奥迪发动机容积可调式机油泵的构造与工作原理

文/湖北 李丹

汽车的发动机由很多运动部件组成，例如活塞、气门和曲轴等。在发动机运转过程中，这些部件在比较小的间隙下作高速运动，部件间的摩擦会导致磨损，且产生较高的温度。为了降低发动机磨损，应将部件之间的摩擦降到最低；并且在满足相对运动部件密封的同时，为发动机其它部件降温。这些要求，可以通过润滑系统来实现。

汽油发动机润滑系统的作用是润滑、冷却、密封、清洗、防锈。在汽车发动机润滑系统中，机油泵的作用是将缸体内的机油以一定压力送出。因此，机油泵必须有比较高的输送量和足够的压力，才能对发动机内所有运动部件进行安全润滑。

在奥迪新一代的3.0 TDI发动机中，采用了容积可调式机油泵(即可变排量的机油泵)。该机油泵的特点是可以根据发动机的转速调整机油泵的供油量，从而降低机油泵对发动机的功率消耗。使用该泵后，机油泵对发动机的功率消耗降低了30%。该机油泵是在普通叶片式机油泵的基础上发展而来的，本文将详细介绍这种机油泵的构造和工作原理。

一、普通叶片式机油泵

容积可调式机油泵是在普通叶片式机油泵的基础上发展而来的，所以在了解该泵之前有必要简要回顾一下普通叶片式机油泵的构造与工作原理。普通叶片式机油泵的构造如图1所示。

如图1所示，定子(俗称钢套)具有圆柱形内表面，叶片装在转子的槽中，并可以在槽内做径向滑动。当转子旋转时，叶片就会由于离心力的作用向转子外侧甩出，紧靠在定子内壁上。这样，在定子、转子、叶片之间就形成了若干个密封的工作空间。当转子按逆时针方向旋转时，在图1左侧，叶片伸出，叶片间的工作容积逐渐增大，形成进油腔，从而使机油被吸入；在图1右侧，叶片被定子逐渐压入槽内，叶片间的工作容积逐渐减小，形成出油腔，从而使机油被压出。这样，叶片泵每旋转一圈就完成一次进油和出油。在进油腔和出油腔之间，通过叶片、定子、转子之间的接触保证密封。

二、容积可调式机油泵

容积可调式机油泵安装在油缸中，曲轴通过链条驱动机油泵工作(机油泵的驱动形式如图2所示，实物图如图3所示)。

容积可调式机油泵的构造如图4所示，该机油泵与普通叶片式机油泵的主要区别就是，容积可调式机油泵具有一个调节环，这个调节环可以沿泵的轴线做小角度旋转运动；调节环的旋转通过配流面1、配流面2上加载的机油压力和控制弹簧的力来控制；发动机控制单元通过电磁阀N428(位置如图5所示)来控制配流面上的机油压力。

1.电磁阀N428的工作原理

机油泵的泵油量是通过主油道内的机油压力进行调节的，为此，需要从主油道分流一部分机油，这部分机油经调节管路和机油泵调节阀N428被送至机油泵。机油泵调节阀N428是一个电控液压3/2换向阀(构造如图6所示)，它由发动机控制单元以电控方式来操纵，该阀处于缸体内机油冷却器的上方。

在该阀内，一方面将分流过来的机油直接输送到机油泵，另一方面还能通过切换来打开另一个通向机油泵的机油管路。

从主油道分流过来的这部分机油的压力作用到机油泵内的调节环上，这个调节环有两个受力面(称为配流面)。其中一个配流面上总是直接作用着分流过来的这部分机油的压力；另一个配流面可以通过N428切换来的管路来加载机油压力。调节弹簧的作用力方向与作用在调节活塞上的机油压力方向是相反的。

N428在无电流时与发动机控制单元接地点断开，于是第二条调节管路就被关闭了，这时机油压力就作用在一个配流面上。调节弹簧的作用力推动调节环移动，这个移动使得相对于转子的偏心率变大了。于是机油室容积变大，泵的供油能力就提高了。

N428有电流时，发动机控制单元接地点接通，于是第二条调节管路被打开，机油压力这时作用到调节环的两个配流面上。于是，有效作用力就大于调节弹簧的作用力，调节环开始移动，这个移动使转子的偏心率减小，于是机油室容积就减小，泵的供油能力相应减小。

2.发动机转速传感器G28

发动机转速传感器G28是控制机油泵排量的重要信号，该传感器为电磁感应式，一般奥迪车的这个传感器都安装在缸体一侧靠近飞轮的位置(如图7箭头所示)。这个传感器由一个磁铁芯和绕在磁铁上的线圈组成，并且与一个脉冲轮(安装在飞轮上，如图8所示)组合在一起作为传感器。当脉冲轮转动时，传感器就会输出与转速成正比的感应电压信号。

脉冲轮在圆周方向共有57个小缺口和一个大缺口，而一个大缺口的宽度相当于3个小缺口，这就是说，一个脉冲轮相当于有60个小缺口。当脉冲轮旋转时，脉冲轮的缺口将会对磁铁的磁场产生影响(即切割磁力线)，从而使传感器线圈所受到的磁场发生变化，变化的磁场使线圈产生感应电压，该电压值与脉冲轮的转速(即发动机的转速)成正比。而当大缺口出现后(即对准传感器时候)，这时的活塞达到上止点，所以这个位置可以作为点火提前角的基准信号。

当车辆起动时，G28传感器向发动机控制单元输出交变电压信号，这个交变电压信号可以通过脉冲轮的大缺口数量来反映转速。如一个大缺口的脉冲反映了曲轴转动一圈，而小缺口则反映了转角。当电脑接收到G28输出的转速和转角信号，它将根据转速和转角控制油路工作和控制点火提前角点火。

3.机油泵的油压调节

机油泵的油压调节过程如下：在发动机以低转速运行时，发动机控制单元将已加电(15号线)的电磁阀N428接地，从而打开第2个配流面所控制的机油道。现在，两股机油流(压力是相同的)就作用在两个配流面上，由此产生的力就大于控制弹簧的力了，这使得调节环发生逆时针摆动。调节环摆到叶片泵的中心位置，减小了叶片之间的供油腔，从而减少机油泵的泵油量(如图9所示)。

当发动机转速超过2500r/min或者发动机扭矩超过300Nm(全负荷加速)时，发动机控制单元J623会将电磁阀N428的接地断开，于是配流面2的机油通道就被关闭了。这时,作用着的机油压力就只加到配流面1上，由此产生的力就小于控制弹簧的力，控制弹簧使得调节环绕着支座顺时针摆动。于是调节环摆离中心位置，因此叶片之间的供油腔就增大了。叶片之间的供油腔增大，机油泵的泵油量也随之增大(如图10所示)。

综上所述，根据发动机机负荷、发动机转速、机油温度以及其它运行参数来转换机油泵的低压力工作状态，这样就可以降低机油泵所消耗的驱动功率。