煤烟过滤控制系统的制作方法

专利名称：煤烟过滤控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，尤其涉及从用于润滑这种发动机的油中去除煤烟。
背景技术：
对用于内燃机尤其是柴油机的较长维护间隔的限制之一是在特定运行条件过程中，过量的煤烟在润滑油中的堆积。通常使用二次过滤来去除这些煤烟，以便能提供较长的维护间隔，但是为了允许更有效的过滤，油泵需要比没有该维修间隔要求时的大。
这是因为具有传统配置的油泵是由发动机驱动的齿轮型元件，泵装配有作为组件经过该泵单元或从主槽道返回至泵的压力放泄阀。这些泵单元并不是非常有效，因为它们的流速是由发动机转速来决定，该放泄阀仅仅确保没有不利压力的产生。一种公知的二次过滤配置是将二次过滤器连接到旁通流道，当需要防止不利压力供应给发动机时，该旁通流道不经过发动机的轴承而将油从泵返回至油罐。二次过滤器通常为离心过滤器的形式，并且在这种配置中，仅当旁路通道打开时，油将会流经二次过滤器。由于粘度对泵所产生的压力的影响，当油较冷时油泵旁路在低发动机转速时打开，但是当油较热时，仅在较高发动机转速时打开。当油为冷油时，由于高粘度，离心过滤器不会非常有效地工作，导致喷嘴的低出口压力，给出低过滤速度。较低的过滤速度产生了低的向心力，因此降低了过滤效率。高粘度还减少了颗粒的迁移，防止多数颗粒到达壁并被分开。当油是热油时，泵仅仅在卸荷回路中以较高的速度流动，因为泵不得不对应热失调状态设置尺寸以使附加损失最小。这就意味着，对于大多数时间在低速热状态下运行发动机的发动机使用者不能通过二次过滤器有效地过滤油。
另外，因为需要产生更多流动以便操作二次过滤器，将导致附加损失增大并降低燃料经济性，因此降低了通过增大维护间隔所获得的经济成果。

发明内容
本发明的目的是提供一种能更有效地从用于润滑内燃机的油中去除煤烟的系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种从用于润滑内燃机的油中去除煤烟的系统，该内燃机具有润滑系统，油通过该润滑系统进行循环，其中，所述系统包括通过该润滑系统循环油的可变流速泵；从通过该润滑系统循环的油中去除煤烟的过滤器；确定何时需要从油中去除煤烟的控制器，并且当确定煤烟需要去除时，该控制器控制泵以提供足够的流量来从油中有效去除煤烟。
控制器可以是可操作的，以控制泵来提供从泵中出来的油的最小流速。
控制器可以是可操作的，以控制泵来提供从泵中出来的油的预定流速。
系统还包括至少一个油温传感器，以提供指示出油的温度的信号给控制器，并且当油温高于预定最低温度时，控制器仅仅通过操作泵以从油中去除煤烟，从而控制器可操作以控制油中煤烟的去除。
过滤器可以是旁通过滤器，并且可使用阀以控制流入过滤器的油的流量。
阀可以是压力控制阀，其被设置以使得当油压高于预定压力时，油只能流到过滤器中。
该系统可以进一步包括至少一个油压传感器，以向控制器提供指示泵出口附近的油的压力的信号，并且阀可以通过控制器得到控制以仅当所测压力高于最小预定压力时才打开。
或者，过滤器可以是位于泵和用于发动机的油冷器之间的满流过滤器，并且，当已经确定煤烟需要从油中去除时，阀控返回通路被提供用来将油从过滤器和油冷器之间的位置返回至泵的入口。
阀可以是压力放泄阀，其被设置使得当离开过滤器的油压高于预定压力时，油只能流回泵的入口中。或者，该系统可以进一步包括至少一个油压传感器，以提供信号给控制器指示从泵中流出的油的压力，阀可以通过控制器得到控制以仅当所测压力高于最小预定压力时才打开，以允许油流回到泵的入口中。
在上述两种情况中，过滤器可以是旋涡过滤器。
根据本发明的第二方面，提供了一种从用于润滑内燃机的油中去除煤烟的方法，该内燃机具有润滑系统，油借助可变流速泵可通过该润滑系统进行循环，以及从通过该润滑系统循环的油中去除煤烟的过滤器，该方法包括确定何时需要从油中去除煤烟，并当确定出煤烟需要从油中去除时，操作泵以使得油以足够的流量流经煤烟去除过滤器，从而从油中可以有效去除煤烟。
该方法可以进一步包括通过操作泵，使得仅仅当油温高于预定最低温度时，油以足够的流量流经煤烟去除过滤器，从而从油中可以有效地去除煤烟。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于流体回路的过滤系统，该流体回路具有需要供应加压流体的装置，其中，该过滤系统包括将加压流体供应到该装置中的可变流速泵；从流体中去除碎屑的过滤器；以及确定何时需要从流体中去除碎屑的控制器，并且，当确定碎屑需要去除时，该控制器控制可变流速泵以提供足够的流量来从流体中有效去除碎屑。
过滤器可以是离心过滤器或旋涡过滤器。
过滤器可以通过阀从泵连接到主流动回路。阀可以是压力放泄阀或由控制器操作的控制阀。


本发明将参照附图通过例子进行描述。
图1是根据本发明第一方面的发动机和煤烟减少系统的第一实施例框图；图2是根据本发明第一方面的发动机和煤烟减少系统的第二实施例框图；图3是根据本发明第一方面的发动机和煤烟减少系统的第三实施例框图；和图4是根据本发明第二方面的方法的示意的流程图。
具体实施例方式
特别参照图1，示出了具有使油从油罐或机油盘6中向发动机5中循环以起润滑作用并将油返回至机油盘6中的润滑系统的柴油机5。油冷器7和满流过滤器8是包括在润滑系统中的一部分，以冷却油并从油中去除碎屑。
提供了一从通过润滑系统循环的油中去除煤烟的系统，该系统包括控制器10、温度、质量(quality)和水平传感器12、泵出口压力传感器20、发动机油压传感器21、可变流速泵15、离心过滤器形式的用于从油中可选择地去除煤烟的旁通过滤器16和控制通往旁通过滤器16中油的流动的电磁阀17。
控制器10布置成接收来自温度、质量和水平传感器12、发动机油压传感器21、泵出口压力传感器20以及与发动机5有关、能用来确定发动机5的速度和负荷的其它各种传感器(未示出)的输入信号，以处理这些接收的信号并基于接收信号控制可变流速泵15和电磁阀17的的操作。
在实施例中所示的旁通过滤器16是离心过滤器，但是其它能从油中去除煤烟的过滤器类型也能使用。
在这种情形下，可变流速泵15是具有多个预定流速的回旋叶片式泵。然而，应当理解的是流速能在下限和上限之间连续变化的泵也可以采用。
控制器10接收用于确定何时煤烟需要从油中去除的信号。当油中积聚了特定水平的煤烟时，或当发动机5在大量煤烟很可能转移到油中的状态下运转时，煤烟可能需要去除。用于确定煤烟需要被去除的实际过程是我们题为″发动机煤烟管理系统″的在批申请的主题，在此不作详细说明。该确定能通过包含在控制器10内的程序来实现，或使用单独控制器来实现并作为输入信号提供给控制器10，在这两种情况下，控制器10接收用来确定煤烟是否需要去除的信号。
在此实例中，信号是以标志形式设置在控制器10的存储器中的。如果标志设置为1，那么煤烟需要去除，如果标志设置为0，那么煤烟不需要去除。
在发动机5的正常操作过程中，当煤烟不是必须从油中去除时，控制器10控制泵15以提供发动机5所需要的理想压力，并选择最合适的流速来提供该压力。也就是说，包括由压力传感器21检测的发动机5中的油压在内的发动机5的操作条件由控制器10进行接收，并且泵15得到相应地控制，以提供发动机5中所需油压。所需油压可以从储存在查阅表中的数据获得，或使用与发动机速度和负荷有关的油压有关的预定算法计算得到。
当控制器10确定了煤烟需要从油中去除时，其以煤烟去除模式控制泵15从而优化地从油中去除煤烟。
该过程的第一个步骤是确认油高于预定温度。当使用离心过滤器时尤其重要，因为当油非常粘时这类过滤器是无效的。如果从温度、质量和水平传感器12确定油足够温暖，从而具有用于有效过滤的足够低的粘度，则下一步骤是控制泵15以产生预定流速。选择流速以大体上提供旁通过滤器16的最有效使用，即，流经旁通过滤器16的流速，其会导致离心过滤器以足够高速度旋转，以产生煤烟的有效去除。在实施例中所示使用的是具有多个离散流速设定的泵，从泵15出来的流速被设置为将产生预定流速的流速设定。
因为发动机5还需要油的供给，以维持高效润滑，所以，从泵15出来的流速将比仅用于过滤器16所需要的流速高。
当出口压力传感器20表示已经达到预定最小压力时，阀17由控制器10打开，以允许油流经旁通过滤器16，这样确保流向旁通过滤器16的流动不会产生，直到出现足够的泵压和流量，以快速提高旁通过滤器16的速度。
阀17可以是一种能调节经过旁通过滤器16和经过满流过滤器8和油冷器7到发动机5中的主油流动通道两者的油的流量的类型，也可以是这样的类型当阀17被打开以提供到旁通过滤器16的流动时，允许预定的油泄漏流动到发动机5中。这两种情况中，维持进入发动机5中油的流动以防止发动机5的损坏发生都是非常重要的。
由于旁通过滤器16所需要的油的流速要求泵15产生比用于正常发动机润滑目的所需要的高很多的流速和压力，因此，即使当油经过旁通过滤器16自由流动，也仍然有足够的压力来维持有效的发动机润滑。
当控制器10确定煤烟不再需要从油中去除时，其可操作以关闭阀17，切断通往旁通过滤器16的油的供应，并将泵15的流速设定降低至发动机5所需的正常操作设定。
应当理解，泵15的输出不受发动机5速度的控制，因此，泵15能被操作以提供油的高流速，即使当发动机5怠速时。这样就保证不管发动机5运行的占空比如何，煤烟都能从油中去除，只要油不是太粘。
仅当确定出煤烟需要从油中去除时，使用旁通过滤器16，这样可以比传统系统具有更少的能量消耗，在传统系统中，不管煤烟过滤是否需要，也不管油是否足够热以允许有效过滤就将油流经旁通过滤器。另外，通过控制泵以在旁通过滤器16使用时提供流过旁通过滤器16的优化流速，并仅在油具有足够低粘度时允许过滤产生，这样，旁通过滤器16的最有效利用就被实现。应当理解，因为需要用比常规润滑高很多的流速来过滤，所以在该提升的流速下运行所耗时间越短，消耗的能量越少。
应当理解，该系统能使用可以采用能够测量油温的任意类型的油温传感器，尽管该系统对于柴油机来说特别有用，但是其也可以应用在需要从油中去除煤烟的任何发动机中。
参照图2示出了一个在许多方面与上述图1中相同的系统。唯一显著不同在于电磁阀17由弹簧控制的压力放泄阀117代替，在这种情况下，泵115是连续可变输出型泵。
系统以上述类似的方式运转，其中泵115用来将油以常规压力和流速提供给发动机5，直到控制器10确定了煤烟需要去除，并且已经确认油温足够高以允许产生有效过滤。然而，在这种情况下，没有对阀117进行实际控制，其只是在来自泵115的压力上升到预定水平之上时打开以允许经过旁通过滤器16的流动。在这个实施例中，这是通过控制泵115来提供最小流速而实现通过增加泵115的输出以达到一已知的泵流出的流速等于或稍微大于旁通过滤器16所需的最小流速的水平。该最小流速将在泵出口处提供一个比打开阀117所需压力更大的压力，这样，来自泵115的流速就得到增加，并将达到阀117打开以允许油经过旁通过滤器16流动的点。如前所述，该流速或压力比润滑发动机5所需的要大，因此，油只会在煤烟不得不去除时流经旁通过滤器16，并处于一个可以有效使用旁通过滤器16的速率。
尽管本发明是参照离心过滤器进行说明的，其中已知的是，有效过滤仅仅发生在高于预定油流速并且当油高于预定温度时，也可使用其它类型过滤器，例如旋涡过滤器，其中，通过使油流经过滤器时快速旋转来去除煤烟。在这种过滤器中，油的粘度也需要较低以便有效过滤，而且需要高流速。也可使用隔膜型的过滤器，因为通过采用这样的过滤器，其具有足够精细的结构以捕获细小煤烟颗粒，经过这种过滤器的压力损失需要使用大量能量，并且当油粘度较低时，使用这种过滤器也易于过滤油。
参照图3示出了根据本发明系统的第三实施例，其在许多方面与前述相同，与前述不同之处在于用来从油中去除煤烟的过滤器布置在完全流通位置上，而不是在旁路通道内。
就象前面那样，柴油机5具有使油从油罐或机油盘6循环到发动机5中以起到润滑作用并将油返回至机油盘6中的润滑系统。油冷器7和传统的满流过滤器8是包括在润滑系统中的一部分，以冷却并从油中去除碎屑。
从通过润滑系统循环的油中去除煤烟的系统包括控制器10、温度、质量和水平传感器12、泵出口压力传感器20、发动机油压传感器21、可变流速泵215、旋涡过滤器形式的串联煤烟过滤器9和控制经过旁路通道回到泵15中的油的流动的阀217。当发生煤烟去除时，阀217打开，其可以是在该位置上受润滑系统中压力控制的放泄阀或可以受控制器10的电子控制。在两种情况下，阀217的作用是在不流经油冷器7的情况下将大部分油返回至泵215的入口处，以在油过滤过程中维持油相对高的温度，从而提高过滤效率。在阀217打开，从而允许高流速的油返回泵215的期间，足够流速的油将继续供应给发动机5以确保一直维持足够润滑。
这里所指的旋涡过滤器是这样的过滤器流经该过滤器的流体被旋转以形成强旋涡，该强旋涡通过向心加速度使煤烟颗粒在过滤器外壁上沉积。这种过滤器的一个优点是不象传统隔膜过滤器那样，该过滤器能在不对流动产生显著限制的情况下，从油中去除细小颗粒。
控制器10就象前面那样布置成接收来自温度、质量和水平传感器12、发动机油压传感器21、泵出口压力传感器20和与发动机5相关的、能用来确定发动机速度和负荷的其它各种传感器(未示出)的输入信号，以处理这些接收的信号并基于这些接收信号控制可变流速泵215的操作。
在这种情况下，可变流速泵215是具有恒定旋转速度的旋转式泵，通过改变泵215每次旋转的位移，流速被改变。泵215具有多个预定流速，对其进行选择以提供发动机5和过滤所需的流速。
控制器10接收用于确定何时煤烟需要从油中去除的输入信号。信号以标志形式设置在控制器10的存储器中。如果标志设置为1，那么煤烟需要去除，如果标志设置为0，那么煤烟不需要去除。
在发动机5的正常运行过程中，当煤烟不是必须从油中去除时，控制器10控制或设定泵15以提供发动机5所需要的理想压力。也就是说，包括由压力传感器21检测到的发动机5中的油压在内的发动机5的操作条件由控制器10进行接收，并且泵215被设置成能提供发动机5所需油压的流速。所需油压可以储存在查阅表中，或能使用与发动机速度和负荷有关的油压的预定算法计算得到。在这种操作模式中，流经旋涡过滤器9的流量相对低，因此，事实上在这种操作模式中，没有煤烟从油中去除。因为旋涡过滤器9的结构，对流动的限制降到最小，它包括在油润滑系统中事实上对提供给发动机5的常规润滑所需的能量没有影响。
当控制器10确定了煤烟需要从油中去除时，其以煤烟去除模式设定泵215从而优化地从油中去除煤烟。
该过程的第一步骤是确认油高于预定温度，如果从温度、质量和水平传感器12确定油足够热以产生有效过滤时，下一步骤就是控制泵215以产生预定流速。选择流速以大体上提供旋涡过滤器9的最有效使用，即，流经旋涡过滤器9的流速将导致经过的油以足够高的速度旋转，以产生煤烟的有效去除。应当理解，如果来自泵215的流速可以以连续方式发生变化，那么流速可以是能产生理想的优化过滤的准确的最小流速，但是，如果来自泵215的流速只能以阶梯式的方式发生变化，那么在这种情况下，泵215将被设定以使用这样的输出流速，该输出流速提供了与用最小能量消耗产生有效过滤所需预定最小流速相同或稍高的流速。
如果使用的是连续可变输出型的泵，来自泵215的流速可以间接地使用泵出口压力传感器20测量得到，则泵215能被控制以基于所测压力产生理想流速，但是如果使用的是如本实施例中的阶梯式输出型泵，那么泵仅仅必须被设定成产生理想流速所需的输出设定。
由于旁通过滤器16所需的油的流速要求由泵215产生比常规发动机润滑目的所需高很多的流速和压力，因此，即使当油自由地经过旁路通道流回泵215中，也仍然有足够的压力来维持有效的发动机润滑。
当控制器10确定出煤烟不再需要从油中去除时，其可操作以降低泵215的流速，这将自动关闭阀217，因为压力会降至维持阀打开所需水平之下。
应当理解，如前所述，泵215的输出不受发动机5速度的控制，因此，即使当发动机5怠速时，泵215也可被操作以生产高流速。这样就确保不管发动机5运行的占空比如何，煤烟都能从油中去除，只要油具有足够低的粘度。
就象前述实施例那样，泵只在煤烟必须去除且油具有适于过滤的温度时以高流速操作，因此，节约了能量并改善了发动机的燃料经济性。
参照图4，示出了控制可变流速泵以从润滑发动机的油中去除煤烟的方法。
该方法在步骤100处开始，在步骤100处，发动机处于激活或起动状态。该方法前进到步骤110，在步骤110，确定煤烟是否需要从油中去除，这是通过采用以下测试来查询标志来实现的
Flag＞0吗 如果是，那么进行到步骤120，否则返回步骤110在步骤120处，该方法使用下面的测试确定油温是否高于预定最低温度T＞Tmin吗 其中，T为油的所测温度，Tmin为选择来表示最低温度的油温，在该温度下，油的粘度足够低以允许从油中有效的过滤煤烟。
如果所测温度低于该最低温度，那么该方法返回步骤110，但是如果高于最低温度，则该方法进行到步骤130，其中，泵被控制以提供从油中去除煤烟的有效过滤所需的流速。
然后，该方法返回步骤110，重新检查煤烟是否仍然需要去除。这可以在预定时间之后，或可以成为连续过程中的一部分，该过程中，油中煤烟含量受到连续监测，并且标志的状态也连续更新。
因此，总的来说，应当理解，本发明提供了许多优点，包括不考虑发动机的速度，在任何时间都能过滤掉煤烟，当油粘度较高时防止过滤，以总是获得有效的过滤，允许用于过滤的压力得到控制以获得优化的煤烟去除，允许离心过滤器的速度得到控制以提供良好的过滤，或允许通过旋涡过滤器的流速得到调节以最大化过滤，以及仅当煤烟确实需要去除时，使用过滤所需的高流速，从而降低了能量消耗。
应当理解，本发明不限于从油中去除煤烟，还能适用于其它用于具有需要供应加压流体的装置的流体回路的过滤系统。在这种情况下，过滤系统可以包括将加压流体供应到所述装置的可变流速泵；从流体中去除碎屑的过滤器；和确定何时需要从流体中去除碎屑的控制器，并且，当确定出碎屑需要去除时，该控制器控制可变流速泵以提供足够的流量来从流体中有效去除碎屑。过滤器可以是离心过滤器或旋涡过滤器或需要高流速以提供有效过滤的其它任何类型的过滤器。
过滤器能通过阀从泵连接到主流动回路上，在这种情况下，阀可以是压力放泄阀或由控制器操作的控制阀。
所述装置例如可以是但不限于需要供应润滑油的变速器、差速器或轴，或是需要供应加压流体的液压马达。
本领域技术人员应当理解，尽管本发明参照多个具体实施例的例子进行了说明，但是本发明并不限于这些具体实施方式
，在不脱离本发明范围的情况下可以对已披露实施例做出各种改变和修改。
权利要求
1.一种从用于润滑内燃机的油中去除煤烟的系统，该内燃机具有润滑系统，油通过该润滑系统进行循环，其中，该系统包括通过润滑系统来循环油的可变流速泵；从通过该润滑系统进行循环的油中去除煤烟的过滤器；确定何时需要从油中去除煤烟的控制器，当确定煤烟需要去除时，该控制器控制泵以提供足够的流量来从油中有效地去除煤烟。
2.根据权利要求1的系统，其中，该控制器可操作以控制泵，以提供从泵中流出的油的最小流速。
3.根据权利要求1的系统，其中，该控制器可操作以控制泵，以提供从泵中流出的油的预定流速。
4.根据权利要求1至3中任一项的系统，其中，该系统进一步包括至少一个油温传感器，以向控制器提供指示油温的信号，仅当油温高于预定最低温度时，控制器通过操作泵以从油中去除煤烟，从而，控制器可操作以控制油中煤烟的去除。
5.根据权利要求1至4中任一项的系统，其中，过滤器是旁通过滤器，且使用阀来控制流向过滤器的油的流动。
6.根据权利要求5的系统，其中，阀是压力控制阀，其被设置以使得仅当油压高于预定压力时，油流向过滤器。
7.根据权利要求5的系统，其中该系统进一步包括至少一个油压传感器，以向控制器提供指示从泵中出来的油的压力的信号，所述阀被控制器控制，以便仅当所测压力高于最小预定压力时才打开。
8.根据权利要求1至4中任一项的系统，其中，过滤器是位于泵和用于发动机的油冷器之间的位置上的满流过滤器，并且，提供阀控返回通路，当已经确定煤烟需要从油中去除时，所述阀控返回通路用来将油从过滤器和油冷器之间的位置返回至泵的入口。
9.根据权利要求8的系统，其中，阀是压力放泄阀，其被设置使得仅当离开过滤器的油压高于预定压力时，油流回泵入口。
10.根据权利要求8的系统，其中该系统进一步包括至少一个油压传感器，以向控制器提供指示从泵中出来的油的压力的信号，所述阀被控制器控制，以便仅当所测压力高于最小预定压力时才打开以允许油流回到泵入口。
11.根据权利要求8至10中任一项的系统，其中，过滤器是旋涡过滤器。
12.一种从用于润滑内燃机的油中去除煤烟的方法，该内燃机具有润滑系统，借助可变流速泵油通过该润滑系统进行循环，以及从通过该润滑系统循环的油中去除煤烟的过滤器，该方法包括确定何时需要从油中去除煤烟，当确定煤烟需要从油中去除时，操作泵以使得油以足够的流量流经煤烟去除过滤器，从而有效地从油中去除煤烟。
13.根据权利要求8的方法，该方法进一步包括操作泵，以使得仅仅当油温高于预定最低温度时，使油以足够的流量流经煤烟去除过滤器，从而有效地从油中去除煤烟。
14.一种从用于流体回路的过滤系统，该流体回路具有需要供应加压流体的装置，其中，该过滤系统包括用于将加压流体供给所述装置的可变流速泵；从流体中去除碎屑的过滤器；以及控制器，该控制器确定何时需要从流体中去除碎屑，并且，当确定需要去除碎屑时，该控制器控制可变流速泵以向过滤器提供足够的流量来从流体中有效去除碎屑。
15.根据权利要求14的过滤系统，其中，过滤器是离心过滤器和旋涡过滤器之一。
16.根据权利要求14或15的过滤系统，其中，过滤器通过阀从泵连接到主流动回路上。
17.根据权利要求16的过滤系统，其中，阀是压力放泄阀和由控制器操作的控制阀之一。
18.一种大体如参照附图在此说明的系统。
19.一种大体如参照附图在此说明的方法。
20.一种大体如在此说明的过滤系统。
全文摘要
本发明公开了一系统，该系统用于控制用于从润滑内燃机5的油中去除煤烟的过滤器16的激活。该系统可操作以确定何时需要从油中去除煤烟，并当运行条件适合于去除煤烟时，使用可变流速泵15以允许流速或压力被设定成最适于煤烟去除的水平。
文档编号B01D37/04GK1789676SQ20051012916
公开日2006年6月21日 申请日期2005年10月8日 优先权日2004年10月6日
发明者伊恩·格雷厄姆·佩格, 基思·威廉·巴特, 迈克·詹姆斯·沃茨, 迈克尓·威尔科克 申请人:福特环球技术公司