CN112074663B - 用于内燃机的可控润滑油输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃机(3)的可控润滑油输送系统(1)，所述输送系统(1)具有用于输送润滑油的螺杆泵(2)，其具有至少一个可旋转地容纳于螺杆室(20)的螺杆(22)，其中，设置所述螺杆泵(2)从而所述螺杆室(20)的吸入侧(21)连接至来自所述内燃机(3)集油槽(30)的吸入路径(11)，且所述螺杆室(20)的压力侧(23)连接至到所述内燃机(3)运动部件的供给路径(13)。所述润滑油输送系统(1)的具体特征在于，所述螺杆泵(2)由所述内燃机(3)驱动；且在所述螺杆室(20)的吸入侧(21)提供了可调节流阀(4)，通过所述可调阀，所述吸入路径(11)的流动截面可以逐渐地被限制在打开位置和闭合位置之间。由此，最初是通过与螺杆泵结合的吸入节流过程，来调节内燃机(3)中的油压。

Description

用于内燃机的可控润滑油输送系统

技术领域

本发明涉及用于内燃机的可控润滑油输送系统，尤其是那些用于多用途车的内燃机，或者用于对长期装载和失效保护以及使用寿命的需求增加的内燃机。

背景技术

对于船舶甚至是卡车上的大容量内燃机，众所周知的是，采用螺杆泵作为油泵来供应润滑油，这些泵直接由内燃机的输出轴机械驱动。螺杆泵是排量式泵，其排放容量与轴的转速或泵的转速有固定关系，它们是几何形状不变的固定排量式泵，而且它们达到高输送压力。另外，它们具有高能量密度，由此，它们在关于润滑油的供应中能够达到高输送压力。

螺杆泵的结构没有易损件或滑动配合，由此，即使维护间隔长，此类型的泵仍然对油烟或者润滑油中的金属磨损造成的污染相对不敏感。另一方面，与叶轮泵或齿轮泵相比，该结构具有更大的轴向尺寸。

这些后面的排量式泵提供更小的轴向尺寸，以及变量泵几何形状的已知变化，还提供改变与轴旋转相关的排放容量的可能性，由此而取得了优势，特别是在转速变化大的应用中，尤其是在乘用车中更小的内燃机的运行中。然而，叶轮泵或齿轮泵通常达到更低的压力，比螺杆泵更加敏感而且具有更短的使用寿命。

如果用作油泵的螺杆泵的尺寸对于长期运行而言足够结实，在转速快速增长以及高转速的情况下，达到的传输压力超过了内燃机中油压允许的运行范围。否则，根据运行负载供应压力能够至少超过所需的油压，由此驱动功率效率或者燃料消耗效率以及排放值和密封件使用寿命受到不利影响。

对于具有高水平长期负载的内燃机，利用该泵作为螺杆泵结构耐用的优点，对于实现可靠和持久的润滑油输送，由此产生的问题在于：需要为这种固定排量式泵的排放容量提供调节，从而允许内燃机的油压独立于预定的转速，根据需要进行调节。

因此，在现有技术中，已经提出了纯电动或电辅助驱动的螺杆泵变体，以借助于泵的转速执行排放容量的调节。所以，DE 25 56 948 A1描述了一种独立于内燃机的、具有自己的电动马达的螺杆泵。

DE 10 2014 209 301 A1描述了一种用于螺杆泵的电动/机械混合驱动。一方面借助于电动马达和另一方面借助于内燃机的输出轴，并通过累加齿轮或者以星形齿轮形式的超动力，根据需要对螺杆泵的功率输入实施转速控制。

然而，额外的电动驱动受长期负载以及有用的外部影响的支配，其使用寿命阻碍了实现耐用的、低维护成本的润滑油输送系统。此外，附加电力驱动的集成增加了系统的复杂性和成本。

另一方面，在现有技术中，提出了螺杆泵排放容量的液压调节，其中部分排放容量的再循环能够被调节，该部分再次流过螺杆泵，由此减少润滑油输送系统中产生的输送流。

在这方面，DE 10 2009 056 218描述了一种螺杆泵，其上集成了具有返回路径的限压阀，由此，在设定的传输压力之上，在泵的压力侧和吸入侧之间产生了液压短路。

DE 504 283 A1公开了一种用于螺杆泵的手动可调的调节装置，其在内燃机上用作油泵。为此，在压力侧和吸入侧之间为传输线路和返回路径提供了泵室的两个压力侧泵出口，其中在返回路径提供了调节阀。因此，在部分负载下，油压降低，在此有效的排放容量通过再循环部分减少。然而，引入的驱动力保持不变或者与预定的转速成固定关系。

发明内容

本发明的目标是提供一种具有螺杆泵的可选的润滑油输送系统，其允许根据需要调节驱动内燃机的油压。

该目标是通过具有权利要求1中的特征的内燃机的可控润滑油输送系统实现的。

该可控润滑油输送系统的特征在于，螺杆泵由内燃机驱动；而且朝向螺杆室的吸入侧，提供了可调节流阀，通过该节流阀吸入路径的流动截面逐渐限制在打开位置和关闭位置之间。

因此，本发明第一次在螺杆泵上提供了上游吸入节流，以便调整传输压力，即，尤其是内燃机的润滑油供应中的油压。

与在压力侧产生相应流动阻力的排量式泵的下游通流限制相比，或者与提供传输功率中相应的无功功率部分的再循环相比，在吸入节流的情况下，所需的驱动功率与有效传输功率一起降低。因此，使用的驱动功率在降低的供应压力的运行范围内减少，并且在具有耐用型泵的优势中，润滑油输送系统的效率提高。

在输送的介质中，尤其是目前的润滑油，吸入节流造成液相和气相的分裂，如下所述。与叶轮泵或者齿轮泵相比，由于结构结实而且螺杆的密封间隙大，该螺杆泵适于传输双相介质。

在这种吸入节流的情况下，该节流阀的下游和泵入口的上游的压力减小，接近泵室或者螺杆室的吸入侧的负压。同时，通过这种方式，在取决于转速的时间内填充螺杆室所需的压力差减小而且理想情况下不会再达到。因此，螺杆室中的固定排放容量在负压下包括液相和溶解的气相。

该气相由溶解的空气或者润滑油中其他的溶解组分形成，该溶解组分在暂时的负压下以挥发的方式从液相中膨胀出来，并且在向螺杆室压力侧增加压力后，作为溶解组分冷凝成液相。由于双相状态，相对于液相测量的排放容量以及供应压力在同样的转速下降低。

在吸入节流过程期间，为了在负压下溶解气态，尽管进行了部分物理工作，但在相同的转速下施加的驱动功率也随着供应压力的减小而减小。在此应用中，在内燃机的大部分工作时间内，相对于最大工作负载，存在部分负载，并因此需要相应的油压节流。因此，在大部分运行期间内，使得更加高效地将驱动功率传输至润滑油输送系统或者实现燃料上的节省。

可控润滑油输送系统的优选实施例是独立权利要求的主题。

根据本发明的一方面，该润滑油输送系统可以进一步包括检测润滑油输送系统中润滑油供应压力的压力传感器，以及接收检测到的润滑油供应压力的控制装置，而且控制装置被配置为通过驱动节流阀来调节润滑油的供应压力。

通过该控制装置，提供了用于控制该节流阀的调节路径，而且该可控润滑油输送系统的供应压力或者内燃机中油压的调节功能成为可能。

根据本发明的一方面，该控制装置可以进一步接收由转速传感器检测到的内燃机的转速，而且可以被配置为根据内燃机的转速来调节润滑油的供应压力。

因此，产生了关于内燃机转速的反馈，作为调节内燃机中油压的输入参数。

根据本发明的一方面，该控制装置可以进一步接收由扭矩传感器检测到的内燃机负载，而且可以被配置为根据内燃机的负载来调节润滑油的供应压力。

因此，产生了关于内燃机负载的反馈，作为调节内燃机油压的输入参数。

根据本发明的一方面，该控制装置可以进一步接收由温度传感器检测到的内燃机温度，而且可以被配置为根据内燃机润滑油的问题来调节润滑油的供应压力。

因此，产生了关于内燃机中油温的反馈，也与润滑油的粘度有关，作为调节内燃机油压的输入参数。

根据本发明的一方面，供给路径可以包括供给液压控制压力的控制分支，而且该节流阀可以包括用于接收液压控制压力的液压致动器。

通过该设计，产生了用于驱动该节流阀的液压变化，尤其对集油槽的环境影响不太敏感，即在浸浴装置中，使用寿命更长。。

根据本发明的一方面，该润滑油输送系统可以进一步包括电动-液压调节装置，与吸入路径和供给路径液压连接，并与控制装置电连接，而且该电动-液压调节装置可以被配置为根据吸入路径和供给路径之间的压力比以及控制装置的输出控制值来驱动节流阀。

还可以通过步进电机来电动驱动节流阀，提供耐用的液压致动元件以及调节或者部分调节，即使在电气故障的情况下也确保故障安全设置或者调节。

根据本发明的一方面，提供的电动-液压调节装置可以是电磁4/3比例阀的形式，由控制装置的脉冲宽度调制驱动。

因此，通过使用标准化组件，可以实现所讨论的电动-液压调节装置的优点。

附图说明

下面将基于实施例以及参考附图对本发明进行说明，其中：

图1是根据本发明的可控润滑油输送系统原理框图，该可控润滑油输送系统配置于内燃机中并且包括控制装置。

具体实施方式

如图1的框图所示，润滑油输送系统1包括配置在集油槽30中的螺杆泵2和节流阀4。集油槽30由收集的润滑油形成，润滑油被接收在图中示意的内燃机3(M)的油盘中。

在本公开的术语中，术语“螺杆泵”2被理解为旋转活塞泵，其在传输方向具有用于传输介质移位的螺距。此类型的泵至少包括一个驱动螺杆并且还可以包括可旋转的螺杆轴，该螺杆轴与螺纹齿耦合运动。

本实施例的螺杆泵2包括螺杆22，其可旋转地接收在泵壳体的螺杆室20中。螺杆22由内燃机3的曲轴驱动，并与两个不同长度的可旋转安装地螺杆轴24啮合。螺杆室20的压力侧23位于螺杆22的驱动侧，并且螺杆室20的吸入侧21位于螺杆22的另一端。在传输方向上由旋转螺杆22的螺杆螺距产生的润滑油通过吸入侧21上的负压，被带入螺杆室20，沿着螺杆22和穿过螺杆室20的螺杆轴传输，并且在压力侧23从螺杆室20排出。

主轴室21的吸入侧21连接到从集油槽30中供给润滑油的进气路径11。节流阀4配置在螺杆室21的吸入侧21和吸入路径11之间。节流阀4允许流动截面的调节，穿过该流动截面螺杆泵2从集油槽30吸入润滑油。节流阀4包括液压致动器，即通过施加于节流阀4的液压控制连接处的液压控制压力进行流量横截面的调整，如下文所述。。

螺杆室20的压力侧23连接至润滑油输送系统1的供给路径13。供给路径13通向润滑油供应的分支，图中未示，例如内燃机3中与传输供应相对应的内燃机3的油门，曲柄驱动、气门驱动以及气缸运行轨迹等运动部件之间的通过油压来润滑滑动表面。滤油器14和油冷却器15也配置在供给路径13中。供给路径13进一步包括液压控制分支17，其中布置了压力传感器7(P)。液压控制分支17通过电动-液压调节装置6通向节流阀4的液压控制连接。

电动-液压调节装置6包括4/3比例阀，其四个液压连接至吸入路径11和液压控制分支17。在液压控制分支17的两连接处之间，通过阀主体提供了一个可调的液压阻力来设置控制分支17的两个连接处之间的压差。电动-液压调节装置6进一步包括具有线圈和电枢以及压缩弹簧的电磁致动器。一方面，来自吸入路径11和液压控制分支17之间压力差的控制力以及另一方面在压缩弹簧和电磁致动器之间的平衡控制力，作用在电动-液压调节装置6的阀主体上。

电动-液压调节装置6的电磁致动器连接至电子控制装置5(ECU)，其输出具有脉冲宽度调制的电功率供应来驱动电磁致动器。控制装置5电连接至液压控制分支17中的压力传感器7。而且，控制装置5与传感器相连，图中未示，从而接收内燃机3上的传感器分别检测到的负载、转速以及内燃机3的温度。

控制装置5控制电动-液压调节装置6的电磁致动器以便调节液压控制分支17在节流阀4处的液压控制压力，并由此通过吸入路径11上的流动截面设置来调节润滑油输送系统1的供给路径13产生的供应压力，其用作向内燃机3的运动部件供应润滑油的油压。用于驱动电动-液压调节装置6的电磁致动器的脉冲宽度调制由控制装置5根据接收的由传感器检测到的值来设置。

例如，在负载增加或者内燃机3低温的情况下，控制装置5减少脉冲宽度调制的接通时间以便驱动电动-液压调节装置6中的电磁致动器。通过脉冲宽度调制接通的减少，与电动-液压调节装置6中4/3比例阀的阀主体上压缩弹簧的控制力相比，电磁致动器的控制力减小，而且液压控制分支17中的液压控制压力的压力降低减小。这样，液压控制压力提升，由此，在节流阀4中，吸入路径11的流动截面相对于螺杆室20的吸入侧21扩大。由于吸入节流减小，在螺杆室20的压力侧23上的输出压力和润滑油输送系统1中产生的供应压力提高。相应地，在负载或转速或低的油温增加的情况下，内燃机3中的油压增加，并根据相同的情况进行调节。

在负载减小或者转速提高的情况下，由于排放容量或者排量式泵的供应压力成比例的增长，这种情况将导致内燃机3中的油压过高，调节路径中发生反向调节。因此，吸入节流增加，润滑油输送系统1中的供应压力降低而且用于润滑油输送系统1的内燃机3所需的驱动功率降低。

通过4/3比例阀对节流阀进行液压和电动驱动，还确保了故障安全模式。在电气故障的情况下，例如控制电子设备故障，可能出现没有脉冲宽度调制电源供应用于驱动电动-液压调节装置6中的电磁致动器的情形。在此情形下，压缩弹簧的控制力和来自吸入路径11和液压控制分支17之间压力差的控制力之间的力比以这样一种方式来选择，即对节流阀4处的液压控制压力基本不施加减压的液压阻力。因此，在电气故障这种情形下，尽管控制技术的调节功能故障，也可以确保基本上不限制吸入路径11中的流动截面执行，而且在供给路径13中产生的供应压力未降至内燃机3所需的油压以下。同时，无论是在调节期间还是在电气故障期间，由于螺杆泵2的未节流状态，吸入路径11和供给路径13之间压力差对节流阀4的液压驱动，防止与转速相关的油压过高的发生。

在润滑油输送系统1的可选实施例中，可以取消电动-液压调节装置6，即4/3比例阀和液压控制分支17。在此情形下，节流阀4可以通过由控制装置5直接驱动的电动致动器来调节。

此外，润滑油输送系统可以包括与液压路径相关的不同配置，例如润滑油供应和集成装置布置，如滤油器14和油冷却器15。另外，特别是在电动驱动变化的情况下，只要节流阀在吸入路径11中，节流阀4可以配置在集油槽30的外侧。类似地，螺杆泵2可以配置在集油槽的外侧，如果其由内燃机3驱动并且与吸入路径11和供给路径13相连。

参考标记概述

1 润滑油输送系统

2 螺杆泵

3 内燃机

4 节流阀

5 控制装置

6 电动-液压调节装置

7 压力传感器

11 吸入路径

13 供给路径

14 滤油器

15 油冷却器

17 液压控制分支

20 螺杆室

21 螺杆室的吸入侧

22 螺杆

23 螺杆室的压力侧

24 螺杆轴

30 集油槽

Claims (8)

1.用于内燃机(3)的可控润滑油输送系统(1)，包括：

螺杆泵(2)，用于输送润滑油，所述螺杆泵(2)具有可旋转地容纳于螺杆室(20)中的至少一个螺杆(22)；其中

设置所述螺杆泵(2)从而使所述螺杆室(20)的吸入侧(21)连接至来自所述内燃机(3)集油槽(30)的吸入路径(11)，且所述螺杆室(20)的压力侧(23)连接至通到所述内燃机(3)的运动部件的供给路径(13)；

其特征在于，

所述螺杆泵(2)由所述内燃机(3)驱动；而且

朝向所述螺杆室(20)的所述吸入侧(21)，提供了可调节流阀(4)，通过所述可调节流阀，所述吸入路径(11)的流动截面能够逐渐地被限制在打开位置和闭合位置之间。

2.根据权利要求1所述的可控润滑油输送系统(1)，进一步包括：

压力传感器(7)，检测所述润滑油输送系统(1)中的润滑油的供应压力；和

控制装置(5)，接收检测到的润滑油的供应压力并且被配置为通过驱动所述节流阀(4)调节所述润滑油的供应压力。

3.根据权利要求2所述的可控润滑油输送系统(1)，其中

所述控制装置(5)进一步接收由转速传感器检测到的所述内燃机(3)的转速，并且被配置为根据所述内燃机(3)的转速调节所述润滑油的供应压力。

4.根据权利要求2或3所述的可控润滑油输送系统(1)，其中

所述控制装置(5)进一步接收由扭矩传感器检测到的所述内燃机(3)的负载，并且被配置为根据所述内燃机(3)的负载调节所述润滑油的供应压力。

5.根据权利要求2或3所述的可控润滑油输送系统(1)，其中

所述控制装置(5)进一步接收由温度传感器检测到的所述内燃机(3)的温度，并且被配置为根据所述内燃机(3)的温度调节所述润滑油的供应压力。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的可控润滑油输送系统(1)，其中

所述供给路径(13)包括用于供应液压控制压力的控制分支(17)；且

所述节流阀(4)包括用于接收所述液压控制压力的液压致动器。

7.根据权利要求2或3所述的可控润滑油输送系统(1)，进一步包括：

电动-液压调节装置(6)，与所述吸入路径(11)和所述供给路径(13)相连，并与所述控制装置(5)电连接；且其中

所述电动-液压调节装置(6)被配置为根据所述吸入路径(11)和所述供给路径(13)之间的压力比以及所述控制装置(5)的输出控制值来驱动所述节流阀(4)。

8.根据权利要求7所述的可控润滑油输送系统(1)，其中

所述电动-液压调节装置(6)设置为由所述控制装置(5)的脉冲宽度调制驱动的电磁4/3比例阀的形式。

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