专利名称：一种涡轮增压器双级自动保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡轮增压器双级自动保护系统，具体涉及涡轮增压发动机润滑系和电气 系统领域。
背景技术：
为适应世界范围内强制性节能和环保政策的要求，满足用户对高强化程度发动机的需求， 采用涡轮增压技术的内燃发动机的产量和市场保有量己经非常大，涉及轮船、机车、汽车、 工程机械、发电机组、农用机械等多个产品领域。涡轮增压发动机虽然具有节能、环保，高 强化程度等优点，但是，在使用过程中却存在一个必然面对、且必须解决的问题即发动机 停车(机油泵停转)吋，主油道润滑油压力迅速下降至零润滑系停止工作，而此时惯性高速 旋转的涡轮增压器浮动轴承却必须给予有效的润滑和冷却。如若不然，轻则过度磨损、寿命 降低，重则在短时间内过热烧蚀、整机失效。
为保护涡轮增压器，对未安装涡轮增压器保护装置的涡轮增压发动机的操作一般要求是 停车前须怠速空转3-5分钟，以便润滑系对涡轮增压器浮动轴承进行充分地润滑和冷却，待 涡轮增压器转子浮动轴承转速和温度降下来再停车；若发动机停车前误加速，则怠速空转时 间还需延长。这不仅给使用带来极大不便，而且由于发动机空运转时间加长，燃油消耗增加 浪费能源、尾气过度排放污染环境、降低了整机的有效寿命，同时也未能解决发动机停车时 涡轮增压器的润滑不良问题；更严重的是，如果操作不当，常常导致"烧涡轮增压器(浮动 轴承)"的严重故障。
目前，在解决涡轮增压发动机不便操作和涡轮增压器浮动轴承润滑不良过度磨损、过热 烧蚀等问题方面，主要有以下四种技术方案
一是对涡轮增压发动机采用主电路熄火延时技术(分为增加熄火延时集成电路和设定电 控发动机电脑賴、火延时控制種序两类)，进行涡轮增压器轴承保护。该种技术是利用电子电路 或程序，模拟发动机操纵人员进行停车前怠速空运转的技术，对电路制作和控制水平要求高， 用户自行改造难以实现，也存在燃油无功消耗加大、尾气排放增加、发动机有效寿命降低的 问题。
二是涡轮增压器引入冷动水，在发动机停车后，利用电子(控制)水泵进行延时自动强 制冷却防止烧蚀。该技术必须对涡轮增压器壳体进行增加冷却水道的改造设计和加工，增加 水泵、电机、控制电路等装置，不但成本高，而且也浪^齙量，发动机停车后只解决了涡轮增压器轴承的冷却问题，失油过度磨损的问题也未解决。
三是利用储能器储存发动机工作时主油道的部分润滑油，发动机停车后对涡轮增压器浮 动轴承进行润滑和冷却。该技术由于采用空气-皮囊式储能器， 一旦发生储能器皮囊破损，发 动机的润滑油会由皮囊破损处迅速泄漏到外部环境，不但严重污染环境，还会因发动机失油 引起拉缸、烧瓦等严重故障。另外，该技术在保护器发动机一启动就储存润滑油，势必降低 此时间段内发动机润滑系工作的有效性，造成发动机过度磨损，降低发动机有效寿命。还有， 要想储存足够的油量，储能器的整体尺寸势必较大，系统在发动机有限的空间内安装布置困 难。
四是利用储油缸储存发动机工作时的部分润滑油，待发动机停车后对涡轮增压器浮动轴 承进行润滑和冷却。与第三种技术方案类似，发动机刚一启动就储存润滑油，不能保证发动 机润滑系工作的有效性，造成发动机过度磨损、寿命降低， 一旦发生储油缸活塞密封失效， 污染环境，还可能引起拉缸、烧瓦等严重故障。再者，使用圆柱蟪旋弹簧推动活塞进行润滑 油的压力存储足够的润滑油，储油缸体积必然较大，给安装布置带来不便。另外，由于油缸 活塞是运动密封，储存和释放润滑油时运动阻力大、响应性差；零部件加工精度要求高、材 料要求耐磨耐腐蚀，制造成本高、寿命却低；在工作中不能杜绝润滑油泄漏，需要定期补充 发动机润滑油，污染环境、浪费资源、使用不便。
从上述看，目前的涡轮增压器保护技术都是采用单级保护技术方案，虽然能对涡轮增压 器起到一定的保护作用，但是都存在一定的、甚至严重的缺陷和不足，难以推广应用。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种工作可靠、节能环保、结构简单、使用方便、 安装布置和改造容易、成本较低、适用于各种电控或非电控汽油发动机或柴油发动机涡轮增 压器双级自动保护系统。
为达到上述目的，本发明涡轮增压器双级自动保护包括第一级机械保护装置和第二级电 子保护装置，主要特征是第一级机械保护装置失效时自动切换到第二级电子保护装置。
第一级机械保护装置包括组合阀、贮油室、防漏阀、油管及接头。组合阀的进油口和 出油口分别串接于发动机主油道和涡轮增压器润滑油道上。其中，组合阀包括组合阀体、
主油道供油单向阀芯、贮油调压阀芯、保护单向阀芯、单向阀回位弹簧和贮油调压弹簧；贮 油室包括贮油室上盖、贮油囊、贮油室下盖和贮油拉簧；防漏阀包括防漏阀体、浮子阀 芯和卡黉。第一级机械保护装置的特点是机械结构简单、工作可靠、安装布置方便、反应 灵、体积较小。
第二级电子保护装置包括场效应管VMOS、点火开关K、电容C、充电限流电阻Re、熄
5火延时开关1、 二极管D、 二极管击穿保护电阻R。、延时电路继电器、蓄电池和接线。延时
电路继电器输两出端串联于发动机主电路上(所述主电路可以是电控柴油机主电路继电器
电路或熄火开关电路、非电控柴油机熄火开关电路、非电控汽油机的主电路继电器电路、电
控汽油机的主电路继电器电路或发动机电控制单元(ECU)主电路等)、熄火延时开关K2由防
漏阀父子阀芯控制。第二级电子保护装置的特点是电子元件少、结构紧、凑封装体积非常
小，安装布置极其简单，部分元4击穿发动机仍能正常工作，可靠性非常高。
作为本发明的进一步改进，由熄火延时开关K2输出开关信号同时控制故障灯，显示本发 明的系统泄漏故障。
作为本发明应用于电控发动机的进一步改进，由电脑对系统对熄火延时开关K2、电容C、 反接二极管D进行状态监控，系统故障出现故障时输出故障码。
综上所述，本发明的优点是使用方便、工作可靠、节能环保、结构简单、成本低廉、
改造安装简单、适用范围广。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明系统(静态)结构示意图。
图2为本发明系统(静态)详细结构图。
图3为本发明系统在发动机主油道压力较低时的状态图。
图4为本发明系统储存润滑油的状态图。
图5为本发明系统储存润滑油完毕发动机正常持续运转的状态图。
图6为本发明系统机械润滑的状态图。
图7为本发明系统贮油囊泄漏的状态图。
图8为本发明系统忙油囊泄漏防漏阀关闭的状态图。
图9为本发明第二级电子保护装置(静态)的电路图。
图10为本发明第二级电子保护装置电容充电状态图。
图11为本发明第二级电子保护装置电容充电完毕(准备工作完成)的状态图。 图12为本发明第二级电子保护装置工作(电容放电)的状态图。 图13为本发明第二级电子保护装置停止工作(场效应管关断)的状态图。 图14为本发明第二级电子保护装置电容释放剩余电荷的状态图。 所列附图，除图中已经表明的结构名称，序号对应的名称如下-
l一组合阀体、2—主油道供油单向阀芯、3—lt油调压阀芯、4一保护单向阀芯、5—单向 阀回位弹簧、6—lt油调压弹簧、7—熄火延时开关K2顶杆、8—防漏阀体(8)、 9一浮子阀芯、
610~卡簧、ii一贮油室上盖、12—ie油囊、13—ie油室下盖、14一贮油拉簧 具体实施例方式 图i可知-
本发明涡轮增压器双级自动保护包括第一级机械保护装置和第二级电子保护装置。 图2可知
第一级机械保护装置包括组合阀、贮油室、防漏阀、油管及接头。组合阀进油口 A、
出油口 B分别串接于发动机主油道和涡轮增压器润滑油道上。
组合阀包括组合阀体(l)、主油道供油单向阀芯(2)、贮油调压阀芯(3)、保护单向阀芯
(4)、单向阀回位弹簧(5)和贮油调压弹簧(6)，由①组合阀体(1)、主油道供油单向阀芯(2) 和单向阀回位弹簧(5)组成主油道供油单向阀，由②组合阀体(1)、贮油调压阀芯(3)和贮油调 压弹簧(6)组成贮油调压阀，由③贮油调压阀芯(3)、保护单向阀芯(4)和单向阀回位弹簧(5) 组成保护单向阀。组合阀的特点是①主油道供油单向阀、贮油调压阀和保护单向阀三阀同 轴，贮油调压阀芯(3)兼做保护单向阀的阀座，结构和控制简单、工作可靠、体积较小，方便 使用和安装；②单向阀回位弹簧(5)由供油单向阀和保护单向阀共用，长度尺寸大，两阀工作 时阀口开度大、动作灵活，油流阻力小、能量损失小、背压小，对油压信号的相应性好，保 证系统贮存和释放润滑油快捷、高效；③贮油油道与保护油道常连，并通过连接油道与贮油 室下腔连通。保护油道兼发动机停车时贮油室内润滑油的保护通道和贮油调压阀芯(3)开启背 向油压卸荷油道两种作用；④贮油调压阀开启压力调整为0.45MPa(机油泵限压阀开启压力 0.5-0.6MPa)，保证刚启动(主油道压力较低)时，发动机各润滑部位的有效性。
贮油室包括贮油室上盖(ll)、贮油囊(12)、贮油室下盖(13)和JJt油拉簧(14)，其中 ①贮油室上盖(11)内腔与贮油囊(12)构成空气腔；②贮油室下盖(13)内腔与贮油囊(12)构成 贮油腔，贮油拉簧(14)布置在该腔内。贮油室的特点是①贮油室上盖(11)和贮油室下盖(13) 设计成用钢板拉伸的椎体形状，以减小贮油囊(12)贮存和释放润滑油时产生的摩擦阻力，防 止卡滞失效；②贮油囊(12)由耐油橡胶成型，侧面与贮油室上盖(ll)和t油室下盖(13)贴合、 底部预埋设钢板底部预埋设钢板以保证贮油腔内的润滑油能完全利用，增加lt油囊室有效容 积、减小系统体积；③贮油拉簧(14)为双层蜗巻拉簧，提高贮油囊室有效容积；④!!i油拉簧 (14)每层中心分别与贮油室下盖(13)和贮油囊(12)底部预埋设钢板的中心部位连接，实现自 动定心，减小摩擦阻力、防止卡滞；⑤贮油囊(12)底部中心轴线上成型球形凸起。
防漏阀包括防漏阀体(8)、浮子阀芯(9)和卡簧(10)。防漏阀的特点是①防漏阀体(8)
下部中心孔为光孔，与贮油囊(12)的中心球形凸起组成密封阀，IC油室充油完毕时，密if阔 关闭以保护贮油囊(12);②防漏阀体(8)、浮子阀芯(9)和卡簧(10)构成防漏阀，浮子阀芯(9)为尼龙空心浮子，总体密度小于发动机润滑油的密度，当贮油囊(12)泄漏，贮油室空气腔充 满润滑油时，浮子阀芯(9)被浮起关闭润滑油泄漏通道；③防漏阀体(8)与浮子阀芯(9)的配合 部分为花键孔，内圆为浮子阔芯(9)定心，花键槽为空气通道。系统注油或释放时，空气腔通 过防漏阀体(8)花键槽与大气接逋，消除有害背压；④防漏阀体(8)上部圆孔通过熄火延时开 关1的顶杆(7)。当第一级机械保护装置失效，浮子阀芯(9)起关闭防漏阀，同时推动安装于 防漏阀体(8)上部的熄火延时开关K2顶杆(7)闭合熄火延时开关K2，系统由第一级机械保护 自动切换到第二级电子保护。 图9知
第二级电子保护装置包括场效应管VM0S、点火开关Ki、电容C、充电限流电阻R"熄 火延时开关K2、 二极管D、 二极管击穿保护电阻RD、延时电路继电器、蓄电池和接线。延时 电路继电器输出端C、D串联于发动机主电路上，即由延时电路继电器控制发动机主电路通断； 熄火延时开关K2由防漏阀控制通断。 '
电路连接方式为①延时电路继电器输入端(吸合线圈)串联在场效应管VMOS漏极D和 源极S端，并由发动机蓄电池提供能量，即用场效应管VMOS控制延时电路继电器通断，②点 火开关Ki一端接蓄电池高电位端，另一端接场效应管VMOS栅极，③反接二极管D和二极管击 穿保护电阻R。串联组成偏置电阻，偏置电阻与闭合的点火开关K,组成接场效应管VMOS偏置 回路，④电容C、充电限流电阻Re和闭合的熄火延时开关K2串联组成电容储能电路，电容储 能电路与闭合的点火开关Ki组成电容充电回路，⑤偏置电阻与电容储能电路构成电容放电回 路(在点火开关Ki断开时)，(D即偏置电阻(二极管反向端)与电容充电储能电路并联接场效 应管VMOS栅极G。偏置电阻(二极管正向端)与储能电路并联接场效应管VMOS源极S并连 接到接蓄电池低电位端。第二级电子保护装置的特点是①熄火延时开关&关断时，点火开 关Id的通断决定着场效应管VM0S的通断，从而控制延时电路继电器、发动机主电路工作与否； ②同时闭合点火开关K,和熄火延时开关K2，电容充电回路建立使电容C充电储能量；③若电 容充电(熄火延时开关&闭合)后断开的点火开关K"电容放电回路建立，场效应管VMOS 通过控制延时电路继电器控制发动机主电路延时断幵，即当点火幵关fd关闭后，发动机自动 怠速延时熄火；④当二极管D击穿(二极管D击穿电阻为O，电容放电回路总放电电阻太小， 电容放电延时时间极短，延时熄火失效)时，二极管击穿保护电阻R。不但能防止蓄电池短路， 而且还能保证点火开关Ki仍然建立偏置电路对发动机主电路仍有控制能力；⑤充电限流电阻 Rc，不但能限制充电电流过大而影响发动机电路系统的正常工作，而且在电容C击穿(由于电 容储能能力丧失，电路延时熄火失效)时，防止蓄电池短路，并与偏置电阻并联构成新的偏置 电阻，以保证点火开关K对发动机主电路仍有控制作用。
8下面结合附图简要说明本发明的系统工作过程中的几种情况 第一种情况一--第一级机械保护装置状态完好
①静态(系统如图2，电路详如图9):点火幵关K,和熄火延时开关K2都断开，场效应管 偏置回路、电容充电回路和电容放电回路都未建立一②发动机主电路接通(系统如图3，电 路详如图10):点火幵关t闭合一场效应管VM0S偏置回路工作一施加在场效应管VM0S栅极G 和源极S正向偏置电压IL建立一场效应管VM0S漏极D和源极S导通一延时电路继电器吸合 线圈有漏极电流1。通过而闭合一发动机主电路接通起动，主油道油压较低一主油道供油单向 阀芯(2)打开润滑涡轮增压器浮动轴一主油道油压上升到贮油调压阀开启压力一③系统贮油 (系统如图4，电路详如图10):贮油调压阀芯(3)被打开，润滑油克服贮油拉簧15拉力，贮 油腔压力储油。同时，空气腔内空气经防漏阀体(8)花键槽排入大气4④贮油室储油完毕(系 统如图5，电路详如图10):贮油囊(12)的凸起向上运动关闭密封阀储油结束，贮油调压阀(3) 关闭。主油道压力继续上升，机油泵限压阀开启，过量的润滑油流回机油泵进口，发动机稳 定工作一⑤发动机主电路断开，第一级机械保护装置工作(系统如图6，电路详如图9):点 火开关&断开，偏置回路消失，场效应管VMOS关断，发动机主电路关断停车一机油泵停转， 主油道压力迅速下降为0—主油道供油单向阀芯(2)关闭一贮油腔内润滑油被贮油囊(12)和贮 油拉簧(14)施压，打开保护单向阀芯(4)对涡轮增压器浮动轴承润滑和冷却。同时，大气空气 经防漏阀体(8)花键槽进入大气贮油室空气腔防止出,现负压。一⑥恢复原始静态。
第二种情况——发动机在运行过程中贮油嚢(12)发生泄漏
①第一级机械保护装置失效(系统如图7，电路详如图10):贮油囊(12)破损泄漏，由贮 油调压阀进入贮油室的润滑油经过破口进入空气腔一空气腔内的空气由花键槽排如大气，一 ②第二级电子保护装置工作准备(系统如图8，电路详如图ll):润滑油充满空气腔一浮子阀 芯(9)关闭防漏阀的同时驱动顶杆(8)闭合熄火延时开关K2，电容充电回路建立电容储能， 此过程中场效应管VM0S偏置回路保持建立使得延时电路继电器保持闭合一③第二级电子保 护装置工作(第一级机械保护装置状态如图8，电路详如图12):操纵发动机停车即关闭点火 开关K"偏置回路和电容充电回路断开，同时电容放电回路建立，电容C通过充电限流电阻 Rc和偏置电阻持续放电，电容电压逐渐减小一偏置电阻的分压使场效应管VM0S仍然正向偏置 导通，延时电路继电器持续闭合一发动机怠速运转3-5分钟，主油道润滑油逋过主油道供油 单向阀对涡轮增压器浮动轴承持续润滑和冷却一④第二级电子保护装置工作结束(电路详如 图13):电容放电电压施加在偏置电阻的分压低于场效应管VM0S的开启电压，场效应管VM0S、 延时电路继电器、发电机主电路迅速逐级关断，发动机熄火，润滑系停止工作，主油道供油
9单向阀关闭一⑤第二级电子保护装置电容释放剩余能量(电路详如图14)。 第三种情况，发动才几启动前贮油嚢(12)泄漏 由上述两种情况的说明很容易分析，不再赘述。
本发明有以下优点工作可靠、节能环保、结构简单、使用方便、安装布亶和改造非常 容易、成本较低、通用性强、推广价值高。
权利要求
1、一种涡轮增压器双级自动保护系统，其特征在于包括第一级机械保护和第二级电子保护两级自动保护装置；第一级机械保护装置包括组合阀、贮油室、防漏阀，用于第一级机械保护；组合阀包括由组合阀体(1)、主油道供油单向阀芯(2)和单向阀回位弹簧(5)组成的主油道供油单向阀，由组合阀体(1)、贮油调压阀芯(3)和贮油调压弹簧(6)组成贮油调压阀，由贮油调压阀芯(3)、保护单向阀芯(4)和单向阀回位弹簧(5)组成保护单向阀；贮油室包括由贮油室上盖(11)内腔和贮油囊(12)构成空气腔，由贮油室下盖(13)内腔与贮油囊(12)构成贮油腔，贮油拉簧(15)布置在贮油腔内；防漏阀包括由防漏单向阀体(8)、浮子阀芯(9)和卡簧(10)构成的防漏单向阀，防漏单向阀体(8)的花键槽为空气通道，由防漏单向阀体(8)下部光孔和贮油囊(12)的中心球形凸起组成密封阀；组合阀体(1)的贮油油道和保护油道常连，并通过连接油道接贮油室下盖(13)的油口；第二级电子保护装置，包括场效应管VMOS、点火开关K1、电容C、充电限流电阻RC、熄火延时开关K2、反接二极管D、二极管击穿保护电阻RD、延时电路继电器、蓄电池和接线，用于第二级电子保护；延时电路继电器输入端串联在场效应管VMOS漏极D和源极S端，并由发动机蓄电池提供能量；点火开关K1一端接蓄电池高电位端，另一端接场效应管VMOS栅极；反接二极管D和二极管击穿保护电阻RD串联组成偏置电阻，偏置电阻与闭合的点火开关K1组成接场效应管VMOS偏置回路；电容C、电容充电限流电阻RC和闭合的熄火延时开关K2串联组成电容充电储能电路，并与闭合的点火开关K1组成电容充电回路。
2、 如权利要求l所述的自动保护系统，其特征在于组合阀进油口A、出油口B分别接 在发动l几主油道和涡轮增压器润滑油道上，延时电路继电器输出端C、 D串联于发动机主电路 上。
3、 如权利要求l所述的自动保护系统，其特征在于主油道供油单向阀、li油调压阀和 保护单向阀三阀同轴。
4、 如权利要求l所述的自动保护系统，其特征在于贮油室上盖(ll)和Jfc油室下盖(13) 为椎体形状。
5、 如权利要求i所述的自动保护系统，其特征在于贮油囊(i2)侧面与r:油室上盖(11)和贮油室下盖(13)贴合，底部预埋设钢板，底部中心轴线上成型球形凸起。
6、 如权利要求l所述的自动保护系统，其特征在于贮油拉簧(14)为双层蜗巻拉簧。
7、 如权利要求l所述的自动保护系统，其特征在于浮子阀芯(9)为尼龙空心浮子。
8、 如权利要求l所述的自动保护系统，熄火延时开关K2由浮子阀芯(9)控制。
全文摘要
本发明涉及一种涡轮增压器双级自动保护系统，包括第一级机械保护装置和第二级电子保护装置，分别属于发动机润滑系和电气系统领域。第一级机械保护装置包括组合阀、贮油室、防漏阀，系统完好时发动机停车，对高速惯性旋转的涡轮增压器浮动轴承自动进行3-5分钟润滑和冷却；第二级电子保护装置包括场效应管、点火开关、电容、充电限流电阻、熄火延时开关、二极管、二极管击穿保护电阻、延时电路继电器、蓄电池，贮油室贮油囊破裂机械保护装置失效时，防漏阀自动关闭并闭合熄火延时开关，点火开关关断后，场效应管控制主电路继续导通即发动机怠速运转3-5分钟，涡轮增压器浮动轴承转速和温度降下来后自动停车。
文档编号F02B39/14GK101560910SQ20091013815
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者崔振民, 徐华东, 李建军, 王延宁, 范永建, 范永新 申请人:范永建