CN107061970B - 具有两件式安全阀的机动车润滑泵系统 - Google Patents

Abstract

提供用于机动车辆的油润滑发动机的润滑泵系统，包括具出口和入口的泵。配置安全阀，具有壳体，带有多维度钻孔，所述多维度钻孔的第一直径部分与相异的第二直径部分轴向相交。弹簧偏置的主活塞滑动地被安装在所述第一部分，具有第一架接，计量泵出口接口和泵入口接口之间的流量。副活塞被配置在阀壳体钻孔的相异的第二直径部分。本发明系统允许通过控制先导压力来实现油压与发动机转速关系的多种运作模式，从而使车辆发动机上油泵所施加的寄生负载最小化。

Description

具有两件式安全阀的机动车润滑泵系统

相关申请的交互参照：本申请要求2016年2月11日提交的美国临时申请No.62/294,062的优先权。上述申请的公开内容被纳入此处作为参照。

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的发动机的润滑泵系统，特别是，具有交互活塞型发动机的机动车辆。

背景技术

在用于车辆的流体泵，特别是油泵的领域中，需要控制流经油路的油量。控制流量可以有许多优点，特别是燃油经济性。例如，当车辆加速泵时，由于泵以更大的速度运作，可能会引起不必要的油压增加，其导致发动机曲轴上功率负载增加。当车辆以慢速行驶时，在电路中需要一定的泵排量来产生所需的油压，但是以较高的速度和相同的泵排量会导致比所需更高的流量，多余的流量表现出发动机上寄生负载的增加。为了减少寄生负载，可变排量油泵被利用。然而，可变排量泵通常会使润滑系统增加更多的复杂性和成本，不仅是泵，还有与系统相关的其他阀门和液压元件。随着机动车辆中小型发动机的应用，变得更加困难来验证利用可变排量油润滑泵系统所带来的好处。因此，需要提供一种全润滑系统，可利用定排量油泵，来提供与之前仅利用可变排量泵的润滑系统相似的优势。

发明内容

为了实现上述的以及其他需要，提出本发明。在优选的实施例中，本发明提出一种用于机动车辆的油润滑发动机的润滑泵系统，包括具有出口和入口的泵。配置两件式安全阀，具有壳体，带有多维度钻孔，所述多维度钻孔的第一直径部分与相异的第二直径部分轴向相交。弹簧偏置的主活塞滑动地被安装在所述第一部分，具有第一架接，计量泵出口接口和泵入口接口之间的流量。副活塞被配置在阀壳体钻孔的第二直径部分。在阀壳体钻孔的第一部分和第二部分的相交处附近是与先导压力选择地连接的先导压力接口。先导压力一般等于主油道或集油槽压力或其之间一些值的油压。第二直径部分与主油道压力相连接，使压力下的发动机作用于副活塞。本发明系统允许通过控制先导压力来实现油压与发动机转速关系的多种运作模式，使车辆发动机上油泵所施加的寄生负载最小化。

本发明的进一步适用范围将由以下提供的详细说明变得明显。应理解，虽然在此示出本发明的优选实施例，但详细的说明和具体的示例仅用于说明目的，并不用于限制发明的范围。

附图说明

以下参照附图进行详细地说明，本发明的内容将更容易被理解，其中

图1是根据本发明的优选实施例的润滑泵系统的透视图。

图2是与图1相似的视图，且图1中示出的泵的盖子被去除。

图3是与图2相似的视图，且图2中示出的泵的转子被去除，示出液压流路径。

图4是沿图3的线4–4示出发动机初始启动期间本发明的两件式安全阀的截面图，以及图示出本发明的其他各种元件。

图5是与图4相似的截面图，示出本发明的两件式安全阀达到平衡或计量状态。

图6是与图4相似的截面图，示出本发明的两件式安全阀达到近似平坦线的运作状态。

图7是示出利用根据本发明的润滑泵系统的发动机油压和泵束之间的关系图表。

图8是与图4相似的视图，示出图4中的安全阀及交流发电机的优选实施例。

图9是与图4相似的视图，示出图4中的安全阀及交流发电机的优选实施例。

具体实施方式

以下说明的优选实施例性质上仅为示范性的，并不用来限制本发明、其应用或用途。

图1-7，示出本发明的润滑泵系统7。泵系统7用于润滑机动车辆的内燃发动机10，通常为交互活塞型发动机10。系统7具有油泵12。该泵12通常是具有非同心转子13、15的定排量转子型泵。泵12通常经带或齿轮组与发动机10的曲轴(未显示)扭转地连接。典型的泵12用于小型、中型、大型客车或小型卡车机动车辆，且当发动机10的曲轴每分钟旋转700-7000转数时，具有1.0-6.0杆压力下每分钟20-120升的输出容量。泵12具有入口16以及排放口或出口18。入口16与集油槽20流体连接。泵出口18与过滤器22流体连接，在油进入发动机10之前过滤油。发动机10可具有不同的油消耗部件，包括正常润滑的活塞、杆、和配气机构，以及起阀器、活塞喷射器和可变的凸轮定时移相器。理想的是，系统7具有至少低和高运作模式，高运作模式通常需要发动机转速超过3000RPM。

系统7还包括片安全阀23，具有阀壳体24。通常，阀壳体24可以由钢、铝、或刚性聚合物材料制成。阀壳体24包括多维度钻孔30，具有第一直径部分32。第一部分32的直径通常是10-20毫米。钻孔第一部分32与同心的较小直径的第二部分34相交。第一部分32具有横向接口36，与泵入口16流体连接。泵入口16具有与集油槽20连接的一个分支17，以及与第一部分32连接的第二分支19。第一部分32具有横向接口38，与接口36轴向隔开。接口38与泵出口18流体连接。先导压力接口40与泵出口接口38轴向隔开。先导压力接口40通常位于第一部分32的末端前端。先导压力接口40与由电磁阀42提供的压力模式选择阀连接。电磁阀42可以选择性地将先导压力接口40与集油槽20或发动机机油压连接在主油道上。电磁阀42可以是简单的开关式电磁阀，或模拟型或占空比型的比例式阀。

控制器44通常指令电磁阀42。控制器44可以是多功能控制器的单独部件或部分，例如发动机控制器。控制器44可位于电磁阀42附近或位于远处。通常情况下，控制器44根据一个或多个发动机特性向电磁阀42指示信号，例如发动机转速、发动机温度、发动机油温度、阀驱动、阀定时、主油道压力、功率需求、或上述的衍生物。

阀壳体钻孔第二部分34通常具有封闭端48。发动机压力接口50与封闭端48相邻。发动机压力接口50通常与发动机10的主油道连接。虽然在图4中，接口36和38、40和48被示出在同一平面，但并不局限于此，在大多数情况下无须如此。

阀线轴或主活塞60可滑动地被安装在阀壳体钻孔第一部分32。活塞60经线圈弹簧62朝第二部分32弹簧偏置。弹簧62紧靠塞子64来密封钻孔30。主活塞60具有腔66，来容纳弹簧62。腔66具有封闭端68。主活塞60具有第一架接74，计量从泵出口接口38流至泵入口接口36的流量。主活塞具有第二架接76，与第一架接74轴向隔开，区分暴露于泵出口接口38的第一部分32的一段与暴露于先导压力接口40的第二部分的一段。在第一架接74和第二架接76之间，主活塞60具有直径缩小的部分78。

管线轴或副活塞80可滑动地被安装在第二部分34。活塞80区分暴露于发动机压力接口50的第二部分的一段与暴露于相交的第一部分32的第二部分的一段。主活塞60和副活塞80与各自的孔紧密关联，且活塞或钻孔第一、第二部分32、34上无需密封环。主活塞60和副活塞80分别具有相对的面86、88。

副活塞的面88为圆锥截面状，形成半球形。相对的主活塞的面86较平坦。由此，相对的面86和88半单点接触。半单点接触使面86和88经壳体钻孔30的一段中的先导压力被作用，从而暴露于先导压力接口40。另外，由于相对的面88和86之间的接触，壳体钻孔第一部分32和壳体钻孔第二部分34之间的任何同心错位限制主活塞60或副活塞80的力矩(侧)加载。因此，摩擦和迟滞较少。由于上述特征，增加了钻孔第一部分32和钻孔第二部分之间的非同心度，从而降低加工成本。

阀壳体24还具有孔径92，在壳体钻孔第一部分32和连接泵入口16的歧管94之间延伸，使泵吸除所有困在主活塞的第一架接74后的流体。

在初始启动操作中发动机油压基本上为0或集油槽20压力。两件式安全阀23位于图4所示的位置中。由于弹簧62提供的偏置力，主活塞向前方位置被移动(如图4所示的左方)使副活塞82被移动至其极限位置。泵10的转速与发动机曲轴的转速成正比，在启动时为0。通常情况下，电磁阀42在初始启动时被指示将先导压力置于低压模式，从而使先导压力接口40与发动机油压连接。随着发动机曲轴转速的增加，主油道中的发动机油压沿图7中的线100线性增加。继续增加的发动机油压经由发动机油压接口50作用于副活塞80区域。相同的发动机油压也可作用于副活塞的相对侧穿过先导压力接口40。因此，相对于主活塞60(或弹簧62)施加的副活塞80的任何力基本上被消除。发动机油压作用于主活塞的第二架接76的外径(基本上等于第一部分32的面积)，使主活塞60向右移动至图3中所示的计量位置压缩线圈弹簧62。从泵出口18作用于主活塞的第一、第二架接74、76的压力基本上被消除。在图5示出的计量位置之前的平衡点处，主活塞的第一架接74将防止流量从泵出口18穿过两件式安全阀23至泵入口16。平衡点位置约是图7所示的位置102。当泵速增加超出平衡点压力102时，增加的发动机油压会造成主活塞60进一步往右移动(图4)导致主活塞的第一架接74允许增加的流量从泵出口接口38至泵入口接口36，从而发动机转速进一步增加，将导致发动机油压沿线106所示的路径至平坦线。泵12的功率消耗一般等于泵流速乘以压力。在此，两件式安全阀29，通过使输送到发动机10的润滑油几乎保持恒定的流速，并以增加的发动机转速，使泵入口16和泵出口18具几乎恒定的压差，从而降低了功率消耗。

理想的是当系统进入高压运作模式时，控制器44指示电磁阀42将先导压力接口与集油槽20连接，而不是与发动机压力连接。由于先导压力为零，没有流体压力作用于主活塞60来抵抗弹簧62。计量力与经由接口50作用于副活塞的直径或第二部分34的发动机油压相等。因此，高压与低压的比例，等于钻孔第一、第二部分32、34的面积比。由于先导压力基本上等于0，因此，副活塞80移动主活塞60，使弹簧62从图4所示的位置被压缩，其中主活塞的第一架接74防止泵出口及泵入口之间的绕流，使系统7随着线200中示出的高压模式，直到机油压进一步作用于副活塞80使安全阀23经过图5中示出的计量位置(图7中的位置202)至图6中所示的位置，使发动机油压至线206中示出的高压模式的平坦线。

不同的高低压模式可用于不同的发动机，可以分别通过增加或减小弹簧62的弹簧常数来增加或降低高/低压模式。线406是与系统7相同的发动机润滑泵系统的发动机油压与泵速关系的示例，但由于弹簧62的较低弹簧常数的弹簧偏置，具有较低的低压模式。

为了更大地减少寄生损失，电磁阀42可以是比例式阀，允许先导压力在发动机油压和集油槽压力之间被定义。中压运作模式允许发动机油压泵速关系由线306被定义。如上所述，中压模式可基于多种发动机特性或衍生物，经控制器44被控制。

图8示出系统7，其中，偏置的弹簧为两种零件262、263，提供可变弹簧常数。该弹簧262，263为阶梯式，允许更多定制的压力与发动机转速的关系，以更高的发动机转速增加压力。图9示出圆锥偏置弹簧363提供连续可变的弹簧常数。

在此说明的本发明实质上仅为示例。因此，在不脱离本发明要点的前提下可在本发明的范围内进行多种修改。该修改不应被视为脱离本发明的思想和范围。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的油润滑发动机的润滑泵系统，包括：

泵，具有泵出口和泵入口；

两件式安全阀，具有阀壳体，带有多维度钻孔，所述多维度钻孔的第一直径部分与相异的第二直径部分轴向相交，所述第一直径部分具有轴向隔开的流体接口，用于连接所述泵出口、所述泵入口、以及先导压力，且与发动机油压接口相连接的所述第二直径部分与所述第一直径部分的所述先导压力接口轴向隔开；

压力模式选择阀，与所述先导压力接口相连接，用于选择性地将所述先导压力接口与发动机油压和集油槽相连接；

主活塞，滑动地被安装在所述第一直径部分，具有第一架接，计量所述泵入口接口的流量，以及第二架接，区分暴露于所述泵出口接口的所述第一直径部分与暴露于所述先导压力接口的所述第一直径部分，所述主活塞朝所述第二直径部分的方向被弹簧偏置；及

副活塞，滑动地被安装在所述第二直径部分，区分暴露于所述发动机压力接口的所述第二直径部分与暴露于所述第一直径部分的所述第二直径部分，所述副活塞经所述发动机油压、所述先导压力、以及所述主活塞被作用，来定位所述主活塞，控制从所述泵入口接口至所述泵出口接口的流量，其中，所述副活塞具有圆锥截面的正面，且所述主活塞具有平坦表面。

2.根据权利要求1所述的润滑泵系统，其中，所述第二直径部分的直径小于所述第一直径部分的直径。

3.根据权利要求1所述的润滑泵系统，其中，所述泵与所述发动机的曲轴扭转地连接。

4.根据权利要求1所述的润滑泵系统，其中，所述泵为定排量泵。

5.根据权利要求1所述的润滑泵系统，其中，所述压力模式选择阀是具有开关控制的电磁阀。

6.根据权利要求5所述的润滑泵系统，其中，所述电磁阀是比例式压力控制阀。

7.根据权利要求6所述的润滑泵系统，其中，所述电磁阀是占空比阀。

8.根据权利要求5所述的润滑泵系统，其中，控制器基于发动机特性来指示所述压力模式选择阀，所述发动机特性包括：发动机转速、发动机温度或发动机油温度、阀驱动、阀定时、主油道压力、功率需求、或它们的衍生物。

9.根据权利要求1所述的润滑泵系统，其中，所述第一直径部分和所述第二直径部分彼此同心。

10.根据权利要求1所述的润滑泵系统，其中，所述主活塞和副活塞以及所述第一直径部分和所述第二直径部分没有密封环。

11.根据权利要求1所述的润滑泵系统，其中，所述弹簧偏置的主活塞具有可变的弹簧常数。

12.根据权利要求11所述的润滑泵系统，其中，所述弹簧常数为连续可变的。

13.一种润滑机动车辆的油润滑发动机的方法，包括：

提供具有泵出口和泵入口的泵；

提供两件式安全阀，具有阀壳体，带有多维度钻孔，所述多维度钻孔的第一直径部分与相异的第二直径部分轴向相交，所述第一直径部分具有轴向隔开的流体接口，用于连接所述泵出口、所述泵入口、以及先导压力，且与发动机油压接口相连接的所述第二直径部分与所述第一直径部分的所述先导压力接口轴向隔开；

连接压力模式选择阀与所述先导压力接口，并选择性地将所述先导压力接口与发动机油压以及集油槽连接；

主活塞滑动地被安装在所述第一直径部分，具有第一架接，计量所述泵入口接口的流量，以及第二架接，区分暴露于所述泵出口接口的所述第一直径部分与暴露于所述先导压力接口的所述第一直径部分，并使所述主活塞朝所述第二直径部分的方向弹簧偏置；及

提供副活塞，滑动地安装在所述第二直径部分，区分暴露于所述发动机压力接口的所述第二直径部分与暴露于所述第一直径部分的所述第二直径部分，经发动机油压、先导压力作用于所述副活塞，来定位所述主活塞，控制从所述泵出口接口至所述泵入口接口的流量，其中，所述副活塞具有圆锥截面的正面，且所述主活塞具有平坦表面。

14.一种用于机动车辆的油润滑发动机的润滑泵系统的阀，包括：

阀壳体，带有多维度钻孔，所述多维度钻孔的第一直径部分与较小的第二直径部分轴向相交，所述第一直径部分具有轴向隔开的流体接口，用来与泵出口和泵入口、以及先导压力连接，且所述第二直径部分具有用于发动机油压入口的接口，与所述第一直径部分的所述先导压力接口轴向隔开；

主活塞，滑动地被安装在所述第一直径部分，具有第一架接，计量所述泵入口接口的流量，以及第二架接，区分暴露于所述泵出口接口的所述第一直径部分与暴露于所述先导压力接口的所述第一直径部分，所述主活塞朝所述第二直径部分的方向被弹簧偏置；和

副活塞，滑动地被安装在所述第二直径部分，区分暴露于所述发动机压力接口的所述第二直径部分与暴露于所述第一直径部分的所述第二直径部分，所述副活塞具有圆锥截面的正面，且所述主活塞具有平坦表面。

15.根据权利要求14所述的阀，其中，所述弹簧偏置的主活塞具有可变的弹簧常数。

16.根据权利要求15所述的阀，其中，所述弹簧偏置的主活塞具有连续可变的弹簧常数。