气缸内的往复活塞的精确润滑.pdf

二冲程发动机特别容易因为一些操作条件下油不充分而受到活塞拉缸。公开一种精确输送油的系统和方法。油容器槽形成在活塞中，油容器环焊接到活塞的表面。环后面的腔形成油容器。环具有入口间隙。缸套具有油喷射器，其在入口间隙接近油喷射器末端时将油喷射到入口间隙中。电子控制单元根据发动机的操作条件命令提供到油容器的油量。

权利要求书
1.  一种内燃发动机，包括：
缸壁；
油喷射器，其布置在所述缸壁中；
活塞，其布置在所述缸壁中并能够在所述缸壁内在上止点位置和 下止点位置之间往复，其中：
所述活塞具有冠和裙，所述冠的外表面和所述裙的外表面形成活 塞的大致柱形表面；
所述活塞的柱形表面中限定油压缩环槽；
活塞裙中限定有环形油分配容器；
所述环形油分配容器具有至少一个向外开口；
压缩环位于所述压缩环槽中；并且
所述油喷射器被定位成使得在活塞接近预定位置时油喷射器与 环形油分配容器的向外开口对准。

2.  根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述预定位置是 活塞行程的下止点位置。

3.  根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述环形油分配 容器是形成在活塞的柱形表面中的槽，所述发动机进一步包括：
油容器环，其布置在所述槽中，其中：
油容器环的上边缘附着到槽的上边缘；
油容器环的下边缘附着到槽的下边缘，并且
油容器环具有包括所述至少一个向外开口的至少一个周向间隙。

4.  根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述环形油分配 容器是形成在裙的内表面中的槽，所述发动机进一步包括：
油容器环，其布置在所述槽中，其中：
油容器环的上边缘附着到槽的上边缘；并且
油容器环的下边缘附着到槽的下边缘。

5.  根据权利要求1所述的内燃发动机，还包括：
限定在活塞中的多个油分配通道，所述通道在环形油分配容器 的接近冠的端部和活塞的柱形表面之间延伸。

6.  根据权利要求5所述的内燃发动机，其中，在从环形油分配 容器到活塞的柱形表面考虑时，油分配通道朝着冠倾斜。

7.  根据权利要求5所述的内燃发动机，其中，围绕活塞裙的圆 周分布有至少六个油输送通道。

8.  根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，当发动机安装在 车辆中使得缸壁以从例如水平发动机和V形发动机的竖向移位的角 度取向时，环形油分配容器的向外开口大致定位在安装在车辆中的 环形油容器槽的最高点。

9.  根据权利要求1所述的内燃发动机，还包括：
电子控制单元(ECU)，其电子地联接到油喷射器，其中ECU 向油喷射器命令定时和脉冲宽度。

10.  根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，环形油分配容器 的表面涂有不润湿涂层。

说明书气缸内的往复活塞的精确润滑
技术领域
本发明整体涉及润滑在气缸内往复运动的活塞之间的界面。
背景技术
为在气缸内往复运动的活塞提供充分的润滑很重要。在四冲程 发动机中，多余的润滑剂可四处溅开以确保缸套或缸膛上有充分润 滑。但是，由于提供足够油以便润滑目的同时防止油离开排气口的 导致高油耗的权衡，带有活塞口的二冲程特别易于出现润滑问题。 因此，在量和覆盖上希望精确润滑。
2009年8月27日提交的共同受让的公开申请US2010/0050978 中显示了二冲程发动机中缸套的润滑。在一种实施方式中，活塞中 的惰性反应油喷射器具有隧道通道和形成在活塞的侧表面下的容 器。在活塞内设置一个或多个策略性放置的油容器。活塞的侧壁中 的出口允许容器内的大部分油迫使其自身通过出口，以反作用于活 塞在接近其TDC位置时的减速。润滑油在暴露于油封下方的加压油 时进入入口、容器和隧道通道。希望提供以可控方式填充容器的途 径。
US2010/0050978中公开的油容器对于制造会是挑战。希望一种 在活塞内提供容器的替代制造方法。
发明内容
根据本发明的一种实施方式，提供一种向容器中喷射油的油喷 射器。油喷射器电子地联接到电子控制单元以按照希望控制油喷射 量和频率。
为了克服现有技术中的至少一个问题，用于内燃发动机的活塞 缸组件包括：具有冠和裙的活塞，冠的外表面和裙的外表面形成活 塞的大致柱形表面。活塞的柱形表面具有限定在其中的压缩环槽和 环形油分配容器，压缩环位于压缩环槽中，压缩环不附接到活塞， 油容器环位于油容器槽中，油容器环附着到活塞。
在一种实施方式中，压缩环槽和油容器槽周向形成到活塞的裙 的外侧表面中。油容器环具有入口间隙。油容器环在容器环的上边 缘和容器环的下边缘处附着到柱形表面。
油输送通道具有在油容器处的入口和在柱形表面处的出口。出 口比入口更靠近活塞冠定位。油容器环具有入口间隙。活塞能够在 缸壁内在上止点位置和下止点位置之间往复。组件还包括经过缸壁 布置并在活塞处于下止点位置时瞄准入口间隙的喷射器。
组件可进一步包括发动机位置传感器和电子地联接到喷射器和 发动机位置传感器的电子控制单元(ECU)。ECU至少基于发动机 位置命令喷射器打开。在一些实施方式中，组件进一步包括：与喷 射器相关以提高喷射器内的油温度的加热器和电子地联接到加热器 的电子控制单元(ECU)。ECU命令加热器在发动机冷启动前接通。
在一些实施方式中，冠和裙一体形成。在一些实施方式中，一 个或多个槽形成在冠中，且一个或多个槽形成在裙中。活塞的柱形 表面由冠的柱形外表面和裙的柱形外表面构成。
替代地，公开一种内燃发动机，其包括：缸壁和布置在所述缸 壁中并能够在所述缸壁内在上止点位置和下止点位置之间往复的活 塞。活塞具有冠和裙，冠的外表面和裙的外表面形成活塞的大致柱 形表面。表面是大致柱形的，因为如本领域技术人员公知的，活塞 可以是略微桶形或者可以是略微椭圆形以应对不均匀膨胀，并且可 以在表面中具有例如用于活塞销的开口和容纳环的槽的特征。柱形 表面具有限定在其中的压缩环槽和环形油分配容器。环形油分配容 器具有至少一个向外开口。压缩环位于压缩环槽中。油喷射器位于 缸壁中并定位成使得在活塞接近预定位置时油喷射器与环形油分配 容器的向外开口对准。在至少一种实施方式中，预定位置是下止点 位置。
环形油分配容器是形成在活塞的柱形表面中的槽。在一些实施 方式中，槽是再进入槽。油容器环布置在槽中。油容器环的上边缘 附着到槽的上边缘。油容器环的下边缘附着到槽的下边缘。油容器 环具有至少一个周向间隙，即向外开口。多个油分配通道限定在活 塞中，通道在接近冠的环形油分配容器和活塞的柱形表面之间延伸。 在从环形油分配容器到活塞的外表面考虑时，油分配通道朝着冠倾 斜。
当发动机安装在车辆中使得缸壁以从例如水平发动机和V形发 动机的竖向移位的角度取向时，环形油分配容器的向外开口大致定 位在安装在车辆中的环形油容器槽的最高点。
发动机还包括电子地联接到油喷射器的电子控制单元(ECU)。 ECU向油喷射器命令定时和脉冲宽度。
发动机可进一步包括联接到喷射器的加热器和电子地联接到加 热器的电子控制单元。
在一些实施方式中，环形油分配容器的表面涂有不润湿涂层。
还公开一种向内燃发动机的缸壁提供油的方法，包括：提供具 有冠和裙的活塞，活塞的柱形外表面具有包括向外开口的环形油分 配容器；将活塞安装在缸壁内，在缸壁内提供油喷射器，油喷射器 的末端瞄准油分配容器的向外开口；提供在环形油分配容器处具有 入口并在活塞的外表面处具有出口的油输送通道；以及命令油喷射 器在环形的、再进入油分配容器的向外开口与油喷射器对准时打开。 该方法还包括：将油容器环放置在油分配容器的外部中。油分配环 中的间隙是向外开口。油容器环的上边缘附着到环形的、再进入油 分配容器的上边缘。油容器环的下边缘附着到环形的、再进入油分 配容器的下边缘。
活塞适于在上止点位置和下止点位置之间往复。油喷射器定位 成使得在活塞处于下止点位置时分配容器的向外开口与喷射器对 准。
附图说明
图1是具有环形油分配容器的活塞的横截面表示；
图2和3是图1中的活塞的一部分的横截面示图；
图4是活塞的一部分的横截面表示，其中环形油分配容器形成 在活塞裙的内表面中；
图5和6是活塞的部分的横截面表示，其中环形油分配容器铸 造在活塞内；
图7和8是活塞的部分的横截面表示，其中有根据本发明的实 施方式的环形油分配；
图9-11是图1的活塞的横截面表示，该横截面垂直于活塞的中 心轴线截取；以及
图12是气缸内的活塞和与油喷射系统相关的部件的示意表示。
具体实施方式
本领域普通技术人员将会理解，参照任何一个附图说明和描述 的实施方式的多个特征可以与一个或多个其他附图中说明的特征结 合以产生没有明确说明或描述的替代实施方式。所示特征的组合提 供用于典型应用的代表性实施方式。但是，与本发明的教导一致的 特征的各种组合和变型对于特定应用或实施来说可以是希望的。本 领域普通技术人员可认识类似的应用或实施，不论是否明确描述或 说明。
图1中以横截面显示了具有冠12和裙14的活塞15。冠12通过 焊接、摩擦焊接、栓接在一起或任何合适的方式附于裙14。图1中 的活塞显示了与活塞裙分开形成并随后组合的活塞冠。替代地，活 塞是单件，其中冠和裙形成为一个一体件。槽16和18形成在冠12 中。梯形压缩环20布置在槽16中，压缩环22布置在槽18中。活 塞15具有开口24以支撑活塞销。
活塞15还具有限定在裙14中的环形油分配容器30。除了其中 向外开口50保持无障碍的至少一个位置外，环形油分配容器30具 有安装在环形油分配容器30的向外开口中的油容器环32。环形油分 配容器30具有从容器30延伸到裙14的外表面的多个输送通道34。
图2中显示活塞15的一部分的细节。图2中的横截面穿过向外 开口50并穿过输送通道34。输送通道34具有在容器30内的入口 36和在裙14的外表面处的出口38。在图3中，活塞15的一部分的 细节显示穿过油容器环32的横截面。在图3所示的实施方式中，油 容器环32的上边缘焊接到活塞裙14中的开口的上边缘，油容器环 的下边缘焊接到活塞裙14中的开口的下边缘。焊缝40和42分别是 上焊缝和下焊缝。
在图1-3中，环形油容器30在活塞裙14的外侧表面处形成有开 口。替代地，环形油容器130形成在活塞裙114的内表面中，如图4 中的横截面视图所示。油容器130具有安装在开口中并在焊缝140 和142处焊接到活塞裙114的环132。图4中的横截面与具有入口 136和出口138的油输送通道134交叉。图4中所示的活塞部分是冠 112和裙114一体形成的部分。
在图1-4中，显示了在裙的内表面或外表面中具有开口的环形油 容器。然而，图5中显示了在裙224的铸造过程中形成的环形油容 器230。图6显示图5的裙，其中向外开口250和油输送通道234 加工到裙224中。
图1-3中的环形油容器30和图4中的环形油容器130是再进入 槽。这可证明对加工到活塞的柱形表面中具有挑战。图7显示了其 中槽为非再进入式的实施方式。槽178形成在活塞164的柱形表面 中。油容器环166安装在槽178中。环形油容器180通过槽178和 油容器环166限定。向外开口168限定在油容器环166中。如下面 将要描述的，设置油喷射器以喷射油经过向外开口168从而向油容 器180提供油。这可以是围绕外围的一个开口或多个。输送通道170 限定在油容器环166中。多个这种输送通道可围绕油容器环166的 外围布置。
在图8所示的另一实施方式中，槽198形成在活塞184的柱形 表面中。环形油容器200通过槽198和安装到槽198的外边缘中的 油容器环180限定。在此实施方式中，输送通道限定在活塞184中， 入口在油容器200处，出口在活塞的表面处。
图9中显示与图1的活塞15的中心轴线52垂直的横截面。图9 中的横截面穿过油容器环32和环形油容器30截取。油容器环32具 有向外开口50。替代地，油容器环可具有多个向外开口。图10中的 横截面更靠近活塞冠截取并穿过油输送通道34。在图10的非限制性 示例中，具有8个均匀间隔的油输送通道34。图11中的横截面穿过 出口38截取。
上面描述的实施方式显示活塞冠和活塞裙，其中压缩环限定在 活塞的冠部分中，且环形油分配容器限定在裙中。然而，在其他实 施方式中，一个或多个压缩环限定在活塞裙中。在另一些实施方式 中，环形油分配容器限定在冠中。为了描述所有这些组合，槽可被 描述为限定在活塞的外部柱形表面中，该外部柱形表面由冠的外表 面和裙的外表面构成。
现在参照图12，显示活塞15布置在缸壁100中。活塞15被显 示处于其下止点位置，其中活塞15的顶部在缸壁100中的位置102 处。活塞15具有引起活塞15在位置102(下止点位置)和位置104 (上止点位置)之间往复的曲轴系(cranktrain)(未显示)。
油喷射器90刺穿缸壁100。喷射器90被供以来自油容器92并 通过泵94加压的油。电子控制单元(ECU)150电子地联接到喷射 器90以通过引起喷射器打开并输送油来命令喷射。在油喷射器90 在环形油容器30的向外开口处对准时，ECU 150命令油喷射器90 喷射。在图12所示的实施方式中，这发生在活塞15处于其下止点 位置时。在替代实施方式中，这可在不同时刻发生。
图12中显示了位于油喷射器90的外侧上的加热线圈96。在冷 启动时，油喷射器90和供应线中的油可能比希望润滑所希望的冷。 加热线圈96是一种非限制性示例。替代地，可以提供在油喷射器内 的加热器，例如感应加热器。在另一些实施方式中，在发动机启动 前加热发动机冷却剂。如果以此方式加热机体，则油喷射器及其内 容物也被加热。
ECU 150电子地联接到位置传感器152和其他传感器154，例如 温度和压力传感器。来自位置传感器152的信号可通过ECU 150使 用以安排喷射器90的时间以在向外开口(图1和2中的50)处于其 合适位置时提供油以允许油收集在环形油容器30中。
随着活塞朝着上止点运动，活塞的加速造成油被压入环形油容 器30的下部。当活塞接近上止点且活塞的加速度向下时，油被压入 环形油容器30的上部，造成油经过输送通道输送到缸壁100。图12 未充分细化以显示输送通道，但这些在图1中示为元件34。
在一些实施方式中，环形油容器和/或油容器环的内侧表面可以 涂覆有抗湿涂层。这样一来，容器中的油量更少受附着到容器表面 的量影响。
虽然已经就特定实施方式详细描述了最佳模式，这本领域的技 术人员将认识到权利要求书的范围内的多种替代设计和实施方式。 虽然多种实施方式可能就一个或多个希望特性而言相对于其他实施 方式提供好处或者更被喜好，但如本领域技术人员知道的，为了实 现希望的系统属性，一个或多个特性可以做出妥协，这取决于具体 应用和实施。这些属性包括但不限于：成本、强度、耐用性、寿命 成本、可售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造型、 容易组装性等。这里描述的与其他实施方式或现有实施相比就一个 或多个特性而言特征不那么希望的实施方式不被排除在本发明范围 外，并且可能对于特定应用来说是希望的。