用于内燃发动机的油管理系统和用于所述发动机的油管理的方法
【专利摘要】本发明涉及用于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理系统。油管理系统包含用于存储第一油量的第一容器和用于暂时存储第二预定油量的第二容器。油管理系统进一步包含：泵，所述泵设置用于以第一模式和第二模式操作，在所述模式中，油可分别传递到第二容器并从第二容器传递；和流量测量单元，所述流量测量单元设置用于在泵操作时测量流到第二容器或从第二容器流出的油流量。油管理系统设置用于独立于测量的油流量将第二预定油量输送到曲柄箱。本发明还涉及用于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理方法。
【专利说明】用于内燃发动机的油管理系统和用于所述发动机的油管理的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理系统。本发明还涉及用于所述发动机的油管理方法。
【背景技术】
[0002]例如，大批卡车、汽车或发电机组通常包含许多不同类型的包含曲柄箱的内燃发动机。所述各种类型的发动机并不由于相对于实现更干净内燃发动机而不断发展。由于每一类型的所述发动机要求特定类型的油，所以基于所述发动机的技术标准和温度环境，管理大批发动机的油位变得越来越难。
[0003]此外，检查发动机的曲柄箱中的油位可能很难，因为发动机例如连续操作或位于较远位置处或为租用的且因此所有者和/或维修人员不易进行维修。另外，由于极难预知检查曲柄箱中的油位的正确力矩，所以通常进行许多不必要的检查。尤其是在大批发动机的情况下，这样导致显著且事实上不必要的成本。
[0004]关于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理的主要问题是如何给曲柄箱补充油，以使得曲柄箱中的油位不降到低于最小预定油位且不超过最大预定油位。相关问题是如何可靠地判定曲柄箱中的实际油位。关于判定曲柄箱中的实际油位的第一不准确来源可能是在发动机停机之后检查油位之前，等待不够长。在此情况下，并非所有油都有机会流回曲柄箱。判定足够长的等待时间的重要方面是使用油的类型，尤其是油的黏度和温度条件，发动机在所述温度条件下操作，这是由于这对油的黏度有影响。关于判定曲柄箱中的实际油位的第二不准确来源可能是在检查油位时，发动机不处于水平位置。
[0005]众所周知，如果曲柄箱中的油位降到低于最小预定油位且足够量的油未适时补充，那么将损坏发动机。然而，如果曲柄箱中的实际油位未能可靠判定，那么实际上仅猜测必须补充多少油。在补充油量以使得超过最大预定油位的情况下，最终也会损坏发动机，因为例如油封可能由于过高压力开始渗漏。另外，曲柄箱中过多的油将燃烧掉且可能污染排气系统的催化转化器。很明显，至少需要降低对昂贵的油的这种浪费和对发动机和/或排气系统的损坏。
[0006]因此，能够补充正确油量，即，油量，以使得曲柄箱中的油位将在最小预定油位与最大预定油位之间是很重要的。另外，能够为每一特殊类型发动机补充正确类型的油是很重要的。
【发明内容】
[0007]本发明的第一目标是提供油管理系统，所述油管理系统能够以以下方式为内燃发动机的曲柄箱补充正确量和类型的油:曲柄箱中的油位在最小预定油位与最大预定油位之间。本发明的第二目标是提供用于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理方法。
[0008]这些目标中的至少一个目标由油管理系统实现，所述系统包含第一容器，所述第一容器用于存储第一油量；和第二容器，所述第二容器用于暂时存储第二预定油量，油管理系统进一步包含:泵，所述泵设置用于以第一和第二模式操作，在所述模式中，油可分别传递到第二容器并从第二容器转移；和流量测量单元，所述流量测量单元设置用于在泵操作时测量流到第二容器或从第二容器流出的油流量，其中油管理系统设置用于独立于测量的油流量将第二预定油量输送到内燃发动机的曲柄箱。
[0009]例如，大卡车的曲柄箱可包含15至20升油。油管理系统的第一容器存储第一油量，例如，6至20升，所述第一油量应使得卡车能够在需要换油之前行驶例如100000千米距离。所述大存储容器的优点是在行驶上述距离时期期间，正确类型的油可用于特殊类型的发动机和发动机操作必须所处的温度条件。第二容器用于暂时存储第二预定油量，所述第二预定油量的范围在例如0.2至0.8升，优选为0.5升。当泵以第一模式操作时，第二容器被来自第一容器的油充满。在第一模式(称为抽吸阶段)中，泵将油从第一容器抽入第二容器。例如，泵是可轻易改变回转方向的电动齿轮泵。
[0010]当第二容器充满时，泵切换到第二操作模式。在第二模式(称为按压阶段)中，泵将优选为0.5升的第二预定油量传递到内燃发动机的曲柄箱。因此，通过在一或多个周期中补充如上所述的曲柄箱中的油，可能以控制方式将曲柄箱中的油位维持在最小预定油位与最大预定油位之间的最佳油位。
[0011 ] 以很少的量卿，范围在例如0.2至0.8升中，优选为0.5升的量)补充曲柄箱中的油的另一优点是比立即补充较大油量(即，范围在例如2至4升中的量)的情况可更好降低油的污染。
[0012]流量测量单元使得不考虑使用的油的温度和类型(尤其是黏度)来判定充满或排空第二容器所需的时间成为可能。以此方式，可避免不利预定泵送时间。
[0013]当使用预定泵送时间时，第一可能情况可能发生，其中例如，由于油的黏度低于预期黏度，所以在预定泵送时间结束时，第二容器将不能加到预定油位，例如，最大油位。在此情况下，第二容器中的实际油量可能是未知的。因此，不充足油量将从第二容器传递到曲柄箱。最后，如果油位降到低于曲柄箱中的最小预定油位，那么这可能导致问题。
[0014]在第二可能情况中，如果在预定油位处可提供传感器，那么第二容器中的实际油量可能是已知的。所述传感器可至少为第二容器中存在的油量进行估计。基于此信息，可计算额外泵送时间，以将第二容器填充到预定油位，例如，到最大油位。在将泵从第一操作模式切换到第二操作模式之后，第二容器的内含物可传递到曲柄箱。然而，将增加油管理系统的复杂性、成本和失效概率，因为需要额外和/或更复杂的传感器和/或软件和控制电子设备的提闻的能力。
[0015]在油的黏度高于预期黏度的情况下，在预定泵送时间结束之前，将填充第二容器，直到预定油位，例如，最大油位。应检测到达最大油位，且控制信号应发送到齿轮泵以关闭齿轮泵，以便防止由于压缩油施加的过高压力损坏(尤其是)泵和/或第二容器，或将泵切换成第二操作模式，所述泵在第二操作模式下将油从第二容器传递到曲柄箱。为防止由于第二容器的可能过量填充导致的损坏并且为了能够排气，第三管可提供在第一容器与第二容器之间。过剩的油通过第三管从第二容器流到第一容器。当泵处于按压阶段时，第三管使得第二容器能够排气。
[0016]还应检测到达最小预定油位，且因为在齿轮泵应连续浸入油中，所以控制信号应发送到泵以关闭泵，以便防止由于缺油而损坏(尤其是)齿轮泵，或将泵切换成第一操作模式，所述泵在第一操作模式下将油从第一容器传递到第二容器。
[0017]在油的黏度远远低于预期黏度或没有油的情况下，如果打开泵之后在预定时间间隔未接收到控制信号，那么关闭泵。
[0018]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，流量测量单元包含第一传感器，所述第一传感器用于检测第二容器中的最小油位与最大油位之间的第一预定油位。在检测第二容器中的第一预定油位时，将油从第一容器传递到第二容器和到达第二容器中的第一预定油位所需的第一时间间隔是已知的。可轻易计算油流量。连续地，可计算填充第二容器直到最大预定油位所需的第二时间间隔。在第二时间间隔之后，达到第二容器中的最大预定油位，且泵被关闭和/或切换到泵的第二操作模式，泵在第二操作模式下将油从第二容器朝向内燃发动机的曲柄箱泵送。
[0019]第一传感器还可经建构及设置，以使得第一传感器在打开泵的第一操作模式之后开始测量第二容器中的油位。在到达第二容器的第一预定油位时，第一时间间隔是已知的，并且，可计算油流量。在第二时间间隔结束时，泵可被关闭和/或切换到泵的第二操作模式。
[0020]当泵在操作时量测油流量的优点是满足提供单一传感器。这样降低复杂性且从而降低油管理系统的成本。单一传感器实际上可设置在最小预定油位与最大预定油位之间的任何位置。由于单一传感器相对于最小预定油位和最大预定油位的实际位置是已知的，所以可计算第二时间间隔。优选地，单一传感器设置在最小预定油位与最大预定油位之间的第二容器中间。在此情况下，第二时间间隔等于第一时间间隔。
[0021]在使用不利预定泵送时间的情况下，将需要至少两个传感器，S卩，一个传感器用于判定第二容器中的最小预定油位，且另一传感器用于判定第二容器中的最大预定油位。在检测第二容器中的最小预定油位时，因为齿轮泵应连续浸入油中，所以齿轮泵应关闭，以便防止由于缺油而损坏齿轮泵。或者，齿轮泵应切换成第一操作模式，在第一操作模式中，油从第一容器传递到第二容器。在检测第二容器中的最大预定油位时，齿轮泵应关闭，以便防止由于压缩油施加的过高压力而损坏齿轮泵。或者，齿轮泵应切换成第二操作模式，在第二操作模式中，油从第二容器传递到曲柄箱。
[0022]将第一传感器放置在不高于最小预定油位和最大预定油位中间的位置的另一优点是可比传感器放置在更高位置的情况下更早得到关于填充第二容器的反馈。尤其是，在此情况下，可能在第一容器为空的情况下限制泵的抽吸时间以避免由于在没有油的情况下运行造成对泵的损坏。
[0023]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，油管理系统可连接到用于为油管理系统提供第一触发的发动机管理系统。油管理系统需要接收触发，以开始为曲柄箱加油。第一触发可由来自发动机管理系统的数据提供。所述数据可包含随预定时间周期而变的里程、运行时数和来自曲柄箱的油位传感器、热传感器和/或压力指示器的信号。通过连接发动机管理系统与油管理系统，所述数据是可交换的。CAN总线通信系统可用于所述数据交换。
[0024]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，油管理系统可连接到第二传感器，所述第二传感器设置用于测量内燃发动机的曲柄箱中的第二油位并为油管理系统提供第二触发。第二传感器可为基于连通器原理的外部传感器。为了发动机的最佳操作，曲柄箱中的第二油位应维持在最小预定油位与最大预定油位之间。取决于优选油补充方案，第二传感器为油管理系统提供第二触发，以开始为曲柄箱补充油。当发动机管理系统未提供第一触发时，第二触发可单独使用。为曲柄箱补充油可在上述周期中的一或多个中完成。
[0025]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，当泵以第一模式操作时，油可通过第一管从第一容器传递到第二容器，所述第一管经建构且设置用于防止油流回到第一容器中。第一管提供有第一止回机构，例如，止回阀，当泵从第一操作模式切换成第二操作模式，即，从抽吸阶段切换成按压阶段时，所述止回阀防止油在通过所述阀之后流回到第一容器。所属领域的技术人员将明白:在不脱离本发明的范围的情况下，可想到用于防止油流回到第一容器中的第一管的许多配置。
[0026]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，当泵以第二模式操作时，油可通过第二管从第二容器朝向内燃发动机的曲柄箱传递，所述第二管经建构且设置用于防止油流回到第二容器中。第二管具备第二止回机构，例如，止回阀，当泵从第二操作模式切换成第一操作模式，即，从按压阶段切换成抽吸阶段时，所述止回阀防止油在通过所述阀之后流回到第二容器。当泵处于抽吸阶段时，需要关闭第二止回机构，以避免来自曲柄箱的油被泵送回第二容器中。所属领域的技术人员将明白:在不脱离本发明的范围的情况下，可想到用于防止油流回到第二容器中的第二管的许多配置。
[0027]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，油管理系统包含第三传感器，所述第三传感器设置用于测量第一容器中的第三油位。以此方式，可监控第一容器中剩余的油量。在油管理系统开始加油循环之前，油管理系统可首先检测第一容器中是否存在足够的油量。如果第一容器中剩余油量不充足，那么可提供第一容器需要补充正确类型的油的信号。
[0028]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，油管理系统包含电连接器，所述电连接设置用于将电力供应到油管理系统。
[0029]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，电连接器设置用于与发动机管理系统、第一、第二和/或第三传感器相连。以此方式，电连接器还可用于在油管理系统与发动机管理系统、第一、第二和/或第三传感器之间交换数据和/或可为模拟和/或数字的控制信号。CAN总线通信系统可用于所述数据交换。
[0030]在根据本发明的油管理系统的实施方式中，泵是齿轮泵。所述泵非常方便用于传递具有某种黏度的流体，例如，油，是因为所述泵可产生在长供给线必须用于互连第二容器与发动机的曲柄箱的情况下所必需的足够压力。所属领域的技术人员将明白:在不脱离本发明的范围的情况下，可想到齿轮泵的许多配置。
[0031]根据本发明的另一方面，提供用于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理方法。所述方法包含:
[0032]判定内燃发动机的曲柄箱中的预定油位，
[0033]将油从包含第一油量的第一容器泵送到用于暂时存储第二预定油量的第二容器，
[0034]当所述泵正在操作时，测量流到第二容器或从第二容器流出的油流量，
[0035]独立于测量的油流量，将第二预定油量从第二容器输送到内燃发动机的曲柄箱。
[0036]通过应用所述方法，发动机的曲柄箱可补充预定油量，例如，所述油量与第二容器的容量一致。取决于油补充方案，上述方法可重复许多次。补充少量的油尤其有利，例如，范围在例如0.2至0.8升中的量。因此，以循环方式为曲柄箱补充油是可能的。【专利附图】
【附图说明】
[0037]以下将参考图示本发明的说明性实施方式的图式更详细阐述本发明。所属领域的技术人员将认识到:在不脱离本发明的范围的情况下，可设想并实践本发明的其他替代案和等效实施方式。
[0038]图1展示根据本发明的油管理系统的实施方式的示意性透视图，其中系统的至少部分一些组件部分地截掉，以展示如何内部地设置许多组件。
[0039]图2以不同视点展示根据图1的油管理系统。
【具体实施方式】
[0040]图式不一定按比例绘出。在图式中，相同组件由相同元件符号表示。
[0041]图1展示根据本发明的油管理系统I的实施方式包含第一容器2，第一油量可存储在第一容器2中。在包含例如卡车的曲柄箱4的发动机3的油管理系统I中，第一容器2可具有范围在6至20升中的容积。具有所述存储容积，在需要换油之前，卡车应能够行驶例如100000千米的距离。大存储容器2的优点是在行驶期间，正确类型的油可用于特殊类型的发动机和发动机3操作必须所处的温度条件。
[0042]第一容器2通过包含第一止回阀7的第一管6连接到泵5，例如，电动齿轮泵，当泵5从第一操作模式切换成第二操作模式，即，从抽吸阶段切换成按压阶段时，所述第一止回阀7设置用于防止已通过第一止回阀7的油流回到第一容器2中。在第一操作模式中，即，在抽吸阶段中，齿轮泵5设置用于将油从第一容器2传递到第二容器8。第二容器8用于暂时存储范围在例如0.2至0.8升，优选为0.5升的第二预定油量。为防止由于第二容器8的可能过量填充导致的损害并为了能够排气，第三管20可提供在第一容器2与第二容器8之间。过剩油可通过第三管20从第二容器8流入第一容器2中。当泵5处于按压阶段时，第三管20使得第二容器8能够排气。
[0043]油管理系统I进一步包含流量测量单元，所述流量测量单元包含用于检测第二容器8中的最小油位与最大油位之间的第一预定油位的第一传感器9。例如，当第二容器8是空的时，最小油位可等于任何适合预定油位。例如，当第二容器8完全充满时，同样适用于最大油位。在图1中所示的本发明的说明性实施方式中，第一传感器9是单一油位开关，所述开关设置在第二容器8中的最小预定油位和最大预定油位之间的中间。当传递到第二容器8中的油达到油位开关9时，流量测量单元判定填充第二容器8直到达到油位开关9所必需的第一时间间隔，并计算油流量。连续地，可计算填充第二容器8直到最大预定油位所需的第二时间间隔。在第二时间间隔之后，达到第二容器8中的最大预定油位，且泵5被关闭和/或切换成泵5的第二操作模式，在第二操作模式中，泵5将油从第二容器8朝向内燃发动机3的曲柄箱4泵送。以此方式，不考虑使用的油的温度和类型，尤其是黏度，来填充第二容器8是可能的。
[0044]所属领域的技术人员将明白:实际上，第一传感器9可设置在第二容器8中的最小预定油位与最大预定油位之间的任何位置。由于单一传感器9相对于最小预定油位和最大预定油位的实际位置是已知的，所以可计算第二时间间隔。
[0045]齿轮泵5通过第二管10连接到发动机3的曲柄箱4。在第二操作模式(即，按压模式)中，齿轮泵5设置用于将油从第二容器8传递到发动机3的曲柄箱4中。第二管10包含第二止回阀11，当泵5从第二操作模式(S卩，按压阶段)切换成第一操作模式(S卩，抽吸阶段)时，所述第二止回阀11设置用于防止通过第二止回阀11的油流回到第二容器8。当泵处于抽吸阶段时，需要关闭第二止回机构11，以避免来自曲柄箱4的油被泵送回第二容器8中。
[0046]第二容器8可通过打开齿轮泵5的第二操作模式(即，按压阶段)排空，直到达到油位开关9。当这个情况发生时，流量测量单元计算油流量和排空第二容器8直到最小预定油位将所必需的第四时间间隔。通过在第四时间间隔打开泵5的第二操作模式，第二容器8可排空直到达到最小预定油位。以此方式，不考虑使用油的温度和类型或第二管10中的由于第二管10的长度和/或由于曲柄箱的相反压力造成的阻力判定排空第二容器8所需的时间是可能的。另外，所属领域的技术人员将明白第二容器8中的最小预定油位应使得齿轮泵5保持持续地浸入油中，以防止损坏泵5。
[0047]为补充发动机3的曲柄箱4中的油，油管理系统I需要接收触发。第一触发可由发动机管理系统12提供，所述发动机管理系统12通过第一通信线路14连接电连接器13。第一通信线路14可为根据本发明在发动机管理系统12与油管理系统I之间建立数据交换的通信系统(例如，CAN总线通信系统)的一部分。
[0048]对油管理系统I的第二触发可由第二传感器15提供，所述第二传感器15设置用于通过第二通信线路16测量内燃发动机3的曲柄箱4中的第二油位。为了最佳操作发动机3，曲柄箱4中的第二油位应维持在最小预定油位与最大预定油位之间的最佳油位处。取决于优选油补充方案，第二传感器15为油管理系统I提供第二触发，以开始为曲柄箱4补充油。当发动机管理系统12不提供第一触发时，第二触发可单独使用。
[0049]在实际启动加油循环之前，油管理系统I可首先检查第一容器2中是否存在足够的油量。这可由设置用于测量第一容器2中的第三油位的第三传感器17判定。如果第一容器2中剩余油量不充足，那么可为发动机3提供第一容器2需要补充正确类型的油的信号。
[0050]在图1中所示的本发明的实施方式中，电连接器13设置用于供应电力给油管理系统I并用于与发动机管理系统12、第一传感器9、第二传感器15和第三传感器17相连。油管理系统I的这些组件之间的数据交换可通过例如CAN总线通信系统建立。
[0051]图2以不同视点展示根据图1的油管理系统I。以此方式可更好的观察到第一传感器9设置在第二容器8的最小预定油位与最大预定油位之间的中间。
[0052]实施软件控制油管理系统1，以使得协议设置用于判定由于在从发动机管理系统12和/或第一传感器9、第二传感器15和/或第三传感器17接收到很早或很晚的信号或在并未接收到信号的情况下应采取何种措施。
[0053]在不转换本发明的主要概念的情况下，可想到如图1和图2中所示的油管理系统I的实施方式的变化。使用优选实施方案描述本发明将是很明显的。本发明不欲限制为此实施方式。寻求保护的范围通过以下权利要求书判定，在所述权利要求书的范围内可想到各种修改。
【权利要求】
1.用于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理系统，所述油管理系统包含第一容器，所述第一容器用于存储第一油量；和第二容器，所述第二容器用于暂时存储第二预定油量，所述油管理系统进一步包含:泵，所述泵设置用于以第一和第二模式操作，在所述模式中，油可分别传递到所述第二容器并从所述第二容器传递；和流量测量单元，所述流量测量单元设置用于在所述泵操作时测量流到所述第二容器或从所述第二容器流出的油流量，其中所述油管理系统设置用于独立于所述测量的油流量将所述第二预定油量输送到所述内燃发动机的所述曲柄箱。
2.根据权利要求1所述的油管理系统，其中所述流量测量单元包含第一传感器，所述第一传感器用于检测所述第二容器中的最小油位与最大油位之间的第一预定油位。
3.根据权利要求1或2所述的油管理系统，其中所述油管理系统可连接到用于为所述油管理系统提供第一触发的发动机管理系统。
4.根据前述权利要求中任一项所述的油管理系统，其中所述油管理系统可连接到第二传感器，所述第二传感器设置用于测量所述内燃发动机的所述曲柄箱中的第二油位并为所述油管理系统提供第二触发。
5.根据前述权利要求中任一项所述的油管理系统，其中当所述泵以所述第一模式操作时，油可通过第一管从所述第一容器传递到所述第二容器，所述第一管经建构且设置用于防止油流回到所述第一容器中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的油管理系统，其中当所述泵以所述第二模式操作时，油可通过第二管从所述第二容器朝向所述内燃发动机的所述曲柄箱传递，所述第二管经建构且设置用于防止油流回到所述第二容器中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的油管理系统，所述系统包含第三传感器，所述第三传感器设置用于测量所述第一容器中的第三油位。
8.根据前述权利要求中任一项所述的油管理系统，所述系统包含电连接器，所述电连接器设置用于将电力供应到所述油管理系统。
9.根据权利要求2至4、7和8所述的油管理系统，其中所述电连接器设置用于与所述发动机管理系统、所述第一、第二和/或第三传感器相连。
10.根据前述权利要求中任一项所述的油管理系统，其中所述泵是齿轮泵。
11.一种用于包含曲柄箱的内燃发动机的油管理方法，所述方法包含以下步骤: 判定所述内燃发动机的所述曲柄箱中的预定油位， 将油从包含第一油量的第一容器泵送到用于暂时存储第二预定油量的第二容器， 当所述泵正在操作时，测量流到所述第二容器或从所述第二容器流出的油流量， 独立于所述测量的油流量，将所述第二预定油量从所述第二容器输送到所述内燃发动机的所述曲柄箱。
【文档编号】F01M11/06GK103998729SQ201280047394
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】维勒姆·范德胡斯特 申请人:格林菲尔德公司