CN1734066B - 内燃发动机及其润滑系统 - Google Patents

Abstract

一种内燃发动机(8)设置有用于装配到该发动机上的涡轮增压器(3)的润滑系统，该润滑系统包括油泵(2)，该油泵用于从主储油容器(6)将油供给涡轮增压器(3)的一个或多个轴承，用于从涡轮增压器轴承接收油的副储油容器(4)，和真空泵(5)，该真空泵用于推动油从涡轮增压器轴承流到副储油容器内并且将油从副储油容器泵抽回到主储油容器。本发明的另一特征在于：用于从副储油容器泵抽回油的真空泵(5)可以用作真空源，该真空源用于真空操作系统(9)。

Description

内燃发动机及其润滑系统

技术领域

本发明涉及内燃发动机的润滑，尤其是，涉及安装到这种发动机上的涡轮增压器的润滑。 

背景技术

已知的是，内燃发动机的性能能够通过使用排气涡轮增压器而被改进。进一步已知的是，给这种涡轮增压器提供润滑，其中油通过给油装置从发动机供给到涡轮增压器并且通过重力回流到发动机的机油箱。为了防止来自这种涡轮增压器的排泄管内的油阻塞，通常将涡轮增压器安装的尽可能地高以便提供尽可能长的排泄管，并且通常使用大体垂直的排泄管以便协助排泄。这样存在的缺点是：机动车辆的发动机罩线路将通常需要高于其他情况下所需要的发动机机罩线路。 

来自涡轮增压器的排泄管内的阻塞是需要考虑的问题，因为它能够导致油回给到涡轮增压器，而这将导致排气烟度，并且在柴油发动机的情况下，能够由于油引入发动机而导致发动机失控。在这些条件下的效果中，涡轮增压器用作小的未控制燃气轮机并且这种失控条件将几乎总是造成涡轮增压器或发动机本身的故障。 

传统重力回流系统的一个问题是机油箱内的油位在机动车辆的使用中由于机动车辆的方位和动态条件而发生变化。例如，如果车辆转弯，油将被离心力推到机油箱的一侧，在那里所述油将浮上机油箱的所述侧面。如果来自涡轮增压器的回油管或排泄管的下端变得被封盖，则由于然后其将阻止油排泄回到机油箱内并且由此容易导致回油管内的油阻塞，这将成为问题。当这种类型的系统成为问题的另一个情形是：车辆在陡峭地倾斜的地形上被使用时，如遭遇凹凸不平的地形。参考图6和图7能够更好地理解这种类型的现有技术的情况，其中来自涡轮增压器(未示出)的回油管或排泄管221的下端突出到发动机(未示出)的机油箱206内。 

在图6中，示出的情形为车辆在水平地面上，在图7中，示出的情形为车辆倾角为θ。 

可以看出，当车辆倾角为θ时，排泄管221的端部位于油位下面，并且由此容易发生排泄管221内的油阻塞。可以意识到，机油箱206内的油位的较大变化部分是由于这样的事实，即较大体积的油不得不存储在机油箱内以便供给发动机的所需。 

本发明的发明者已经认识到，如果机油箱内具有非常小体积的油，即使车辆的角度变化，排泄管被封盖的危险也非常小。然而，在正常机油箱内不可能使用这种小体积的油，因为这将导致上油率问题和潜在的内燃发动机油缺乏。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进的润滑系统的内燃发动机。 

根据本发明的第一方面，提供一种内燃发动机，该内燃发动机具有至少一个涡轮增压器和用于该涡轮增压器的润滑系统，所述润滑系统包括：主储油容器，该主储油容器存储用于润滑涡轮增压器的油；油泵，用于将油从主储油容器供给到所述涡轮增压器；副储油容器，用于从涡轮增压器接收油；和真空泵，用于将接收在副储油容器内的油回流到主储油容器内，其中真空泵可操作以便在副储油容器内产生部分真空，从而有助于从所述涡轮增压器到副储油容器的油的流动，并且将油从副储油容器泵至主储油容器。在发动机操作期间，真空泵的泵送率可以至少与来自同副储油容器相连的所述涡轮增压器的油的流速相同，从而大体上没有油存储在副储油容器内。 

所述油泵可以为用于将油供给到所述涡轮增压器和内燃发动机的发动机油泵。 

优选的是，泵送率大于从所述涡轮增压器到副储油容器内的油的流速。 

所述涡轮增压器可以具有用于从油泵接收油的相应的油入口端口和用于通过回流导管将油从相应的涡轮增压器回流到副储油容器内的相应 的油出口端口。 

每个涡轮增压器可以通过相应的回流导管与副储油容器相连，并且副储油容器可以为密封的容积，该密封的容积具有与真空泵相连的出口、与回流导管数量相同的入口、和防止在副储油容器内产生过真空的通风孔。 

所述通风孔可以与发动机的曲轴箱区域相连。 

副储油容器可以位于主储油容器内。 

主储油容器可以主要地形成为单体铸件并且副储油容器形成为构成主储油容器的单体铸件的一部分。在这种情况下，至少一部分通风孔可以形成为浇铸成单体铸件的通道。 

发动机可以具有至少一个凸轮轴，真空泵可以被从发动机凸轮轴的一端驱动。 

至少一个凸轮轴可以通过容纳在链条箱内的链条驱动，并且真空泵可以具有出口端口，该出口端口布置为通过将油排放到链条箱内而将油回流到主储油容器内。 

发动机可以具有由链条驱动的第一凸轮轴和由来自第一凸轮轴的齿轮传动驱动的第二凸轮轴，在这种情况下，从真空泵排放的油可以撞击形成第一凸轮轴和第二凸轮轴之间的齿轮传动的至少一个齿轮。 

优选的是，真空泵可以为旋转滑动叶片泵。 

发动机可以具有两个涡轮增压器，每个涡轮增压器可以具有与副储油容器相连的回流导管。 

内燃发动机可以为V形发动机，该V形发动机具有两列气缸，并且其中一个涡轮增压器可以布置为从两列气缸之一排出气体而另一个涡轮增压器可以布置为从两列气缸中的另一列接收排气。在这种情况下，每个涡轮增压器可以定位在该涡轮增压器从其接收排气的一列气缸的下面。 

真空泵可以安装到所述涡轮增压器之上。 

根据本发明的第二方面，提供一种具有根据本发明第一方面的发动机的机动车辆。 

所述机动车辆可以具有真空系统，并且所述真空泵可以用于给真空系统提供真空并且用于协助来自所述涡轮增压器的油的流动。 

所述真空系统可以为真空辅助制动系统，并且真空泵可操作以便在制动助力器的真空容器内产生部分真空，所述制动助力器构成真空辅助制动系统的一部分。 

所述真空泵可以为旋转滑动叶片真空泵，该旋转滑动叶片真空泵具有与真空系统相连的第一入口和与副储油容器相连的第二入口。 

附图说明

下面将参考附图通过示例对本发明进行描述，其中： 

图1是根据本发明的内燃发动机和机动车辆的示意图； 

图2是根据本发明的内燃发动机的侧视图； 

图3是通过构成图2所示发动机一部分的链条箱的局部截面图； 

图4是图2所示发动机的主储油容器的一部分的示意图； 

图5是用于图2所示发动机的润滑系统中使用的真空泵的示意图，且端盖被去除，示出了入口端口和出口端口的位置； 

图6是现有技术的内燃发动机的储油容器和涡轮增压器排泄管的示意图，示出了当所述发动机安装到其上的车辆位于水平地面上时的油位； 

图7是与图6类似的示意图，但是示出了车辆倾斜时的油位。 

具体实施方式

下面特别参考图1对本发明进行描述，图1示出了机动车辆10，该机动车辆10具有内燃发动机8。发动机8包括曲轴箱7和主储油容器或机油箱6。 

发动机8装配有润滑系统，用于不但润滑发动机8的各个移动部件也润滑涡轮增压器3，涡轮增压器3与发动机8的排气歧管(未示出)可操作地相连，以便提供改进的内燃发动机性能。 

所述润滑系统包括：油泵2，用于将油形式的润滑剂从主储油容器6泵送到涡轮增压器3并且尤其泵送到涡轮增压器3的轴承；用于从涡轮增压器轴承接收油的副储油容器4；和发动机驱动真空泵5，用于在副储油容器4内提供部分真空，由此推动油从涡轮增压器轴承流到副储油容器4 并且将收集在副储油容器4内的任何油泵回到主储油容器6内。 

副储油容器4是封闭容积的形式，且具有回流导管或排泄管，该回流导管或排泄管来自与其相连的涡轮增压器3，并且具有回油管形成的出口导管，该出口导管来自与其相连的真空泵5，以及通过通风管与发动机8的曲轴箱7相连的通风孔。 

排泄管连接到副储油容器4的上表面或顶表面上且具有位于副储油容器4的上表面附近的下端，从而所述下端不易被收集在副储油容器4内的任何油封盖。所述通风管还连接到副储油容器4的上表面附近，从而如果曲轴箱7内的压力低于副储油容器4内的压力，来自从涡轮增压器返回的油的蒸汽能够返回到曲轴箱7内。 

通风孔的功能是防止真空泵5在副储油容器4内产生过真空。尽管期望在发动机8运行期间总是将副储油容器4维持在低于大气压的压力下和确定地维持在低于涡轮增压器轴承内的油压的压力下，然而对于副储油容器内的压力，不期望降落的太低，因为这将趋于破坏涡轮增压器轴承内的油膜并且导致过早的轴承故障。例如，但是不限于，如果副储油容器内的压力降低到特定压力以下，轴承故障就容易发生。本发明的优点在于，通过正确地设置通风孔的尺寸和到真空泵5的回油管的尺寸，可以在副储油容器内维持低水平的真空并且不增加任何的附加的阀或控制件。 

真空泵5也与真空容器9形式的真空系统相连，所述真空系统用于形成真空辅助制动系统的一部分的制动助力器。本发明这个方面的优点是，单个真空泵5用于给副储油容器提供真空并且为机动车辆10上的任何真空操作设备提供真空。如果机动车辆10的发动机是柴油发动机，这特别有利，对于这种情况，通常设置真空泵用于为制动回路提供真空，并且由此能够得到本发明有利的效果且不需要附加的泵，因为能够使用通常仅用于为制动系统提供真空的相同真空泵且节省了明显的成本。 

所述系统的操作如下，当发动机8启动时，通常少量的油将被从涡轮增压器3排回并且收集在副储油容器4内。一旦内燃发动机运行，油通过泵2被从主储油容器6泵送到涡轮增压器轴承并且开始通过由部分真空推动的排泄管从涡轮增压器3流到副储油容器4内，所述部分真空已经由泵5在副储油容器4内形成。当发动机8空转时，泵5的流速大体与从涡轮 增压器3到副储油容器4的油流速相同，并且副储油容器4内的压力稍微低于或大体等于大气压力，但是一旦发动机8的速度增加，副储油容器4内的真空增加。这是因为真空泵5由发动机8驱动并且受内燃发动机速度的影响。可以意识到，真空泵能够可选地为液压驱动或电驱动，在这种情况下，泵的流速将独立于内燃发动机的速度。 

当发动机8在怠速以上运行时，泵5的流速超过返回到副储油容器4的油的流速，从而运行几分钟后，很少的油或没有油留在副储油容器4内。 

这确保了在机动车辆的稳定性极限内，车辆的方位将对来自涡轮增压器3的油的流动没有不利的影响，并且确保了油不能从排泄管流回到涡轮增压器3。 

涡轮增压器3内存在的任何油和蒸汽由真空泵5通过副储油容器4被抽到主储油容器6内，其中它们彼此分离用于再利用。返回到主储油容器6的油被再使用以便润滑发动机8和涡轮增压器3，并且任何夹带的蒸汽或油雾被供给到曲轴箱，在那里其被分成气体和流体。来自蒸汽的气体然后以正常的方式穿过曲轴箱通风系统而流体被允许排回主储油容器6。 

因此，可以看出，根据本发明的润滑系统以事实上无额外成本和复杂性地提供了对涡轮增压器润滑的改进。 

参考图2到图5，示出了应用V8柴油发动机108的本发明优选实施例，所述V8柴油发动机108具有两列气缸。每个列气缸具有涡轮增压器103，所述涡轮增压器103布置为从发动机108通过排气歧管接收排气。每个涡轮增压器103安装在该涡轮增压器103与其可操作相连的一列气缸之下，由此使发动机108的高度最小。 

每个涡轮增压器103被从发动机油泵(未示出)供给油，所述发动机油泵还用于将油供给到发动机108的各个其他元件。油存储在主储油容器或机油箱6内，主储油容器或机油箱6紧固到发动机108的下端并且由发动机油泵通过形成在发动机108内的各种内部通路而被泵送。每个涡轮增压器103具有相应的油入口端口，用于从发动机油泵经由形成在发动机内的内部油供给装置(未示出)接收油，和具有相应的油出口端口，用于将油从相应的涡轮增压器返回到副储油容器或涡轮机油箱104。 

每个涡轮增压器103的油入口端口和油出口端口与位于相应涡轮增压 器103内的轴承相连并且用于将油供给到涡轮增压器103的轴承或将油从涡轮增压器103的轴承返回。 

排泄管121形式的回流导管连接在每个涡轮增压器103的出口端口和涡轮机油箱104之间，以便允许油从所述轴承返回到涡轮机油箱104。 

参考图4可以最佳地看出，主储油容器106形成为单体铸件并且副储油容器或涡轮机油箱104位于主储油容器106内并且构成用于形成主储油容器106的单体铸件的一部分。 

如图4所示的涡轮机油箱104是不完整的，在使用中其装配有盖以便形成密封容积并且具有与其相连的各种管，下面将会描述。 

来自涡轮增压器103的排泄管121密封地穿过形成在用于形成主储油容器106的铸件的壁内的各个孔140并且密封地与形成在涡轮机油箱104顶端附近的孔130相连。 

用于涡轮机油箱104的通风孔设置为通路142的形式，通路142铸造到形成主储油容器106的铸件内。通路142在使用中与形成在发动机108内的另一个通路(未示出)协作，所述另一个通路允许蒸汽流到发动机108的曲轴箱区域或从所述曲轴箱区域流走。这种连接限制了能够形成在涡轮机油箱104内的真空，因为当涡轮机油箱104内的真空到达一定水平时，气体或油蒸汽将趋于从发动机108的曲轴箱区域流入涡轮机油箱104内。重要的是限制真空，所述真空能够在涡轮机油箱104内产生，因为如果产生太高的真空，油将趋于被从涡轮增压器轴承吸出，导致需要在轴承出现的油膜被破坏，由此导致过早的轴承故障。 

另一个孔150形成在主储油容器106的壁内，回油管122密封地与所述另一个孔150相连，所述回油管122用于将油和油蒸汽从涡轮机油箱104传送到发动机驱动旋转真空泵105。 

回油管122在涡轮机油箱104的基部附近与孔151相连，从而大体上收集在涡轮机油箱104内的任何油能够通过真空泵105泵出并返回到主储油容器106。 

特别参考图2，3和5，回油管122的上端与旋转真空泵105的第二入口相连。参考图5可以看出，旋转真空泵是传统的形式，具有在腔室内滑动地支撑叶片112的转子110。到旋转真空泵105的腔室的第一入口113 在使用中与诸如真空辅助制动系统(未示出)的真空系统相连。出口端口115设置用于当转子110沿箭头“R”旋转时从腔室排出流体和蒸汽。泵105背面的簧片阀(未示出)允许流体通过出口端口115出来但是不允许通过出口端口115进入。 

泵105固定到用于包围链条126的链条箱120上，所述链条126驱动地将发动机108的曲轴(未示出)与凸轮轴125相连。旋转真空泵105的位置为其安装到两个涡轮增压器103上面，从而离开涡轮增压器103的任何油向下流到涡轮机油箱104，然后向上流到泵105。为了确保叶片112能够正确地相对腔室被密封，少量的油被从发动机108提供到泵105。然而，由于所使用的泵的类型，不需要实际的泵起动前注油，并且一旦转子110开始旋转，泵105将开始操作。 

链条箱 120密封地连接到发动机108的端壁124，该端壁124支撑凸轮轴125。发动机108总共具有四个凸轮轴，每列气缸两个，右手列气缸的外侧凸轮轴125用于直接驱动泵105的转子110。右手列气缸的另一个凸轮轴(未示出)由齿轮127驱动，齿轮127可驱动地与外侧凸轮轴125的端部相连，其与紧固到内侧凸轮轴的互补齿轮(未示出)配合。 

旋转泵105的出口端口与形成在链条箱120内的孔128合作，从而离开泵105的油和蒸汽被推动到链条箱内并且撞击齿轮127。有利的是，因为在一定的条件下，来自真空泵的出流近似于精细的雾并且对齿轮127的撞击趋于增加液滴尺寸，由此辅助油的收集和再循环。 

驱逐到链条箱120内的油在重力作用下通过链条箱120向下流并且被收集在主储油容器106内，所述油从主储油容器106能够被再使用。 

发动机108装配有曲轴箱通气系统，以便将从任何返回的油排出的气体再循环到发动机108的入口歧管(未示出)。 

为了确保再发动机运行期间，大体上没有油存储在涡轮机油箱104内，真空泵105的泵送能力被选择为稍微大于从两个涡轮增压器103到涡轮机油箱104的油流速。尽管由于发动机关闭条件下的重力回排，在发动机启动时在涡轮机油箱104中可能存在少量的油，一旦发动机开始运行，所述油很快被从涡轮机油箱104内去除并且返回到主储油容器106。因此，涡轮机油箱104在从涡轮增压器103回到主储油容器106的流动通路内提供 间断性，一旦油进入涡轮机油箱，其就不能够被抽吸逆行排泄管121。 

当发动机空转时，在涡轮机油箱内本质上没有真空，因为通风孔142的流量与泵105的流速大体相同，但是当发动机速度增加，泵的流速增加，从而其能够增加涡轮机油箱104内的部分真空。然而，由于通风孔142形成的预定泄漏，形成在涡轮机油箱104内的部分真空的量值从不会高到足以使涡轮增压器103的轴承内的油膜被破坏。 

可以意识到，利用这种布置，发动机的总高度保持不变，并且因为使用的真空泵与柴油发动机上通常使用的用于提供真空源的泵一样，诸如系统等的实施成本相对低。另外，同一泵可以辅助油从装配到发动机上的任何涡轮增压器的排泄并且用于为装配到车辆上的任何真空操作系统提供真空源。 

由于发动机运行期间在涡轮增压器轴承内的油压与涡轮机油箱104内低压之间总是存在小的压力差，因此油将总是趋于朝着涡轮机油箱104流动，而与发动机108的方位无关。 

尽管在该优选实施例中，真空泵直接由发动机驱动，但是这不是必须的，真空泵能够通过任何合适的原动力源驱动。 

尽管已经描述了本发明以及在其用于装配到机动车辆上的内燃发动机的方面的优点，但是需要理解的是本发明可以用于任何涡轮增压的发动机。 

本领域的技术人员需要理解的是，尽管参考许多特定的实施例通过示例描述了本发明，本发明并不限于这些实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以对这些实施例进行多种变形和修改。 

Claims (17)

1.一种机动车辆，包括内燃发动机，所述内燃发动机具有至少一个涡轮增压器和用于所述涡轮增压器的润滑系统，所述润滑系统包括：主储油容器，该主储油容器存储用于润滑所述涡轮增压器的油；油泵，该油泵用于将油从主储油容器供给到所述涡轮增压器；副储油容器，该副储油容器用于从所述涡轮增压器接收油；和真空泵，该真空泵用于将接收在副储油容器内的油返回到主储油容器内，其中所述真空泵可操作以便在副储油容器内建立部分真空，从而辅助从所述涡轮增压器到副储油容器内的油的流动，并且将油从副储油容器泵至主储油容器；

其中在发动机的操作期间，真空泵的泵送速率至少与来自和副储油容器相连的所述涡轮增压器的油的流速相同，从而没有油存储在副储油容器内；

其中，所述机动车辆具有真空系统，并且所述真空泵用于将真空提供给所述真空系统并且用于辅助来自所述涡轮增压器的油的流动；

其中每个涡轮增压器都通过相应的回流导管与副储油容器相连，并且副储油容器是密封的容积，该密封的容积具有与真空泵相连的出口、数量与回流导管数量相同的入口、和用于防止在副储油容器内产生过真空的通风孔。

2.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述油泵是用于将油供给到所述涡轮增压器和供给到所述内燃发动机的发动机油泵。

3.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述涡轮增压器具有用于从油泵接收油的相应的油入口端口和用于通过回流导管将油从相应的涡轮增压器返回到副储油容器的油出口端口。

4.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述通风孔与发动机的曲轴箱区域相连。

5.根据权利要求1所述的机动车辆，其中副储油容器位于主储油容器内。

6.根据权利要求5所述的机动车辆，其中主储油容器根本上形成为单体铸件，而副储油容器形成为构成主储油容器的单体铸件的一部分。

7.根据权利要求6所述的机动车辆，其中至少部分通风孔形成为铸入单体铸件内的通路。

8.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述发动机具有至少一个凸轮轴，并且真空泵被从所述发动机的所述凸轮轴或一个凸轮轴的一端驱动。

9.根据权利要求8所述的机动车辆，其中至少一个凸轮轴由容纳在链条箱内的链条驱动，并且真空泵具有出口端口，所述出口端口布置为通过将油排放到链条箱内而将所述油返回到主储油容器。

10.根据权利要求9所述的机动车辆，其中所述发动机具有由所述链条驱动的第一凸轮轴和由来自第一凸轮轴的齿轮传动驱动的第二凸轮轴，其中从真空泵排出的油撞击构成第一凸轮轴和第二凸轮轴之间的齿轮传动的至少一个齿轮。

11.根据权利要求1所述的机动车辆，其中真空泵是旋转滑动叶片泵。

12.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述发动机具有两个涡轮增压器，并且每个涡轮增压器具有与副储油容器相连的回流导管。

13.根据权利要求12所述的机动车辆，其中所述发动机为具有两列气缸的V形发动机，其中一个涡轮增压器布置为排出来自两列气缸中的一列气缸的气体，另一个涡轮增压器布置为从两列气缸中的另一列气缸接收排气。

14.根据权利要求13所述的机动车辆，其中每个涡轮增压器都位于该涡轮增压器从其接收排气的一列气缸下面。

15.根据权利要求1所述的机动车辆，其中真空泵安装到所述涡轮增压器之上。

16.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述真空系统为真空辅助制动系统，并且真空泵可操作以便在构成真空辅助制动系统一部分的制动助力器的真空容器内产生部分真空。

17.根据权利要求1所述的机动车辆，其中真空泵为旋转滑动叶片真空泵，该旋转滑动叶片真空泵具有与真空系统相连的第一入口和与副储油容器相连的第二入口。

Images