带阀的冷却喷雾器

摘要

本发明涉及一种内燃发动机活塞冷却喷雾器，包括具有轴向贯穿通道(12)的喷雾器主体(1)，管状导向衬套(4)固定在所述轴向贯穿通道(12)中。管状导向衬套(4)通过其下游区段(4c)固定在喷雾器主体(1)中，而管状导向衬套(4)的上游区段(4b)保持离开轴向贯穿通道(12)的壁，以允许冷却流体流动。阀(2)在管状导向衬套(4)的轴向贯穿通道中滑动，并被复位弹簧(3)推向主阀座，所述主阀座在喷雾器主体(1)的体部中形成。这样可生产较低成本的小型且可靠的喷雾器。

说明书

技术领域

本发明涉及用于冷却内燃发动机活塞的喷雾器，所述喷雾器用于将冷却流体/冷却液例如油对着活塞底部，亦即对着燃烧室外部的活塞面喷射，或者喷入活塞通道中。

背景技术

通常应用的活塞冷却喷雾器是固定到发动机组上的分立部件，并与冷却流体进给孔连通。喷雾器的位置被精确确定，以便产生对准活塞底部或活塞通道的精确区域的冷却流体射流。

冷却喷雾器通常包括阀，所述阀用于禁止冷却流体的流动，除非冷却回路的压力超过特定阈值。

一般采用这样的喷雾器结构：其中通过压缩弹簧将阀推向阀座，以便堵塞冷却流体通道。

现已发现，某些带阀的冷却喷雾器用于有限的时间周期是令人满意的，在经过有限的时间周期之后，会发生磨损现象，所述磨损现象影响阀的密封及其正确运行。正确运行的时间周期与冷却管路中冷却流体的标称压力成反比。磨损主要改变阀的打开特性，亦即打开阀所必需的流体压力：当阀是新的时，阀在正确的标称压力下打开；当阀磨损时，阀在较低的压力下打开，所述较低压力可能低至正确标称压力的一半，因此低于发动机的空转状态。这样会影响发动机中流体的总压力。

现已发现，如果阀发生振荡和振动的现象，则磨损是不可避免的。

从文献JP07317519A已知一种发动机冷却喷雾器，其阀是被弹簧推向阀座并在与径向流体通道连通的轴向孔内滑动的活塞。这减少了振动和磨损现象。然而，文献JP07317519A的活塞式喷雾器具有较大的总体尺寸，尤其是在用于为活塞导向的喷雾器的出口孔的下游具有较长的长度。因此，喷雾器主体构成伸入发动机气缸内部的隆起。在喷雾器的出口孔下游的长度太大导致与电机的旋转元件如曲轴或曲轴配重碰撞的危险，并因此排除了这类喷雾器在某些发动机中的使用。

在文献EP1273774A1中提出了一种冷却喷雾器结构，所述结构防止阀的振动，同时减小了喷雾器主体在发动机气缸内部的总体尺寸。在该文献所说明的第一实施例中，喷雾器主体包括贯穿它的轴向通道，在上述轴向通道中容纳有管状导向衬套和活塞形式的阀，所述管状导向衬套具有贯穿它的轴向通道，所述阀与主阀座和复位弹簧协同工作。喷雾器主体包括上游部分，所述上游部分成形为以便连接到发动机冷却流体进给通道上。喷雾器主体包括中间部分，所述中间部分具有至少一个径向出口通道和一个流体出口管。喷雾器主体最后包括下游保持部分。所述阀安装成在上游衬套部分中沿轴向滑向和滑离主阀座，并被复位弹簧沿轴向推向主阀座，所述复位弹簧自身容纳在贯穿管状导向衬套的轴向通道中。管状导向衬套包括中间区段，所述中间区段留出周向空间，用于流体在所述中间区段的外表面和贯穿喷雾器主体的轴向通道的内表面之间沿轴向通过，以及用于流体在主阀座和径向出口通道之间通过。

在该文献中，导向衬套在没有间隙的情况下被接合，并被保持在贯穿喷雾器主体的轴向通道的上游孔内的适当位置，并且沿轴向被保持在上游环和下游插塞之间，所述上游环安装在喷雾器主体中，所述下游插塞也安装在喷雾器主体中。在下游插塞中设有通风口。主阀座在导向衬套中形成。

现已发现，这种喷雾器结构价格比较贵，因为它必须制造多个尺寸精确的部件，以实现令人满意的配合，且必须组装大量的部件。尤其是，某些部件如上游环、下游插塞和上游导向衬套区段必须精密研磨，这些部件无间隙地接合于其中的孔也必须精密研磨，其结果是高生产成本。

发明内容

本发明所解决的问题是设计一种新的带阀冷却喷雾器结构，所述结构避免了运行中的振动和磨损现象，具有在发动机气缸内部的小的总体尺寸，并包括较少数量的部件，所述部件本身更容易生产，同时避免了精密机加工操作如精密研磨。

为了达到上述和其它目的，本发明提出一种用于内燃发动机的活塞冷却喷雾器，所述喷雾器包括喷雾器主体，所述喷雾器主体具有贯穿所述喷雾器主体的轴向通道，在所述轴向通道中容纳有管状导向衬套和阀，所述管状导向衬套具有贯穿所述管状导向衬套的轴向通道，所述阀与主阀座和复位弹簧协同工作，喷雾器主体具有上游部分、中游部分、和下游保持部分，所述上游部分适于连接到发动机冷却流体进给通道上，所述中游部分具有至少一个径向出口通道和一个流体出口管，所述管状导向衬套同轴地固定在轴向贯穿通道中，并具有上游区段，所述上游区段留出周向空间，用于流体在所述上游区段的外表面和轴向贯穿通道的内表面之间、以及在主阀座和径向出口通道之间沿轴向通过，所述阀在贯穿管状导向衬套的轴向通道中沿轴向滑向和滑离主阀座，并被复位弹簧沿轴向推向主阀座，所述复位弹簧容纳在贯穿管状导向衬套的轴向通道中；根据本发明：

-主阀座由轴向贯穿通道中的凸肩在喷雾器主体的体部(mass)中形成，

-管状导向衬套包括下游衬套区段，所述下游衬套区段在径向出口通道以外固定在喷雾器主体的下游保持部分中，

-管状导向衬套的上游区段终止于上游端，所述上游端在下游方向上从主阀座沿轴向后退，以便限定在主阀座和周向空间之间的环形流体通道。

由于管状导向衬套被保持在喷雾器主体的下游保持部分中，所以不再需要提供上游环和下游插塞在轴向上保持导向衬套。同时，不需要精密研磨接纳上游环的上游孔部分或精密研磨管状导向衬套的上游区段的外表面。

管状导向衬套的下游区段优选地包括环形端部凸缘，所述环形端部凸缘在喷雾器主体的下游保持部分中被压接(crimped)在轴向贯穿通道的具有凸肩的下游部分内。

通过这种设置，管状导向衬套简单而快速地通过压接有效地固定在喷雾器主体的下游部分中，并且它能够足够精确地定心，以便相对于主阀座很好地引导阀，并在阀闭合时提供良好的密封。

在实际中，可以通过在环形端部凸缘的下游端面上方弯曲喷雾器主体的端部边缘，将环形端部凸缘保持在轴向贯穿通道的带有凸肩的下游部分中。结果，喷雾器主体可以简单地通过回转操作制造，尤其是生产端部边缘。

为了改善面向主阀座的上游衬套区段的定心和保持作用，以便有效而准确地引导阀，可以在上游衬套区段上设置径向凸起，所述径向凸起通过支靠在轴向贯穿通道的壁上而将上游衬套区段同轴地定心在贯穿喷雾器主体的轴向通道中。在这种情况下，下游衬套区段仅由被压接在喷雾器主体保持部分中的环形端部凸缘保持。因此，通过为喷雾器主体的下游保持部分提供一定长度，所述长度刚好足够用于在径向出口通道以外容纳和压接管状导向衬套的环形端部凸缘，可以减小喷雾器主体在发动机气缸内部的总体尺寸。

但是，如果这些径向凸起位于喷雾器主体的上游部分中，所述上游部分用于被强制引入位于发动机组的冷却流体进给通道端部处的孔中，则在上游衬套区段和轴向贯穿通道的壁之间存在径向凸起可能证明是一个问题。实际上，在这种强制接合期间，施加在下游喷雾器主体部分上的径向应力通过径向凸起传递到管状导向衬套上，并可能使管状导向衬套在径向方向上稍微变形，从而影响阀在管状导向衬套中的自由轴向滑动。为了防止这种危险，优选地可以将径向凸起设置在下游喷雾器主体部分的下游，或者选择其它保持和定心管状导向衬套的方法：管状导向衬套的下游区段可以另外包括一定心部分，所述定心部分在喷雾器主体的下游保持部分内接合在轴向贯穿通道的相应孔中。

在所有情况下，管状导向衬套可在其轴向贯穿通道中包括下游收缩凸肩，一复位螺旋弹簧抵靠该下游收缩凸肩接合，该弹簧将阀推向主阀座，该下游收缩凸肩延伸出通风口(vent)。因此，该衬套本身构成用于保持复位弹簧的机构，一旦存在低的流体压力，通风口就使阀能够打开。

在一个有利的实施例中，管状导向衬套从其上游端开始包括一导向孔，阀在所述导向孔中以小的工作间隙(functional clearance)滑动，并受形成后阀座的凸肩限制，当阀被加压流体向后推时，阀以密封方式靠在该后阀座上。后阀座的存在防止在阀被加压流体推到行程终端时流体的通道朝向通风口。

后阀座优选地设置成，当阀靠在后阀座上时，留出刚好足够用于所需的冷却流体流量的环形流体通道的部分。结果，在阀的行程终端处流体推动阀抵靠后阀座的压力显著减小，因而也防止流体流向通风口。

附图说明

从下面参照附图给出的具体实施例的说明中将看到本发明的其它目的、特征和优点，在附图中：

-图1是根据本发明的第一实施例的冷却喷雾器的分解图；

图2是处于闭合构型的图1的喷雾器的纵向剖视图；

-图3是处于打开构型的图1的喷雾器的纵向剖视图；

-图4是在对管状导向衬套下游定心的另一个实施例中，图1的喷雾器的纵向剖视图；

-图5和6用透视图示出图4实施例的管状导向衬套的两个实施例；

-图7是根据本发明的第二实施例的冷却喷雾器的分解图；

-图8和9用纵向剖视图示出分别处于闭合构型和打开构型的图7的喷雾器；以及

-图10是在对管状导向衬套下游定心的一个实施例中，图7的喷雾器的纵向剖视图。

具体实施方式

在附图所示的所有实施例中，内燃发动机活塞冷却喷雾器包括喷雾器主体1、阀2或2a，复位弹簧3和管状导向衬套4。

这种冷却喷雾器用来经由上游入口5接收冷却流体和经由下游径向出口例如出口6和7分配所述冷却流体。因此，限定了轴向方向I-I和流体从上游入口5朝下游方向的流动方向。

所示的喷雾器主体1包括一上游部分1a，所述上游部分1a具有圆形部的圆筒形外表面，该外表面精密研磨，以便以密封方式力配合在位于发动机的冷却流体进给通道端部处的孔(未示出)中。可供选择地，代替精密研磨的外表面部分，可以提供其它已知的固定机构，例如附接的固定板和O形密封圈所提供的密封件。

喷雾器主体1包括一中间部分1b，在所述中间部分1b中，设置有第一径向出口通道8和第二径向出口通道9。

喷雾器主体1还包括一下游保持部分1c，所述保持部分1c的功能主要是保持管状导向衬套4，如下面所述。

第一出口管10力配合在第一径向出口通道8中，并形成喷雾器的第一出口6。同样，第二出口管11力配合在第二径向出口通道9中，并形成喷雾器的第二出口7。

在各附图中，出口管10和11示出为直线。实际上，它们可以适当地弯曲和成形，以便使冷却流体的射流对准待冷却的发动机的活塞或气缸的适当区域。

喷雾器主体1具有一贯穿所述主体1的轴向通道12，在轴向通道12中容纳管状导向衬套4、阀2和复位弹簧3。轴向贯穿通道12经由径向出口通道8和9以及出口管10和11与出口6和7连通。

从上游入口5开始，轴向贯穿通道12包括圆筒形上游部分12a，所述圆筒形上游部分12a具有用于所需的冷却流体流的合适横截面，并通过凸肩12c连接到中间部分12b上，上述凸肩12c的斜切部分形成喷雾器的主阀座13。

中间部分12b朝下游方向延续到径向出口通道8和9以外，且中间部分12b的下游端通过凸肩12d连接到喷雾器主体1的下游保持部分1c中的较大直径的圆筒形下游部分12e上。

在喷雾器主体1的与上游入口5相对的端部处，喷雾器主体1终止于端部边缘14，所述端部边缘14的功能是保持管状导向衬套4，如下面所述。

管状导向衬套4具有一贯穿它的轴向通道15，所述轴向通道15在两端开口。从管状导向衬套4的上游端4a开始，轴向贯穿通道15包括导向孔15a，在所述导向孔15a中，阀2或2a在小工作间隙的情况下滑动，并被形成后阀座15b的凸肩限制。沿下游方向向前，轴向贯穿通道15在轴向方向上延续，并包括下游收缩凸肩15c，复位螺旋弹簧3抵靠上述凸肩15c接合，并且轴向贯穿通道15延伸出通风口21。

现在考虑管状导向衬套4的外表面，这里可以看到总体为圆筒形的上游区段4b和下游区段4c。

上游区段4b的外径小于轴向贯穿通道12的中间部分12b的内径，因此留出周向空间16，所述周向空间16能使流体的轴向通道从主阀座13远至径向出口通道8和9。应该注意，管状导向衬套4的上游端4a在轴向上从主阀座13沿下游方向后退，以便限定在主阀座13和周向空间16之间的环形流体通道17。

在所有实施例中，阀2或2a都安装成在管状导向衬套4的上游区段4b中、亦即在轴向贯穿通道15的导向孔15a中轴向滑动。这样阀2或2a滑向和滑离主阀座13，并被复位弹簧3沿轴向推向主阀座13，所述复位弹簧3本身容纳在管状导向衬套4的轴向贯穿通道15中。

管状导向衬套4的下游区段4c固定在喷雾器主体1的下游保持部分1c中，并在径向出口通道8和9以外。

对于将管状导向衬套4固定和定心保持在喷雾器主体1中的一些实施例进行了说明。在所有情况下，管状导向衬套4的下游区段4c都包括一环形端部凸缘18，在喷雾器主体1的下游保持部分1c中，所述环形端部凸缘18被压接在轴向贯穿通道12的具有凸肩12d的下游部分12e中。

在实际中，环形端部凸缘18沿轴向支靠在凸肩12d上，沿侧向被引入下游部分12e中，并通过在环形端部凸缘18的下游端面上方弯曲喷雾器主体1的端部边缘14而被保持在带有凸肩12d的下游部分12e中。因此，可以简单而快速地将管状导向衬套4装配到喷雾器主体1中，而不需要特别精密的机加工。但是端部凸缘18可以由任何其它合适的压接机构进行压接。

在图1-3所示的实施例中，以及在图7-9所示的实施例中，管状导向衬套4的下游区段4c还包括定心部分19，所述定心部分19接合在轴向贯穿通道12的相应孔中。在实际中，所述相应的孔设置在喷雾器主体1的下游保持部分1c内、轴向贯穿通道12的中间部分12b中。

因此，在图1-3和7-9的所述实施例中，管状导向衬套4仅在喷雾器主体1的下游保持部分1c中被保持。由于存在周向空间16和环形流体通道17，所以管状导向衬套4的上游区段4b保留自由，不与喷雾器主体1接触。但是，用于保持管状导向衬套4的装置证明足以实现阀2或2a相对于主阀座13的良好定心，以便保证在闭合构型中令人满意的密封。

周向空间16和环形流体通道17的存在保证上游区段4b和管状导向衬套4将不会经受任何径向应力，所述径向应力易于使上游区段4b变形，并干扰阀2或2a在管状导向衬套4中的自由轴向滑动。

在图4-6和10所示的变型中，也具有参照图1-3和7-9所述的以上实施例的主要机构，且这些相同的机构用相同的标号表示。

在图4-6和10的这些变型中，不同之处在于用于保持管状导向衬套4的机构：在下游区段4c中，定心部分19被取消和替代，在上游区段4b中，具有径向凸起20，所述径向凸起20分布在上游区段4b的外表面的周边处，并支靠在喷雾器主体1中的轴向贯穿通道12的壁上。在这种情况下，一方面通过压接环形端部凸缘18且另一方面通过径向凸起20的支靠接合而将管状导向衬套4保持在轴向贯穿通道12中，很显然，横向凸起20有利于实现阀2或2a相对于主阀座13的准确定心。

图5和6所示的径向凸起20的两种变型可以在图4和10的每个变型中使用。

用于管状导向衬套4的保持装置的这种不同结构导致可以减小喷雾器在发动机的气缸内部的总体尺寸。例如，如果对图3和4或图9和10进行比较，就可以看出这种减小。

在图3或9中，喷雾器主体1的下游端是在距径向出口通道8或9的下游边缘一定距离D1处。

同样，在图4或10中，喷雾器主体1的下游端是在距径向出口通道8或9的下游边缘一定距离D2处。

距离D2显然比距离D1短得多，通过取消定心部分19使在图4和10中减小距离成为可能。

为了得益于所述减小的距离D2，给定喷雾器主体1的下游保持部分1c的轴向长度刚好足以用来在径向出口通道8和9以外容纳和压接环形端部凸缘18。

在图1-4的实施例中，阀2是在管状导向衬套4中滑动的活塞。在依次考察图2和3时，可以看到这种滑动：在图2中，阀2处于闭合位置，支靠在主阀座13上。在图3中，阀2处于打开位置，离开主阀座13，并支靠在后阀座15b上。在图3的位置中，通过支靠在后阀座15b上，阀2能合适地堵住轴向贯穿通道15，并因而防止流体从主阀座13流到通风口21。在阀2为活塞形式的情况下，后阀座15b的存在不是必不可少的。

在图7-10的实施例中，阀2a是球体，同样在管状导向衬套4中以小工作间隙滑动。在依次考察图8和9时，可以看出这种滑动：在图8中，阀2a处于闭合位置，支靠在主阀座13上。在图9中，阀2a处于打开位置，离开主阀座13且支靠在后阀座15b上。

在这两个实施例中，后阀座15b在轴向上设置成，当阀2或2a支靠在后座15b上时，它留出环形流体通道17的刚好足够用于流体流量的部分。在实际中，在阀2或2a和主阀座13之间留出的通道可以具有与随后的流体流动元件如周向空间16基本相同的截面。

另一方面，环形流体通道17和轴向贯穿通道的上游部分12a的直径选定为，当采取球体形式的阀2a处于闭合位置(图8)时，采取球体形式的阀2a的中心在管状导向衬套4的上游端4a的下游。这样实现了采取球体形式的阀2a在管状导向衬套4中的良好侧向导向。

上面已经说明的实施例提供高冷却流体流量，具有有限的压头损失，这样易于通过达到高射流量度改善喷雾器的性能。

如在附图中所看到的，喷雾器可以通过设置多个出口管如管10和11一次冷却一个以上活塞，尤其是在V形发动机中。

喷雾器的小总体轴向尺寸使其能用在大多数很小型的现代发动机中。

简单性和很少的部件数量显著降低了喷雾器的制造成本。

如上所述的喷雾器可以通过将喷雾器主体力配合在发动机组中而被固定，没有阻滞阀的危险。

不同部件和冷却流体通道的尺寸将选定为满足流量技术要求。材料可选定为满足技术要求。

在实际中，不同的部件可以用金属制成。

可供选择地，管状导向衬套4可以用塑料材料模制。

后阀座15b的存在通过限制复位弹簧3的压缩保护了复位弹簧3，当达到为获得所要求的最大流量所需的冲程时使阀2或2a静止不动，以及当冷却流体处于高压时限制穿过通风口21的漏泄。后阀座15b的特定位置限制在一旦达到较低压力时向通风口21的漏泄，其中一旦达到为获得所需最大流量所需的冲程，所述后阀座15b就使阀2或2a静止不动。

本发明不限于已经明确说明的实施例，而是包括下面权利要求书的范围内的各种变型及其概括。