CN102383876B - 涡轮增压器的润滑油控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮增压器的阀及其工作方法，包括：流体流入口和节流流出口、旁通出口之间的阀体；所述阀体分为通过该节流阀体中调节流体的流速的节流部件和对经过节流部件降压之后的节流流体部分分流，即对该节流流体进一步降压的旁通阀体部，节流阀体部和与旁通阀体部配合工作，使该阀节流流出口流出的流体的压力满足后续部件工作的需要。本发明克服了节流阀、旁通阀单独作用时的缺点，并结合两种阀的优点，能有效的降低接入油路的流体压力，并且保证有足够的流体流量满足后续部件工作的需要，该阀结构简单，体积小，便于安装。

Description

涡轮增压器的润滑油控制阀

技术领域

本发明涉及涡轮增压器的技术领域，具体涉及一种涡轮增压器的润滑油控制阀，尤其涉及用于汽油发动机上的位于涡轮增压器进油口的阀及其工作方法。 

背景技术

涡轮增压器最初用于柴油机，使用涡轮增压器后的发动机具有升功率高、油耗率低、排污较少的特点。鉴于涡轮增压器工作时处于高转速、高温状态，涡轮增压器采用的浮动轴承或滚动轴承结构，必须给予充分的润滑和冷却。因此，给予充分的润滑油是必不可少的。在涡轮增压器的十分有限的中壳空间内要做密封结构，防止漏油，除了加强密封结构的可靠性外，限制进油压力对其防漏往往起到决定性的作用。柴油机的润滑油进油压力一般低于0.4-0.5Mpa，因此柴油机的润滑油可直接送入涡轮增压器进行润滑，并可保障涡轮增压器不漏油。 

为节约设计或采购成本，现有技术中往往将上述柴油机用涡轮增压器装配于汽油发动机上使用，但由于汽油发动机的润滑油进油压力一般为0.7-0.8MPa，所以将汽油发动机的润滑油油管直接与涡轮增压器相连时，0.7-0.8MPa压力的润滑油就流入到涡轮增压器时，由于该润滑油的压力过大，一般增压器轴承内间隙为0.03-0.04mm，外间隙为0.07-0.08mm，同时具有带缝隙的密封机构，这就导致漏油现象多发。尤其在涡轮高温端漏油造成的结焦现象较普遍，这缩短了涡轮增压器的使用寿命。因此，对流进增压器的润滑油进行降压就很有必要，使润滑油的进油压力低于0.4-0.5Mpa就能有效杜绝漏油现象的发生。 

就目前的技术条件，要防止增压器漏油，最简单的方法是限制进油压力。旁通法：即把多余的润滑油通过旁通阀流回油箱。其缺点是大量润滑油被旁通，将减少发动机本身的润滑油用量，可造成发动机因缺乏润滑油引起运动构件的损坏。节流法：即缩小进油孔面积，让润滑油通过小孔压阻损失以达到降压作用。经计算和实验证明，当进油孔从φ4mm减小到φ0.6mm时，才能使油压从0.7MPa下降到0.4MPa。这种结构虽然简单，但是也带来副作用，因润滑油中避免不了存在赃物。有的赃物颗粒直径大于0.6mm，这样进油孔φ0.6mm很容易被堵塞。一旦增压器缺油，轴承很快磨损，其后果十分严重，因此节流小孔也不能开的太小。 

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种在将柴油机用涡轮增压器装配于汽油发动机上使用时，适于克服涡轮增压器的漏油缺陷，并能同时确保对汽油发动机和涡轮增压器的润滑油供给的涡轮增压器的润滑油控制阀及其工作方法。 

为解决上述解决的技术问题，本发明提供了一种涡轮增压器的润滑油控制阀，其包括：节流阀体部和旁通阀体部，节流阀体部的输出流路与旁通阀体部的旁通入口相连通；节流阀体部内的节流通道的内径为0.8-1.2mm；输入节流阀体部的润滑油压力为0.7-0.8MPa时，从节流阀体部输出的润滑油压力低于0.4-0.5Mpa。 

所述节流阀体部还包括：输入、输出流路，所述节流通道串接于该输入、输出流路之间；该节流通道的截面积小于所述输入、输出流路的截面积；所述输入流路的入口与节流阀体部的入口相连通，所述输出流路的出口即为节流阀体部的出口；所述旁通阀体部包括：与所述旁通入口相连通的旁通流路，在该旁通流路上设有用于调节该旁通流路的流体流量的阀芯组件。 

所述旁通流路包括：交叉连通的第一、第二旁通流路，第一旁通流路为一漏斗形通路，该漏斗形通路的底部端口为所述旁通入口，第二旁通流路的末端口为所述旁通阀体部的旁通出口；所述阀芯组件包括：设于所述漏斗形通路的喇叭口处的滚珠，位于该滚珠外侧端的用 于调节流体流量的压力弹簧，该压力弹簧的外侧端设有用于调节所述压力弹簧的压力的调节螺钉；使用时，通过调节所述压力弹簧的压力来调节滚珠与所述喇叭口的间隙，以控制流量。 

上述涡轮增压器的润滑油控制阀的工作方法，包括：压力为0.7-0.8MPa的润滑油经节流阀体部节流后，采用旁通阀体部旁通降压，以使从节流阀体部输出的润滑油压力低于0.4-0.5Mpa；节流阀体部内的节流通道的内径为0.8-1.2mm。 

本发明具有的技术效果：(1)为实现将柴油机用涡轮增压器装配于汽油发动机上使用且不漏油的目的，本发明在涡轮增压器的润滑油入口上增加了一个节流旁通阀，即润滑油控制阀；其中的节流阀体部用于节流，以同时确保对汽油发动机和涡轮增压器的润滑油供给；旁通阀体部用于降压，使输入节流阀体部的润滑油压力为0.7-0.8MPa时，从节流阀体部输出的润滑油压力低于0.4-0.5Mpa；从而实现了将柴油机用涡轮增压器装配于汽油发动机上使用且不漏油的目的；其中，节流阀体部内的节流通道的内径为0.8-1.2mm，能确保恰当的流量的同时，防止其堵塞；(2)所述旁通阀体部的旁通溢油通过所述旁通回流口送入涡轮增压器，以冷却涡轮增压器，故而可替代冷却水；该阀结构简单，体积小，便于安装。本发明的润滑油控制阀应用于3360、K03、K04等型号的涡轮增压器上，起到了降压防漏的效果。 

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中 

图1本发明的涡轮增压器的润滑油控制阀的结构示意图。 

图2本发明的应用所述阀的涡轮增压器，标记23为涡轮增压器19的中间体总成。 

图3本发明的应用所述阀的另一种涡轮增压器。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明： 

(实施例1) 

如图1，本实施例的涡轮增压器的润滑油控制阀包括：节流阀体部4和旁通阀体部5，节流阀体部4的输出流路8与旁通阀体部5的旁通入口10相连通；节流阀体部4内的节流通道6的内径为0.8-1.2mm，优选1mm；输入节流阀体部4的润滑油压力为0.7-0.8MPa时，在节流阀体部4和旁通阀体部5共同作用下，从节流阀体部4输出的润滑油压力低于0.4-0.5Mpa。 

所述节流阀体部4还包括：输入、输出流路7、8，所述节流通道6串接于该输入、输出流路7、8之间；该节流通道6的截面积小于所述输入、输出流路7、8的截面积；所述输入流路7的入口与节流阀体部4的入口1相连通，所述输出流路8的出口即为节流阀体部4的出口2；所述旁通阀体部5包括：与所述旁通入口10相连通的旁通流路，在该旁通流路上设有用于调节该旁通流路的流体流量的阀芯组件9。 

所述旁通流路包括：交叉连通的第一、第二旁通流路11、12，第一旁通流路11为一漏斗形通路，该漏斗形通路的底部端口为所述旁通入口10，第二旁通流路12的末端口为所述旁通阀体部5的旁通出口3；所述阀芯组件9包括：设于所述漏斗形通路的喇叭口处的滚珠13，位于该滚珠13外侧端的用于调节流体流量的压力弹簧14，该压力弹簧的外侧端设有用于调节所述压力弹簧14的压力的调节螺钉15；使用时，通过调节所述压力弹簧14的压力来调节滚珠13与所述喇叭口的间隙，以控制流量。 

节流通道6适于调节流体的流速，对流体进行降压；旁通阀体部5与节流阀体部4配合工作，通过该旁通阀体部5中的阀芯组件9对经过节流通道6节流之后的流体进行部分分流，以对该流体进一步降压。 

所述流体流入口采用螺纹接口或者法兰接口。 

由流体力学可知，所述节流通道6内径取值的范围根据：封闭管道中流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律结合得到； 

质量守恒：流体在一个封闭的管道中流动，当遇到节流件时，在节流件前后它的质量是不变的，用连续性方程表示为： 

V₀×A₀×ρ＝V₁×A₁×ρ 

流体为理想液体(液体不可压缩，密度相等)： 

V₀×A₀＝V₁×A₁

V₀为节流通道6前的输入流路7的流体流速，V₁为节流通道6中的流体流速，A₀为输入流路7的管内截面积，A₁节流通道6的管内截面积。 

能量守恒：用伯努利方程来表示对于安装有节流通道6的封闭管道中流体的压力和流速有如下的关系： 

$\frac{P_0}{\mathrm{\ρ}}+\frac{V_0^2}{2}=\frac{P_1}{\mathrm{\ρ}}+\frac{V_1^2}{2}$

P₀为节流通道6上游的输入流路7的流体压力，P₁为节流通道6下游的输出流路8的流体压力，ρ为流体密度。在实际测试过程中，节流通道6内径的流体压力因内径过小无法准确测量，根据流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)可以判断输出流路8的流体压力与节流通道6内径的流体压力十分接近，所以这里用输出流路8的流体压力代替节流通道6内径的流体压力。 

由上述流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律结合得到流体经过节流通道6下游的压力损失公式： 

$\mathrm{\ΔP}=P_0[1-{\left(\frac{d_1}{d_0}\right)}^K]$

式中：ΔP流体经过小孔之后的压降；ΔP＝P₀-P₁；d₀为所述输入流路7的直径，d₁为节流通道6的内径，K为节流通道6的收缩系数且K＝0.12-0.13，K取中间值0.125。 

通过所述压力损失公式计算出节流通道6的内径或者是位于输出流路8中节流流体的压 力。 

根据所述公式： 

当压降ΔP＝0.10Mpa时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出d₁＝1.2mm； 

当压降ΔP＝0.11Mpa时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出d₁＝1.0mm； 

当压降ΔP＝0.13Mpa时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出d₁＝0.8mm； 

当压降ΔP＝0.15Mpa时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出d₁＝0.6mm； 

从计算数据可以得到，当输入流路压力已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm，节流通道6的内径范围0.6mm-1.2mm均能产生压降，并且压降大小和节流通道6的内径呈反比例关系，但是节流通道6孔内径0.6mm虽然产生的压降最大，但是由于内径过小容易被赃物堵塞，所以为了克服节流通道6容易被堵的这一缺点，所以把内径范围选在0.8-1.2mm，本实施例首选1.0mm。 

表1用3360涡轮增压器的润滑油进油口接上本实施例的润滑油控制阀，润滑油压测试记录(油温30℃) 

从上述表1测试数据可以看出： 

A、随着P₀的提高，节流降低作用愈大，压降范围ΔP在0.05-0.12Mpa； 

B、用内径为1.0mm的节流通道6降压，最大能下降0.12Mpa。根据上述压力损失公式的计算，内径为1.0mm，P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm时，压降ΔP＝0.11Mpa，误差在允许的范围之内，由此可见，节流通道6的收缩系数K的取值范围0.12-0.13，K取中间值0.125的计算数据和 实验结果是一致的，也证明了所述压力损失公式的正确性。 

C、当旁通阀体部5的压力调至0.4Mpa时，可进一步降低油压，使节流阀体部4的出口2的压力为0.5Mpa，该出口2与涡轮增压器19的润滑油入口20相连，所以该涡轮增压器19在0.5Mpa的压力下工作，这样可以流体压力从0.7Mpa降为0.5Mpa避免涡轮增压器19因流入油压过大造成漏油。 

D、从总体流量来看，涡轮增压器19的进油量(润滑油入口20的流量)和旁通阀体部5的旁通回油量之和等于涡轮增压器19的总回油量，所以并没有额外给与涡轮增压器19相连的发动机造成供油负担，并且涡轮增压器19进油量完全可以维持涡轮增压器19内的浮动轴承的正常工作。 

(实施例2)： 

在上述实施例1的基础上，本实施例的涡轮增压器的润滑油控制阀的工作方法，包括：压力为0.7-0.8MPa的润滑油经节流阀体部4节流后，采用旁通阀体部5旁通降压，以使从节流阀体部4输出的润滑油压力低于0.4-0.5Mpa；节流阀体部4内的节流通道6的内径为0.8-1.2mm，优选1mm。 

关于所述节流通道6的内径取值，其流体压力计算方法包括： 

封闭管道中流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律。 

由上述流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律结合得到流体经过节流通道6孔之后的压力损失公式： 

$\mathrm{\ΔP}=P_0[1-{\left(\frac{d_1}{d_0}\right)}^K]$

式中：ΔP流体经过小孔之后的压降；ΔP＝P₀-P₁；d₀为所述输入流路7的直径，d₁为节流通道6内径，K为节流通道6收缩系数且K＝0.12-0.13，K取中间值0.125。 

通过所述压力损失公式计算出相应的节流通道6的内径对应的压降值。 

根据所述公式： 

当d₁＝1.2mm时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出压降ΔP＝0.10Mpa； 

当d₁＝1.0mm时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出压降ΔP＝0.11Mpa； 

当d₁＝0.8mm时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出压降ΔP＝0.13Mpa； 

当d₁＝0.6mm时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm则计算出压降ΔP＝0.15Mpa； 

从计算数据可以得到，节流通道6的内径选择1.0mm时，已知P₀＝0.7Mpa，d₀＝4mm，压降ΔP＝0.11Mpa，通过ΔP＝P₀-P₁计算出P₁＝0.59Mpa，因为后续部件工作对流体压力要求为0.5Mpa，可通过旁通阀部5进行分压，降低节流阀体部4的出口2的流体压力。 

(实施例3)： 

如图2，一种应用上述实施例1和2的润滑油控制阀的涡轮增压器，包括：所述节流阀体部4的入口1用于与汽油发动机的润滑油供油管路相连，该节流阀体部4的出口2与涡轮增压器19的润滑油入口20相连，与所述涡轮增压器19的润滑油出口21相邻的壳壁上设有旁通回流口22，所述旁通阀体部5的旁通出口3与该旁通回流口22相连，涡轮增压器19的润滑油出口21与汽油发动机的润滑油回油管路相连。 

(实施例4)： 

如图3，一种应用上述实施例1和2的润滑油控制阀的涡轮增压器，包括：所述节流阀体部4的入口1用于与汽油发动机的润滑油供油管路相连，该节流阀体部4的出口2与涡轮增压器19的润滑油入口20相连，涡轮增压器19的润滑油出口21与一三通接头22的第一输入端相连，所述旁通阀体部5的旁通出口3与所述三通接头22的第二输入端相连，所述三通接头22的输出端用于与汽油发动机的润滑油回油管路相连。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。 

Claims (3)

1.一种涡轮增压器的润滑油控制阀，其特征在于包括：节流阀体部（4）和旁通阀体部（5），节流阀体部（4）的输出流路（8）与旁通阀体部（5）的旁通入口（10）相连通；

节流阀体部（4）内的节流通道（6）的内径为0.8-1.2mm；

输入节流阀体部（4）的润滑油压力为0.7-0.8MPa时，从节流阀体部（4）输出的润滑油压力低于0.5Mpa；

所述节流阀体部（4）的入口用于与汽油发动机的润滑油供油管路相连，该节流阀体部（4）的出口与涡轮增压器(19)的润滑油入口(20)相连，涡轮增压器(19)的润滑油出口与一三通接头的第一输入端相连，所述旁通阀体部（5）的旁通出口与所述三通接头的第二输入端相连，所述三通接头的输出端用于与汽油发动机的润滑油回油管路相连，其中，所述节流阀体部（4）的入口的采用螺纹接口或法兰接口。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器的润滑油控制阀，其特征在于：所述节流阀体部（4）还包括：输入、输出流路（7、8），所述节流通道（6）串接于该输入、输出流路（7、8）之间；该节流通道（6）的截面积小于所述输入、输出流路（7、8）的截面积；所述输入流路（7）的入口与节流阀体部（4）的入口（1）相连通，所述输出流路（8）的出口即为节流阀体部（4）的出口（2）；

所述旁通阀体部（5）包括：与所述旁通入口（10）相连通的旁通流路，在该旁通流路上设有用于调节该旁通流路的流体流量的阀芯组件（9）。

3.根据权利要求2所述的涡轮增压器的润滑油控制阀，其特征在于： 所述旁通流路包括：交叉连通的第一、第二旁通流路（11、12），第一旁通流路（11）为一漏斗形通路，该漏斗形通路的底部端口为所述旁通入口（10），第二旁通流路（12）的末端口为所述旁通阀体部（5）的旁通出口（3）；

所述阀芯组件（9）包括：设于所述漏斗形通路的喇叭口处的滚珠（13），位于该滚珠（13）外侧端的用于调节流体流量的压力弹簧（14），该压力弹簧的外侧端设有用于调节所述压力弹簧（14）的压力的调节螺钉（15）；使用时，通过调节所述压力弹簧（14）的压力来调节滚珠（13）与所述喇叭口的间隙，以控制流量。