奧迪發動機容積可調式機油泵的構造與工作原理

文/湖北 李丹

汽車的發動機由很多運動部件組成，例如活塞、氣門和曲軸等。在發動機運轉過程中，這些部件在比較小的間隙下作高速運動，部件間的摩擦會導致磨損，且產生較高的溫度。為了降低發動機磨損，應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，為發動機其它部件降溫。這些要求，可以通過潤滑系統來實現。

汽油發動機潤滑系統的作用是潤滑、冷卻、密封、清洗、防銹。在汽車發動機潤滑系統中，機油泵的作用是將缸體內的機油以一定壓力送出。因此，機油泵必須有比較高的輸送量和足夠的壓力，才能對發動機內所有運動部件進行安全潤滑。

在奧迪新一代的3.0 TDI發動機中，采用了容積可調式機油泵(即可變排量的機油泵)。該機油泵的特點是可以根據發動機的轉速調整機油泵的供油量，從而降低機油泵對發動機的功率消耗。使用該泵后，機油泵對發動機的功率消耗降低了30%。該機油泵是在普通葉片式機油泵的基礎上發展而來的，本文將詳細介紹這種機油泵的構造和工作原理。

一、普通葉片式機油泵

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

如圖1所示，定子(俗稱鋼套)具有圓柱形內表面，葉片裝在轉子的槽中，并可以在槽內做徑向滑動。當轉子旋轉時，葉片就會由于離心力的作用向轉子外側甩出，緊靠在定子內壁上。這樣，在定子、轉子、葉片之間就形成了若干個密封的工作空間。當轉子按逆時針方向旋轉時，在圖1左側，葉片伸出，葉片間的工作容積逐漸增大，形成進油腔，從而使機油被吸入；在圖1右側，葉片被定子逐漸壓入槽內，葉片間的工作容積逐漸減小，形成出油腔，從而使機油被壓出。這樣，葉片泵每旋轉一圈就完成一次進油和出油。在進油腔和出油腔之間，通過葉片、定子、轉子之間的接觸保證密封。

二、容積可調式機油泵

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

容積可調式機油泵的構造如圖4所示，該機油泵與普通葉片式機油泵的主要區別就是，容積可調式機油泵具有一個調節環，這個調節環可以沿泵的軸線做小角度旋轉運動；調節環的旋轉通過配流面1、配流面2上加載的機油壓力和控制彈簧的力來控制；發動機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油壓力。

1.電磁閥N428的工作原理

機油泵的泵油量是通過主油道內的機油壓力進行調節的，為此，需要從主油道分流一部分機油，這部分機油經調節管路和機油泵調節閥N428被送至機油泵。機油泵調節閥N428是一個電控液壓3/2換向閥(構造如圖6所示)，它由發動機控制單元以電控方式來操縱，該閥處于缸體內機油冷卻器的上方。

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

從主油道分流過來的這部分機油的壓力作用到機油泵內的調節環上，這個調節環有兩個受力面(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油壓力。調節彈簧的作用力方向與作用在調節活塞上的機油壓力方向是相反的。

N428在無電流時與發動機控制單元接地點斷開，于是第二條調節管路就被關閉了，這時機油壓力就作用在一個配流面上。調節彈簧的作用力推動調節環移動，這個移動使得相對于轉子的偏心率變大了。于是機油室容積變大，泵的供油能力就提高了。

N428有電流時，發動機控制單元接地點接通，于是第二條調節管路被打開，機油壓力這時作用到調節環的兩個配流面上。于是，有效作用力就大于調節彈簧的作用力，調節環開始移動，這個移動使轉子的偏心率減小，于是機油室容積就減小，泵的供油能力相應減小。

2.發動機轉速傳感器G28

發動機轉速傳感器G28是控制機油泵排量的重要信號，該傳感器為電磁感應式，一般奧迪車的這個傳感器都安裝在缸體一側靠近飛輪的位置(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。當脈沖輪轉動時，傳感器就會輸出與轉速成正比的感應電壓信號。

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于3個小缺口，這就是說，一個脈沖輪相當于有60個小缺口。當脈沖輪旋轉時，脈沖輪的缺口將會對磁鐵的磁場產生影響(即切割磁力線)，從而使傳感器線圈所受到的磁場發生變化，變化的磁場使線圈產生感應電壓，該電壓值與脈沖輪的轉速(即發動機的轉速)成正比。而當大缺口出現后(即對準傳感器時候)，這時的活塞達到上止點，所以這個位置可以作為點火提前角的基準信號。

當車輛起動時，G28傳感器向發動機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量來反映轉速。如一個大缺口的脈沖反映了曲軸轉動一圈，而小缺口則反映了轉角。當電腦接收到G28輸出的轉速和轉角信號，它將根據轉速和轉角控制油路工作和控制點火提前角點火。

3.機油泵的油壓調節

機油泵的油壓調節過程如下：在發動機以低轉速運行時，發動機控制單元將已加電(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油道。現在，兩股機油流(壓力是相同的)就作用在兩個配流面上，由此產生的力就大于控制彈簧的力了，這使得調節環發生逆時針擺動。調節環擺到葉片泵的中心位置，減小了葉片之間的供油腔，從而減少機油泵的泵油量(如圖9所示)。

當發動機轉速超過2500r/min或者發動機扭矩超過300Nm(全負荷加速)時，發動機控制單元J623會將電磁閥N428的接地斷開，于是配流面2的機油通道就被關閉了。這時,作用著的機油壓力就只加到配流面1上，由此產生的力就小于控制彈簧的力，控制彈簧使得調節環繞著支座順時針擺動。于是調節環擺離中心位置，因此葉片之間的供油腔就增大了。葉片之間的供油腔增大，機油泵的泵油量也隨之增大(如圖10所示)。

綜上所述，根據發動機機負荷、發動機轉速、機油溫度以及其它運行參數來轉換機油泵的低壓力工作狀態，這樣就可以降低機油泵所消耗的驅動功率。