专利名称：发动机中的油压控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及油压控制，且更具体地涉及机动车辆的发动机中的油压控制。
背景技术：
典型的内燃机(例如在车辆推进系统中所采用的内燃机)需要将加压流体或油循 环通过特定配置的油道，以向例如轴承和活塞环的部件提供冷却和润滑。润滑通常被用来 防止彼此经历运动的相邻表面之间的物理接触。油压还用来控制各种部件，例如凸轮轴移 相器。加压发动机油通常由油泵供给，该油泵由发动机的曲轴机械地驱动。当发动机关 闭时，油泵停止操作，且油道中的油压快速下降。由于油压需要时间来重新建立，因此在没 有必要的油压的情况下发动机的随后重新启动受到影响。内燃机通常用作混合动力车辆中的推进系统的一部分，该混合动力车辆带有“启 动_停止”特征或功能。借助于“启动_停止”，在车辆停止或巡航时，混合动力车辆自动关 闭其发动机，以便节约燃料，且接着在车辆需要再次加速时快速地重新启动。因此，与常规 的非混合动力车辆相比，混合动力车辆中发动机启动事件的频率极大地增加了。
发明内容
鉴于前述说明，提供具有流体润滑和控制系统的发动机。发动机包括泵，该泵配置 成在发动机运行时维持润滑和控制系统中的流体压力。发动机还包括蓄能器，该蓄能器与 润滑和控制系统流体连通。蓄能器配置成在发动机运行时积聚并保持流体，且在发动机未 运行时排放流体，以便维持润滑和控制系统中的流体压力。流体润滑和控制系统可包括凸 轮轴移相器，该凸轮轴移相器能由流体压力操作，其中蓄能器配置成在发动机关闭时维持 至移相器的流体压力。流体润滑和控制系统还可包括止回阀，该止回阀配置成在发动机运行时允许用流 体填充蓄能器，且在发动机关闭时将流体保持在蓄能器中。蓄能器还可包括第一控制阀，该 第一控制阀配置成选择性地在发动机运行时关闭以将流体保持在所述蓄能器中且在发动 机未运行时打开以从所述蓄能器排放流体。发动机还可包括电子控制器，该电子控制器相对于发动机设置或定位，且配置成 选择性地打开和关闭第一控制阀。发动机还可包括第二控制阀，该第二控制阀配置成选择 性地打开以允许填充蓄能器并且关闭以防止填充蓄能器。在这种情形中，电子控制器还配 置成选择性地打开和关闭第二控制阀。还提供一种控制带有启动-停止功能的车辆动力系中的油压的方法。该方法包括 在发动机运行时经由蓄能器积聚发动机油且在发动机关闭时将油保持在蓄能器中。该方法 还包括确定发动机是否由于启动-停止事件而关闭以及确定发动机关闭时间是否大于最 小关闭时间。此外，该方法包括在发动机关闭时间大于最小关闭时间时确定发动机油温度， 以及基于所确定的发动机油温度来确定蓄能器排放时间。此外，该方法包括经由蓄能器在所确定的排放时间内排放发动机油，以维持发动机油压。方案1. 一种内燃机，包括流体润滑和控制系统； 泵，所述泵配置成在发动机运行时保持所述润滑和控制系统中的流体压力；以及蓄能器，所述蓄能器与所述润滑和控制系统流体连通，所述蓄能器配置成在发动 机运行时积聚和保持流体以及在发动机未运行时排放流体，从而保持所述润滑和控制系统 中的流体压力。方案2.根据方案1所述的发动机，其中，所述润滑和控制系统包括止回阀，所述止回阀配置成在发动机运行时允许用流体填充所述蓄能器，且在发 动机未运行时将流体保持在所述蓄能器内；以及第一控制阀，所述第一控制阀配置成选择性地在发动机运行时关闭以将流体保持 在所述蓄能器中，且在发动机未运行时打开以从所述蓄能器排放流体。方案3.根据方案2所述的发动机，还包括电子控制器，所述电子控制器相对于所 述发动机设置且配置成选择性地打开和关闭所述第一控制阀。方案4.根据方案3所述的发动机，还包括第二控制阀，所述第二控制阀配置成选 择性地打开以允许填充所述蓄能器且关闭以防止填充所述蓄能器，其中所述电子控制器配 置成选择性地打开和关闭所述第二控制阀。方案5.根据方案1所述的发动机，还包括过滤器，所述过滤器与所述润滑和控制 系统且与所述泵流体连通，其中所述润滑和控制系统包括止回阀，所述止回阀配置成在发 动机未运行时防止保持在所述蓄能器中的流体流回到所述过滤器和所述泵中。方案6.根据方案1所述的发动机，其中，所述流体润滑和控制系统包括凸轮轴移 相器，所述凸轮轴移相器能由流体压力操作。方案7.根据方案6所述的发动机，其中，所述蓄能器配置成在发动机未运行时保 持至所述凸轮轴移相器的流体压力。方案8.根据方案1所述的发动机，其中，所述蓄能器配置成在发动机重新启动时 将所述流体排放到所述流体润滑和控制系统。方案9. 一种用于控制车辆动力系中的油压的方法，所述车辆动力系具有带有启 动-停止功能的内燃机，所述发动机包括流体润滑和控制系统、油过滤器和油泵，在发动机 运行时所述油泵由所述发动机驱动以保持至所述润滑和控制系统的流体压力，所述方法包 括在发动机运行时经由蓄能器来积聚发动机油；在发动机关闭时将油保持所述蓄能器中；确定发动机是否由于启动_停止事件而关闭；确定发动机关闭时间是否大于最小关闭时间；如果所述发动机关闭时间大于所述最小关闭时间，那么确定发动机油温度；基于所确定的发动机油温度来确定蓄能器排放时间；以及在发动机未运行时，经由所述蓄能器在所确定的排放时间内将发动机油排放，以 保持发动机油压。方案10.根据方案9所述的控制油压的方法，其中，所述流体润滑和控制系统包括凸轮轴移相器，所述凸轮轴移相器能由流体压力操作。方案11.根据方案9所述的控制油压的方法，还包括经由节流孔来限制油积聚的速率。方案12.根据方案9所述的控制油压的方法，还包括在发动机未运行且蓄能器排 放时，防止油流回到所述油泵和油过滤器中。方案13.根据方案9所述的控制油压的方法，其中，所述确定发动机是否由于启 动-停止事件而关闭、所述确定发动机关闭时间是否大于最小关闭时间、所述基于所确定 的发动机油温度来确定蓄能器排放时间、以及所述在所确定的排放时间内将发动机油排放 都是经由控制器来完成的。方案14.根据方案13所述的控制油压的方法，其中，所述基于所确定的发动机油 温度来确定蓄能器排放时间是使用编程到所述控制器中的查询表来实现的。方案15. —种用于内燃机的流体润滑和控制系统，所述内燃机具有能由流体压力 操作的凸轮轴移相器，所述系统包括泵，所述泵配置成在发动机运行时保持所述系统中的流体压力；以及蓄能器，所述蓄能器配置成在发动机运行时积聚和保持流体以及在发动机关闭之 后重新启动时排放流体，其中，所述蓄能器与所述凸轮轴移相器流体连通从而通过排放的 流体来保持至所述凸轮轴移相器的流体压力。方案16.根据方案15所述的流体润滑和控制系统，其中，所述蓄能器包括止回阀，所述止回阀配置成在发动机运行时用流体填充所述蓄能器，且在发动机 未运行时将流体保持在所述蓄能器内；以及第一控制阀，所述第一控制阀配置成选择性地在发动机运行时关闭以将流体保持 在所述蓄能器中，且在发动机重新启动时打开以从所述蓄能器排放流体。方案17.根据方案16所述的流体润滑和控制系统，还包括电子控制器，所述电子 控制器配置成选择性地打开和关闭所述第一控制阀。方案18.根据方案17所述的流体润滑和控制系统，还包括第二控制阀，所述第二 控制阀配置成选择性地打开以允许填充所述蓄能器且关闭以防止填充所述蓄能器，其中所 述电子控制器配置成选择性地打开和关闭所述第二控制阀。方案19.根据方案15所述的流体润滑和控制系统，还包括止回阀以及与所述泵流 体连通的过滤器，所述止回阀配置成在发动机关闭时防止保持在所述蓄能器中的流体流回 到所述过滤器和所述泵中。本发明的上述特征和优势以及其它特征和优势通过用于实施本发明的最佳模式 的下述详细说明结合附图将显而易见。
图1是根据本发明的具有油蓄能器的发动机的流体润滑和控制系统以局部剖切 和透视图示出的示意性透视图；图2是在图1中示出的具有出口电磁阀的油蓄能器的示意性局部剖切放大透视 图；图3是在图1中示出的具有入口电磁阀和出口电磁阀的油蓄能器的示意性局部剖切放大透视图；图4是在延长的关闭之后重新启动的发动机的发动机油压相比于时间的图示，其 中发动机具有和不具有在图2和3中示出的蓄能器；以及图5以流程图的方式示意性地示出了一种用于控制在图1中示出的流体润滑和控 制系统中的油压的方法。
具体实施例方式参考附图，其中相同的元件采用相同的附图标记表示，图1示出了发动机10，发动 机10包括发动机体11和油盘21。发动机10包括油泵12以及流体润滑和控制系统14。泵 12由发动机10的曲轴(未示出)机械地驱动，以便在发动机运行时经由通道13维持至流 体润滑和控制系统14的油压。流体润滑和控制系统14包括有策略地途径发动机10的多 个油通道，用于有效地冷却、润滑和控制发动机部件，如本领域技术人员所理解的那样。流 体润滑和控制系统14包括用于供给曲轴轴承(未示出)的通道16和用于供给凸轮轴轴承 (未示出)以及向凸轮轴移向器19供给油的通道18。如本领域技术人员所理解的，凸轮轴 移向器19是用于控制和优化打开和关闭发动机阀的定时的机构，从而利于更为有效的发 动机操作。油泵12从油盘21吸取油，将油加压并将其经由通道20提供给润滑和控制系统 14。通道20将加压油输送给发动机油过滤器22。过滤器22净化油并允许油传送到通道 23中。通道23包含止回阀24 (如果类似的止回阀未包括在过滤器22中)，以在发动机10 关闭时防止回流，即油朝向泵12排放。通道23将过滤并加压的油传送到通道26中，通道 26继而将油传送到主油道28。主油道28继而将加压油分配到通道16中，用于供给曲轴轴 承(未示出)和凸轮轴移向器19;以及分配到通道18中，用于供给凸轮轴轴承(未示出)。 油进入到部件(例如凸轮轴或曲轴轴承)中，通过专用供给孔或槽道(未示出)，该孔或槽 道的截面面积明显小于通道16、18、26和28的截面面积。因此，需要由油泵12提供的升高 流体压力，以迫使油通过这种供给孔或槽道，从而实现相应部件的有效润滑。在离开被润滑 部件之后，油通常呈现环境压力，且随后主要通过重力来返回到油盘21中。如图所示，通道23和26也与油蓄能器30流体连接。蓄能器30配置成在发动机 10运行时积聚并保持油。在发动机10未运行时(包括发动机发动或重新启动时)，蓄能 器30还能够将积聚的油排放。蓄能器30由电子控制器32控制，以基于发动机10在“启 动-停止”操作期间(通常在混合动力车辆动力系(未示出)完成)是否关闭以及发动机 10将保持关闭多长时间来排放油，如本领域技术人员所理解的那样。当泵12未操作时，通 过排放油，蓄能器30能够保持至流体润滑和控制系统14的油压。控制器32可以是电子控 制单元(ECU)，ECU对包括发动机10的混合动力动力系具有宽的控制权限。图2示意性地示出了蓄能器30。蓄能器30包括流体腔33和弹性或充气腔34 (以 剖切示出)，弹性或充气腔34在被压缩时施加力给隔膜36。当发动机10运行时，且当通道 26中的油压克服施加到隔膜36的力时，腔34被压缩，且油进入到蓄能器30中(如箭头38 所示)。进入蓄能器30的油经过缸体40，移动入口止回阀42从而进入到流体腔33中。止 回阀42是单向流动装置，允许流体进入到流体腔33中，但不允许其逸出。节流孔43示出位 于止回阀42的上游。节流孔43定尺寸成调节在发动机10运行时从通道26分流多少油，
7故因此控制或限制进入的油传送到流体腔33的速率。蓄能器30还包括第一电磁阀44，当发动机10运行时该第一电磁阀44保持关闭， 以允许将积聚的油保持在流体腔33中。当发动机10关闭时，流体润滑和控制系统14中的 油压快速下降，且保持在蓄能器30中的油压超过通道26中的油压。因此当发动机10重新 启动且关于图1说明的所有指定条件都满足时，控制器32指导第一电磁阀44打开。当第 一电磁阀44打开时，被压缩腔34迫使积聚的油通过缸体40流出(如箭头46所示)，并进 入到通道26中，以供给流体润滑和控制系统14。止回阀24防止通过通道23的逆向流，因 此保持通道26中的油压。图3示出了蓄能器30A。蓄能器30A在大多数方面与关于图2所描述的蓄能器30 相同，且类似地运行以在发动机10关闭时保持至流体润滑和控制系统14的油压。因此，在 图3中将与蓄能器30的元件相匹配的蓄能器30A的所有元件相同地标记。蓄能器30A包 括第二电磁阀48，第二电磁阀48在发动机运行时可由控制器32控制，以保持打开或关闭。 这种能力可能是期望的，以防止连续地填充流体腔33，从而可能导致流体润滑和控制系统 14中的压力明显下降。此外，在一些预定发动机状况期间(例如当需要由泵12生成的油压 以实现不同的功能时)可能期望防止或中断填充流体腔33。图4示出了在延长的关闭之后重新启动的发动机的发动机油压相比于时间的比 较曲线50，其中发动机具有和不具有在图2和3中示出的蓄能器。下述说明关于图2的蓄 能器30提供，但是同样地适用于图3的蓄能器30A。趋势线52表示蓄能器30中的油压。 趋势线54表示在没有蓄能器30的情况下流体润滑和控制系统14中的油压。趋势线56表 示在具有蓄能器30的情况下流体润滑和控制系统14中的油压。在时帧A期间，发动机10 关闭且第一电磁阀44被指令关闭。图4示出了在时帧A期间的趋势线56，在流体和周围环 境压力之间是零压差。在时帧B的开始时，开始发动发动机10以在延长的发动机关闭之后 进行重新启动，延长的发动机关闭使得流体润滑和控制系统14中的油压下降低于预定所 需操作水平。在时帧B期间，先前填充的蓄能器30或30A的第一电磁阀44由控制器32致 动，以将腔33中的内容物排放到流体润滑和控制系统14。在时帧C期间，发动机10已经重 新启动，且正在运行。从曲线50可以看出，当发动机10在时帧B期间被启动时，流体润滑和控制系统14 中油压的趋势线54在有明显的延迟的情况下上升。通过对比，流体润滑和控制系统14中 油压的趋势线56在没有任何显著延迟的情况下上升。因此，当发动机10发动/重新启动 但仍不独立地运行时，蓄能器30在瞬时操作期间能够提供对重要发动机系统的有效润滑 和控制。油压的趋势线56还示出了在第一电磁阀44由控制器32指令关闭并且关闭来自 于蓄能器30的油流时的时刻57之后的下降58。油压下降58之后是稳定上升59，因为泵 12开始产生压力。一旦发动机10重新启动且在时帧C期间运行，并且泵12提供足够的压 力以克服腔34的力，止回阀42就打开以允许油进入到流体腔33中，从而再次填充蓄能器 30。在时帧C期间的趋势线56示出了由于典型油泵12和凸轮轴移相器19的操作特性引 起的流体润滑和控制系统14的通道中的压力波动60。图5示出了一种用于控制带有“启动-停止”功能的车辆动力系中的油压的方法 62，车辆动力系通常还采用马达/发电机以重新启动发动机10和/或用于驱动车辆的混合 动力系。方法62在下文参考图1和2来说明。“启动_停止”功能是指当不需要发动机动力来驱动车辆时发动机10关闭；且在再次需要发动机动力时随后重新启动发动机。当发动 机10由于不需要发动机动力来驱动车辆而关闭时，至流体润滑和控制系统14的油压由于 泵12未激活而迅速下降。因此，方法62用来更快速地实现发动机10中的足够油压。在发 动机重新启动时的足够油压提供对阀定时的增强控制，同时减少或消除了发动机10中的 相邻运动表面之间的物理接触。因此，当用于带有“启动-停止”功能的动力系中时，方法 62提供发动机10的更有效重新启动和改善的可靠性。在框64中开始方法62，其中发动机10正在运行且蓄能器30由控制器32指令以 积聚油。接着，方法62前进到框66。在框66中，尤其在用于发动机10的ECU的情形中，经 由控制器32确定发动机10是否已经关闭。如果在框66中确定发动机10仍在运行，那么 方法62环回到框64。替代性地，如果在框66中确定发动机10已经关闭，那么该方法前进 到框68，其中控制器32通过使第一电磁阀44保持关闭来指令蓄能器30保持油。在框68 之后，方法62前进到框70，其中控制器32确定发动机10是否由于“启动_停止”事件而 关闭。如果在框70中确定发动机10未由于“启动-停止”事件而关闭，那么该方法环回到 框68。如果在框70中确定发动机10由于“启动-停止”事件而关闭，那么该方法前进到框 72。在框72中，控制器32确定发动机10的关闭时间是否超过最小阈值关闭时间。最小发 动机关闭时间通常在发动机10的开发期间凭经验确定，且指示允许发动机油压不下降低 于特定最小操作水平的停机时间长度。如果在框72中确定发动机10的关闭时间不超过最 小阈值关闭时间，那么该方法环回到框68，其中油由蓄能器30保持。如果在框72中确定发 动机10的关闭时间超过最小阈值关闭时间，那么该方法前进到框74。在框74中，油盘21中的油温经由温度传感器(未示出)感测或者通过使用其它 车辆传感器来估计而确定。在框74之后，方法前进到框76，在其中经由控制器32确定第 一电磁阀44的打开时间以及因此确定蓄能器30的排放时间。第一电磁阀44的打开时间 可从输入控制器32或可由控制器32访问的查询表确定，该查询表包含凭经验建立的蓄能 器30排放时间与油温值之间的关系。这时，方法62将前进到框78。在框78中，通过经由 来自于控制器32的指令而打开第一电磁阀44，由蓄能器30在确定时间段内将油排放。当 油由蓄能器30排放时，发动机10接收加压油用于润滑，同时对凸轮轴移相器19进行控制。 在蓄能器30排放所确定的时间段之后，通过经由来自于控制器32的指令而关闭第一电磁 阀44，从而停止排放。于是，方法62将环回到框64，其中在发动机10再启动之后，当由泵 12提供的油压超过腔32中的压力时，蓄能器30将再次启动以积聚并保持油。虽然已经详细地描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术 人员将认识到在所附权利要求书范围内用于实施本发明的各种替代设计和实施例。
权利要求
一种内燃机，包括流体润滑和控制系统；泵，所述泵配置成在发动机运行时保持所述润滑和控制系统中的流体压力；以及蓄能器，所述蓄能器与所述润滑和控制系统流体连通，所述蓄能器配置成在发动机运行时积聚和保持流体以及在发动机未运行时排放流体，从而保持所述润滑和控制系统中的流体压力。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述润滑和控制系统包括止回阀，所述止回阀配置成在发动机运行时允许用流体填充所述蓄能器，且在发动机 未运行时将流体保持在所述蓄能器内；以及第一控制阀，所述第一控制阀配置成选择性地在发动机运行时关闭以将流体保持在所 述蓄能器中，且在发动机未运行时打开以从所述蓄能器排放流体。
3.根据权利要求2所述的发动机，还包括电子控制器，所述电子控制器相对于所述发 动机设置且配置成选择性地打开和关闭所述第一控制阀。
4.根据权利要求3所述的发动机，还包括第二控制阀，所述第二控制阀配置成选择性 地打开以允许填充所述蓄能器且关闭以防止填充所述蓄能器，其中所述电子控制器配置成 选择性地打开和关闭所述第二控制阀。
5.根据权利要求1所述的发动机，还包括过滤器，所述过滤器与所述润滑和控制系统 且与所述泵流体连通，其中所述润滑和控制系统包括止回阀，所述止回阀配置成在发动机 未运行时防止保持在所述蓄能器中的流体流回到所述过滤器和所述泵中。
6.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述流体润滑和控制系统包括凸轮轴移相器， 所述凸轮轴移相器能由流体压力操作。
7.根据权利要求6所述的发动机，其中，所述蓄能器配置成在发动机未运行时保持至 所述凸轮轴移相器的流体压力。
8.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述蓄能器配置成在发动机重新启动时将所 述流体排放到所述流体润滑和控制系统。
9.一种用于控制车辆动力系中的油压的方法，所述车辆动力系具有带有启动-停止功 能的内燃机，所述发动机包括流体润滑和控制系统、油过滤器和油泵，在发动机运行时所述 油泵由所述发动机驱动以保持至所述润滑和控制系统的流体压力，所述方法包括在发动机运行时经由蓄能器来积聚发动机油； 在发动机关闭时将油保持所述蓄能器中； 确定发动机是否由于启动-停止事件而关闭； 确定发动机关闭时间是否大于最小关闭时间；如果所述发动机关闭时间大于所述最小关闭时间，那么确定发动机油温度； 基于所确定的发动机油温度来确定蓄能器排放时间；以及在发动机未运行时，经由所述蓄能器在所确定的排放时间内将发动机油排放，以保持 发动机油压。
10.一种用于内燃机的流体润滑和控制系统，所述内燃机具有能由流体压力操作的凸 轮轴移相器，所述系统包括泵，所述泵配置成在发动机运行时保持所述系统中的流体压力；以及2蓄能器，所述蓄能器配置成在发动机运行时积聚和保持流体以及在发动机关闭之后重 新启动时排放流体，其中，所述蓄能器与所述凸轮轴移相器流体连通从而通过排放的流体 来保持至所述凸轮轴移相器的流体压力。
全文摘要
本发明涉及发动机中的油压控制。提供具有流体润滑和控制系统的发动机。发动机还包括泵，该泵配置成在发动机运行时保持该润滑和控制系统中的流体压力。发动机还包括蓄能器，该蓄能器与润滑和控制系统流体连通。蓄能器配置成在发动机运行时积聚并保持流体，且在发动机未运行时排放流体，以便保持该润滑和控制系统中的流体压力。还提供一种控制发动机中油压的方法。
文档编号F01M1/16GK101881213SQ20101017591
公开日2010年11月10日 申请日期2010年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者B·K·普赖尔, M·G·雷诺, M·M·麦唐纳, W·C·阿尔伯森 申请人:通用汽车环球科技运作公司