CN111271150B - 应变式机油泵控制系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种应变式机油泵控制系统，包括：机油泵、流量调节装置、电阻应变式压力传感器和电子控制单元；流量调节装置与机油泵的定子相连；电阻应变式压力传感器安装于轴承座处或机体表面，用于测量机构件变形产生的应变大小，将其转换为电信号；电阻应变式压力传感器为膜片式结构；电子控制单元为电阻应变式压力传感器提供电源，同时电子控制单元接收电阻应变式压力传感器的输出电压，计算出机械部件表面变形条件下所需的滑油压力；电子控制单元将计算出的滑油压力信号输出至流量调节装置，使其带动定子沿水平方向移动，改变定子和转子间的偏心距，调节机油泵内的油液的容积。本公开可根据结构件变形导致的应力变化精确控制机油泵排量。

Description

应变式机油泵控制系统

技术领域

本公开涉及内燃机润滑系统优化领域，尤其涉及一种由机械部件表面变形控制的应变式机油泵控制系统。

背景技术

汽车发动机气缸内为高温高压的工作环境，发动机运动部件经常承受很高的载荷，由于气缸内负荷不断变化，运动部件的载荷不断变化，机构件的变形程度也不断变化，复杂恶劣的工作环境使润滑问题显得尤为重要。

汽车发动机的润滑系统直接影响发动机的性能和可靠性。汽车发动机润滑系统由机油泵从油底壳中吸油并提升压力来供给润滑油。润滑油经曲柄连杆机构中的滑油通道流经轴承、活塞销和活塞，为运动副提供润滑，减小摩擦阻力，降低功率消耗，减轻机件磨损，并带走热量。润滑油还经注油器为活塞环和缸套进行润滑、带走热量并中和活塞环和缸套处燃烧产物的酸性，防止腐蚀。

目前，汽车发动机的润滑系统中普遍采用由发动机曲轴直接驱动的机械式机油泵，当发动机启动运转时，曲轴的转动带动机油泵的运转，供给润滑油。但现有机油泵存在诸多缺陷：

其一，机油泵的排量和输出压力只取决于发动机的转速，不能根据运动副的载荷大小自动调整机油泵的排量和输出压力，但发动机转速不断变化，导致机油泵的输出不稳定，运动副间的润滑工况一直变化。

其二，当发动机在高负荷、低转速下运转时，由于气缸内工作压力高，运动部件间载荷增大，所需的润滑油流量和压力增大，而传统机油泵不能自动增大排量保证有效的润滑，运动副间有出现干摩擦的风险。

其三，当发动机在低负荷、高转速下运转时，运动部件间载荷较小，机油泵的排量和输出压力远远高于润滑需要，大量的滑油在循环中产热，机油泵负载大，造成能量的浪费。

为进一步对内燃机润滑系统进行优化，上述在现有机油泵中的缺陷还亟待攻克解决。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种应变式机油泵控制系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种应变式机油泵控制系统，包括：

机油泵，包括泵体、定子和转子；

流量调节装置，与所述机油泵的定子相连；

电阻应变式压力传感器，安装于轴承座处或机体表面，用于测量机构件变形产生的应变大小，将其转换为电信号；所述电阻应变式压力传感器为膜片式结构；

电子控制单元，为所述电阻应变式压力传感器提供电源，同时所述电子控制单元接收所述电阻应变式压力传感器的输出电压，根据电压变化计算出机械部件表面的变形的应变大小，进而计算出机械部件表面变形条件下所需的滑油压力；所述电子控制单元将计算出的滑油压力信号输出至所述流量调节装置，所述流量调节装置运动带动所述定子沿水平向移动，改变所述定子和转子间的偏心距，调节所述机油泵内的油液的容积。

在本公开的一些实施例中，所述流量调节装置包括：

差动活塞，套设于液压缸的缸体内，所述差动活塞与所述定子相连，且穿设于所述泵体上；

换向阀，根据液压油路流通方式，控制所述差动活塞运动；

所述液压油路两端分别与机油泵出口和液压缸的进油口连接。

在本公开的一些实施例中，所述换向阀，包括：阀体、阀芯、电磁线圈和弹簧；所述阀芯与所述阀体相配合来控制液压油流向；所述电磁线圈安装在所述阀体外的两端；所述弹簧安装在所述阀芯的两端，且与所述阀芯直接接触；

所述换向阀左侧的所述电磁线圈通电，液压油路左侧流通，液压油路右侧泄压；所述差动活塞带动所述定子向右移动；

所述换向阀右侧的所述电磁线圈通电，液压油路右侧流通，液压油路左侧泄压；所述差动活塞带动所述定子向左移动；

所述电磁线圈断电，所述阀芯复位，截止液压油路。

在本公开的一些实施例中，所述电阻应变式压力传感器，包括：

四个电阻应变片，在受压情况下内部电阻发生变化，导致输出电压变化；

测量导线，连接四个电阻应变片成惠斯通电桥，补偿由于环境温度变化引起的电阻变化；

电源导线，连接电子控制单元，为所述电阻应变式压力传感器提供电源；

输出导线，用于将由于电阻变化引起的电压变化的信号发送至电子控制单元。

在本公开的一些实施例中，所述电阻应变片包括：

电阻丝，所述电阻丝受到压力，所述电阻丝的长度和半径发生变化，导致电阻改变；

基底，所述电阻丝设置于所述基底上，所述基底用于为所述电阻丝提供支撑和固定；

盖层，盖设于所述电阻丝上且与所述基底相接触，所述盖层用于为电阻丝提供保护，并保证电阻丝均匀受力；

引线，与所述测量导线相连。

在本公开的一些实施例中，还包括：

滑油压力传感器，设置于发动机曲轴的输出端；所述滑油压力传感器用于采集滑油通道内的压力信号，并将压力信号转换为电信号，所述滑油通道压力传感器将电信号发送至所述电子控制单元。

在本公开的一些实施例中，还包括：

安装槽，设置于所述泵体上；

密封圈，套设于所述差动活塞上，且置于所述安装槽内；所述密封圈为O型。

在本公开的一些实施例中，所述密封圈至少为两个。

在本公开的一些实施例中，所述换向阀为换向阀。

在本公开的一些实施例中，所述差动活塞与所述定子螺纹连接。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开应变式机油泵控制系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明实现了机油泵的电子控制，可以根据结构件变形导致的应力变化大小精确控制机油泵的排量，解决了现有发动机的机油泵输出特性取决于发动机转速的缺点，保证了发动机在多种工况下的有效润滑。

(2)本公开当结构件变形的应变增大时，电子控制单元自动控制电子机油泵增大排量，保证运动部件间的滑油压力，当结构件变形的应变减小时，电子控制单元自动控制电子机油泵减小排量，避免过多滑油循环过程中的能量浪费。

(3)本公开以机械部件表面变形的应变大小计算内部载荷的大小，传感器安装在机构件表面，工作条件良好，安装更加简单。

(4)机油泵部分仍由发动机曲轴驱动，电子控制的目标仅为换向阀，减小了对蓄电池的电力需求。

(5)当机油泵的偏心距增大时，差动活塞无杆侧蓄压，由于有效作用面积大，产生的推力大，适应排量增大时背压升高的工况。

附图说明

图1为本公开实施例应变式机油泵控制系统的整体结构示意图。

图2为本公开实施例中电阻应变式压力传感器结构示意图。

图3为本公开实施例中电阻应变片结构示意图。

图4为本公开实施例中液压缸结构示意图。

图5为本公开实施例中活塞杆与定子的连接示意图。

图6为本公开实施例中差动活塞与泵体接触处的密封结构示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-电阻应变式压力传感器；

2-电子控制单元；

3-液压油路；

4-换向阀；

5-机油泵；

6-滑油压力传感器；

7-电阻应变片；

8-测量导线；

9-电源导线；

10-输出导线；

11-电阻丝；

12-基底；

13-盖层；

14-引线；

15-阀体；

16-电磁线圈；

17-弹簧；

19-液压缸；

20-泵体；

21-定子；

22-转子；

23-缸体；

24-差动活塞；

25-进油口；

26-活塞杆；

27-螺纹；

28-密封圈；

29-安装槽。

具体实施方式

本公开提供了一种应变式机油泵控制系统，包括：机油泵、流量调节装置、电阻应变式压力传感器和电子控制单元；流量调节装置与机油泵的定子相连；电阻应变式压力传感器安装于轴承座处或机体表面，用于测量机构件变形产生的应变大小，将其转换为电信号；电阻应变式压力传感器为膜片式结构；电子控制单元为电阻应变式压力传感器提供电源，同时电子控制单元接收电阻应变式压力传感器的输出电压，计算出机械部件表面变形条件下所需的滑油压力；电子控制单元将计算出的滑油压力信号输出至流量调节装置，使其带动定子沿水平方向移动，改变定子和转子间的偏心距，调节机油泵内的油液的容积。本公开可根据结构件变形导致的应力变化精确控制机油泵排量。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种应变式机油泵控制系统。包括机油泵、流量调节装置、电阻应变式压力传感器和电子控制单元；电阻应变式压力传感器1安装在发动机轴承座下。

如图1，如图2所示，所述电阻应变式压力传感器1采用膜片式。电阻应变式压力传感器1包括：电阻应变片7、测量导线8、电源导线9和输出导线10。所述电源导线9与所述电子控制单元2相连，为所述电阻应变式压力传感器1提供工作电压。所述电阻应变片7在受到压力时，内部电阻会发生变化，从而导致输出端电压的改变。所述输出导线10将输出电压传送给所述电子控制单元2进行控制。所述测量导线8将四个电阻应变片7连接成惠斯通电桥，补偿由于环境温度变化引起的电阻变化。

如图1所示，所述滑油压力传感器6安装在轴承座的注油孔处，测量轴承内的滑油压力作为反馈信号发送给所述电子控制单元2。

如图3所示，所述电阻应变片7包括：电阻丝11、基底12、盖层13和引线14。所述电阻丝11在受到压力时，长度和直径都会发生变化，从而导致电阻的改变。所述基底12为所述电阻丝11提供支撑和固定。所述盖层13为所述电阻丝11提供接触层保护，并保证所述电阻丝11均匀受力，整体变形一致。所述引线14与所述测量导线8相连，进一步与其他三个电阻应变片7连接成桥路。

如图1所示，所述电子控制单元2为所述电阻应变式压力传感器1提供工作电源，同时接收电阻应变式压力传感器1的输出导线10传送的电压信号。所述电子控制单元(ECU)2是汽车专用微机控制器，它由微处理器、存储器、输入/输出接口、模数转换器以及整形、驱动等大规模集成电路组成。其中，所述电阻应变片7的应力变化和所述电阻应变式压力传感器1的输出电压的数学关系，结构形变的应力变化和所需的滑油压力的数学关系，以及每个滑油压力下对应的所述电子机油泵5的排量通过嵌入式开发在所述电子控制单元2内部进行设置。所述电子控制单元(ECU)2就能根据电压变化计算出机械部件表面的变形的应变大小，进而计算出在机械部件表面变形条件下所需的滑油压力；所述电子控制单元2将计算出的滑油压力电信号传输给所述换向阀4的电磁线圈16。

如图1所示，所述换向阀4处的液压油路取自所述电子机油泵5的出口，所述电子机油泵5作为液压泵为所述液压油路3提供压力。

所述换向阀4包括：阀体15、阀芯、电磁线圈16和弹簧17；所述阀芯和所述阀体15相配合来控制液压油的流向；所述电磁线圈16安装在所述阀体15外的两端；所述弹簧17安装于所述阀芯的两端，且与所述阀芯直接接触。

当左侧电磁线圈通电时，内部阀芯受电磁力向左移动，使所述阀体15工作在左侧，液压油路3左侧流通，右侧泄压。

当右侧电磁线圈通电时，同理所述液压油路3右侧流通，左侧泄压。

当所述电磁线圈16断电时，所述阀体15受所述弹簧17弹力作用复位，截止油路。

如图1、图4所示，所述机油泵5包括泵体20、定子21和转子22。所述定子21和所述转子22的偏心距可以改变，从而改变所述机油泵5的工作容积，达到改变排量的目的。所述机油泵5由曲轴直接驱动。

所述液压缸19包括缸体23、差动活塞24和进油口25。所述进油口25与液压油路相连，作为所述液压油路3进入所述液压缸19的通路。所述缸体23与所述差动活塞24形成封闭液压油空间，保证蓄压压力。所述差动活塞24由于在缸体内的两侧的液压差而左右移动。

如图5所示，所述差动活塞24的活塞杆26与机油泵的定子21通过螺纹27连接。所述差动活塞24的移动带动所述定子21移动，调整机油泵的排量。

如图6所示，所活塞杆26与机油泵的泵体20的接触处或者说是活塞杆与泵体间，安装两个O型密封圈28，保证泵内油液的密封。具体在泵体20上加装有两个安装槽29用于固定密封圈。

具体实施方式一

当轴承座处的应变增大时，所述电阻应变式压力传感器1输出增大的电压信号给所述电子控制单元2。所述电子控制单元2计算出该应变下所需的滑油压力，传输电信号给所述换向阀4的右侧电磁线圈，所述换向阀4的阀体15工作在右侧，所述液压油路3为所述差动活塞24的右侧蓄压，左侧泄压，所述差动活塞24向左移动，带动所述定子21向左移动，增大与转子22的偏心距，从而增大机油泵的排量，提高轴承处的滑油流量和压力，保证有效的液体润滑。同时，右侧为无杆侧，作用面积大于左侧，增大偏心距过程中，推力较大，适应排量增大时泵的背压增大的工况。

具体实施方式二

当轴承座处的应变减小时，所述电子控制单元2控制所述换向阀4的左侧电磁线圈，所述换向阀4的阀体15工作在左侧，所述液压油路3为所述差动活塞24的左侧蓄压，右侧泄压，所述差动活塞24向右移动，带动所述定子21向右边移动，从而减小机油泵的排量，避免滑油流量过大造成的循环产热和能量浪费。

具体实施方式三

当机油泵的排量达到所述电子控制单元(ECU)2要求的值时，所述滑油压力传感器6测得的滑油压力也到达规定值，所述电子控制单元(ECU)2控制所述电磁线圈16断电，换向阀4工作在中位，液压油路锁闭，所述差动活塞24和所述定子21停止移动，机油泵的排量不再变化。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开应变式机油泵控制系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种本公开可根据结构件变形导致的应力变化精确控制机油泵排量的应变式机油泵控制系统。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应变式机油泵控制系统，包括：

机油泵，包括泵体、定子和转子；

流量调节装置，与所述机油泵的定子相连；

电阻应变式压力传感器，安装在发动机轴承座下，用于测量机构件变形产生的应变大小，将其转换为电信号；所述电阻应变式压力传感器为膜片式结构；

电子控制单元，为所述电阻应变式压力传感器提供电源，同时所述电子控制单元接收所述电阻应变式压力传感器的输出电压，根据电压变化计算出机械部件表面的变形的应变大小，进而计算出机械部件表面变形条件下所需的滑油压力；所述电子控制单元将计算出的滑油压力信号输出至所述流量调节装置，所述流量调节装置运动带动所述定子沿水平向移动，改变所述定子和转子间的偏心距，调节所述机油泵内的油液的容积。

2.根据权利要求1所述的应变式机油泵控制系统，其中，所述流量调节装置包括：

差动活塞，套设于液压缸的缸体内，所述差动活塞与所述定子相连，且穿设于所述泵体上；

换向阀，根据液压油路流通方式，控制所述差动活塞运动；

所述液压油路两端分别与机油泵出口和液压缸的进油口连接。

3.根据权利要求2所述的应变式机油泵控制系统，其中，所述换向阀，包括：阀体、阀芯、电磁线圈和弹簧；所述阀芯与所述阀体相配合来控制液压油流向；所述电磁线圈安装在所述阀体外的两端；所述弹簧安装在所述阀芯的两端，且与所述阀芯直接接触；

所述换向阀左侧的所述电磁线圈通电，液压油路左侧流通，液压油路右侧泄压；所述差动活塞带动所述定子向右移动；

所述换向阀右侧的所述电磁线圈通电，液压油路右侧流通，液压油路左侧泄压；所述差动活塞带动所述定子向左移动；

所述电磁线圈断电，所述阀芯复位，截止液压油路。

4.根据权利要求1所述的应变式机油泵控制系统，其中，所述电阻应变式压力传感器，包括：

四个电阻应变片，在受压情况下内部电阻发生变化，导致输出电压变化；

测量导线，连接四个电阻应变片成惠斯通电桥，补偿由于环境温度变化引起的电阻变化；

电源导线，连接电子控制单元，为所述电阻应变式压力传感器提供电源；

输出导线，用于将由于电阻变化引起的电压变化的信号发送至电子控制单元。

5.根据权利要求4所述的应变式机油泵控制系统，其中，所述电阻应变片包括：

电阻丝，所述电阻丝受到压力，所述电阻丝的长度和半径发生变化，导致电阻改变；

基底，所述电阻丝设置于所述基底上，所述基底用于为所述电阻丝提供支撑和固定；

盖层，盖设于所述电阻丝上且与所述基底相接触，所述盖层用于为电阻丝提供保护，并保证电阻丝均匀受力；

引线，与所述测量导线相连。

6.根据权利要求1所述的应变式机油泵控制系统，其中，还包括：

滑油压力传感器，设置于发动机曲轴的输出端；所述滑油压力传感器用于采集滑油通道内的压力信号，并将压力信号转换为电信号，所述滑油通道压力传感器将电信号发送至所述电子控制单元。

7.根据权利要求2所述的应变式机油泵控制系统，其中，还包括：

安装槽，设置于所述泵体上；

密封圈，套设于所述差动活塞上，且置于所述安装槽内；所述密封圈为O型。

8.根据权利要求7所述的应变式机油泵控制系统，其中，所述密封圈至少为两个。

9.根据权利要求2所述的应变式机油泵控制系统，其中，所述差动活塞与所述定子螺纹连接。

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