CN113464270B - 一种增压器、润滑系统以及润滑方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压器、润滑系统以及润滑方法，涉及发动机技术领域，解决了涡轮增压器需要采用更大泵送能力的主油泵才能避免涡轮增压器磨损的技术问题。该增压器包括增压器外壳和可转动的设置于增压器外壳内的中间轴，中间轴的两端分别设置有涡轮端叶轮和压气端叶轮，中间轴连接有油泵转子，油泵转子通过管路与润滑油箱相连接。本发明利用发动机产生的废气驱动涡轮端叶轮转动，涡轮端叶轮带动增压器外壳内的中间轴转动。由于油泵转子连接在中间轴上，从而使得油泵转子能够通过管路从润滑油箱内吸取润滑油，进而增大了润滑油流动的驱动力。在不改变润滑油的原有驱动力条件下，本发明可以减小主油泵的泵送能力，从而达到了节能减排的效果。

Description

一种增压器、润滑系统以及润滑方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体来说，是指一种增压器、润滑系统以及润滑方法。

背景技术

汽油发动机上普遍采用涡轮增压器，可以提高发动机的功率和扭矩。但是，即便是在发动机低转速的情况下，涡轮增压器的中间轴每分钟的转速也能达到几万甚至几十万转。加之涡轮增压器通过发动机产生的废气进行驱动，高温的废气也会导致中间轴的工作温度非常高。因此，涡轮增压器需要通过一定压力和流量的润滑油对工作中的中间轴进行润滑和冷却。

相关技术中，润滑油通过主油泵泵送至涡轮增压器以润滑和冷却中间轴，但主油泵与涡轮增压器之间的油路很长，导致涡轮增压器建立油压的时间过长。特别是在发动机冷启动时，由于润滑油的粘度较大，导致涡轮增压器建立油压的时间更长。为了避免发动机在无油干摩擦状态下的工作而导致涡轮增压器的磨损，就不得不采用更大泵送能力的主油泵。这不仅增加了主油泵的投入成本，而且还增加了发动机的油耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，第一方面，提供一种增压器，以解决相关技术中的涡轮增压器需要采用更大泵送能力的主油泵才能避免涡轮增压器磨损的技术问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种增压器，包括：

增压器外壳；以及，

中间轴，所述中间轴可转动的设置于所述增压器外壳内，并且所述中间轴的一端设置有通过发动机废气驱动的涡轮端叶轮，所述中间轴的另一端设置有用于吸入新鲜空气的压气端叶轮；

其中，所述中间轴连接有油泵转子，所述油泵转子通过管路与润滑油箱相连接。

在上述技术方案的基础上，该增压器还可以做如下的改进。

可选的，所述油泵转子包括内转子、外转子以及油泵壳体，所述油泵壳体连接于所述增压器外壳内，所述外转子可转动的设置于所述油泵壳体内，所述内转子与所述中间轴连接固定并位于所述外转子内腔。

可选的，所述内转子的外周设置有多个凸齿，所述外转子内腔设置有与所述凸齿啮合的齿槽，所述齿槽的数量比所述凸齿的数量多一个。

可选的，所述内转子与所述中间轴之间过盈连接或者键连接。

可选的，所述油泵转子设置有进油通道与出油通道，所述进油通道通过管路与所述润滑油箱相连接，所述出油通道通过管路与增压器的润滑通道相连接。

第二方面，本发明提供一种润滑系统，用于润滑上述的增压器，包括：

储油箱，所述储油箱通过管路与所述油泵转子相连接；以及，

主油泵，所述主油泵通过管路与所述储油箱相连接；

其中，所述储油箱设置于靠近所述油泵转子的位置。

在上述技术方案的基础上，该润滑系统还可以做如下的改进。

可选的，所述润滑系统包括设置有出气通道的储气罐，所述出气通道与所述增压器的涡轮端叶轮连通，所述出气通道内设置有电控阀。

可选的，所述储气罐还设置有进气通道，所述进气通道与所述增压器的压气端叶轮连通，所述进气通道内设置有电控阀。

可选的，所述储气罐内设置有压力传感器，所述电控阀与所述压力传感器连接有控制器。

第三方面，本发明提供一种润滑方法，应用于上述的润滑系统，包括以下步骤：

发动机启动前，所述储气罐通过出气通道冲转所述中间轴转动以带动所述油泵转子运行，所述油泵转子从所述储油箱吸油以润滑所述增压器；

发动机启动时，所述主油泵向所述储油箱泵送润滑油，所述压气端叶轮向所述储气罐充入新鲜空气，所述发动机产生的废气继续冲转所述中间轴转动，所述油泵转子从所述储油箱吸油以润滑所述增压器；

发动机停止后，所述中间轴在惯性作用下继续带动所述油泵转子运行，所述油泵转子从所述储油箱吸油以润滑所述增压器。

与现有技术相比，本发明提供的增压器具有的有益效果是：

本发明利用发动机产生的废气驱动涡轮端叶轮转动，涡轮端叶轮带动增压器外壳内的中间轴转动，并且带动压气端叶轮吸入新鲜空气，以提供发动机的燃烧能量。由于油泵转子连接在中间轴上，从而使得油泵转子能够通过管路从润滑油箱内吸取润滑油，进而增大了润滑油流动的驱动力。在不改变润滑油的原有驱动力条件下，本发明可以减小主油泵的泵送能力，从而达到了节能减排的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明增压器润滑系统的结构示意图；

图2是本发明增压器中油泵转子的立体结构示意图；

图3是本发明增压器润滑方法的流程图。

图中：

11—增压器外壳；12—中间轴；13—油泵转子；131—内转子；132—外转子；133—油泵壳体；1331—进油通道；1332—出油通道；1333—进出油隔断；14—涡轮端叶轮；15—压气端叶轮；16—轴承；

20—储油箱；30—主油泵；40—储气罐；41—电控阀；42—压力传感器；43—进气通道；44—出气通道；50—发动机；60—冷却器；70—回油通道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

相关技术中，涡轮增压器一般布置在发动机排气岐管的顶端，主油泵一般布置在发动机底部的油底壳位置，主油泵与涡轮增压器之间通过一段很长的油路连接。发动机启动时，特别是当发动机在低温环境下启动时，润滑油的粘度较大，涡轮增压器油压建立的时间较长。频繁启动发动机会导致涡轮增压器在无油的状态下进行干摩擦，最终导致涡轮增压器被磨损。

此外，即便是在发动机低转速时涡轮增压器依然高速运行，对润滑油油压的需求较高。为了满足涡轮增压器的油压需求，主油泵必须设计成较大的排量。但相关技术中主要采用定排量泵作为主油泵，对于定排量泵泵出的润滑油流量与发动机的转速成正比。而涡轮增压器对润滑油的需求并不是随发动机转速的增加而增加的，当发动机转速升高时，主油泵的泵送能力则超过了涡轮增压器的需求，从而导致了发动机油耗的浪费。

本发明提供一种增压器，如图1所示，包括增压器外壳11和设置在增压器外壳11内的中间轴12。增压器外壳11内设置有两个轴承16，中间轴12穿设在两个轴承16内，使中间轴12可以相对于增压器外壳11自由的转动。其中，增压器外壳11内设置有分别通向两个轴承16的润滑通道，使润滑油可以通过润滑通道流入两个轴承16，以对中间轴12进行润滑。

如图1所示，在中间轴12的两端分别连接固定有涡轮端叶轮14和压气端叶轮15。发动机50排气岐管喷出的废气驱动涡轮端叶轮14旋转，涡轮端叶轮14带动中间轴12同步转动，并且带动压气端叶轮15同步转动以吸入新鲜空气，从而提供发动机50燃烧做功。

如图1和图2所示，本发明在中间轴12上集成有油泵转子13。具体来说，油泵转子13包括内转子131、外转子132以及油泵壳体133。油泵壳体133通过螺钉或者卡扣等连接件连接在增压器外壳11内，内转子131通过过盈连接或者键连接等方式连接在中间轴12上。油泵壳体133内设置有转子腔，外转子132可转动的设置在转子腔内。例如，转子腔可以设计为圆形的空腔，外转子132的外圆面与油泵壳体133之间密封且保留0.3毫米左右的间隙，使外转子可以在转子腔内自由转动。

如图2所示，外转子132具有内腔，内转子131位于外转子132的内腔中。其中，内转子131的外周设置有多个圆形阵列的凸齿，外转子132的内腔设置有与凸齿啮合的齿槽，齿槽的数量比凸齿的数量多一个。油泵壳体133还设置有进油通道1331与出油通道1332，进油通道1331通过管路与车辆的润滑油箱连通，出油通道1332通过管路与增压器的润滑通道连通。进油通道1331与出油通道1332可以设置在油泵壳体133的同一侧，在进油通道1331与出油通道1332之间设置有进出油隔断1333，从而使进油通道1331与出油通道1332之间的润滑油能够分隔。当然，根据增压器外壳11的内部形状，进油通道1331与出油通道1332也可以分别设置在油泵壳体133的两侧。

可以理解的是，内转子131的凸齿数量与外转子132的齿槽数量，可以根据油泵转子13的泵油能力、中间轴12的转速等因素进行具体设计。油泵壳体133的形状也可以根据增压器外壳11的内部空间进行具体设计。

当发动机50排气岐管喷出的废气驱动涡轮端叶轮14旋转时，涡轮端叶轮14带动中间轴12同步转动，中间轴12同步带动内转子131转动。随着内转子131的转动，外转子132内腔的容积也不断地变化。具体来说，当内转子131的一个凸齿脱开与外转子132的一个齿槽啮合时，外转子132该齿槽的容积逐渐增大并产生真空以吸入润滑油；当内转子131继续旋转至该凸齿与下一外转子132的齿槽啮合时，外转子132下一齿槽的内腔容积逐渐减小，从而使润滑油的油压升高而被挤出。从而实现了内转子131与外转子132之间同向而不同步转动的功能，使润滑油不断地被吸入和挤出。

润滑油从进油通道1331进入油泵壳体133后，在内转子131与外转子132之间的吸入和挤出作用下，通过出油通道1332流入增压器的润滑通道，从而对增压器的两个轴承16进行润滑和冷却。润滑和冷却后的润滑油落入增压器外壳11内，最终通过增压器外壳11上的回油通道70流出，即完成对增压器的润滑和冷却工作。

本实施例利用发动机50排气岐管喷出的废气驱动压气端叶轮15运行做功，不仅充分利用了发动机废气的能量，更重要的是，还通过中间轴12集成油泵转子13的方式使得油泵转子13能够从车辆的润滑油箱中吸取润滑油，从而实现了在不改变润滑油原有驱动力的条件下，能够相对减小主油泵30的泵送能力的功能，使得发动机50有条件选择更小型、泵送量更小、功耗更小的主油泵30，从而节省了主油泵30的投入成本，降低了发动机50的油耗，达到了节能减排的效果。

另一方面，当发动机50停止运行后，涡轮增压器的中间轴12在惯性作用下依然保持高速的转动。但主油泵30由于发动机50的停止而已经停止运行，不再泵油。此时，中间轴12也存在无油状态下进行干摩擦的可能。本发明通过在中间轴12上集成油泵转子13，使油泵转子13始终跟随中间轴12一同旋转，保证了发动机50停止后油泵转子13仍然可保持提供中间轴12润滑油的功能，直到中间轴12停止转动，从而提高了涡轮增压器的使用寿命。

实施例2：

本发明还提供一种润滑系统，如图1所示，包括储油箱20、主油泵30、发动机50、冷却器60以及上述实施例中的增压器。增压器的压气端叶轮15通过气管与冷却器60连通，冷却器60与发动机50之间通过气管连通，发动机50排气岐管的废气出口通过气管与增压器的涡轮端叶轮14连通。增压器中间轴12上集成的油泵转子13的进油通道1331通过管路与储油箱20连通，储油箱20通过管路与主油泵30连通。出油通道1332通过管路与增压器的润滑通道连通，增压器外壳11上设置有回油通道70。其中，储油箱20设置在靠近增压器的位置，以缩短储油箱20与油泵转子13之间的路径。

当发动机50启动时，发动机50排气岐管的废气冲转涡轮端叶轮14，涡轮端叶轮14带动油泵转子13的内转子131转动，从而使油泵转子13从储油箱20吸取润滑油以对中间轴12进行润滑和冷却。同时，主油泵30也开始工作，主油泵30将润滑油箱中的润滑油泵送至储油箱20中。压气端叶轮15跟随中间轴12同步转动，不断吸入新鲜空气。空气通过气管在冷却器60中冷却后输送至发动机50，以提供发动机燃烧做功。当发动机50停止运行时，中间轴12仍然在惯性作用下带动油泵转子13的内转子131转动，以吸取储油箱20中的润滑油对中间轴12进行润滑和冷却。

可以理解的是，由于储油箱20的设置，缩短了储油箱20与油泵转子13之间的供油路径，能够快速的建立增压器中润滑油的油压，从而避免了中间轴12在无油状态下进行的干摩擦，提高了涡轮增压器的使用寿命。当然，也可以不设置储油箱20，而将增压器中间轴12上集成的油泵转子13的进油通道1331通过管路与车辆的润滑油箱直接连通，同样能够实现减小主油泵30泵送能力的功能，但润滑油箱与油泵转子13之间的供油路径较长。

如图1所示，在一些实施方式中，增压器外壳11还通过气管连接有储气罐40，储气罐40分别设置有进气通道43与出气通道44。储气罐40的进气通道43通过气管与增压器的压气端叶轮15连通，储气罐40的出气通道44通过气管与增压器的涡轮端叶轮14连通。在储气罐40的进气通道43与出气通道44分别设置电控阀41，在储气罐40内设置压力传感器42，电控阀41与压力传感器42电性连接有控制器，控制器用于控制电控阀41的开闭以及获取压力传感器42的信号。其中，电控阀41包括但不限于电磁阀、电动球阀或者电控蝶阀等阀体结构。压力传感器42包括但不限于压阻式压力传感器或者陶瓷压力传感器等传感器类型。

当发动机50启动时，储气罐40进气通道43的电控阀41开启，出气通道44的电控阀41关闭，压气端叶轮15除了提供发动机50增压气体外，还同时不断地向储气罐40充气。当压力传感器42检测到储气罐40中的气体压力达到限值时，通过关闭储气罐40进气通道43的电控阀41停止对储气罐40充气，储气罐40内存储高压气体。在发动机50下次启动前，储气罐40出气通道44的电控阀41开启，进气通道43的电控阀41关闭，储气罐40内的高压气体通过出气通道44冲转涡轮端叶轮14，进而带动中间轴12旋转，驱动油泵转子13提前给中间轴12进行润滑，从而避免发动机50启动时由于上油慢导致的中间轴12磨损。

可以理解的是，储气罐40也可以只设置出气通道44，并且使出气通道44通过气管连通增压器的涡轮端叶轮14。发动机50排气岐管的废气一部分用于冲转涡轮端叶轮14，另一部分则充入储气罐40内进行存储。当储气罐40内的气体压力达到限值时，通过关闭出气通道44的电控阀41停止对储气罐40充气，储气罐40内存储高压气体。在发动机50下次启动前，开启出气通道44的的电控阀41，储气罐40内的高压气体通过出气通道44冲转涡轮端叶轮14，同样能够提前对增压器的中间轴12进行润滑。但是，由于发动机50废气中含有较多的杂质，不利于储气罐40的清洁与维护，并且增压器压气端叶轮15提供的气压较涡轮端叶轮14提供的气压更高，更有利于储气罐40存储高压气体。因此，将储气罐40设计为一个进气通道43与一个出气通道44的方式较佳。当然，也可以通过在储气罐40的出气通道44上设置过滤网或者过滤器等方式，避免发动机50废气中的杂质进入储气罐40，从而保证储气罐40的清洁。

实施例3：

本发明还提供一种润滑方法，如图3所示，在发动机50启动前，储气罐40内存储有高压气体。当车辆得电后，储气罐40的电控阀41开启，高压气体冲转涡轮端叶轮14，涡轮端叶轮14带动油泵转子13内转子131转动，以吸取储油箱20中的润滑油对中间轴12进行润滑。由此，实现了发动机50启动前对增压器提前进行润滑的功能。

当发动机50启动时，主油泵30开始工作，主油泵30将润滑油箱中的润滑油泵送至储油箱20中，以补充储油箱20中的润滑油。同时，中间轴12带动压气端叶轮14转动，一方面吸入新鲜的空气供发动机50燃烧做功，另一方面还将部分空气吸入储气罐40中，以补充储气罐40中的气体压力。当储气罐40中的气体压力达到限值时，储气罐40的电控阀41关闭，完成储气罐40气体的补充。同时，发动机50排气岐管的废气也冲转涡轮端叶轮14，涡轮端叶轮14带动油泵转子13的内转子131转动，从而使油泵转子13从储油箱20吸取润滑油以对中间轴12进行润滑和冷却。由此，实现了发动机50工作过程中对增压器进行润滑的功能。

在发动机50停止运行后，油泵转子13跟随中间轴12的惯性转动而转动，继续从车辆的润滑油箱中吸取润滑油，以对中间轴12的两个轴承16进行润滑和冷却，直到中间轴12停止转动。由此，实现了发动机50停止运行后对增压器进行润滑的功能。

综上所述，本发明提供的增压器润滑系统和方法，能够保证涡轮增压器在发动机50启动前、发动机50工作过程中以及发动机50停止运行后的整个过程，始终对增压器中间轴12的两个轴承16时刻都保持有润滑油进行润滑，不仅提高了增压器的使用寿命，而且还减小了主油泵30的泵送能力，有利于节省主油泵30的投入成本，降低发动机50的油耗。此外，储油箱20的设计，还缩短了储油箱20与油泵转子13之间的供油路径，从而使得涡轮增压器的润滑油油压建立时间缩短。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种润滑方法，其特征在于，应用于润滑系统，

所述润滑系统包括：

增压器；所述增压器包括：增压器外壳；以及，

中间轴，所述中间轴可转动的设置于所述增压器外壳内，并且所述中间轴的一端设置有通过发动机废气驱动的涡轮端叶轮，所述中间轴的另一端设置有用于吸入新鲜空气的压气端叶轮；

其中，所述中间轴连接有油泵转子，所述油泵转子通过管路与润滑油箱相连接；

储油箱，所述储油箱通过管路与所述油泵转子相连接；以及，

主油泵，所述主油泵通过管路与所述储油箱相连接；

其中，所述储油箱设置于靠近所述油泵转子的位置；

所述润滑系统包括设置有出气通道的储气罐，所述出气通道与所述增压器的涡轮端叶轮连通，所述出气通道内设置有电控阀；

包括以下步骤：

发动机启动前，所述储气罐通过出气通道冲转所述中间轴转动以带动所述油泵转子运行，所述油泵转子从所述储油箱吸油以润滑所述增压器；

发动机启动时，所述主油泵向所述储油箱泵送润滑油，所述压气端叶轮向所述储气罐充入新鲜空气，所述发动机产生的废气继续冲转所述中间轴转动，所述油泵转子从所述储油箱吸油以润滑所述增压器；

发动机停止后，所述中间轴在惯性作用下继续带动所述油泵转子运行，所述油泵转子从所述储油箱吸油以润滑所述增压器。

2.根据权利要求1所述的润滑方法，其特征在于，所述油泵转子包括内转子、外转子以及油泵壳体，所述油泵壳体连接于所述增压器外壳内，所述外转子可转动的设置于所述油泵壳体内，所述内转子与所述中间轴连接固定并位于所述外转子内腔。

3.根据权利要求2所述的润滑方法，其特征在于，所述内转子的外周设置有多个凸齿，所述外转子内腔设置有与所述凸齿啮合的齿槽，所述齿槽的数量比所述凸齿的数量多一个。

4.根据权利要求2所述的润滑方法，其特征在于，所述内转子与所述中间轴之间过盈连接或者键连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的润滑方法，其特征在于，所述油泵转子设置有进油通道与出油通道，所述进油通道通过管路与所述润滑油箱相连接，所述出油通道通过管路与增压器的润滑通道相连接。

6.根据权利要求1所述的润滑方法，其特征在于，所述储气罐还设置有进气通道，所述进气通道与所述增压器的压气端叶轮连通，所述进气通道内设置有电控阀。

7.根据权利要求6所述的润滑方法，其特征在于，所述储气罐内设置有压力传感器，所述电控阀与所述压力传感器连接有控制器。

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