一种机油压力控制系统及发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种机油压力控制系统及发动机。


背景技术：

2.随着技术进步，发动机的热效率在不断提高，对于发动机润滑系统也提出了更高的要求。系统的机油压力应该与需求的机油压力尽量一致，这样一方面可以满足发动机的可靠性需求，另一方面避免了机油压力过高造成的功率损失。目前代限压阀的机油泵方案中，通常是当发动机在较高转速下开启限压阀，排出部分机油使机油压力维持在一个相对的稳定值，但发动机润滑系统的实际压力曲线高于系统压力需求曲线，因此存在压力偏大的区域，造成额外的功率损失。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种机油压力控制系统及发动机，用于在满足发动机润滑系统压力的需求前提下，降低了润滑系统压力，从而降低了机油泵的轴功率。
4.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.第一方面，本发明提供一种机油压力控制系统，包括：机油泵体、定子、转子和限压阀；
6.所述机油泵体内设有进油腔和泵后油腔；
7.所述限压阀具有压力口、限压阀进油口和限压阀出油口，所述限压阀内部设有压力腔、一级控制腔和二级控制腔，所述压力腔通过所述压力口与发动机润滑系统的主油道连通；所述限压阀进油口与所述机油泵体的泵后油腔连通，所述限压阀出油口与发动机的油底壳连通；
8.所述限压阀具有一级限压状态和二级限压状态；
9.当所述限压阀处于所述一级限压状态时，所述一级控制腔连通所述限压阀进油口和所述限压阀出油口，发动机的转速处于第一转速区间；
10.当所述限压阀处于所述二级限压状态时，所述二级控制腔连通所述限压阀进油口和所述限压阀出油口，发动机的转速处于第二转速区间，所述第二转速区间中的最小值大于所述第一转速区间中的最大值。
11.上述机油压力控制系统中，机油泵体、定子和转子配合给机油进行加压，限压阀的压力口与发动机润滑系统的主油道连通，并依据主油道的压力调节限压阀限压状态，限压阀进油口与机油泵体的泵后油腔连通，限压阀出油口与发动机的油底壳连通。随着发动机转速提高，主油道的压力上升，当发动机的转速处于第一转速区间时，限压阀的一级控制腔使限压阀进油口和限压阀出油口连通，将泵后油腔内的高压油通过一级控制腔连通限压阀出油口泄油至油底壳。但主油道压力仍有一定上升。当发动机的转速继续升高至第二转速区间时，伴随着主油道压力缓慢升高，限压阀在主油道压力作用下切换至二级限压状态，限压阀的二级控制腔使限压阀进油口和限压阀出油口连通，可以将主油道压力控制在一个较
为稳定的水平。其中第一转速区间可以相对的定义为中间转速，第二转速区间可以相对的定义为高转速。因此，限压阀的两级控制腔，可以分别在发动机中、高转速下降低发动机润滑系统的机油压力，从而减少了机油泵的轴功率，提高了发动机的输出功率和热效率。
12.在一些实施例中，所述限压阀处于所述一级限压状态，当所述限压阀进油口的开度为100％时，所述限压阀出油口的开度小于100％；当所述限压出油口的开度为100％时，所述限压阀进油口的开度小于100％。
13.在一些实施例中，当所述限压阀处于所述二级限压状态时，所述限压阀处于所述二级限压状态，当所述限压阀进油口的开度为100％时，所述限压阀出油口的开度最大为100％；当所述限压阀出油口的开度为100％时，所述限压阀进油口的开度最大为100％。
14.在一些实施例中，所述限压阀出油口远离所述压力口一侧为限压阀出口下边界y1，所述限压阀出油口靠近所述压力口一侧为限压阀出口上边界y2；所述限压阀进油口远离所述压力口一侧为限压阀进口下边界y3，所述限压阀进油口靠近所述压力口一侧为限压阀进口上边界y4；所述限压阀进口下边界y3位于所述限压阀出口上边界y2靠近所述压力口一侧。
15.在一些实施例中，所述一级控制腔远离所述压力口一侧为一级控制腔下边界x1，所述一级控制腔靠近所述压力口一侧为一级控制腔上边界x2；
16.所述一级控制腔的高度l
x1x2
满足：
17.l
x1x2
＜l
y1y4
18.其中，l
y1y4
为限压阀出口下边界y1和限压阀进口上边界y4之间的高度。
19.在一些实施例中，所述二级控制腔远离所述压力口一侧为二级控制腔下边界x3，所述二级控制腔靠近所述压力口一侧为二级控制腔上边界x4；
20.所述二级控制腔的高度l
x3x4
满足：
21.l
x3x4
＞l
y1y4
22.其中，l
y1y4
为限压阀出口下边界y1和限压阀进口上边界y4之间的高度。
23.在一些实施例中，所述限压阀包括阀体和位于所述阀体内部的阀芯和弹性复位件；
24.所述压力口、所述限压阀进油口和所述限压阀出油口均设置于所述阀体上；
25.所述弹性复位件一端与所述阀芯连接，另一端与所述阀体连接，用于始终为所述阀芯提供朝向所述压力口动作的作用力；
26.所述阀芯与所述阀体配合形成所述压力腔、所述一级控制腔和所述二级控制腔，所述压力腔、所述二级控制腔和所述一级控制腔沿所述阀芯背离所述压力口的动作方向依次排列。
27.在一些实施例中，所述限压阀由完全关闭状态切换至一级控制腔初开过程中阀芯的位移量z1满足：
28.z1＝p1
×
a/k-z0
29.其中，p1为限压阀一级控制腔初开时主油道的压力值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度，z0为限压阀处于完全关闭状态下弹性复位件的预压缩量；或者，
30.一级控制腔的高度l
x1x2
满足：
31.l
x1x2
＝p2
×
a/k+l
y2y3
32.其中，p2为限压阀一级控制腔由初开到关闭之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度，l
y2y3
为限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值；或者，
33.一级控制腔上边界x2与二级控制腔下边界x3之间的高度l
x2x3
满足：
34.l
x2x3
＝p3
×
a/k-l
y2y3
35.其中，p3为限压阀一级控制腔关闭至二级控制腔初开之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度，l
y2y3
为限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值；或者，
36.限压阀出口下边界y1与限压阀出口上边界y2之间的高度l
y1y2
满足：
37.l
y1y2
＝p4
×
a/k
38.其中，p4为限压阀二级控制腔初开至二级控制腔全开之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度。
39.在一些实施例中，限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值l
y2y3
满足：
40.l
y2y3
《p3
×
a/k
41.其中，p3为限压阀一级控制腔关闭至二级控制腔初开之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度；或者，
42.二级控制腔的高度l
x3x4
满足：
43.l
x3x4
≥l
y1y4
44.l
y1y4
为限压阀出口下边界y1与限压阀进口上边界y4之间的高度值。
45.第二方面，本发明还提供一种发动机，包括发动机润滑系统以及如第一方面中任一项所述的机油压力控制系统；所述发动机润滑系统包括油底壳以及主油道；所述油底壳与所述机油压力控制系统中的限压阀出油口连通，所述主油道与所述机油压力控制系统中的压力口连通。
附图说明
46.图1为相关技术1中主油道压力随发动机转速升高的曲线图；
47.图2为相关技术2中主油道压力随发动机转速升高的曲线图；
48.图3为本发明实施例提供的一种机油压力控制系统的结构示意图；
49.图4为阀芯的结构示意图；
50.图5为限压阀处于完全关闭状态时的结构示意图；
51.图6为一级控制腔初开状态时的结构示意图；
52.图7为一级控制腔流通面积最大时的结构示意图；
53.图8为一级控制腔关闭时的结构示意图；
54.图9为二级控制腔初开状态时的结构示意图；
55.图10为二级控制腔完全打开时的结构示意图；
56.图11为主油道机油压力随发动机转速升高的曲线图。
57.图标：100-机油泵体；200-定子；300-转子；400-限压阀；410-阀体；420-阀芯；430-弹性复位件；401-压力口；402-限压阀进油口；403-限压阀出油口；404-压力腔；405-一级控
制腔；406-二级控制腔；421-芯轴；422-第一芯段；423-第二芯段；424-第三芯段。
具体实施方式
58.首先介绍一下本技术的应用场景：由于机油泵的轴功率满足：机油泵的轴功率＝机油泵输出压力
×
机油泵输出流量
÷
机油泵效率，因此降低机油泵的输出压力或者流量，可以降低机油泵的轴功率。但现有的带限压阀的定排量机油泵中，限压阀仅在高转速下打开，排出部分机油使机油压力维持在一个相对稳定值。如图1所示，发动机润滑系统的实际压力曲线高于系统压力需求曲线，因此存在压力偏大的区域，造成额外的功率损失。而现有的可变排量的机油泵，如图2所示，通过转子偏心距的调整改变机油泵排量，从而在部分转速下同时减小了机油流量和系统压力，从而降低了功率损失。但为了实现可变排量，机油泵结构变得复杂，一方面降低了整体的可靠性，另一方面提高了成本。
59.基于上述应用场景，本技术实施例提供了一种机油压力控制系统，结构简单，且可以分别在发动机中、高转速下降低润滑系统的机油压力，从而减少了机油泵的轴功率，提高了发动机的输出功率和热效率。
60.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
61.第一方面，如图3所示，本发明实施例提供了一种机油压力控制系统，包括：机油泵体100、定子200、转子300和限压阀400；机油泵体100内设有进油腔和泵后油腔；限压阀400具有压力口401、限压阀进油口402和限压阀出油口403，限压阀400内部设有压力腔404、一级控制腔405和二级控制腔406，压力腔404通过压力口401与发动机润滑系统的主油道连通；限压阀进油口402与机油泵体100的泵后油腔连通，限压阀出油口403与发动机的油底壳连通；限压阀400具有一级限压状态和二级限压状态；当限压阀400处于一级限压状态时，一级控制腔405连通限压阀进油口402和限压阀出油口403，发动机的转速处于第一转速区间；当限压阀400处于二级限压状态时，二级控制腔406连通限压阀进油口402和限压阀出油口403，发动机的转速处于第二转速区间，第二转速区间中的最小值大于第一转速区间中的最大值。
62.上述机油压力控制系统中，机油泵体100、定子200和转子300配合给机油进行加压，限压阀400的压力口401与发动机润滑系统的主油道连通，并依据主油道的压力调节限压阀400限压状态，限压阀进油口402与机油泵体100的泵后油腔连通，限压阀出油口403与发动机的油底壳连通。随着发动机转速提高，主油道的压力上升，当发动机的转速处于第一转速区间时，限压阀400的一级控制腔405使限压阀进油口402和限压阀出油口403连通，将泵后油腔内的高压油通过一级控制腔405连通限压阀出油口403泄油至油底壳。但主油道压力仍有一定上升。当发动机的转速继续升高至第二转速区间时，伴随着主油道压力缓慢升高，限压阀400在主油道压力作用下切换至二级限压状态，限压阀400的二级控制腔406使限压阀进油口402和限压阀出油口403连通，可以将主油道压力控制在一个较为稳定的水平。其中第一转速区间可以相对的定义为中间转速，第二转速区间可以相对的定义为高转速。因此，限压阀400的两级控制腔，可以分别在发动机中、高转速下降低发动机润滑系统的机
油压力，从而减少了机油泵的轴功率，提高了发动机的输出功率和热效率。
63.在一些实施例中，限压阀400处于一级限压状态，当限压阀进油口402的开度为100％时，限压阀出油口403的开度小于100％；当限压出油口403的开度为100％时，限压阀进油口402的开度小于100％。
64.需要说明的是，当发动机处于第一转速区间即中间转速时，一级控制腔405连通限压阀进油口402和限压阀出油口403，以将泵后油腔中的高压泄油至油底壳，实现一级限压。由于此时发动机转速不高，无需大流量泄油，故限压阀进油口402和限压阀出油口403只能打开部分开度即开度不能同时达到100％，所以虽然泄油，但主油道压力仍有一定上升，进而促使限压阀400切换至二级限压状态。
65.在一些实施例中，限压阀400处于二级限压状态，当限压阀进油口402的开度为100％时，限压阀出油口403的开度最大为100％；当限压阀出油口403的开度为100％时，限压阀进油口402的开度最大为100％。
66.需要说明的是，当发动机达到较高转速时，发动机转速处于第二转速区间，随着主油道压力继续升高，二级控制腔406连通限压阀进油口402和限压阀出油口403，以将泵后油腔中的高压泄油至油底壳，实现二级限压。由于限压阀进油口402和限压阀出油口403的开度均可达到最大即开度可同时达到100％，泄油的流通面积大，能够将主油道压力控制在一个较为稳定的水平。
67.在一些实施例中，限压阀400包括阀体410和位于阀体410内部的阀芯420和弹性复位件430；压力口401、限压阀进油口402和限压阀出油口403均设置于阀体410上；弹性复位件430一端与阀芯420连接，另一端与阀体410连接，用于始终为阀芯420提供朝向压力口401动作的作用力；阀芯420与阀体410配合形成压力腔404、一级控制腔405和二级控制腔406，压力腔404、二级控制腔406和一级控制腔405沿阀芯420背离压力口401的动作方向依次排列。
68.一种可能实现的方式中，如图3和图4所示，限压阀400包括阀体410和位于阀体410内部的阀芯420和弹性复位件430；阀芯420为三段式结构，参照图4，阀芯420包括芯轴421以及通过芯轴421连接的第一芯段422、第二芯段423和第三芯段424，其中第一芯段422和第二芯段423之间为一级控制腔405；第二芯段423和第三芯段424之间为二级控制腔406。第一芯段422远离第二芯段423一端设置有安装槽，弹性复位件430部分安装于安装槽内，可以对弹性复位件430起到导向和定位作用。如图4所示，第一芯段422的高度大于第二芯段423的高度，第二芯段423的高度大于第三芯段424的高度。弹性复位件430可以但不仅限于为弹簧。
69.在一些实施例中，限压阀出油口403远离压力口401一侧为限压阀出口下边界y1，限压阀出油口403靠近压力口401一侧为限压阀出口上边界y2；限压阀进油口402远离压力口401一侧为限压阀进口下边界y3，限压阀进油口402靠近压力口401一侧为限压阀进口上边界y4；限压阀进口下边界y3位于限压阀出口上边界y2靠近压力口401一侧。
70.一种可能实现的方式中，如图3和图5所示，限压阀出油口403位于限压阀进油口402远离压力口401一侧，即限压阀出油口403和限压阀进油口402部位于不同高度，限压阀400在一级限压状态过程中一级控制腔405可以使限压阀进油口402和限压阀出油口403只能打开部分开度，实现一级限压。
71.需要说明的是，限压阀出油口403也可以位于限压阀进油口402和压力口401之间，
只需保证一级控制腔405使得限压阀进油口402和/或限压阀出油口403打开部分开度即可。
72.一种可能实现的方式中，限压阀进油口402与泵后油腔相接，限压阀出油口403与油底壳相接，限压阀400压力腔404与发动机润滑系统主油道相接。随着发动机转速提高，主油道压力上升，主油道的机油进入限压阀400压力腔404并推动限压阀400的阀芯420移动。一种可能实现的方式中，如图5和图6所示，图5为限压阀处于完全关闭状态时的结构示意图，图5中一级控制腔405的下边界x1低于限压阀进口上边界y4，且高于限压阀进口下边界y3，即限压阀进油口402与一级控制腔405连通；一级控制腔405的下边界x1高于限压阀出口上边界y2，即限压阀出油口403与一级控制腔405不连通，此时限压阀400处于完全关闭状态。图6为一级控制腔405初开状态时的结构示意图，此处一级控制腔405初开可以理解为一级控制腔405连通限压阀进油口402和限压阀出油口403的初始时刻。图6中一级控制腔405的上边界x2略低于限压阀进口上边界y4或与限压阀进口上边界y4位于同一高度，且一级控制腔405的上边界x2高于限压阀进口下边界y3，一级控制腔405的下边界x1低于限压阀进口下边界y3，即限压阀进油口402与一级控制腔405连通；一级控制腔405的下边界x1略低于限压阀出口上边界y2，使得泵后油腔的高压油可以自一级控制腔405流出限压阀出油口403。当发动机处于中间转速时，限压阀400的阀芯420一级控制腔405使限压阀进油口402与限压阀出油口403连通，实现一级限压。
73.在一些实施例中，一级控制腔405远离压力口401一侧为一级控制腔405下边界x1，一级控制腔405靠近压力口401一侧为一级控制腔405上边界x2；
74.一级控制腔405的高度l
x1x2
满足：
75.l
x1x2
＜l
y1y4
76.其中，l
y1y4
为限压阀出口下边界y1和限压阀进口上边界y4之间的高度。
77.由于阀芯420一级控制腔405的高度l
x1x2
《l
y1y4
，限压阀进油口402和限压阀出油口403只能打开部分开度。图7为一级控制腔405流通面积最大时的结构示意图，图7中一级控制腔405的上边界x2低于限压阀进口上边界y4，且高于限压阀进口下边界y3，一级控制腔405的下边界x1低于限压阀出口上边界y2，且高于限压阀出口下边界y1，此时，限压阀进油口402的开度与限压阀出油口403的开度相同，限压阀400一级控制腔405的流通面积最大；但由于限压阀进油口402的开度与限压阀出油口403的开度均未达到100％，所以在一级限压状态下限压阀400虽然泄油，但主油道压力仍有一定上升。
78.当发动机达到较高转速时，伴随着主油道压力缓慢升高，阀芯420逐步移动，直至阀芯420的一级控制腔405关闭，此处一级控制腔405关闭可以理解为一级控制腔405不再连通限压阀进油口402和限压阀出油口403。图8为一级控制腔405关闭时的结构示意图，即一级控制腔405不再连通限压阀进油口402和限压阀出油口403的初始时刻。图8中一级控制腔405的上边界x2与限压阀进口下边界y3位于同一高度，即限压阀进油口402与一级控制腔405刚刚不能连通。限压阀400泄油停止后，主油道压力将快速升高，发动机转速的小幅升高引起阀芯420的大幅移动，直至阀芯420的二级控制腔406使限压阀进油口402与限压阀出油口403再次连通，实现二级限压。如图9所示，图9为二级控制腔406初开状态时的结构示意图，此处二级控制腔406初开可以理解为二级控制腔406连通限压阀进油口402和限压阀出油口403的初始时刻。图9中二级控制腔406下边界x3低于限压阀进口下边界y3，二级控制腔406上边界x4高于限压阀进口上边界y4，即限压阀进油口402与二级控制腔406连通；二级控
制腔406下边界x3略低于限压阀出口上边界y2，使得泵后油腔的高压油可以自二级控制腔406流出限压阀出油口403。
79.在一些实施例中，二级控制腔406远离压力口401一侧为二级控制腔下边界x3，二级控制腔406靠近压力口401一侧为二级控制腔上边界x4；
80.二级控制腔406的高度l
x3x4
满足：
81.l
x3x4
＞l
y1y4
82.其中，l
y1y4
为限压阀出口下边界y1和限压阀进口上边界y4之间的高度。
83.如图10所示，图10为二级控制腔406完全打开时的结构示意图，图10中二级控制腔下边界x3低于限压阀进口下边界y3，二级控制腔上边界x4高于限压阀进口上边界y4，即限压阀进油口402与二级控制腔406连通；二级控制腔下边界x3低于限压阀出口下边界y1，此时，限压阀进油口402和限压阀出油口403的开度均为100％。由于阀芯420的二级控制腔406的高度l
x1x2
》l
y1y4
，限压阀进油口402和限压阀出油口403的开度可以达到最大，泄油的流通面积大，能够将主油道压力控制在一个较为稳定的水平。
84.主油道机油压力随发动机转速升高的曲线图如图11所示，现有的方案中，主油道机油压力随发动机转速升高，按o-e-d-c曲线增长。而采用本发明实施例提供的机油压力控制系统，主油道机油压力随发动机转速升高，则按o-e-f-a-d-c曲线增长。在相同转速下，曲线o-e-f-a-d-c介于系统压力需求曲线o-a-b-c和曲线o-e-d-c之间。因此，本发明实施例在满足系统压力的需求前提下，降低了润滑系统压力，从而降低了机油泵的轴功率，提高了发动机输出功率和热效率。同时，本发明结构简单，可靠性高，成本较低。
85.在一些实施例中，限压阀400由完全关闭状态切换至一级控制腔405初开过程中阀芯420的位移量z1满足：
86.z1＝p1
×
a/k-z0
87.其中，p1为限压阀400一级控制腔405初开时主油道的压力值，a为限压阀400的阀体410内部截面面积，k为弹性复位件430的刚度，z0为限压阀400处于完全关闭状态下弹性复位件430的预压缩量；或者，
88.一级控制腔405的高度l
x1x2
满足：
89.l
x1x2
＝p2
×
a/k+l
y2y3
90.其中，p2为限压阀400的一级控制腔405由初开到关闭之间主油道压力的升高值，a为限压阀400的阀体410内部截面面积，k为弹性复位件430的刚度，l
y2y3
为限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值；或者，
91.一级控制腔上边界x2与二级控制腔下边界x3之间的高度l
x2x3
满足：
92.l
x2x3
＝p3
×
a/k-l
y2y3
93.其中，p3为限压阀400的一级控制腔405关闭至二级控制腔406初开之间主油道压力的升高值，a为限压阀400的阀体410内部截面面积，k为弹性复位件430的刚度，l
y2y3
为限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值；或者，
94.限压阀出口下边界y1与限压阀出口上边界y2之间的高度l
y1y2
满足：
95.l
y1y2
＝p4
×
a/k
96.其中，p4为限压阀400的二级控制腔406初开至二级控制腔406全开之间主油道压力的升高值，a为限压阀400的阀体410内部截面面积，k为弹性复位件430的刚度。
97.在一些实施例中，限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值l
y2y3
满足：
98.l
y2y3
《p3
×
a/k
99.其中，p3为限压阀400的一级控制腔405关闭至二级控制腔406初开之间主油道压力的升高值，a为限压阀400的阀体410内部截面面积，k为弹性复位件430的刚度；或者，
100.二级控制腔406的高度l
x3x4
满足：
101.l
x3x4
≥l
y1y4
102.l
y1y4
为限压阀出口下边界y1与限压阀进口上边界y4之间的高度值。
103.为了使本发明实施例提供的方案更容易理解，下面对关键结构参数的确定进行详细说明。
104.参照图5-图11，弹性复位件430以弹簧为例，限压阀400的弹簧压缩量或阀芯420位移量如下：
105.z0为阀芯420完全关闭状态下的弹簧预压缩量；z1为阀芯420的一级控制腔405初开时的阀芯420位移量；z2为阀芯420的一级控制腔405从初开到关闭之间的阀芯420位移量；z3为从阀芯420的一级控制腔405关闭到阀芯420的二级控制腔406初开之间的阀芯420位移量；z4为阀芯420的二级控制腔406从初开到全开之间的阀芯420位移量。
106.主油道压力的变化值如下：
107.p1为阀芯420的一级控制腔405初开时的主油道压力；p2为阀芯420的一级控制腔405从初开到关闭之间的主油道压力升高量；p3为从阀芯420的一级控制腔405关闭到阀芯420的二级控制腔406初开之间的主油道压力升高量；p4为阀芯420的二级控制腔406从初开到全开之间的主油道压力升高量。
108.定义限压阀400中的阀体410的内径为d，则截面积
109.定义弹簧的刚度为k
110.由限压阀400状态图“完全关闭”(图5)和“一级控制腔405初开”(图6)可知：
111.p1
×
a＝k
×
(z0+z1)
112.其中z1＝l
x1y2
113.由限压阀400状态图“一级控制腔405初开”(图6)和“一级控制腔405流通面积最大”(图7)和“一级控制腔405关闭”(图8)可知：
114.p2
×
a＝k
×
z2
115.其中z2＝l
x1x2-l
y2y3
，且前提条件满足l
x1x2-l
y2y3
≤l
y1y2
。
116.由限压阀400状态图“一级控制腔405关闭”(图8)和“二级控制腔406初开”(图9)可知：
117.p3
×
a＝k
×
z3
118.其中z3＝l
x2x3
+l
y2y3
，因此l
y2y3
《p3
×
a/k
119.由限压阀400状态图“二级控制腔406初开”(图9)和“二级控制腔406全开”(图10)可知：
120.p4
×
a＝k
×
z4
121.其中z4＝l
y1y2
，且前提条件满足l
x3x4
≥l
y1y4
122.综上所述，已知p1、p2、p3、p4、k、a、z0，可得：
123.l
x1y2
＝p1
×
a/k-z0
124.l
x1x2
＝p2
×
a/k+l
y2y3
125.l
x2x3
＝p3
×
a/k-l
y2y3
126.l
y1y2
＝p4
×
a/k
127.且满足：
128.l
y2y3
《p3
×
a/k
129.l
x3x4
≥l
y1y4
130.另外，l
y2y3
≥l
x1x2-l
y1y2
＝p2
×
a/k+l
y2y3-p4
×
a/k，即p4≥p2
131.本发明实施例提供的机油压力控制系统中限压阀400的阀芯420上有两级控制腔，从而分别在发动机中、高转速下降低了润滑系统的机油压力，从而减少了机油泵的轴功率，提高了发动机的输出功率和热效率。并且通过发动机主油道压力的控制目标p1、p2、p3、p4，限压阀400的结构参数k、a、z0，可以推导机油压力控制系统的关键设计参数。
132.第二方面，本发明还提供一种发动机，包括发动机润滑系统以及如第一方面中任一项的机油压力控制系统；发动机润滑系统包括油底壳以及主油道；油底壳与机油压力控制系统中的限压阀出油口403连通，主油道与机油压力控制系统中的压力口401连通。
133.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种机油压力控制系统，其特征在于，包括：机油泵体、定子、转子和限压阀；所述机油泵体内设有进油腔和泵后油腔；所述限压阀具有压力口、限压阀进油口和限压阀出油口，所述限压阀内部设有压力腔、一级控制腔和二级控制腔，所述压力腔通过所述压力口与发动机润滑系统的主油道连通；所述限压阀进油口与所述机油泵体的泵后油腔连通，所述限压阀出油口与发动机的油底壳连通；所述限压阀具有一级限压状态和二级限压状态；当所述限压阀处于所述一级限压状态时，所述一级控制腔连通所述限压阀进油口和所述限压阀出油口，发动机的转速处于第一转速区间；当所述限压阀处于所述二级限压状态时，所述二级控制腔连通所述限压阀进油口和所述限压阀出油口，发动机的转速处于第二转速区间，所述第二转速区间中的最小值大于所述第一转速区间中的最大值。2.根据权利要求1所述的机油压力控制系统，其特征在于，所述限压阀处于所述一级限压状态，当所述限压阀进油口的开度为100％时，所述限压阀出油口的开度小于100％；当所述限压出油口的开度为100％时，所述限压阀进油口的开度小于100％。3.根据权利要求2所述的机油压力控制系统，其特征在于，所述限压阀处于所述二级限压状态，当所述限压阀进油口的开度为100％时，所述限压阀出油口的开度最大为100％；当所述限压阀出油口的开度为100％时，所述限压阀进油口的开度最大为100％。4.根据权利要求3所述的机油压力控制系统，其特征在于，所述限压阀出油口远离所述压力口一侧为限压阀出口下边界y1，所述限压阀出油口靠近所述压力口一侧为限压阀出口上边界y2；所述限压阀进油口远离所述压力口一侧为限压阀进口下边界y3，所述限压阀进油口靠近所述压力口一侧为限压阀进口上边界y4；所述限压阀进口下边界y3位于所述限压阀出口上边界y2靠近所述压力口一侧。5.根据权利要求4所述的机油压力控制系统，其特征在于，所述一级控制腔远离所述压力口一侧为一级控制腔下边界x1，所述一级控制腔靠近所述压力口一侧为一级控制腔上边界x2；所述一级控制腔的高度l
x1x2
满足：l
x1x2
＜l
y1y4
其中，l
y1y4
为限压阀出口下边界y1和限压阀进口上边界y4之间的高度。6.根据权利要求5所述的机油压力控制系统，其特征在于，所述二级控制腔远离所述压力口一侧为二级控制腔下边界x3，所述二级控制腔靠近所述压力口一侧为二级控制腔上边界x4；所述二级控制腔的高度l
x3x4
满足：l
x3x4
＞l
y1y4
其中，l
y1y4
为限压阀出口下边界y1和限压阀进口上边界y4之间的高度。7.根据权利要求6所述的机油压力控制系统，其特征在于，所述限压阀包括阀体和位于所述阀体内部的阀芯和弹性复位件；所述压力口、所述限压阀进油口和所述限压阀出油口均设置于所述阀体上；所述弹性复位件一端与所述阀芯连接，另一端与所述阀体连接，用于始终为所述阀芯
提供朝向所述压力口动作的作用力；所述阀芯与所述阀体配合形成所述压力腔、所述一级控制腔和所述二级控制腔，所述压力腔、所述二级控制腔和所述一级控制腔沿所述阀芯背离所述压力口的动作方向依次排列。8.根据权利要求7所述的机油压力控制系统，其特征在于，所述限压阀由完全关闭状态切换至一级控制腔初开过程中阀芯的位移量z1满足：z1＝p1
×
a/k-z0其中，p1为限压阀一级控制腔初开时主油道的压力值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度，z0为限压阀处于完全关闭状态下弹性复位件的预压缩量；或者，一级控制腔的高度l
x1x2
满足：l
x1x2
＝p2
×
a/k+l
y2y3
其中，p2为限压阀一级控制腔由初开到关闭之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度，l
y2y3
为限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值；或者，一级控制腔上边界x2与二级控制腔下边界x3之间的高度l
x2x3
满足：l
x2x3
＝p3
×
a/k-l
y2y3
其中，p3为限压阀一级控制腔关闭至二级控制腔初开之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度，l
y2y3
为限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值；或者，限压阀出口下边界y1与限压阀出口上边界y2之间的高度l
y1y2
满足：l
y1y2
＝p4
×
a/k其中，p4为限压阀二级控制腔初开至二级控制腔全开之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度。9.根据权利要求7所述的机油压力控制系统，其特征在于，限压阀出口上边界y2与限压阀进口下边界y3之间的高度值l
y2y3
满足：l
y2y3
<p3
×
a/k其中，p3为限压阀一级控制腔关闭至二级控制腔初开之间主油道压力的升高值，a为限压阀阀体内部截面面积，k为弹性复位件的刚度；或者，二级控制腔的高度l
x3x4
满足：l
x3x4
≥l
y1y4
l
y1y4
为限压阀出口下边界y1与限压阀进口上边界y4之间的高度值。10.一种发动机，其特征在于，包括发动机润滑系统以及如权利要求1-9中任一项所述的机油压力控制系统；所述发动机润滑系统包括油底壳以及主油道；所述油底壳与所述机油压力控制系统中的限压阀出油口连通，所述主油道与所述机油压力控制系统中的压力口连通。

技术总结
本发明公开一种机油压力控制系统及发动机。机油泵体、定子和转子配合给机油进行加压，限压阀的压力口与发动机润滑系统的主油道连通，并依据主油道的压力调节限压阀限压状态，限压阀进油口与机油泵体的泵后油腔连通，限压阀出油口与发动机的油底壳连通。随着发动机转速提高，主油道的压力上升，当发动机的转速处于第一转速区间时，限压阀的一级控制腔使限压阀进油口和限压阀出油口连通，将泵后油腔内的高压油通过一级控制腔连通限压阀出油口泄油至油底壳。当发动机的转速继续升高至第二转速区间时，限压阀在主油道压力作用下切换至二级限压状态，限压阀的二级控制腔使限压阀进油口和限压阀出油口连通，将主油道压力控制在一个较为稳定的水平。较为稳定的水平。较为稳定的水平。


技术研发人员：李超 董朵 薄琳
受保护的技术使用者：潍柴动力股份有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/6