專利名稱：內燃機油供應裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種符合專利權利要求1之總概念的內燃發動機機油供應裝置，以及一種符合權利要求12之總概念的二沖程發動機機油供應裝置。
編號為DE4243 571 A1的德國專利中已經公布了一種此類機油供應裝置。活塞在內燃機氣缸中作往復運動，其間通過一個噴嘴將機油噴向活塞。當活塞處于其下止點范圍內時，機油就會從噴嘴噴向活塞的工作面，并通過此處的環槽分布在活塞圓周上。而當活塞處于其上止點范圍內時，機油則從噴嘴噴向活塞(即活塞底的)下部，以對其進行冷卻。如果發動機負荷較小或者尚處于冷機狀態，則當噴嘴暴露時，也就是當活塞沒有直接處在噴嘴前端時，就不會從噴嘴中噴出機油。只有在發動機升溫且負荷逐漸增大后，才會噴出機油對活塞底進行冷卻。
在編號為EP 0 609 866 A1的專利所公布的方法中，在內燃發動機工作時利用機油對活塞工作面進行潤滑。
在編號為DE 100 45 725 A1的專利所公布的一種二沖程發動機微量潤滑系統中，同樣也是讓潤滑油以油霧形式僅僅進入活塞與氣缸之間的接觸面范圍內。
本發明的任務在于對內燃發動機機油供應裝置進行進一步改進，既可通過充分潤滑保證內燃發動機可靠工作，又能將機油消耗量減小到最低水平。
專利權利1中所闡述的即為本發明解決該任務的方法。本發明的有益延伸發明均在相關權利要求中進行了定義。專利權利13中所闡述的同樣也是本發明的一種有益解決方法。
符合本發明的機油供應裝置具有一個將機油輸送給活塞的輸油裝置，其構造為至少在活塞處于其下止點范圍之時，通過該輸油裝置使機油直接進入活塞底下方以及活塞裙以內的范圍內。
眾所周知，當內燃機工作時，將活塞與連桿相連的活塞銷以及位于活塞和連桿中的活塞銷軸承所承受的負荷非常之大。發動機中的大多數軸承均可以采用長效潤滑方式，但由于活塞銷軸承所承受的熱負荷以及機械負荷很高，實現具有長效潤滑作用的軸承并非輕而易舉。因此如果能通過輸油裝置，在盡可能靠近活塞銷之處送入機油，且最好能從下方，即從背向燃燒室的活塞銷背面一側將機油供應給活塞銷，則不失為非常有益的方法。
如果能以液體形態且盡可能沒有壓力的工況下輸送機油，則尤其有益。因此不應以施壓方式供應機油并將其噴向活塞，以避免產生不必要的供油量。最好力求通過輸油裝置在活塞下止點附近形成微小的油滴，當活塞執行下一次運動時使其脫離，通過曲軸箱中的空氣運動使其脫離。以這種方式可避免形成油霧，因為在形成油霧時，會隨著氣流通過二沖程發動機的掃氣道將機油帶出曲軸箱，從而不會起到潤滑作用。而油滴則與此不同，當活塞執行下一次運動時，油滴會撞向活塞，這樣就可將其用來對活塞銷及其軸承、活塞工作面進行定向潤滑。
在本發明的一種特別有益的實施例中，輸油裝置至少有一個從氣缸壁或者緊接于氣缸壁之后的曲軸箱壁伸入到活塞銷下方范圍內的管道元件，其中可通過該管道元件的內腔輸送機油。
借助該管道元件可以特別方便地將機油送向盡可能靠近活塞或者活塞銷下部之處。由于僅以微小的供油壓力將機油輸送給伸入到曲軸箱內的管道的出口，因此不會使機油噴入。機油僅會從出口流出，且流出速度不足以克服表面張力。通過曲軸箱內的空氣運動，使出口上所形成的油滴從管道元件的末端上脫離。可有效避免因為管道元件出口上的流速過高或者因為機油中混入壓縮空氣而形成油霧。因此應對管道元件出口上所使用的噴嘴進行適當設計，使機油不會通過噴嘴噴出。
在本發明的一種特別有益的延伸發明中，管道元件的長度經過適當選擇，即當活塞到達其下止點時，正好不會接觸到管道元件的出口。且理想方式是讓該管道元件伸入到活塞裙下方、甚至伸入到活塞裙以內的某一范圍內。以這種方式可使機油定向進入活塞銷所在區域，從而不會在其供油路徑上在曲軸箱內分布多余的機油。通過一個或者多個管道元件輸送油滴，并在曲軸箱內通過此處的氣流使其脫離，且首先將油滴送向活塞銷，對這一承受較高負荷的活節元件進行潤滑。然后再通過活塞銷孔從這里分布機油到活塞，或者通過活塞銷及其軸承部位之間的間隙將機油分布到活塞與氣缸之間的工作面上。
同時也可在由從管道元件出口中所流出的機油形成油滴時，使活塞的一部分，例如活塞壁元件或者連桿元件的某一部分浸沒在該油滴之中，從而將機油直接傳送到這些活動構件上，或者通過浸沒于油滴中的元件(例如尖端)的擠迫作用，將油滴定向拋向所需的部位。
為了有助于油滴形成，在本發明的一種有益延伸發明中，管道元件對應于正常的內燃機工作位置指向上方，這樣就能使機油在管道元件的上部聚集，并使油滴向上脫離。
輸油裝置中可以有一個可根據內燃發動機轉速或者負荷工況進行控制的油泵。
如果使油泵僅在活塞處于其下止點范圍內的時刻輸送機油，則尤其有益。為此可以對油泵進行適當設計，使其正好在所需的時刻輸送形成一個油滴所需的機油量。也可以按照活塞往復運動所決定的沖程節拍，讓油泵以斷續方式輸送機油，以便有節奏地形成油滴，其間一個輸油節拍應可包含多個發動機工作沖程(往復運動)。
如上所述，由于應當以限定方式將機油輸送到就在內燃機活塞的下方的范圍內，尤其是輸送到活塞銷上，因此在本發明的另一項特別有益的實施例中，活塞上有一個有應急潤滑層或者儲油層的活塞工作表面。這樣就不必向活塞工作面以及活塞與氣缸之間的接觸面連續供應機油。即使沒有了持續機油供應，活塞工作面上用于進行連續潤滑的儲油層也足以保證在一段時間內有充分的潤滑。
在本發明的一項特別有益的實施例中，是專門用于二沖程發動機的供油裝置構造，其中的管道元件在至少一個掃氣道入口的附近穿過曲軸箱壁。需要用已知方法制作二沖程發動機的掃氣道來實現這一功能。掃氣道用來將空氣燃油混合氣或者直噴發動機的燃燒空氣從曲軸箱送入燃燒室之中。由于已有關于多種掃氣道的相關描述，在此不再贅述。
在這種有益的實施例中，管道元件以適當方式向上伸入曲軸箱之中，從而使至少一部分通過管道元件內腔朝向曲柄銷輸送的機油，在管道元件的出口流出之后，在管道元件的外側朝向掃氣道的入口回流。機油要么從這里被此處的空氣燃油混合氣帶入溢流道，從而濕潤掃氣道的壁面，并在壁面上形成油膜，或者直接分布在掃氣道的壁面上。
對于二沖程發動發動機而言，已有證據表明，當潤滑油量非常少時，尤其當流經曲軸箱的空氣燃油混合氣沒有帶入任何機油油滴時，掃氣道中將存在積炭的危險。當對二沖程發動機進行此類微量潤滑時，可觀察到在靠近燃燒室的掃氣道范圍內會覆蓋有炭化的殘留汽油，可能會嚴重影響發動機的性能與可靠性，并有可能造成發動機完全癱瘓。此外還進一步發現，使用機油濕潤掃氣道表面，可以抑制積炭傾向，通過上述從管道元件中回流的部分機油，即可保證實現這種抑制作用。
除此之外，在本發明的一項方面中，二沖程發動機的機油供應裝置還可通過輸油裝置將機油定向送入掃氣道的入口范圍內，或者就送入掃氣道之中。不需要向二沖程發動機的其它區域輸送機油。
這樣一種機油供應裝置可以對二沖程發動機的所有運動部件、以及對曲軸和連桿軸承、活塞銷軸承或者活塞與氣缸之間的接觸面進行長效潤滑，從而使得這些部件不需要使用潤滑裝置。
為了避免掃氣道出現積炭的危險，仍然要保證有機油輸送給掃氣道。可以將機油送向掃氣道的入口，主要通過氣流將其帶入掃氣道中，從而在壁面上形成油膜。除此之外，也可以將機油直接送入掃氣道之中，例如可借助一個適當的管道元件，或者通過掃氣道壁面中的機油出口送入機油，同時機油可以靠近燃燒室的掃氣道末端流出，這一點特別有益。
以這一種方式給掃氣道供應機油時，可以使二沖程發動機不再需要額外的機油潤滑。
以下將借助于附圖
依據一實施例對本發明及其優點和特征進行詳細說明。
唯一一張插圖所示的是一個二沖程發動機的剖面示意圖。本發明當然也適用于其它類型的內燃機，尤其適用于沒有油池的四沖程發動機。
在發動機殼體1中有一個用已知方式安裝于軸承上旋轉的曲軸2。曲軸2伸入位于發動機殼體1中的曲軸箱3，其中有一個通過圖中未顯示的連桿軸承固定于曲軸2上的連桿4按照已知方式運動。
位于連桿軸承對面的連桿4的末端通過另一個連桿軸承5支承住活塞銷6。活塞銷6兩端分別伸入活塞8的活塞銷孔7之中。活塞8在氣缸9中作往復運動，在活塞8和氣缸9之間有一個接觸面，構成活塞8的圓柱形側面的活塞工作面10就在該接觸面上滑動。
在活塞8上方的氣缸9中是圖中并未詳細繪出的燃燒室11。
活塞8主要由一個緊鄰燃燒室11的圓形活塞底12構成。從活塞底12延伸下來的是形狀如缸套、同樣也是活塞8組成部分的活塞裙13，也可將活塞裙稱作活塞導動。活塞裙13中設計有支承活塞銷6的活塞銷孔7。
此外，在活塞裙13或者活塞底12的外圓周上，也就是在活塞工作面10中還設計有環槽14，其中所安裝的是圖中并未顯示的已知型式的活塞環，例如梯形截面活塞環。
因此活塞8所具有的是一種已知的構造。當然，活塞工作面10最好構造成具有一個應急潤滑層或者儲油層，以便將活塞工作面10的潤滑油需要量減小到最低程度。
在曲軸箱3的壁面中設計有掃氣道15a的入口15，此入口匯集于出口橫斷面15b之中。當活塞8向下運動時，曲軸箱3中的空氣燃油混合氣從曲軸箱3中排擠出來，并通過掃氣道15a(或者通過多個掃氣道15a)將其送向燃燒室11，通過活塞8在下一次工作沖程中將空氣燃油混合氣壓縮后點燃。二沖程發動機的這一工作原理早已為人所知，因此無需在這里贅述掃氣道15a的構造。
圖中所示的二沖程發動機中設計有符合本發明的一種機油供應裝置，該裝置主要擁有一個向活塞8輸送機油的輸油裝置。
輸油裝置包括兩個管道元件16，其輸入端與一個圖中并未顯示的油泵相連。
油泵或者計量泵可以是連續運轉型式的泵(例如齒輪泵)或者非連續運轉型式的泵(例如柱塞泵、膜片泵、壓電泵或者Bubble-Jet-泵)。油泵應當僅以微小的輸油壓力將機油輸送到管道元件16的出口17。不應當產生噴射壓力，機油僅可從出口17流出，且流速應不足以克服表面張力。通過曲軸箱3中的空氣運動，尤其是通過活塞8的運動使以這種方式流出的油滴脫離，從而當活塞8執行下一次運動時，將油滴拋向連桿4或者活塞銷6。機油從這里分布到連桿軸承5或者活塞銷孔7上，最終也可以到達活塞8的外側面，也就是活塞工作面10。
出口17(尤其是此處所使用的噴嘴)的流出速度過高以及混入壓縮空氣，均會使機油形成霧化，應當加以避免，以保證將油滴幾種輸送到活塞底12下部，或者輸送到活塞裙13的內部。而油霧與此不同，可能會在曲軸箱3中到達根本不需要潤滑的地方。
管道元件16從下方伸入到活塞8下方范圍內，同時應盡可能向前靠攏，以便當活塞8處在圖中所示的下止點之中時，這些管道元件能夠盡可能靠近活塞銷6。如果能夠使管道元件16伸入到活塞裙13的內部，則尤其有益。
出口17終止于連桿4的連桿銷旁邊，大致朝向連桿軸承5的中心。為了避免多余的機油進入掃氣道15a，最好使管道元件16的末端在盡可能高的地方終止。
即當活塞8處于下止點位置中時，管道元件16應在盡可能高的地方伸入活塞裙13下方。
出口17上流出的部分機油不會被活塞8帶走，而是在管道元件16的外側上重新流回到入口15，然后進入掃氣道15a。在空氣燃氣混合氣的氣流作用下，可以從此處將機油進一步帶入掃氣道15a，且也可使其到達掃氣道15a靠近燃燒室的區域，即掃氣道位于出口橫斷面15b上的另一端。這種方式能夠有效防止掃氣道15a形成積炭。
應送入機油使其在壁面上形成油膜。掃氣道15a中的定向氣流此時可起到驅動介質的作用。
除此之外，在本發明的一種沒有繪出的實施例中，還可以使機油直接進入掃氣道15a。這種將機油送入掃氣道15a的方式可以對活塞8進行補充供油(例如借助附加的管道元件16)。被送入掃氣道15a中的機油分布在氣缸工作面上，因而可以對活塞、活塞環以及氣缸摩擦副進行潤滑。
在本發明的另一實施例中，也可讓機油僅進入掃氣道15a，并可對連桿軸承5以及活塞銷孔7的構造進行適當設計，使得能夠保證長效潤滑，且不必進行持續供油。例如可采用已知型式的滲碳套筒和銷軸。在這種情況下，發動機中的所有其它軸承部位當然也要有長效潤滑，才能在沒有附加機油潤滑的情況下實現持續運轉。這樣就不需要向活塞8輸送機油。
在實際的試驗中已證明，采用這一種潤滑方案可以實現微量潤滑，且所消耗的機油量與汽油量之比小于1/200，甚至能夠小于1/600。即使當機油與汽油消耗比為1/600時，發動機也能連續運轉(此處所指的是二沖程發動機)。
但所需的機油量與汽油量之間并沒有固定的比例。可以根據轉速(與長期以來的已知方式一樣)或者根據特性曲線的設定值輸送定量機油。滿負荷狀態下所需的機油量要高于部分負荷或者怠速下所需的機油量。尤其在怠速運轉狀態下，可以根本不需要輸送機油。
可以將油泵控制程序以及相應的特性曲線保存在微處理器控制器之中，控制器最好集成于發動機的點火模塊或者電源模塊之中。
權利要求
1.用于內燃發動機的機油供應裝置，內燃發動機中至少有一個氣缸(9)、一個帶有活塞底(12)以及與活塞底(12)相連的活塞裙(13)和在氣缸(9)中作往復運動的活塞(8)；具有一個向活塞(8)輸送機油的輸油裝置；其特征在于輸油裝置的構造至少能夠在活塞(8)處于其下止點范圍時，通過輸油裝置將機油以液體形式直接送入活塞底(12)下方以及活塞裙(13)以內的區域中。
2.如權利要求1所述的機油供應裝置，其特征在于以幾乎沒有壓力的方式輸送機油。
3.如權利要求1或者2所述的機油供應裝置，其特征在于機油輸送裝置至少擁有一個管道元件(16)，該管道元件從氣缸壁或者與氣缸壁相連的曲軸箱壁伸入到活塞底(12)下方的區域中，且可以通過管道元件(16)的內腔輸送機油。
4.如權利要求3所述的機油供應裝置，其特征在于管道元件(16)的長度經過適當選擇，使得活塞(8)在達到其下止點時正好不會接觸到管道元件(16)的出口(17)。
5.如權利要求3所述的機油供應裝置，其特征在于管道元件(16)的長度經過適當選擇，使得正好可以通過活塞(8)的一部分接觸到管道元件(16)的出口(17)上流出的油滴。
6.如權利要求3～5中任意一項所述的機油供應裝置，其特征在于當活塞(8)處于其下止點位置中時，管道元件(16)正好伸入到緊靠活塞裙(13)下方或者以內的區域中。
7.如權利要求3～6中任意一項所述的機油供應裝置，其特征在于當活塞(8)處于其下止點位置中時，管道元件(16)在靠近利用連桿(4)與活塞(8)相連的活塞銷(6)的區域中終止。
8.如權利要求3～7中任意一項所述的機油供應裝置，其特征在于管道元件(16)對應于內燃機的正常工作位置指向上方，且向上方排出機油。
9.如權利要求1～8中任意一項所述的機油供應裝置，其特征在于輸油裝置擁有一個可根據內燃機轉速或者負荷進行控制的油泵。
10.如權利要求1～9中任意一項所述的機油供應裝置，其特征在于輸油裝置擁有一個僅當活塞(8)處于其下止點范圍內時才開始輸送機油的油泵。
11.如合權利要求1～10中任意一項所述的機油供應裝置，其特征在于活塞(8)的工作面(10)和/或氣缸(9)的工作面上設計有應急潤滑層或者儲油層。
12.如權利要求3～11中任意一項所述的機油供應裝置，其特征在于-內燃機為二沖程發動機，-管道元件(16)在掃氣道的入口(15)中穿過曲軸箱壁，-管道元件(16)向上伸入到曲軸箱(3)之中，使得至少有一部分通過管道元件(16)的內腔所輸送的機油在管道，元件(16)的出口(17)上流出后，在管道元件(16)的外側朝向掃氣道(15)的入口回流。
13.用于二沖程發動機的機油供應裝置，二沖程發動機至少擁有一個氣缸(9)、一個在氣缸(9)中作往復運動的活塞(8)、以及至少有一個將燃燒空氣或者空氣燃油混合氣從曲軸箱(3)輸送到燃燒室(11)的掃氣道，且具有一個用來輸送機油的輸油裝置，其特征在于可通過輸油裝置將機油定向送入掃氣道的入口(15)范圍之中，或者就送入掃氣道之中。
全文摘要
本發明涉及一種用于內燃發動機的機油供應裝置，它具有一個輸油裝置將機油輸送給氣缸(9)中往復運動的活塞(8)。輸油裝置的構造為至少在活塞(8)處于其下止點范圍之時，通過該輸油裝置使機油直接進入活塞(8)下方，尤其是其活塞底(12)下方以及活塞裙(13)以內的范圍內。該輸油裝置至少有一個伸入到活塞底(8)下方范圍內的管道元件(16)。當活塞(8)處于其下止點位置時，管道元件(16)應盡可能終止于活塞銷(6)附近。這樣就能保證使承受極高機械負荷以及熱負荷的活塞銷(6)得到定向機油潤滑。此外，通過該機油供應裝置還可以給二沖程發動機的掃氣道(15a)供油，以抑制積炭傾向。
文檔編號F01P3/08GK101023246SQ200580011331
公開日2007年8月22日 申請日期2005年4月20日 優先權日2004年4月22日
發明者W·霍斯勒, O·W·斯坦佐, G·西克 申請人:威克建設設備有限公司