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发动机机油供油系统及控制方法

背景介绍:

发动机是复杂的机械装配结构体,内部具有很多运动副,在工作时,摩擦表面如曲轴轴颈与轴承,凸轮轴轴颈与轴承,活塞环与气缸壁等之间以很高的速度作相对运动,金属表面之间的摩擦不仅会增大发动机内部的功率损耗,而且摩擦产生的热量还极有可熔化零件表面,导致发动机无法正常运转。因此为保证发动机器的正常工作,必须对发动机内相对运动的表面进行润滑。润滑系统就是用于对发动机进行润滑的系统,在发动机工作时,润滑系统能够通过机油泵泵取位于发动机下部的油底壳中的储存的机油,并通过输油管道将机油泵至各零件的表面进行润滑。其中在机油泵的进油口之前设置有集油器,集油器伸入油底壳储存的机油中,用于吸取机油,此外集油器中设置有过滤网,用于对机油进行过滤。

发动机在运转时,燃烧产生的部分废气会通过活塞环泄漏到曲轴箱内,废气携带的水分、未燃燃料及燃烧中间产物等会进入机油内。此时,若在低温环境下,机油内的水分和未燃燃料会受低温的影响更难从机油内挥发出来。当发动机在低温环境停机时,发动机不再高速运动产生热量,从而更容易使水分混入机油内。因此,在低温环境下,油底壳中收集到的机油极有可能混入了水,由于水的密度大于机油,油底壳中掺入水分的机油将出现静置分层现象,含水量较高的机油会出现冰沙结晶或整体冻结。这使得集油器因冰沙堵塞过滤网,而很难从油底壳内吸取上机油,进而会导致无法对发动机进行润滑,造成发动机的异常磨损或损坏。

为解决低温环境下机油供油系统的集油器堵塞问题,奇瑞发明专利CN 115750029 A提供了一种发动机机油供油系统,用于泵取油底壳储存的机油以润滑发动机的各运动副。该机油供油系统解决了在低温环境下因集油器堵塞导致的发动机异常磨损或损坏的问题,保证了发动机机油的正常循环,满足了发动机运行时的润滑需求。

发动机机油供油系统组成:

发动机机油供油系统包括集油器、机油泵、机油管路、机滤模块和油道,机油泵与吸油管路的出油口相连接,用于泵取油底壳储存的机油,并将机油泵至发动机。油道包括主油道和分支油道,其中主油道通过分支油道与发动机的各运动副连通,用于将机滤模块输送来的处理后的机油提供至发动机的各运动副。集油器、机油泵、机油管路、机滤模块和油道依次连接并协同工作。在机油泵的驱动下,集油器从油底壳中泵取机油,随后机油通过机油管路被泵至机滤模块,经过机滤模块的进一步过滤和加热后进入油道, 最终被输送至发动机的各运动副。

1、集油器,2、机油泵,3、机油管路,4、机滤模块,5、油道,7、电磁阀。

集油器包括吸油管路和电磁阀,吸油管路包括上吸油口、下吸油口和出油口,出油口与上吸油口和下吸油口分别连通,吸油管路开设有电磁阀安装孔,电磁阀安装于该电磁阀安装孔,用于开启或关闭从上吸油口吸取机油。

6、吸油管路,10、出油口,11、电磁阀安装孔,22、上吸油管路,23、下吸油管路。

上吸油口和下吸油口均朝向油底壳底部,并且伸入油底壳中储存的机油中。其中下吸油口在油底壳中的位置相对于上吸油口更靠近油底壳的底壁。例如下吸油口伸至油底壳的底部,而上吸油口刚刚没入油底壳中的机油液面以下,更靠近机油的上层液面。

吸油管路是一个集成的主体,其包括两个支管,即上吸油管路和下吸油管路,上吸油管路和下吸油管路共同汇入吸油管路的出油口。上吸油管路的远离出油口的管口与上吸油口连接,下吸油管路的远离出油口的管口与下吸油口连接。

8、上吸油口,9、下吸油口,10、出油口,11、电磁阀安装孔,22、上吸油管路,23、下吸油管路。


吸油管路包括连接有上吸油口的上吸油管路和连接有下吸油口的下吸油管路,其中上吸油口和下吸油口均为吸油管路的进油口,即机油的入口。上吸油管路和下吸油管路共同汇入吸油管路的出油口,出油口为机油的出口。因此,对于该吸油管路来说,出油口通过上吸油管路和下吸油管路,分别与上吸油口和下吸油口连通。因此,无论是从上吸油口吸取的机油,还是从下吸油口吸取的机油,均能通过出油口进入该供油系统的下一级。

上吸油口包括上吸油滤网和上吸油口壳体,其中,上吸油滤网呈平面的网状结构。上吸油口壳体呈柱状结构,上吸油口壳体的一端装配有上吸油滤网,并与上吸油管路的远离出油口管口相连接,上吸油口壳体的另一端伸入油底壳储存的机油中。

8、上吸油口,18、上吸油滤网,19、上吸油口壳体。

为保证上吸油口能够位于机油中更靠近机油上层液面的位置,上吸油管路的构型可以为直管与弯头的组合形式。在安装时,使上吸油管路的直管的延伸方向与油底壳的底壁保持平行,弯头向油底壳底部弯折延伸的长度可根据集油器与油底壳之间的距离,以及油底壳中机油液面在油底壳中的位置进行相应的设计,以保证与上吸油管路的弯头所连接的上吸油口壳体能够刚刚没入机油液面以下。

下吸油口包括下吸油滤网和下吸油口壳体,其中下吸油滤网呈向下吸油口壳体凸起的弧形网状结构,下吸油口壳体呈锥形结构,下吸油口壳体的大直径的一端装配有下吸油滤网,并与下吸油管路的远离出油口的管口相连接,下吸油口壳体的小直径的一端伸入油底壳储存的机油中,为机油进入集油器的入口。下吸油口在油底壳中的位置相对于上吸油口更靠近油底壳的底壁,例如,下吸油口伸至油底壳的底部。

9、下吸油口,11、电磁阀安装孔,16、下吸油滤网,17、下吸油口壳体。

然而,在油底壳底部易于积聚杂质,为保证该下吸油口能够有效吸取油底壳底部的机油,一方面,该下吸油口壳体被设置为倒锥形结构,倒锥形结构的小直径的一端伸入油底壳底部,端口具有较小的直径,因此能够规避体积较大的杂质,从而避免了下吸油口被体积较大的杂质堵塞的问题。另一方面,将下吸油口中的下吸油滤网设置为向下吸油口壳体凸起的弧形网状结构,以增加过滤网与机油的接触面积,减小拦截机油通过滤网的阻力,进而降低过滤网被堵塞的概率,进一步促使下吸油口能够有效吸取油底壳的机油。

吸油管路上还开设有电磁阀安装孔,电磁阀安装孔开设于吸油管路的上吸油管路上,电磁阀安装于电磁阀安装孔上,因此该电磁阀用于控制上吸油管路的通断,即当该电磁阀打开时,上吸油管路为通路,集油器能够通过上吸油口从油底壳吸取机油。当电磁阀关闭时,上吸油管路为断路,上吸油口不吸取机油。

电磁阀为常闭式电磁阀,即在一般状态下,电磁阀为关闭状态,在该状态下,上吸油口不吸取机油,集油器只通过下吸油口吸取机油。一般状态指的是发动机能够正常运行的状态,例如车辆和发动机处在常温环境下。相比之下,电磁阀在车辆或发动机处于低温环境下时打开。低温环境下,集油器的下吸油口被预判为无法正常吸取油底壳底部的机油,因此开启电磁阀,使上吸油管路导通,集油器启动上吸油口吸取机油,从而保证发动机运行所需的润滑。此外,对于车辆或发动机所处状态的判定,以及对于电磁阀开关状态的控制均由车辆的ECU控制器实现。

机油管路的一端连接机油泵,其另一端连接机滤模块,用于将机油泵泵取的机油输入机滤模块。为防止机油在机油管路中发生倒流,机油管路中安装有单向阀,该单向阀用于防止机油管路中的机油反向流回机油泵。

2、机油泵,3、机油管路,4、机滤模块。

机油管路将机油输送入机滤模块,机滤模块对机油进行进一步的过滤,防止有细小杂质进入发动机的运动副,造成运动副的异常磨损。

机滤模块包括机滤模块本体、压力传感器、机油滤清器和换热器,压力传感器、机油滤清器和换热器固定在机滤模块本体上,机滤模块本体通过螺栓固定在发动机缸体上。机油管路、换热器、机油滤清器和油道依次连接,使机油泵泵取的机油经机油管路进入换热器后,再进入机油滤清器,最终流入油道。

12、机油滤清器,13、换热器,20、机滤模块本体,21、压力传感器。

换热器的两端分别与机油滤清器和机油管路连通,机油通过机油管路先进入换热器,被换热器加热后进入机油滤清器。换热器的加热功能可以通过在换热器中集成加热模块实现,也可以是通过在发动机内循环的冷却水实现对机油的换热,冷却水在发动机中进行小循环的过程中吸取了发动机运行产生的热量而快速升温,因此在进入换热器后能够与温度较低的机油进行换热。通过换热器对机油进行加热,机油温度升高,使油底壳内的冰沙融化,进一步避免了集油器吸油口的堵塞,使发动机的供油系统能够正常工作。

经过换热器加热的机油进入机油滤清器,机油滤清器进一步过滤机油中的杂质,防止有细小杂质进入发动机的运动副。机油经过机滤模块的加热和过滤处理后进入油道,主油道通过分支油道与发动机的各运动副连通,用于将处理后的机油分配至发动机的各运动副。

机滤模块本体上还固定有压力传感器,传感器用于检测发动机中的机油压力P。车辆的ECU控制器实时采集该机油压力P,并根据该参数判断机油供油系统是否正常工作。

综上所述,发动机机油供油系统解决了在低温环境下因集油器堵塞导致的发动机异常磨损或损坏问题。通过辅助的上吸油口吸取上层机油,协同换热器和发动机运行产生的热量加速了机油的升温过程,进而使机油中冻结的水分融化并蒸发,能够向发动机持续提供机油,保证了发动机机油的正常循环,满足了发动机运行时的润滑需求。

发动机机油供油系统的控制方法:

发动机机油供油系统的控制方法的流程图:

所提供的发动机机油供油系统的控制方法由车辆的ECU控制器实现,以下将对上述控制方法的步骤进行详细说明。

S101、采集与车辆相关的温度参数,具体包括:在整车上电后,ECU控制器通过温度传感器分别采集车辆所处的环境温度T1和发动机的油底壳的机油温度T2。

S102、根据温度参数检测车辆是否处于低温环境,具体包括:ECU控制器将所检测到的环境温度T1和机油温度T2与预先设置的标定温度进行对比,若环境温度T1或机油温度T2不高于该标定温度,则确定该车辆处于低温环境。若环境温度T1或机油温度T2高于标定温度,车辆未处于存在集油器的吸油口堵塞风险的低温环境。

S103、基于检测结果确定吸取机油的方式,具体包括:若检测结果为车辆处于低温环境,ECU控制器开启电磁阀,集油器通过下吸油口和上吸油口混合吸取机油。若检测结果为车辆未处于低温环境,ECU控制器不开启电磁阀,集油器通过下吸油口吸取机油。

在实际工况下,当初始检测结果确定车辆处于低温环境时,ECU控制器开启电磁阀,启动上吸油口辅助吸取机油。然而,随着上吸油口吸取的机油进入发动机的各运动副,机油在润滑发动机的过程中,吸收了发动机燃烧的热量和机械运动产生的热量,待循环回油底壳时,可使油底壳内的冰沙融化蒸发,从而解除集油器的下吸油口附近的堵塞问题,使集油器的下吸油口能够正常工作,若下吸油口恢复正常,则关闭电磁阀,即关断上吸油管路,恢复为只采用下吸油口吸取机油。由此,需要ECU控制器实时检测供油系统是否已恢复正常工作状态,并依据采集的参数相应调节电磁阀的开启或关断。

S104、采集车辆的发动机的油底壳的机油温度T2和发动机中的机油压力P。ECU控制器根据S104中采集的参数判断发动机油供油系统是否正常工作,并基于检测结果对车辆执行相应的控制。因此该控制方法进一步包括:

S105、根据机油温度T2和机油压力P检测车辆的机油供油是否正常工作。

S106、基于检测结果调节发动机机油供油系统中的电磁阀。具体地,若机油温度T2较低,则油底壳底部可能存在冰沙;若机油压力P较低,则发动机中用于润滑的机油较少,可能存在吸油口堵塞或是机油缺失的问题。因此,机油温度T2较低或机油压力P较低都表明供油系统仍未能正常工作。

当采集到的机油温度T2仍未高于上述标定温度时,则保持电磁阀的开启状态。当采集到的机油温度T2高于上述标定温度,并且机油压力P高于标定压力时,ECU控制器判断该车的供油系统的发动机供油系统正常,此时ECU控制器控制电磁阀关闭。特别地,当采集到的机油温度T2已高于上述标定温度,而机油压力P仍不高于标定压力,ECU控制器判断该车辆中供油系统中的机油较少不足以供发动机润滑,此时ECU控制器关断电磁阀并播报机油故障告警。

总结:

奇瑞发动机机油供油系统包括集油器、机油泵、机油管路、机滤模块和油道,集油器包括下吸油口和由电磁阀控制开关的上吸油口,下吸油口在油底壳中的位置相对于上吸油口更靠近油底壳的底壁,用于吸取油壳底部的机油,上吸油口用于吸取油底壳中上层的机油。

在正常工作状态下,电磁阀关闭,集油器通过伸入到油底壳底部的下吸油口吸取机油。在低温环境下,沉积在油底壳的机油底部的水分发生冻结而产生冰沙,下吸油口因冰沙发生堵塞而无法进行正常吸取时,电磁阀打开,上吸油口吸取油底壳上层的机油,随后上层的机油被泵至机滤模块,经过机滤模块中换热器的加热和机油滤清器的过滤后,机油被输送入发动机的各运动副,保证了发动机的正常运行,发动机机油在吸收了发动机燃烧产生的热量及机械运动产生的热量后循环至油底壳,使油底壳中机油内的冰沙融化并蒸发,从而降低了机油的含水量。

2024-08-15

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