奧迪發(fā)動機(jī)容積可調(diào)式機(jī)油泵的構(gòu)造與工作原理

文/湖北 李丹

汽車的發(fā)動機(jī)由很多運動部件組成，例如活塞、氣門和曲軸等。在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)過程中，這些部件在比較小的間隙下作高速運動，部件間的摩擦?xí)?dǎo)致磨損，且產(chǎn)生較高的溫度。為了降低發(fā)動機(jī)磨損，應(yīng)將部件之間的摩擦降到最低；并且在滿足相對運動部件密封的同時，為發(fā)動機(jī)其它部件降溫。這些要求，可以通過潤滑系統(tǒng)來實現(xiàn)。

汽油發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的作用是潤滑、冷卻、密封、清洗、防銹。在汽車發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)中，機(jī)油泵的作用是將缸體內(nèi)的機(jī)油以一定壓力送出。因此，機(jī)油泵必須有比較高的輸送量和足夠的壓力，才能對發(fā)動機(jī)內(nèi)所有運動部件進(jìn)行安全潤滑。

在奧迪新一代的3.0 TDI發(fā)動機(jī)中，采用了容積可調(diào)式機(jī)油泵(即可變排量的機(jī)油泵)。該機(jī)油泵的特點是可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)油泵的供油量，從而降低機(jī)油泵對發(fā)動機(jī)的功率消耗。使用該泵后，機(jī)油泵對發(fā)動機(jī)的功率消耗降低了30%。該機(jī)油泵是在普通葉片式機(jī)油泵的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，本文將詳細(xì)介紹這種機(jī)油泵的構(gòu)造和工作原理。

一、普通葉片式機(jī)油泵

容積可調(diào)式機(jī)油泵是在普通葉片式機(jī)油泵的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以在了解該泵之前有必要簡要回顧一下普通葉片式機(jī)油泵的構(gòu)造與工作原理。普通葉片式機(jī)油泵的構(gòu)造如圖1所示。

如圖1所示，定子(俗稱鋼套)具有圓柱形內(nèi)表面，葉片裝在轉(zhuǎn)子的槽中，并可以在槽內(nèi)做徑向滑動。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉片就會由于離心力的作用向轉(zhuǎn)子外側(cè)甩出，緊靠在定子內(nèi)壁上。這樣，在定子、轉(zhuǎn)子、葉片之間就形成了若干個密封的工作空間。當(dāng)轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，在圖1左側(cè)，葉片伸出，葉片間的工作容積逐漸增大，形成進(jìn)油腔，從而使機(jī)油被吸入；在圖1右側(cè)，葉片被定子逐漸壓入槽內(nèi)，葉片間的工作容積逐漸減小，形成出油腔，從而使機(jī)油被壓出。這樣，葉片泵每旋轉(zhuǎn)一圈就完成一次進(jìn)油和出油。在進(jìn)油腔和出油腔之間，通過葉片、定子、轉(zhuǎn)子之間的接觸保證密封。

二、容積可調(diào)式機(jī)油泵

容積可調(diào)式機(jī)油泵安裝在油缸中，曲軸通過鏈條驅(qū)動機(jī)油泵工作(機(jī)油泵的驅(qū)動形式如圖2所示，實物圖如圖3所示)。

容積可調(diào)式機(jī)油泵的構(gòu)造如圖4所示，該機(jī)油泵與普通葉片式機(jī)油泵的主要區(qū)別就是，容積可調(diào)式機(jī)油泵具有一個調(diào)節(jié)環(huán)，這個調(diào)節(jié)環(huán)可以沿泵的軸線做小角度旋轉(zhuǎn)運動；調(diào)節(jié)環(huán)的旋轉(zhuǎn)通過配流面1、配流面2上加載的機(jī)油壓力和控制彈簧的力來控制；發(fā)動機(jī)控制單元通過電磁閥N428(位置如圖5所示)來控制配流面上的機(jī)油壓力。

1.電磁閥N428的工作原理

機(jī)油泵的泵油量是通過主油道內(nèi)的機(jī)油壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的，為此，需要從主油道分流一部分機(jī)油，這部分機(jī)油經(jīng)調(diào)節(jié)管路和機(jī)油泵調(diào)節(jié)閥N428被送至機(jī)油泵。機(jī)油泵調(diào)節(jié)閥N428是一個電控液壓3/2換向閥(構(gòu)造如圖6所示)，它由發(fā)動機(jī)控制單元以電控方式來操縱，該閥處于缸體內(nèi)機(jī)油冷卻器的上方。

在該閥內(nèi)，一方面將分流過來的機(jī)油直接輸送到機(jī)油泵，另一方面還能通過切換來打開另一個通向機(jī)油泵的機(jī)油管路。

從主油道分流過來的這部分機(jī)油的壓力作用到機(jī)油泵內(nèi)的調(diào)節(jié)環(huán)上，這個調(diào)節(jié)環(huán)有兩個受力面(稱為配流面)。其中一個配流面上總是直接作用著分流過來的這部分機(jī)油的壓力；另一個配流面可以通過N428切換來的管路來加載機(jī)油壓力。調(diào)節(jié)彈簧的作用力方向與作用在調(diào)節(jié)活塞上的機(jī)油壓力方向是相反的。

N428在無電流時與發(fā)動機(jī)控制單元接地點斷開，于是第二條調(diào)節(jié)管路就被關(guān)閉了，這時機(jī)油壓力就作用在一個配流面上。調(diào)節(jié)彈簧的作用力推動調(diào)節(jié)環(huán)移動，這個移動使得相對于轉(zhuǎn)子的偏心率變大了。于是機(jī)油室容積變大，泵的供油能力就提高了。

N428有電流時，發(fā)動機(jī)控制單元接地點接通，于是第二條調(diào)節(jié)管路被打開，機(jī)油壓力這時作用到調(diào)節(jié)環(huán)的兩個配流面上。于是，有效作用力就大于調(diào)節(jié)彈簧的作用力，調(diào)節(jié)環(huán)開始移動，這個移動使轉(zhuǎn)子的偏心率減小，于是機(jī)油室容積就減小，泵的供油能力相應(yīng)減小。

2.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器G28是控制機(jī)油泵排量的重要信號，該傳感器為電磁感應(yīng)式，一般奧迪車的這個傳感器都安裝在缸體一側(cè)靠近飛輪的位置(如圖7箭頭所示)。這個傳感器由一個磁鐵芯和繞在磁鐵上的線圈組成，并且與一個脈沖輪(安裝在飛輪上，如圖8所示)組合在一起作為傳感器。當(dāng)脈沖輪轉(zhuǎn)動時，傳感器就會輸出與轉(zhuǎn)速成正比的感應(yīng)電壓信號。

脈沖輪在圓周方向共有57個小缺口和一個大缺口，而一個大缺口的寬度相當(dāng)于3個小缺口，這就是說，一個脈沖輪相當(dāng)于有60個小缺口。當(dāng)脈沖輪旋轉(zhuǎn)時，脈沖輪的缺口將會對磁鐵的磁場產(chǎn)生影響(即切割磁力線)，從而使傳感器線圈所受到的磁場發(fā)生變化，變化的磁場使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值與脈沖輪的轉(zhuǎn)速(即發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速)成正比。而當(dāng)大缺口出現(xiàn)后(即對準(zhǔn)傳感器時候)，這時的活塞達(dá)到上止點，所以這個位置可以作為點火提前角的基準(zhǔn)信號。

當(dāng)車輛起動時，G28傳感器向發(fā)動機(jī)控制單元輸出交變電壓信號，這個交變電壓信號可以通過脈沖輪的大缺口數(shù)量來反映轉(zhuǎn)速。如一個大缺口的脈沖反映了曲軸轉(zhuǎn)動一圈，而小缺口則反映了轉(zhuǎn)角。當(dāng)電腦接收到G28輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角信號，它將根據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角控制油路工作和控制點火提前角點火。

3.機(jī)油泵的油壓調(diào)節(jié)

機(jī)油泵的油壓調(diào)節(jié)過程如下：在發(fā)動機(jī)以低轉(zhuǎn)速運行時，發(fā)動機(jī)控制單元將已加電(15號線)的電磁閥N428接地，從而打開第2個配流面所控制的機(jī)油道?，F(xiàn)在，兩股機(jī)油流(壓力是相同的)就作用在兩個配流面上，由此產(chǎn)生的力就大于控制彈簧的力了，這使得調(diào)節(jié)環(huán)發(fā)生逆時針擺動。調(diào)節(jié)環(huán)擺到葉片泵的中心位置，減小了葉片之間的供油腔，從而減少機(jī)油泵的泵油量(如圖9所示)。

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過2500r/min或者發(fā)動機(jī)扭矩超過300Nm(全負(fù)荷加速)時，發(fā)動機(jī)控制單元J623會將電磁閥N428的接地斷開，于是配流面2的機(jī)油通道就被關(guān)閉了。這時,作用著的機(jī)油壓力就只加到配流面1上，由此產(chǎn)生的力就小于控制彈簧的力，控制彈簧使得調(diào)節(jié)環(huán)繞著支座順時針擺動。于是調(diào)節(jié)環(huán)擺離中心位置，因此葉片之間的供油腔就增大了。葉片之間的供油腔增大，機(jī)油泵的泵油量也隨之增大(如圖10所示)。

綜上所述，根據(jù)發(fā)動機(jī)機(jī)負(fù)荷、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油溫度以及其它運行參數(shù)來轉(zhuǎn)換機(jī)油泵的低壓力工作狀態(tài)，這樣就可以降低機(jī)油泵所消耗的驅(qū)動功率。