過特定的閾值。
在通常應(yīng)用的噴嘴結(jié)構(gòu)中，閥是一種由壓縮彈簧對著閥座進(jìn)行彈簧加載的球，用以切斷冷卻流體的通道。這些結(jié)構(gòu)是簡短和緊湊的。
發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，具有迄今為止使用的閥的冷卻噴嘴在有限的時(shí)間間隔內(nèi)能正確運(yùn)行，并表明是令人滿意的，此后，磨損干擾閥座和閥的正確運(yùn)行。正確運(yùn)行的間隔隨著冷卻管內(nèi)冷卻流體的額定壓力的增加而減少。磨損主要改變閥的開啟特征，即開啟閥所需的液體壓力在新的時(shí)候，閥在正確的額定壓力下開啟；當(dāng)磨損時(shí)，閥在較低的壓力下開啟，它能低至正確的額定壓力的一半，因此在低于發(fā)動機(jī)怠速的速度下開啟。這干擾發(fā)動機(jī)中流體的總壓力。
發(fā)明源于這樣的觀察，即磨損是由球閥本身的結(jié)構(gòu)不可避免地引起的在高壓下球搖擺、振動，這產(chǎn)生由于磨損引起的故障。
文件JP 07 317519A披露了一種發(fā)動機(jī)冷卻噴嘴，其閥包括活塞，活塞由彈簧對著閥座進(jìn)行彈簧加載，在與徑向流體通道聯(lián)通的軸向孔內(nèi)滑移。這種結(jié)構(gòu)是長和笨重的，因?yàn)殚y的開啟需要活塞在徑向流體通道的下游移動和導(dǎo)向。
令人驚奇的是，本發(fā)明提出的活塞閥能很好地替代球閥。在相同的使用條件下、在高壓下，活塞閥不會遭遇球閥的搖擺和振動問題，其結(jié)果是能在明顯長得多的時(shí)間間隔內(nèi)獲得令人滿意的運(yùn)行。
本發(fā)明提出要解決的另一問題是要減少噴嘴在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)的總體尺寸。文件JP 07 317519A提出的活塞閥具有較大的總體尺寸，特別是在閥的出口孔下游要求有較大的長度，以便導(dǎo)向活塞。閥的出口孔的過度長的下游導(dǎo)致發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)部件，諸如曲軸或曲軸配重的振動的風(fēng)險(xiǎn)。
因此，本發(fā)明的目的是減少噴嘴的總長度，特別是突出于發(fā)動機(jī)汽缸中、位于出口結(jié)構(gòu)物下游的噴嘴的長度，出口結(jié)構(gòu)物具有徑向流體通道和出口管。
為達(dá)到上述及其它目的，本發(fā)明提供一種冷卻內(nèi)燃機(jī)活塞用的噴嘴，此種噴嘴包括噴嘴體，噴嘴體具有進(jìn)入部分，它成形成得以嚙合在發(fā)動機(jī)的孔中，并用以接受通過所述孔到達(dá)的冷卻流體，包括內(nèi)閥，用于根據(jù)流體壓力調(diào)節(jié)流體的流量，還包括出口結(jié)構(gòu)物，它具有噴嘴體中的徑向流體通道和出口管，用于輸送離開內(nèi)閥的冷卻流體，并將其以射流的形式至少導(dǎo)向欲冷卻的活塞的背面；內(nèi)閥包括活塞，它具有下游段，下游段以圓柱形側(cè)向引導(dǎo)表面在噴嘴體的導(dǎo)向孔中縱向滑移，具有頭，頭定向于相對冷卻流體的流動方向而限定的上游方向，用以有選擇地壓靠于噴嘴體的環(huán)形閥座上，冷卻流體通過閥座而流動，內(nèi)閥還包括壓縮螺旋彈簧，它軸向嚙合于噴嘴體中的下游支承表面與活塞的下游表面之間，用于在上游方向?qū)⒒钊茐涸诃h(huán)形閥座上。
此類結(jié)構(gòu)十分耐用，十分穩(wěn)定，它減少振動，并十分顯著地減少磨損現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)向孔位于徑向流體通道的上游側(cè)，活塞在導(dǎo)向孔中基本在噴嘴體的上游段的內(nèi)側(cè)滑移，而流體通道在活塞一移開環(huán)形閥座時(shí)，就將流體軸向地由環(huán)形閥座的下游側(cè)輸送至徑向流體通道，因此，當(dāng)內(nèi)閥開啟時(shí)，活塞基本位于徑向流體通道的上游側(cè)。
活塞的下游段最好包括下游同軸部分，壓縮螺旋彈簧的上游端部分嚙合和導(dǎo)向于其中。
在第一實(shí)施例中，噴嘴體具有軸向通孔，在其中無間隙地嚙合著，并夾持在拉著一個(gè)具有軸向孔的管狀套筒，其下游段形成安放活塞的下面的導(dǎo)向孔，管狀套筒具有內(nèi)側(cè)中間臺肩，它形成環(huán)形閥座，在管狀套筒的壁中至少設(shè)置有一個(gè)徑向孔，它緊挨環(huán)形閥座的下游，用以將流體經(jīng)向輸送至一根或多根周邊通道，這些周邊通道位于管狀套筒的外表面與噴嘴體的軸向通孔的表面之間，所述周邊通道用于將冷卻流體軸向地從徑向孔或若干徑向孔輸送至噴嘴體中的徑向流體通道。這樣，當(dāng)閥開啟時(shí)，活塞位于徑向液體出口通道的上游側(cè)。
例如周邊通道或若干周邊通道包括軸向通孔的較大的直徑截面，而管狀套筒具有基本不變的外徑，留下一個(gè)環(huán)形中間空間，在其中流動著冷卻流體。
管狀套筒最好由燒結(jié)鋼制成，而活塞由鋼制成。這大大改善了活塞與套筒之間的滑移，從而減少了磨損現(xiàn)象，降低了咬合風(fēng)險(xiǎn)。
在另一實(shí)施例中，活塞在其具有圓柱形側(cè)向引導(dǎo)表面的下游段與頭之間包括外環(huán)形凹陷，該凹陷由導(dǎo)向孔的壁限定一個(gè)環(huán)形殼體，它通過徑向活塞孔與軸向活塞孔聯(lián)通，軸向活塞孔在下游方向開口進(jìn)入通過噴嘴體的軸向通道，該軸向通道將冷卻流體輸送至噴嘴體的徑向液體通道。這樣，當(dāng)閥開啟時(shí)，活塞正好位于徑向流體出口通道的上游。
環(huán)形閥座可以是一個(gè)環(huán)形環(huán)，它安裝在通過噴嘴體的軸向孔中。
噴嘴體1具有進(jìn)入部分4，它成形成使它能插入至發(fā)動機(jī)的孔中，用于接受通過發(fā)動機(jī)中所述孔而到達(dá)的冷卻流體。噴嘴體1具有突出部分5，用于突出進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸中，并安裝出口結(jié)構(gòu)物3。
在這兩個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)閥2包括活塞6，它具有下游段7，下游段7以圓柱形側(cè)向引導(dǎo)表面8在噴嘴體1的導(dǎo)向孔9中縱向滑移?；钊?包括頭10，它定向于相對冷卻流體的流動方向而限定的上游方向，用于有選擇地壓靠于緊固至噴嘴體1的環(huán)形閥座11上，環(huán)形閥座11包括閥座孔12，冷卻流體由此通過。
內(nèi)閥2還包括壓縮螺旋彈簧13，它軸向位于噴嘴體1的下游支承表面14與活塞6的下游表面15之間，用于在上游方向?qū)⒒钊?推壓在環(huán)形閥座11上。
當(dāng)它沿著噴嘴的縱向軸線I-I移動時(shí)，活塞6被完美地導(dǎo)向，避免了搖擺和振動的所有風(fēng)險(xiǎn)，這使噴嘴更耐用，較少遭受磨損。
出口結(jié)構(gòu)物3包括至少一條位于噴嘴體1中的徑向流體通道17和至少一條出口管18，其所具的第一端加壓裝配在相應(yīng)的徑向流體通道17中。
活塞6在位于徑向流體通道17上流側(cè)的噴嘴體1的上流段16內(nèi)側(cè)的導(dǎo)向孔9中的閥關(guān)閉位置與閥開啟位置之間滑移。在閥的開啟位置，活塞6基本位于徑向流體通道17的上流側(cè)。
這樣，活塞密封地在導(dǎo)向孔9中必然對著流體的流動滑移于環(huán)形閥座11與徑向流體通道17之間。為形成流體的流通，在所示的本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例中，流體通道在活塞一移開環(huán)形閥座11，就將流體從環(huán)形閥座11的下游側(cè)軸向輸送至徑向流體通道17。這些流體通道將在下文說明，在所示的兩個(gè)實(shí)施例中具有不同的結(jié)構(gòu)。
為了應(yīng)用長的壓縮螺旋彈簧13而不增加突出在發(fā)動機(jī)汽缸中噴嘴的部分5的長度，活塞6的下游段7包括下游同軸殼體19，壓縮螺旋彈簧13的上游端部分20嚙合與導(dǎo)向于其中。
在兩個(gè)實(shí)施例中，噴嘴體1均具有沿著噴嘴體1的軸線I-I貫穿它的軸向孔21，活塞6在其中進(jìn)行軸向滑移。
在

圖1至3所示的實(shí)施例中，管狀套筒22無間隔地插入在軸向通孔21中，并夾持于下游塞39與上游環(huán)40之間的噴嘴的突出部分5的軸向通孔21中的位置上。管狀套筒22包含軸向孔23，它具有下游段，該下游段形成安放活塞6的下游段的導(dǎo)向孔9。
管狀套筒22具有內(nèi)側(cè)中間臺肩，它形成環(huán)形閥座11。
在管狀套筒22的壁中至少有一個(gè)徑向孔24，它緊挨環(huán)形閥座11的下游，將流體徑向輸送至一根或多根周邊通道25，這些周邊通道25設(shè)置在管狀套筒22的外表面與噴嘴體1的軸向通孔21的表面之間。周邊通道25用于將冷卻流體軸向地從徑向孔或若干徑向孔24輸送至噴嘴體1內(nèi)的徑向流體通道17。
這樣，活塞6能總是位于噴嘴體1中徑向流體通道17的上游側(cè)，因此突出部分5能具有小的體積。
在圖1至3所示的實(shí)施例中，周邊通道25由軸向通孔21的較大的直徑截面所形成，而管狀套筒22具有基本不變的外徑，留下一個(gè)環(huán)形中間空間，在其中流動著冷卻流體。
在此實(shí)施例中，管狀套筒22最好由燒結(jié)鋼制成，而活塞6由鋼制成。這產(chǎn)生十分低的摩擦系數(shù)，以及在活塞6與管狀套筒22之間的良好潤滑，促進(jìn)活塞的運(yùn)動而不磨損，并降低咬合風(fēng)險(xiǎn)。
第一實(shí)施例還有利于閥的穩(wěn)定性，因?yàn)殚y在上游側(cè)承受冷卻流體的壓力，而在下游側(cè)只承受空氣壓力和彈簧的恢復(fù)力。因此，閥或在流體壓力大于彈簧力時(shí)開啟，或不然的話就關(guān)閉，但永遠(yuǎn)不會在這兩個(gè)位置之間振動。
在圖4至6所示的實(shí)施例中，噴嘴體1的基本部件與前述實(shí)施例的相同，這些部件用相同標(biāo)號示出，因此不必對這些部件再加以說明?？蓞⒖锤綀D。
在第二實(shí)施例中，活塞6在其具有圓柱形側(cè)向引導(dǎo)表面8的下游段7與頭10之間具有外環(huán)形凹陷26，該凹陷26由導(dǎo)向孔9的壁限定一個(gè)環(huán)形殼體，它通過徑向活塞孔27與軸向活塞孔28聯(lián)通，軸向活塞孔28在下游方向開口進(jìn)入通過噴嘴體的軸向孔21，該軸向孔21將冷卻流體輸送至噴嘴體1的徑向流體通道17。
在此第二種結(jié)構(gòu)中，活塞也總是能位于噴嘴體1的徑向流體通道17的上流側(cè)，形成流體從環(huán)形閥座11至徑向流體通道17的軸向通道。
在圖1至3的第一實(shí)施例中，放氣孔29設(shè)置在包含壓縮螺旋彈簧13的殼體的下游側(cè)上，此放氣孔29在活塞6移動時(shí)，使空氣能進(jìn)入和離開彈簧殼體。放氣孔29成形于下游塞39中。
另一方面，在圖4至6的第二實(shí)施例中，不必在壓縮螺旋彈簧13的下游側(cè)上設(shè)置放氣孔，因?yàn)榱黧w通過冷卻流體通道而逃逸。
在此第二實(shí)施例中，環(huán)形閥座11是一個(gè)環(huán)形環(huán)30，它固定在通過噴嘴體的軸向孔21中。
將結(jié)合圖3和6解釋噴嘴的運(yùn)行。
冷卻流體通過發(fā)動機(jī)汽缸體中的孔到達(dá)上游端31。如果冷卻流體的壓力大于預(yù)定的閾值，則流體反抗壓縮螺旋彈簧13作用的恢復(fù)力，向后推動活塞6，結(jié)果是冷卻流體能在頭10與環(huán)形閥座11之間通過。
在圖3的實(shí)施例中，冷卻流體徑向流過徑向孔24，然后沿著周邊通道25軸向流動，直至它到達(dá)徑向流體通道17，通過出口管18而流出。
在圖6的實(shí)施例中，流過環(huán)形閥座11與頭10之間的冷卻流體分布于外環(huán)形凹陷26中，它通過徑向活塞孔27徑向地流向中心，然后在軸向活塞孔28中軸向流動，接著在通過噴嘴體的軸向孔21中軸向流動，該軸向孔21將冷卻流體輸送至徑向流體通道17和出口管18。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明提出的噴嘴被安裝在內(nèi)燃機(jī)中。圖表示部分發(fā)動機(jī)，它包括一半發(fā)動機(jī)汽缸。
噴嘴32連接在發(fā)動機(jī)內(nèi)側(cè)汽缸殼33的壁上，用于吸出流動于冷卻管34中的冷卻流體，將冷卻流體噴在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)發(fā)動機(jī)活塞36的背面35上，也即噴射在位于燃燒室37之外的發(fā)動機(jī)活塞的面上。
噴嘴32的進(jìn)入部分4嚙合于汽缸殼33的相應(yīng)孔中，與冷卻通道34相聯(lián)通。這樣，噴嘴通過任何已知的方法，例如加壓配合或擰入在汽缸體33的相應(yīng)孔中。噴嘴32的突出部分5伸出至發(fā)動機(jī)汽缸的內(nèi)側(cè)中。能看到的出口管18是彎曲的，以使其出口孔38向上指向，對著活塞36的背面35。
內(nèi)燃機(jī)最好包括若干個(gè)具有本發(fā)明提出的活塞的冷卻噴嘴，這些冷卻噴嘴如前所述地固定在活塞腔或若干活塞腔中，每一冷卻噴嘴用于將冷卻流體以濃縮射流的形式噴射在活塞的背面。
本發(fā)明不限于剛才說明的實(shí)施例，而是包括以下權(quán)利要求范圍內(nèi)的其修改方案和綜合方案。
權(quán)利要求
1.一種冷卻噴嘴(32)，用于冷卻內(nèi)燃機(jī)的活塞(36)，包括噴嘴體(1)，噴嘴體(1)具有進(jìn)入部分(4)，它成形成得嚙合在發(fā)動機(jī)的孔中，并用以接受通過所述孔到達(dá)的冷卻流體；包括內(nèi)閥(2)，用于根據(jù)流體壓力調(diào)節(jié)流體的流量；還包括出口結(jié)構(gòu)物(3)，它具有噴嘴體(1)中的徑向流體通道(17)和出口管(18)，用于輸送離開內(nèi)閥(2)的冷卻流體，并將其以射流的形式至少導(dǎo)向欲冷卻的活塞(36)的背面(35)，內(nèi)閥(2)包括活塞(6)，它具有下游段(7)，下游段(7)以圓柱形側(cè)向引導(dǎo)表面(8)在噴嘴體(1)的導(dǎo)向孔(9)中縱向滑移；具有頭(10)，頭(10)定向于相對冷卻流體的流動方向而限定的上游方向，用以有選擇地壓靠于噴嘴體(1)的環(huán)形閥座(11)上，冷卻流體通過閥座(11)而流動，內(nèi)閥(2)還包括壓縮螺旋彈簧(13)，它軸向嚙合于噴嘴體(1)中的下游支承表面(14)與活塞(6)的下游表面(15)之間，用于在上游方向?qū)⒒钊?6)推壓在環(huán)形閥座(11)上，其特征在于，導(dǎo)向孔(9)基本位于徑向流體通道(17)的上游側(cè)、噴嘴體(1)的上游段(16)內(nèi)側(cè)，活塞(6)在導(dǎo)向孔(9)中滑移，而流體通道(24、25；26、27、28)在活塞(6)一移開環(huán)形閥座(11)時(shí)，就將流體軸向地由環(huán)形閥座(11)的下游側(cè)輸送至徑向流體通道(17)，因此，當(dāng)內(nèi)閥(2)開啟時(shí)，活塞(6)基本位于徑向流體通道(17)的上游側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻噴嘴，其特征在于，活塞(6)的下游段(7)包括一個(gè)下游同軸部分(19)，壓縮螺旋彈簧(13)的上游端部分(20)嚙合和導(dǎo)向于其中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的冷卻噴嘴，其特征在于，噴嘴體(1)具有軸向通孔(21)，在其中無間隙地嚙合并夾持在位一個(gè)具有軸向孔(23)的管狀套筒(22)，其下游段形成安放活塞(6)的下游段的導(dǎo)向孔(9)，管狀套筒(22)具有內(nèi)側(cè)中間臺肩，它形成環(huán)形閥座(11)，在管狀套筒(22)的壁中至少設(shè)置有一個(gè)徑向孔(24)，它緊挨環(huán)形閥座(11)的下游，用以將流體徑向輸送至一根或多根周邊通道(25)，這些周邊通道(25)位于管狀套筒(22)的外表面與噴嘴體(1)的軸向通孔(21)的表面之間，所述周邊通道(25)用于將冷卻流體軸向地從徑向孔或若干徑向孔(24)輸送至噴嘴體(1)中的徑向流體通道(17)。
4.如權(quán)利要求3所述的冷卻噴嘴，其特征在于，周邊通道或若干周邊通道(25)包括軸向通孔(21)的較大的直徑截面，而管狀套筒(22)具有基本不變的外徑，留下一個(gè)環(huán)形中間空間，在其中流動著冷卻流體。
5.如權(quán)利要求3或4所述的冷卻噴嘴，其特征在于，管狀套筒(22)由燒結(jié)鋼制成，而活塞(6)由鋼制成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的冷卻噴嘴，其特征在于，活塞(6)在其具有圓柱形側(cè)向引導(dǎo)表面(8)的下游段(7)與頭(10)之間包括外環(huán)形凹陷(26)，該凹陷(26)由導(dǎo)向孔(9)的壁限定一個(gè)環(huán)形殼體，它通過徑向活塞孔(27)與軸向活塞孔(28)聯(lián)通，軸向活塞孔(28)在下游方向開口進(jìn)入通過噴嘴體的軸向通道(21)，該軸向通道(21)將冷卻流體輸送至噴嘴體(1)的徑向流體通道(17)。
7.如權(quán)利要求6所述的冷卻噴嘴，其特征在于，環(huán)形閥座(11)是一個(gè)環(huán)形環(huán)(30)，它固定在通過噴嘴體(1)的軸向孔(21)中。
8.一種內(nèi)燃機(jī)，至少包括一個(gè)噴嘴，噴嘴安裝有如權(quán)利要求3或6所述的活塞。
全文摘要
一種冷卻噴嘴，根據(jù)本發(fā)明提出的這種冷卻噴嘴冷卻內(nèi)燃機(jī)的活塞。噴嘴包括噴嘴體(1)，噴嘴體(1)具有進(jìn)入部分(4)，它成形成得以嚙合在發(fā)動機(jī)的孔中，并用以接受冷卻流體。噴嘴包括內(nèi)閥，它由導(dǎo)向和滑移于噴嘴體(1)的導(dǎo)向孔(9)中的活塞(6)構(gòu)成。活塞(6)包括頭(10)，它定向于上游方向，并壓靠于環(huán)形閥座(11)上。活塞被壓縮螺旋彈簧(13)推向環(huán)形閥座(11)。因此，用于高壓發(fā)動機(jī)冷卻回路，并安裝有所獲內(nèi)閥的冷卻噴嘴具有更長的耐用期限。
文檔編號F01P3/00GK1395031SQ0214112
公開日2003年2月5日 申請日期2002年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月4日
發(fā)明者克里斯托弗·邦塔茲 申請人:邦塔茲中心股份有限公司