CN115163241A - 一种冷却润滑系统、车辆及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却润滑系统、车辆及控制方法，涉及冷却润滑领域，包括工况传感器和相独立的第一油路、第二油路，第一油路通过第一机油泵接入主油道，第二油路通过第二机油泵接入副油道，副油道连通活塞冷却喷嘴；工况传感器获取发动机转速数据和负荷率数据并发送至控制器，控制器用于控制第一机油泵流量和/或第二机油泵流量；针对目前冷却润滑油路占用机油流量大并且易使燃烧室过冷的问题，并行设计多个机油泵，通过机油泵为活塞冷却独立供油，并根据工况调节活塞冷却机油流量，实现按需供给，实现机油泵低功耗和活塞的精准冷却，满足工况单一、集中于低速低负荷用途发动机对冷却润滑的需求。

Description

一种冷却润滑系统、车辆及控制方法

技术领域

本发明涉及冷却润滑领域，具体涉及一种冷却润滑系统、车辆及控制方法。

背景技术

润滑方式有压力润滑、飞溅润滑和重力润滑三种。压力润滑是利用机油泵将 润滑油强制地送到各摩擦表面。一般工作中受力比较大、相对运动速度比较高的 部位均采用压力润滑，如曲轴主轴承、连杆轴承和轮轴轴承等；一般对受力较小 或相对运动速度较低的部件，如凹轮工作表面，挺杆等采用飞溅润滑；气缸壁虽 工作负荷大，但不宜过量润滑，否则会造成机油窜向燃烧室，使发动机工作恶化， 因此也采用飞溅润滑。发动机工作时，机油进入机油泵使机油产生一定的压力输 出，机油的一条输出管路上设置一个限压阀，当油压低于一定值时，限压阀关闭， 以保证主油道内的油压；当油压高于一定值时，机油喷向凹轮表面、气缸壁及活 塞等处，冷却润滑部件表面、气缸壁等。

传统润滑系统通过单机油泵驱动，将处理后的机油输送至主油道和副油道， 副油道为活塞冷却喷嘴活塞供油，冷却喷嘴输出机油对活塞进行润滑和冷却，而 活塞冷却喷嘴的流量是按照最苛刻热工况设计的，在运行过程中存在缺陷：一方 面，空载及部分负荷区域过冷却，影响燃烧室热氛围，甚至对排放及油耗均造成 负面影响；位于低速区时，活塞喷嘴机油流量占机油泵输出流量的占比较高，导 致主油道对应的元件流量降低，影响对应元件的润滑、冷却。因此，采用传统方 式对活塞进行润滑冷却时，存在浪费机油流量及机油泵附件功的问题，难以满足 发动机对冷却润滑系统的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种冷却润滑系统、车辆及 控制方法，并行设计多个机油泵，通过机油泵为活塞冷却独立供油，并根据工况 调节活塞冷却机油流量，实现按需供给，实现机油泵低功耗和活塞的精准冷却， 满足工况单一、集中于低速低负荷用途发动机对冷却润滑的需求。

本发明的第一目的是提供一种冷却润滑系统，采用以下方案：

包括工况传感器和相独立的第一油路、第二油路，第一油路通过第一机油泵 接入主油道，第二油路通过第二机油泵接入副油道，副油道连通活塞冷却喷嘴； 工况传感器获取发动机转速数据和负荷率数据并发送至控制器，控制器用于控制 第一机油泵流量和/或第二机油泵流量。

进一步地，所述第一油路入口端和第二油路入口端分别接入油底壳，第一油 路串联有机油冷却器。

进一步地，所述主油道与副油道之间设有控制阀，以建立或切断主油道与副 油道的连通。

本发明的第二目的是提供一种车辆，包括如第一目的所述的冷却润滑系统。

进一步地，主油道供应车辆的运动部件及配附件，副油道供应发动机的活塞 冷却喷嘴。

本发明的第三目的是提供一种冷却润滑控制方法，包括以下步骤：

建立相独立的第一油路和冷却活塞的第二油路；

实时获取发动机运行工况数据并与设定值比较，依据比较结果控制第二油路；

当运行工况数据未超过设定值时，关闭第二油路，保持第一油路流量；

当运行工况数据超过设定值时，开启第二油路对活塞进行冷却，保持第一油 路流量。

进一步地，当运行工况数据降低至设定值以下，且维持设定时间后，关闭第 二油路。

进一步地，依据取消冷却活塞油路设计建立第一油路，以保持除活塞外其它 工件的润滑。

进一步地，第二油路的输出流量覆盖冷却活塞最大需求流量。

进一步地，所述设定值的获取包括以下步骤:

根据路谱各工况落点分析划分全工况为若干个区域，制定各区域的活塞冷却 策略；

确定活塞是否冷却的边界线，以边界线对应的发动机工况数据作为设定值。

进一步地，在第二油路对活塞进行冷却时，依据发动机实时运行工况数据， 调节第二油路流量大小。

进一步地，当第一油路或第二油路故障时，建立第一油路输出端和第二油路 输出端之间的连通关系，由正常油路为故障油路对应元件供油。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前冷却润滑油路占用机油流量大并且易使燃烧室过冷的问题， 并行设计多个机油泵，通过机油泵为活塞冷却独立供油，并根据工况调节活塞冷 却机油流量，实现按需供给，实现机油泵低功耗和活塞的精准冷却，满足工况单 一、集中于低速低负荷用途发动机对冷却润滑的需求。

(2)对应副油道的机油泵采用电控调节，其通过副油道仅供应活塞冷却喷 嘴，可根据不同工况下活塞冷却机油流量需求实现按需供给，搭建了基于全工况 的控制策略及其修正方法，可实现机油泵低功耗及活塞的精准冷却，适用于工况 单一且集中于低速低负荷用途的专用车领域。

(3)能够降低低负荷区活塞喷嘴冷却油量，机油泵减流降压降功耗，改善 热氛围，降低窜气量及机油耗，尤其适用于如起重机、搅拌车和环卫车等长期运 行在低速低负荷区的专用车领域。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明 的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为背景技术中所述传统冷却润滑系统的油路示意图。

图2为本发明实施例1或2或3中冷却润滑系统的油路示意图。

图3为本发明实施例1或2或3中路谱的示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种冷却润滑系统。

如图2所示冷却润滑系统，用于供应车辆各个元件的冷却润滑，针对传统冷 却润滑系统的工作特点和弊端，通过并行设计机油泵，为活塞冷却喷嘴建立独立 供油管路，避免从主油道的油泵获取机油，保持主油道对应元件的冷却润滑，实 现不同工况下活塞冷却机油的按需供给，提高冷却精度以降低能耗。

如图1所示的传统润滑系统，副油道与主油道均由同一机油泵供应，为了保 证活塞冷却喷嘴流量能够满足最苛刻热工况需求，副油道对活塞冷却喷嘴的流量 设计需要依据最苛刻的热工况来设计，导致了在空载或部分负荷较低区域对活塞 持续冷却，影响了燃烧室的热氛围，同时，对于一些集中于低速低负荷的专用车， 活塞冷却喷嘴持续工作，对机油泵的流量占比较高，然而浪费机油流量且对发动 机工作产生不利影响。

如图2所示的冷却润滑系统，并行设计有两个机油泵，分别记为第一机油泵 和第二机油泵。

第一机油泵作为主机油泵，第一机油泵通过主油道供应运动件及配附件，输 出流量与转速呈线性关系、与扭矩相关性不明显，从而实现小型化及降低附件功 耗。

第二机油泵作为副机油泵，第二机油泵采用电动可调式方案，其通过副油道 仅供应活塞冷却喷嘴，可根据不同工况下活塞冷却机油流量需求实现按需供给。

具体的，冷却润滑系统包括工况传感器和相独立的第一油路、第二油路，工 况传感器获取发动机转速数据和负荷率数据，用于结合发动机的路谱判断发动机 的工况，第一油路通过第一机油泵接入主油道，为主油道供油；第二油路通过第 二机油泵接入副油道，为副油道供油，副油道连通活塞冷却喷嘴，第一机油泵和 第二机油泵独立工作；工况传感器获取发动机转速数据和负荷率数据并发送至控 制器，控制器能够根据工况单独控制第一机油泵流量或第二机油泵流量，也能够 同时控制第一机油泵流量和第二机油泵流量。

第一油路入口端和第二油路入口端分别接入油底壳，第一油路串联有机油冷 却器。

冷却润滑系统流量根据工况相关性大小拆分为两部分：与发动机运行工况相 关不大的部分，视为固定流量部分；与发动机运行工况相关大的部分，视为可调 流量部分。基于存在问题及系统流量分析，设计本实施例中的冷却润滑系统。

第一机油泵可以采用机械式方案，其主要通过主油道供应主轴承、连杆轴承、 齿轮衬套、配气机构等运动件及增压器、空压机等配附件，由于对应的运动件和 配附件在发动机不同转速、扭矩时所需的机油量差别较小，因此，第一机油泵可 以保持对主油道固定输出流量，同时，主油道供应流量为固定流量部分。

由于部分工况下活塞不需要冷却，在需要进行冷却时，不同的工况需求的机 油流量并不相同。对应第二机油泵采用电控调节方案，第二机油泵通过副油道仅 供应活塞冷却喷嘴，通过调节第二机油泵的工作状态，能够使供应状态发生改变， 根据不同工况下活塞冷却机油流量需求实现按需供给，副油道供应流量为可调流 量部分。

通过关闭第二机油泵能够停止对活塞冷却喷嘴的机油供应，使其停喷；通过 调节第二机油泵的工况能够改变第二机油泵的输出流量，从而调节对副油道的供 应流量，进而改变活塞冷却喷嘴的喷射量，达到调整活塞冷却状态的目的。

另外，具体的各工况点的输出流量，由控制器进行控制，即通过ECU信号控 制，达到充分利用机油流量，保证燃烧室工作状态的效果。

主油道与副油道之间设有控制阀，以建立或切断主油道与副油道的连通，在 主油道或副油道失效时，正常油道通过控制阀为失效油道供油，保证低压润滑， 保证一定时间内的运行，为检修提供时间。

通过判断发动机运行工况单独调节活塞冷却喷嘴的流量，相较于传统冷却润 滑系统的单一机油泵供应，能够实现机油泵的减流降压降功耗；降低低负荷区活 塞喷嘴冷却油量，改善热氛围，降低窜气量及机油耗，尤其适用于如起重机、搅 拌车和环卫车等长期运行在低速低负荷区的专用车领域。

实施例2

本发明的另一典型实施方式中，如图1-图3所示，给出一种车辆。

车辆上安装有实施例1中的冷却润滑系统。主油道供应车辆的运动部件及配 附件，副油道供应发动机的活塞冷却喷嘴。

对于冷却润滑系统的详细结构参见实施例1，由于该车辆采用了上述实施例 1提供的冷却润滑系统，所以该车辆由冷却润滑系统带来的有益效果参考上述实 施例1中的相应部分，在此不再赘述。

对于未提及的车辆的其他结构，采用现有的结构即可。

实施例3

本发明的另一典型实施方式中，如图1-图3所示，给出一种冷却润滑控制方 法。

结合图2，冷却润滑控制方法包括以下步骤：

建立相独立的第一油路和冷却活塞的第二油路；

实时获取发动机运行工况数据并与设定值比较，依据比较结果控制第二油路；

当运行工况数据未超过设定值时，关闭第二油路，保持第一油路流量；

当运行工况数据超过设定值时，开启第二油路对活塞进行冷却，保持第一油 路流量；

当运行工况数据降低至设定值以下，且维持设定时间后，关闭第二油路。

结合图3，对上述冷却润滑控制方法进行详细介绍：

按照取消活塞冷却喷嘴配置、沿用传统方法计算设计第一油路对应的主机油 泵；

按照输出流量可覆盖活塞冷却喷嘴最大需求流量计算设计第二油路对应的 副机油泵；

结合图3，根据路谱各工况落点分析划分全工况为若干个区域，并制定各区 域的喷射策略；结合喷嘴设计准则，以单位面积功率以参考指标确定工作与否的 边界线、不带喷嘴机型功率分布以及活塞温度场分布计算结果，并以动态测温试 验结果验证定型；

根据动态工况转换特点，开发策略修正管理：高负荷转低负荷时工况稳定时 间达到t时长滞后执行避免热浸，低负荷转高负荷时根据其他可以表征此过程的 参数确认执行；

建立失效识别及措施：增加压力传感器识别是否正常供油；在主副油道间增 加旋转阀，实现低压润滑，短期内可运行。

保持主机油泵和副机油泵的通用化设计，铝活塞机型，电动机油泵部分输出； 钢活塞机型，电动机油泵全流输出。避免不同机型对机油流量需求不同大差异化 设计机油泵的现象。

对于设定值的获取，根据路谱各工况落点分析划分全工况为若干个区域，制 定各区域的活塞冷却策略；

确定活塞是否冷却的边界线，以边界线对应的发动机工况数据作为设定值。

对于喷射策略，通过计算，只有转速超某限值、且负荷率超某限值的一小部 分区域才需要开启活塞冷却，结合图3可见，此部分对应的工况在路谱中落点占 比相对较低，可见，在实际工作时，副机油泵基本处于停止运行的状态，相较于 传统冷却润滑控制方式，能够实现机油泵的减流、降压，从而降低功耗。也避免 了过冷却影响燃烧室热氛围的情况。

对于失效识别后的措施，当第一油路或第二油路故障时，建立第一油路输出 端和第二油路输出端之间的连通关系，由正常油路为故障油路对应元件供油。

本实施例中还给出一组某机型的实际运行工况数据，参见表1某机型传统润 滑系统方案115℃油温时喷嘴流量占比，可见该部分对于机油泵流量设计影响较 大。

表1

转速，rpm	机油泵，L/min	活塞喷嘴，L/min	活塞喷嘴占比，％
				550.0	41.9	2.5	6.0
1200.0	91.3	27.2	29.8
				1600.0	121.7	33.5	27.5
1900.0	145.0	35.7	24.6

当机油温度降低时，中低转速区的机油压力会大幅升高，喷嘴流量占比会进 一步提高。

利用需要冷却的功率及实际功率比较的方法表征，如表2所示。

表2

转速	实测功率	内腔强制冷却功率	负荷率，％
				600	50.71	185.80	100.00
700	65.00	185.80	100.00
				800	82.74	185.80	100.00
900	108.30	185.80	100.00
				1000	135.94	185.80	100.00
1100	167.69	185.80	100.00
				1200	188.73	185.80	98.44
1300	203.37	185.80	91.36
				1400	218.35	185.80	85.12
1500	233.15	185.80	79.71
				1600	246.33	185.80	75.44
1700	260.07	185.80	71.44
				1800	264.54	185.80	70.21
1900	264.80	185.80	70.16
				2000	265.87	185.80	69.86
2100	266.73	185.80	69.66

通过本实施例中的冷却润滑控制方法，能够降低低负荷区活塞喷嘴冷却油量， 机油泵减流降压降功耗，改善热氛围，降低窜气量及机油耗，尤其适用于如起重 机、搅拌车和环卫车等长期运行在低速低负荷区的专用车领域。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种冷却润滑系统，其特征在于，包括工况传感器和相独立的第一油路、第二油路，第一油路通过第一机油泵接入主油道，第二油路通过第二机油泵接入副油道，副油道连通活塞冷却喷嘴；工况传感器获取发动机转速数据和负荷率数据并发送至控制器，控制器用于控制第一机油泵流量和/或第二机油泵流量。

2.如权利要求1所述的冷却润滑系统，其特征在于，所述第一油路入口端和第二油路入口端分别接入油底壳，第一油路串联有机油冷却器。

3.如权利要求1所述的冷却润滑系统，其特征在于，所述主油道与副油道之间设有控制阀，以建立或切断主油道与副油道的连通。

4.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的冷却润滑系统。

5.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，主油道供应车辆的运动部件及配附件，副油道供应发动机的活塞冷却喷嘴。

6.一种冷却润滑控制方法，其特征在于，包括：

建立相独立的第一油路和冷却活塞的第二油路；

实时获取发动机运行工况数据并与设定值比较，依据比较结果控制第二油路；

当运行工况数据未超过设定值时，关闭第二油路，保持第一油路流量；

当运行工况数据超过设定值时，开启第二油路对活塞进行冷却，保持第一油路流量。

7.如权利要求6所述的冷却润滑控制方法，其特征在于，当运行工况数据降低至设定值以下，且维持设定时间后，关闭第二油路。

8.如权利要求6所述的冷却润滑控制方法，其特征在于，依据取消冷却活塞油路设计建立第一油路，以保持除活塞外其它工件的润滑。

9.如权利要求6所述的冷却润滑控制方法，其特征在于，第二油路的输出流量覆盖冷却活塞最大需求流量。

10.如权利要求6所述的冷却润滑控制方法，其特征在于，所述设定值的获取包括以下步骤:

根据路谱各工况落点分析划分全工况为若干个区域，制定各区域的活塞冷却策略；确定活塞是否冷却的边界线，以边界线对应的发动机工况数据作为设定值。

11.如权利要求6所述的冷却润滑控制方法，其特征在于，在第二油路对活塞进行冷却时，依据发动机实时运行工况数据，调节第二油路流量大小。

12.如权利要求6所述的冷却润滑控制方法，其特征在于，当第一油路或第二油路故障时，建立第一油路输出端和第二油路输出端之间的连通关系，由正常油路为故障油路对应元件供油。

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