發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】發(fā)動機潤滑系統(tǒng)
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年3月13日提交的題目為“ENGINE LUBRICAT1N SYSTEM(發(fā)動機潤滑系統(tǒng))”的美國臨時專利申請?zhí)?1/780，473的優(yōu)先權，該申請通過引用以其整體并入本文。
[0003]背景
[0004]現(xiàn)代內(nèi)燃發(fā)動機設計為實現(xiàn)低重量、低成本以及高效率的目的。通常，這些目標彼此競爭，使得滿足一個目標可能導致不能滿足另一個目標。例如，現(xiàn)代發(fā)動機設計者旨在通過增加發(fā)動機的峰值氣缸壓力(PCP)的能力實現(xiàn)高效率發(fā)動機的目的。然而，考慮到由強加于發(fā)動機的組件上的高PCP產(chǎn)生的極大的力，更強的材料和/或更大質量的材料是必須的。在大多數(shù)情況下，更強的材料也更重。因此，現(xiàn)代發(fā)動機很難變得很高效率，同時也很難是輕質的。此外，輕質材料例如鋁易于具有相對差的疲勞強度，這進一步限制了其在高PCP發(fā)動機中的可用性。
[0005]考慮到上述限制，一些發(fā)動機嘗試通過使用保持由輕質材料制成的缸體受壓的貫穿螺栓方案以避免與較輕材料相關的疲勞。然而，常規(guī)的貫穿螺栓方案不利于許多內(nèi)部發(fā)動機潤滑布置。例如，穿過氣缸體的貫穿螺栓的定位通常橫穿標準的潤滑分布通道，并且可能阻塞或者妨礙潤滑劑穿過這些通道流動到發(fā)動機的重要組件，例如曲軸主軸頸。
[0006]另外，用于普通內(nèi)燃發(fā)動機的典型內(nèi)部潤滑布置由于維持潤滑回路的末端處的潤滑壓力所需的高泵出壓力而易于導致潤滑泵中的附加損失(parasitic loss)。此外，許多內(nèi)部潤滑方案導致在發(fā)動機停機時來自潤滑回路的潤滑劑的大量消耗，這導致在啟動時發(fā)動機內(nèi)潤滑不足和潤滑啟動延遲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]各種實施例提供了發(fā)動機潤滑系統(tǒng)及制造方法和發(fā)動機潤滑系統(tǒng)及方法的實施。在具體實施例中，本公開的發(fā)動機系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)動機潤滑系統(tǒng)，其利用貫穿螺栓式發(fā)動機(through-bolted engine)的層疊結構以圍繞貫穿螺栓成型，并且使用基本中空的腔壁(bulkhead)以界定中央高壓潤滑容器，該中央高壓潤滑容器使?jié)櫥到y(tǒng)壓力最小化同時保持潤滑回路末端處的壓力。在腔壁內(nèi)可用的空間用于提供潤滑排放限制以降低發(fā)動機停機時的潤滑損失。
【附圖說明】
[0008]本領域技術人員應理解，附圖主要是為了描述目的，而非意在限制本文所描述主題的范圍。附圖不一定按照比例繪制，在一些實施例中，本文所公開主題的各個方面可以在附圖中擴大地或者放大地顯示，以有利于不同特征的理解。在附圖中，類似參考符號通常是指類似的特征(例如，功能上相似和/或結構相似的元件)。
[0009]圖1圖示了根據(jù)本公開一個實施例的內(nèi)燃發(fā)動機的剖面圖。
[0010]圖2為圖1中內(nèi)燃發(fā)動機的部分透視圖。
[0011]圖3為圖1中內(nèi)燃發(fā)動機的端部部分透視圖。
[0012]圖4為圖1中內(nèi)燃發(fā)動機的兩個基本中空腔壁的橫截面透視圖。
[0013]當結合附圖考慮時，本文中所公開的發(fā)明構思的特征和優(yōu)點將從下面陳述的詳細描述中變得更加清楚。
【具體實施方式】
[0014]貫穿本說明書對“一個實施例”、“實施例”或者類似語言的引用意味著關于該實施例描述的特定的特征、結構或特性被包括在本公開的至少一個實施例中。貫穿本說明書出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”和類似語言都可以指相同的實施例，但這不是必須的。同樣，術語“實施”的使用，意味著具有關于本公開的一個或者多個實施例描述的特定的特征、結構或者特性的實施，然而，沒有另外的相關指示表述相反情況時，實施可以與一個或者多個實施例相關。
[0015]為了使主題的優(yōu)點可以被更容易地理解，上述簡要地描述的主題的更具體的描述將通過引用在附圖中描述的具體的實施例提出。應理解，這些附圖僅僅描述了主題的典型實施例，且因此不能認為是對其范圍的限制，主題將通過使用附圖以另外的特征和細節(jié)進行描述和解釋。
[0016]為了應對現(xiàn)有技術，并且特別地為了應對在內(nèi)燃發(fā)動機技術中通過當前可用系統(tǒng)仍未充分解決的問題和需要，本申請的主題已開發(fā)。更具體地說，在一些實施例中，本公開的發(fā)動機系統(tǒng)包括內(nèi)燃發(fā)動機潤滑系統(tǒng)，其使用貫穿螺栓式發(fā)動機的層疊結構以圍繞貫穿螺栓成型，并且使用基本中空的腔壁以界定中央高壓潤滑容器，該中央高壓潤滑容器使?jié)櫥到y(tǒng)壓力最小化同時保持潤滑回路末端的壓力，并且使用在腔壁內(nèi)可用的空間，以提供潤滑排放限制，用于降低發(fā)動機停機時的潤滑損失。
[0017]參照圖1，內(nèi)燃發(fā)動機10的一個實施例包括組件的層疊布置。例如，如圖所示，發(fā)動機10包括底座20、缸體30、氣缸蓋40、凸輪承載件50和罩子60。缸體30直接安裝在底座20 (其可以被稱為底板)上。氣缸蓋40直接安裝在缸體30上，并且凸輪承載件50直接安裝到氣缸蓋40上。最后，罩子60定位在凸輪承載件50之上并且固定到氣缸蓋40。在一些實施例中，相對薄的密封墊片可以定位在底座20、缸體30、氣缸蓋40、凸輪承載件50和罩子60中的一個或者多個之間。如本文中所定義，考慮到墊片相對薄，一個組件仍被認為直接地安裝到另一個組件上，其中墊片定位在其間。
[0018]底座20和凸輪承載件50是由高強度材料例如鐵或鋼，使用任何種類的制造技術例如機加工和鑄造而制成的。相反的，缸體30和氣缸蓋40是由輕質材料例如鋁，使用任何種類的制造技術例如機加工和鑄造而制成的。以這種方式，由輕質材料制成的組件有效地夾在由高強度材料制成的組件之間。底座20、缸體30、氣缸蓋40和凸輪承載件50通過延伸穿過底座、缸體、氣缸蓋和凸輪承載件的各自的孔72、74、76、78的多個貫穿螺栓70固定在一起。在所示實施例中，螺栓70的頭部抵靠底座20定位，并且螺栓的柱身的相對端嚙合在凸輪承載件50的孔78中。可選擇地，螺栓70的頭部可以抵靠凸輪承載件50定位，并且螺栓的柱身的相對端可以嚙合在底座20的孔72中。在任一種構造中，螺栓70的擰緊使底座20和凸輪承載件50緊靠在缸體30和氣缸蓋上。
[0019]以這種方式，缸體30和氣缸蓋40在發(fā)動機10的整個運行范圍內(nèi)保持壓縮。此外，每個貫穿螺栓70定位成延伸穿過在缸體30內(nèi)形成的相應腔壁的中空內(nèi)部。發(fā)動機10的每個腔壁可被稱為在缸體30內(nèi)形成的隔板，隔板分開或者分離發(fā)動機的燃燒氣缸。
[0020]發(fā)動機10包括用于發(fā)動機操作所必需的各種其他特征。例如，發(fā)動機10包括定位在底座20和缸體30之間的曲軸，其中曲軸的多個主軸頸80定位在主軸頸容納空間81內(nèi)，主軸頸容納空間81界定在底座和缸體內(nèi)形成的相對半圓形凹部之間。此外，發(fā)動機10可以包括平衡軸，平衡軸具有定位在底座20內(nèi)的一個或者多個軸頸82。此外，盡管未示出，但發(fā)動機10包括在腔壁之間的各自的燃燒氣缸內(nèi)可移動的多個活塞。
[0021]發(fā)動機10包括潤滑系統(tǒng)100，潤滑系統(tǒng)包括用于傳送和儲存潤滑劑的多個流體通道和容器。在一些實施例中，潤滑劑是油。潤滑系統(tǒng)100包括在缸體30內(nèi)的中央位置形成的中央高壓潤滑容器102，在一些實施例中為在缸體的前端和后端之間的大約中間處的缸體的中間腔壁。容器102為基本直立的構件，其具有在發(fā)動機10進氣側的引入部130、在發(fā)動機排氣側的排出部132以及流體地連接引入部與排出部的橋接部件134 (參見圖3)。如圖3所示，容器102具有基本U型的橫截面?？捎糜谥圃旄左w30和容器102的鑄造工藝允許容器的基本非圓形、獨特的形狀成形。每個引入部130和排出部132從接近底座20的缸體30的底部向上延伸到接近氣缸蓋40的缸體的頂部。橋接部件134流體地連接引入部130與排出部132的底部部分，并且可以圍繞主軸頸80的中間主軸頸延伸。
[0022]在操作中(例如發(fā)動機開動時)，容器102容納保持相對高壓的大量潤滑劑。來自潤滑源的高壓潤滑劑通過在缸體30內(nèi)形成的供給管線104提供給容器102。容器102流體地連接到分別在底座20、缸體30、氣缸蓋40和凸輪承載件50中的一個、兩個或更多個中形成的第一潤滑回路105、第二潤滑回路107和第三潤滑回路109。
[0023]第一潤滑回路105在缸體30內(nèi)形成，并且包括在前后方向(例如，平行于曲軸)延伸的第一槍管(rifle)或主管路106。在操作中，第一槍管106容納從容器102接收的高壓潤滑劑。第一槍管106在該第一槍管的兩端之間大約中間點處接收來自容器102的潤滑劑。以這種方式，通過減小潤滑劑必須流經(jīng)槍管106的長度，使通過第一槍管106的流量的限制最小化。因此，在第一潤滑回路105中的壓力損失減少。第一潤滑回路105還包括各自在缸體30中形成的并且定位為鄰近相應的活塞冷卻噴嘴(PCN)的位置的多個較小的輸送管路120。當來自容器102的潤滑劑提供給第一槍管106時，在輸送管路120中的潤滑劑提供給相應的PCN以冷卻活塞。第一潤滑回路105可以包括單向閥，單向閥是可致動的以在發(fā)動機10停機后在回路105內(nèi)保留有潤滑劑。
[0024]第二潤滑回路107在底座20和缸體30內(nèi)形成，并且包括在前后方向延伸的第二槍管或主管路108。在操作中，第二槍管108容納有通過容器102的潤滑劑壩狀物(lubricant dam) 140的排放臂142從容器102接收的高壓潤滑劑，如下面將解釋的。第二槍管108在該第二槍管兩端之間大約中間點處從容器102接收潤滑劑。以這種方式，通過減小潤滑劑必須流經(jīng)槍管108的長度，使通過第二槍管108的流量的限制最小化。因此，在第二潤滑回路107中的壓力損失減少。
[0025]如同第一潤滑回路105 —樣，第二潤滑回路107也包括各自部分地在缸體30中形成和部分地在底座20中形成的多個較小的輸送管路150、151。每個輸送管路150定位為鄰近曲軸的相應的主軸頸80，且每個輸送管路151定位為鄰近曲軸的連接到連接桿的相應部分。每個輸送管路150包括第一平衡軸軸頸部分152和第二平衡軸軸頸部分154，第一平衡軸軸頸部分152基本垂直向下延伸以潤滑進氣側的平衡軸軸頸82，第二平衡軸軸頸部分154基本垂直向下延伸以潤滑排氣側的平衡軸軸頸82。雖然輸送管路151不包括平衡軸軸頸部分，但是每個輸送管路150、151包括橋接部分156，橋接部分156從進氣側到排氣側基本橫向延伸穿過發(fā)動機10 (例如，穿過發(fā)動機的兩側之間的中間平面(side-to-sidemid-plane)) ο如圖2所示，橋接部分156遵循圍繞貫穿螺栓72的迂回路徑。以這種方式，螺栓72不會阻礙橫穿發(fā)動機輸送潤滑劑用于潤滑主軸頸8