一种干式油底壳发动机循环式预润滑系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及发动机预润滑技术领域，具体涉及一种干式油底壳发动机循环式预润滑系统及其控制方法。

背景技术

据统计，约90％发动机机械故障与报废都与摩擦副磨损相关。研究表明，尽管发动机起动时间仅占全部工作时间的很小一部分，但各摩擦副在发动机起动时总磨损量却比其他工作时间总磨损量高，主要原因是发动机机油泵102与发动机曲轴联动，无法在起动前独立工作以建立足够用于润滑的机油压力，导致各摩擦副在发动机起动时工作在干摩擦状态。

在低温环境下，发动机机油粘度大大增加、流动性急剧降低，发动机机油泵102更难在发动机冷起动时及时建立足够用于润滑的机油压力。虽然在用于低温环境下的干式油底壳发动机机油箱100中常设置有用于机油加热的蛇形盘管109，但冷热机油内部自然对流换热困难，较长时间加热后机油箱100内依然存在大量难以泵送的低温机油。

发动机各摩擦副处于低温状态下时，其配合间隙较高温状态下大。在发动机低温冷起动过程中，过大的配合间隙会导致发动机各摩擦副运动约束不足，摩擦副内产生异常接触并产生额外的磨损。目前已有的通过高温冷却水对发动机加热的方式只能对活塞组-缸套摩擦副117进行加热，无法对主轴颈-主轴承摩擦副112、连杆轴颈-连杆大头轴承摩擦副113、连杆小头衬套-活塞销摩擦副116与其他摩擦副114进行加热，低温冷起动时各摩擦副依然温度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种干式油底壳发动机循环式预润滑系统及其控制方法，能够有效实现低温环境干式油底壳发动机各摩擦副的预润滑和加热，降低摩擦副磨损，提高发动机使用寿命。

本发明的干式油底壳发动机循环式预润滑系统，包括：机油箱加热装置和双联预润滑机油泵；其中，机油箱加热装置用于加热机油箱中的机油；双联预润滑机油泵包括压油子泵和回油子泵，压油子泵用于将机油输送至发动机机油泵的机油泵输油油管并沿机油泵输油油管输送至发动机各摩擦副及其上游润滑管路；回油子泵用于将干式油底壳内的机油输送至机油箱，完成机油的循环利用。

较优的，回油子泵的出油口通过回油子泵出油管与机油箱相连；或者，回油子泵的出油口经过回油子泵单向阀接入发动机回油泵的回油管，最终与机油箱相连。

较优的，压油子泵与发送机油泵的机油泵输油油管之间的连通油管上设有单向阀。

较优的，压油子泵和回油子泵同步工作和停止；工作时，回油子泵的流量大于压油子泵的流量。

较优的，所述机油箱加热装置为蛇形盘管及冷却水加温器；所述蛇形盘管置于机油箱内，其内通入经冷却水加温器加热后的高温冷却水。

较优的，所述机油箱加热装置为塔型盘管及冷却水加温器；所述塔型盘管的进水口在下，出水口在上，其内通入经冷却水加温器加热后的高温冷却水。

较优的，所述塔型盘管中，相邻两层盘管的宽度差和/或长度差大于或等于两倍盘管管径。

较优的，所述塔形盘管为正塔形或倒塔形。

本发明还提供了上述干式油底壳发动机循环式预润滑系统的控制方法，包括：

S1，检测机油箱内机油温度，若机油箱内机油温度T≤T

S2，开启压油子泵和回油子泵，机油箱内的机油经压油子泵传输至发动机各摩擦副及其上游润滑管路，再由回油子泵返回至机油箱；

S3，压油子泵和回油子泵工作t

较优的，检测发动机润滑油道末端压力P，若P已稳定并大于一高于常压的压力P

有益效果：

本发明利用电动双联预润滑机油泵和发动机泵原有机油油路，在发动机启动前，将机油箱中加热后的机油经电动双联预润滑机油泵沿原有机油油路输送至各摩擦副，采用热机油对各摩擦副及其上游润滑管路进行填充，并实现加热后，循环返回至机油箱，打破干式油底壳发动机低温预润滑的常规思维，使得发动机低温冷起动前各轴颈轴瓦等摩擦副均已获得预润滑与预热，配合间隙接近发动机工作时状态，运动约束更充分，有效减小了因摩擦副运动约束不足导致的磨损。本预润滑系统所进行的机油循环也增强了机油箱内机油对流，机油加温更均匀，机油箱内机油泵送性更好。

附图说明

图1为本发明干式油底壳发动机循环式预润滑系统结构示意图。

图2为发动机运转、润滑系统工作、本发明预润滑系统不工作时机油流向示意。

图3为发动机停机、润滑系统不工作、本发明预润滑系统工作时机油流向示意。

图4为本发明预润滑系统的第二种实现形式示意。

图5为本发明预润滑系统对发动机各摩擦副的加热方式示意。

图6为本发明预润滑系统在发动机需借助外部辅助加热的低温冷起动工况下的控制流程。

图7为本发明预润滑系统在发动机无需外部辅助加热的普通冷起动工况下的控制流程。

图8为正塔形蛇形盘管示意图。

图9为正塔形盘管俯视图，在垂直方向上各节相互不遮挡。

图10为正塔形盘管自然对流方向示意图。

其中，100-机油箱；101-机油箱集滤器；102-发动机机油泵；103-机油泵输油油道；104-发动机润滑系统其他部分(包括机油滤清器、机油散热器、活塞冷却喷嘴、各轴颈轴瓦等等组件，不包括机油箱、干式油底壳、发动机机油泵、发动机回油泵及其所带集滤器等组件)；105-干式油底壳；106-回油泵集滤器；107-发动机回油泵；108-回油泵回油管；109-蛇形盘管；110-冷却水加温器；111-机油滤清器及机油散热器；112-主轴颈-主轴承摩擦副；113-连杆轴颈-连杆大头轴承摩擦副；114-其他摩擦副；115-活塞冷却喷嘴；116-连杆小头衬套-活塞销摩擦副；117-活塞组-缸套摩擦副；118-发动机冷却系统；119-发动机气缸水套；200-电动双联预润滑机油泵；201-电机；202-压油子泵；203-压油子泵集滤器；204-压油子泵进油管；205-压油子泵出油管；206-压油子泵单向阀；207-机油泵输油油道预润滑泵接入口；208-回油子泵；209-回油子泵进油管；210-回油子泵集滤器；211-回油子泵出油管；212-回油子泵单向阀；213-回油泵回油管预润滑泵接入口；14-正塔形盘管；16-盘管进水口；17-盘管出水口。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种干式油底壳发动机循环式预润滑系统。

干式油底壳发动机润滑系统一般包括：机油箱100、机油箱集滤器101、发动机机油泵102、机油泵输油油道103、干式油底壳105、回油泵集滤器106、发动机回油泵107、回油泵回油管108，以及包括机油滤清器、机油散热器、活塞冷却喷嘴、轴颈轴瓦等等组件，但不包括机油箱、干式油底壳、发动机机油泵、发动机回油泵及其所带集滤器等组件的发动机润滑系统其他部分104。发动机润滑系统其他部分104的一般结构包括机油滤清器及机油散热器111、主轴颈-主轴承摩擦副112、连杆轴颈-连杆大头轴承摩擦副113、活塞冷却喷嘴115、连杆小头衬套-活塞销摩擦副116、活塞组-缸套摩擦副117和其他摩擦副114。

如图1所示，本发明在机油箱100内设置蛇形盘管109，对机油箱100内的机油进行加热；同时，设置电动双联预润滑机油泵200，所述电动双联预润滑机油泵200包括电机201、压油子泵202和回油子泵208；所述压油子泵202直接将机油箱100内的机油输送至机油泵输油油管103内并沿机油泵输油油管103输送至发动机润滑系统其他部分(包括机油滤清器、机油散热器、活塞冷却喷嘴、各轴颈轴瓦等等组件，不包括机油箱、干式油底壳、发动机机油泵、发动机回油泵及其所带集滤器等组件)；回油子泵208将干式油底壳105内的机油输送至机油箱100，完成机油的循环利用，使机油箱100内冷热机油混合更均匀，有效提高发动机起动时机油箱100内机油的泵送性。本发明利用电动双联预润滑机油泵200，将机油箱内加热的机油沿原有油路输送至各摩擦副，采用热机油对各摩擦副及其上游润滑管路进行填充，并对其进行加热，使得低温环境下的各摩擦副能够在起动前就得到足够的润滑，减小其配合间隙。

发动机运转、润滑系统工作、本预润滑系统不工作或未安装预润滑系统时，如图2所示，机油从机油箱100底部经机油箱集滤器101被抽至发动机机油泵102，经发动机机油泵102加压后通过机油泵输油油道103被送至发动机润滑系统其他部分104，对发动机进行润滑后落回干式油底壳105。发动机机油泵102将机油加压后，机油经机油泵输油油道预润滑泵接入口207向本发明所述预润滑系统压油子泵202流动，但在压油子泵单向阀206处被阻挡，因此本预润滑系统不会导致发动机机油泵102工作时泄压。机油落回干式油底壳105后，机油经回油泵集滤器106被抽至发动机回油泵107，经其加压后通过回油泵回油管108被送回机油箱100。在如图4所示的形式二中，经发动机回油泵107加压后的机油经过回油泵回油管预润滑泵接入口213时向预润滑系统回油子泵208流动，但在回油子泵单向阀212处被阻挡，本预润滑系统不会导致发动机回油泵107工作时泄压。

电动双联预润滑机油泵200由电机201、压油子泵202、回油子泵208机械连接而成，通电后三者一同转动工作，断电后三者一同停止工作。在工作时，回油子泵208的流量略大于压油子泵202的流量，以保证机油箱100内的机油不会全部被抽至发动机润滑系统其他部分104与干式油底壳105中，导致发动机起动后发动机机油泵102不能及时泵油至发动机润滑系统其他部分104。电动双联预润滑机油泵200结构紧凑，因此其布置位置灵活，不仅可放置在发动机外部，还可放置在机油箱100外部或其他适合放置的位置。除此之外，相比于未安装本预润滑系统的发动机，安装本预润滑系统的发动机还安装有压油子泵集滤器203、压油子泵进油管204、压油子泵出油管205、压油子泵单向阀206、机油泵输油油道预润滑泵接入口207、回油子泵进油管209、回油子泵集滤器210，如图1所示的形式一还安装有回油子泵出油管211；如图2所示的形式二还安装有回油子泵单向阀212与回油泵回油管预润滑泵接入口213。本预润滑系统的压油子泵202进油口通过压油子泵集滤器203和压油子泵进油管204与机油箱100连接，出油口与压油子泵出油管205连接，经压油子泵单向阀206与机油泵输油油道预润滑泵接入口207连接并通至机油泵输油油道103，接入发动机润滑系统其他部分104。回油子泵208进油口通过回油子泵进油管209和回油子泵集滤器210与干式油底壳105相连，而回油子泵208的出油口有两种形式与机油箱100相连：在如图1所示的形式一中，回油子泵208出油口通过回油子泵出油管211直接与机油箱100相连；在如图4所示的形式二中，回油子泵208出油口经过回油子泵单向阀212接入回油泵回油管预润滑泵接入口213并通至回油泵回油管108，最终与机油箱100相连。

发动机停机、润滑系统不工作、本预润滑系统工作时，如图3所示，压油子泵202经压油子泵集滤器203和压油子泵进油管204抽出机油箱100内加温过的热机油，加压后通过压油子泵出油管205、压油子泵单向阀206与机油泵输油油道预润滑泵接入口207，通过机油泵输油油道103输入发动机润滑系统其他部分104。在机油泵输油油道103中，部分机油流向发动机机油泵102，但发动机停机时发动机机油泵102由于与发动机曲轴联动而无法转动，机油只能通过发动机机油泵102内各部件的微小配合间隙泄漏回机油箱100，该泄漏现象的泄漏量很小，对本预润滑系统工作影响甚微。在发动机润滑系统其他部分104中对各轴颈轴瓦、缸套与活塞环等摩擦副进行加热与机油填充后，降温的机油落入干式油底壳105中，经回油子泵集滤器210与回油子泵进油管209被抽至回油子泵208，并在加压后向机油箱方向输送。在形式一中，机油通过回油子泵出油管211直接流回机油箱100；而在形式二中，机油通过回油子泵单向阀212流向回油泵回油管预润滑泵接入口213，通过回油泵回油管108流回机油箱。在回油泵回油管108中，部分机油流向发动机回油泵107，但发动机停机时发动机回油泵107由于与发动机曲轴联动而无法转动，机油只能通过发动机回油泵107内各部件的微小配合间隙泄漏回干式油底壳105，该泄漏现象的泄漏量很小，对本预润滑系统工作影响甚微。

在低温环境下，发动机停机、润滑系统不工作、本预润滑系统工作时，如图5所示，加热过的机油通过机油滤清器及机油散热器111进入发动机润滑系统其他部分104，分别输送至主轴颈-主轴承摩擦副112、活塞冷却喷嘴115和其他摩擦副114。输送至主轴颈-主轴承摩擦副112的一部分热机油经过曲轴中的油孔被继续输送至连杆轴颈-连杆大头轴承摩擦副113；输送至活塞冷却喷嘴115的热机油被喷至连杆小头衬套-活塞销摩擦副116与活塞组-缸套摩擦副117处；剩余的热机油被输送至其他摩擦副114处。热机油不仅对以上各摩擦副及其上游润滑管路进行填充，还对其进行加热。之后，降温的机油落回干式油底壳105，并被回油子泵208抽回机油箱100。在此过程中，发动机冷却系统118中发动机气缸水套119内流过的高温冷却水也对活塞组-缸套摩擦副117处进行加热，但无法对各其他摩擦副进行加热。

本发明预润滑系统可在发动机需外部辅助加热的低温冷起动工况与发动机无需外部辅助加热的普通冷起动工况下使用。如图6所示，在发动机需外部辅助加热的低温冷起动工况下，机油需加热至可泵送的最小温度T

如图7所示，在发动机无需外部辅助加热的普通冷起动工况下机油箱内机油均为易泵送状态，在启动发动机前可直接接通电机201对发动机进行预润滑。本预润滑系统启动后，当传感器探测到发动机润滑油道末端压力P已稳定并大于一高于常压的压力P

通过本预润滑系统对干式油底壳发动机所用机油在发动机润滑系统与机油箱100之间进行循环与加热，在发动机低温冷起动前各轴颈轴瓦等摩擦副均已获得预润滑与预热，发动机起动时可快速建立机油压力；本预润滑系统所进行的机油循环也增强了机油箱100内机油对流，机油加温更均匀，机油箱内机油泵送性更好；发动机起动时各摩擦副已得到加热，温度上升，配合间隙接近发动机工作时状态，进一步减小了因摩擦副运动约束不足导致的磨损。

此外，为了进一步提高机油的加热效率，本发明对机油箱加热装置进行改进。现有蛇形盘管，其内部高温冷却水经管壁对盘管表面的机油进行热传导，受热升温的机油密度下降并在冷热机油密度差的作用下上升，依赖冷热机油密度差所导致的垂直自然对流。但是，蛇形盘管下层管路加热的机油上升时会受到叠在其上方的上层管路阻碍，增加了流动阻力，降低了自然对流流速并最终削弱了垂直自然对流换热效果。同时，仅有靠近管壁的较薄一层机油参与了与管壁的换热，该层机油在垂直自然对流上升过程中与各层盘管接触并被多次加热，温度远高于机油箱内其他位置的机油。这降低了参与热传导的机油与管壁的温度差，并导致蛇形盘管与机油间的总热流量降低、机油平均温度升高较慢。

本发明提出了一种塔形盘管，如图8和图9所示，将普通蛇形盘管替换为正塔形盘管或倒塔形盘管(图8为正塔形盘管)；盘管放置位置、盘管进水口位置与盘管出水口位置等与原蛇形盘管基本没有变化，仅改变盘管形状。普通蛇形盘管各层形状一致，在垂直方向上各层重叠在一起。正塔形盘管14各层盘管长度、宽度自下层至上层逐渐减小，如图8所示(倒塔形盘管则各层逐渐增大)。如图9所示，从垂直方向看，正塔形盘管14各层均不被上层遮挡或只有部分被上层遮挡，上层盘管对机油垂直自然对流的阻碍远小于普通蛇形盘管。优选相邻两层长度差、宽度差大于或等于两倍管径，此时各层均不被上层遮挡，机油垂直自然对流效果更佳。如图10所示，各层管壁附近的机油受热后上升并与上层管壁脱离接触，形成多个垂直自然对流回路。机油箱中机油温度较为均衡，泵送性有很大改善。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。