CN100507226C - 曲轴箱排气系统 - Google Patents

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Abstract

一曲轴箱排气系统可包括一第一废气流动路径，其构造成允许主废气流从内燃机的燃烧室流出，且一颗粒收集器设置在第一废气流动路径内。该系统还可包括一第二废气流动路径，其构造成能使曲轴箱气体从内燃机的曲轴箱流出，并在位于颗粒收集器下游的第一废气流动路径内的一点处，将曲轴箱气体融合于主废气中。

Description

曲轴箱排气系统
技术领域
本发明涉及内燃机的排气系统，具体来说，涉及内燃机的曲轴箱排气系统。
背景技术
在包括柴油机和汽油机在内的内燃机中，燃料和空气混合物在燃烧缸内燃烧。燃烧缸内往复运动的活塞通过气缸下方的曲轴箱内的曲轴的作用而在上死点位置和下死点位置之间移动。当各活塞朝向其上死点位置移动时，活塞压缩燃烧室内活塞上方的燃料和空气混合物。被压缩的混合物燃烧和膨胀，驱动活塞向下朝向其下死点位置。
气缸内的燃烧释放出能量，并产生燃烧产物和副产物，在燃烧循环的排气阶段的过程中，它们大部分从气缸排放到内燃机的排气系统中。然而，由于某些燃烧产物围绕活塞窜漏密封环，这些燃烧产物进入到曲轴箱内，因此称之为“窜漏气体”，或简单称之为“窜漏”。窜漏气体包含通常存在于废气中的污染物，例如，碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、NOx、烟灰和未燃烧或部分燃烧的燃料。此外，因为曲轴箱部分地填充高温下搅动的润滑油，所以，窜漏气体也可包含油滴和油蒸气。
当窜漏气体形成在曲轴箱内时，它们必须排气以释放曲轴箱内的压力。某些系统将窜漏气体直接排放到大气中。然而，窜漏气体中的污染物对环境有害。因此，在大部分操作条件下(如果不是全部的话)，排放问题致使很少选择直接向大气排放。
已经研制出通常的吸气的内燃机，其将曲轴箱气体返回到内燃机的入口，当它流入燃烧过程中污染物大部分燃烧或氧化掉的燃烧室内时，它们与燃料和空气混合物进行混合。然而，在带有强制吸气的内燃机中，曲轴箱气体返回到增压器或涡轮增压器内的压缩机的吸气侧会导致压缩机轮在相当短时间内结垢。因此，曲轴箱气体在返回到增压器或涡轮增压器的内燃机的入口之前必须进行充分的净化。此外，即使采用充分的净化，某些程度的污染物仍可存在，它们对于增压器或涡轮增压器或各种内燃机部件会是十分有害。
已经研制出各种系统用于强制吸气的内燃机，它们在净化过程之后将曲轴箱气体排放到大气中，而不是引入回到内燃机内作进一步燃烧，而可能对增压器或涡轮增压器内造成结垢或其它方式抑制其性能。例如，2004年2月17日授予Liang等人的美国专利No.6,691,687(“Liang”)介绍一种曲轴箱窜漏过滤系统。在Liang的系统中，曲轴箱气体用颗粒和油滴过滤器进行净化。这些气体通过内燃机排出的某些主废气进行附加的加热，也可通过电加热元件进行加热。这些气体在释放到大气中之前还可用催化剂式烟灰过滤器进行加热。
尽管Liang的系统成功地将净化的曲轴箱气体释放到大气中，但该系统很复杂。例如，Liang的系统包括多个净化级，用于附加加热的额外结构，用于电加热元件的额外的电源，以及专用于曲轴箱气体的催化剂式过滤器。各个这些结构与主排气路径分离并添加到主排气路径上。
可以引导所揭示的控制系统来改进和简化以上阐述的系统。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一曲轴箱排气系统。该系统可包括一第一废气流动路径，其构造成允许主废气流从内燃机的燃烧室流出，且一颗粒收集器设置在第一废气流动路径内。该系统还可包括一第二废气流动路径，其构造成能使曲轴箱气体从内燃机的曲轴箱流出，并在位于颗粒收集器下游的第一废气流动路径内的一点处，将曲轴箱气体融合于主废气中。
在另一方面，本发明涉及一曲轴箱排气系统，该系统可包括一第一废气流动路径，其构造成允许主废气流从内燃机的燃烧室流出。该系统包括一设置在第一废气流动路径内的颗粒收集器。该系统还可包括一第二废气流动路径，其构造成能使曲轴箱气体从内燃机的曲轴箱流出，并在位于颗粒收集器下游的第一废气流动路径内的一点处，将曲轴箱气体融合于主废气中。该系统还可包括一构造成催化曲轴箱气体的第一催化剂，以及一构造成催化主废气的第二催化剂。此外，第一催化剂可以被加热。
在另一方面，本发明涉及一曲轴箱排气的方法。该方法可包括从内燃机的曲轴箱排出曲轴箱气体，并沿第一导管引导曲轴箱气体离开曲轴箱。从内燃机的一个或多个燃烧室排出的气体可以被排出并沿第二导管引导离开一个或多个燃烧室。颗粒可用颗粒收集器从废气中过滤掉，曲轴箱气体可在颗粒收集器的下游的一点处与过滤的废气融合。
附图的简要说明
图1是根据一示范的公开实施例的曲轴箱排气系统的示意图；以及
图2是根据另一示范的公开实施例的曲轴箱排气系统的示意图。
具体实施方式
现将详细参照诸附图。在全部的附图中相同标号将总是表示相同或类似的零件。
图1示出一示范的曲轴箱排气(CCV)系统10。CCV系统10可包括一内燃机12。内燃机12可包括燃烧缸14，并可具有附连到其上的进气和排气部件，例如，一空气吸气口16、一进气集管18、一排气集管20、一主排气导管22，以及一CCV导管24。
内燃机12可以是任何类型的内燃机。例如，内燃机12可以是汽油机或柴油机。此外，内燃机12可以是自然吸气或可包括诸如涡轮增压器或增压器之类的强制吸气。
CCV系统10可包括一个或多个废气处理装置，以减少从内燃机12中排放的废气。尤其是，CCV系统10可包括一颗粒收集器26和一废气再循环(EGR)系统28，它可包括一EGR导管30和一EGR冷却器32。
颗粒收集器26可以是任何类型的废气过滤器，其构造来从废气中移去颗粒物质，例如，烟灰和/或灰尘。例如，颗粒收集器26可以是一网格、筛网等。
颗粒收集器26还可以是催化剂式。或者，与颗粒收集器26分离的催化剂单元可被包括来催化流过主废气导管22的气体。用于催化式颗粒收集器26或分离的催化式单元的催化剂可以是以氧化的催化剂，例如，柴油氧化催化剂，其构造成移去(即，氧化)诸如碳氢化合物(HC)和/或一氧化碳(CO)之类的污染物。或者，还可包括一还原催化剂来移去(即，还原)诸如NOx的污染物。
CCV导管24可以构造成引导从内燃机12的曲轴箱排出的曲轴箱气体(CCV气体)流动到主废气导管22内，其中，CCV气体可与主废气导管22内的主废气融合。CCV气体可在颗粒收集器26下游的一位置处与主废气融合。因为颗粒收集器26下游的主废气导管22内的废气压力可以低于内燃机12的曲轴箱内的压力，所以，CCV气体可无需泵的帮助从曲轴箱流动到主废气导管22。
CCV气体可在排出到大气中之前被催化。例如，CCV系统10可包括一单独的CCV催化单元34，它可在释放到主废气导管22内的废气流中之前催化CCV气体。用于一CCV催化单元34的催化剂可以是一氧化催化剂，其构造成移去(即，氧化)诸如碳氢化合物(HC)和/或一氧化碳(CO)之类的污染物。或者，还可包括一还原催化剂来移去(即，还原)诸如NOx的污染物。此外，CCV催化单元34可构造成移去溶解的有机馏份(SOF)，它主要是内燃机油。
因为CCV气体可以低于所要求的温度，以便将CCV催化单元34保持在一要求的操作温度上(例如，至少约为150摄氏度)，所以，CCV系统10可构造成对CCV催化单元34提供附加的加热。例如，CCV催化单元34可以用主废气的热量进行额外的加热。在一示范的实施例中，CCV催化单元34可容纳在主废气导管22内(如图1所示)。通过将CCV催化单元34容纳在主废气导管22内，至少某些热量可从主废气导管22内的废气中传输到CCV催化单元34。在该实施例中，CCV催化单元34可保持在理想的操作温度以上，而无需使用外界的加热装置(例如，电加热元件)。在一类似的结构中，CCV催化单元34可邻近主废气导管22设置，以使热量从主废气传输到CCV催化单元34。
或者，CCV催化单元34可以远离主废气导管22定位。在此结构中，可以包括一加热装置36以将CCV催化单元34保持在一理想的操作温度下。加热装置36可以是任何类型的加热装置，例如，包括电加热元件、燃烧器等。此外，加热装置36可以与CCV催化单元34一体形成，或不一体形成。
代替加热装置36或添加到加热装置36，CCV系统10可包括一泵40用来压缩CCV气体。压缩的CCV气体将提高其温度，因此，至少部分地执行加热装置36的功能。压缩的CCV气体可被保持在一腔室42内并以控制的速率释放到CCV催化单元34。
EGR系统28可从主废气导管22抽取主废气并将其引导回到空气入口16，那里它们可重新引导到内燃机12的燃烧室内。通过再次经受燃烧过程，更多的污染物可被移去，由此，进一步降低排放。因此，所揭示的EGR系统也可称之为清洁废气吸入(CEI)。
再者，因为废气通常具有高的温度，所以，EGR系统28可包括一EGR冷却器32，以便避免因较热气体中低的氧量引起性能的丧失。EGR冷却器32可以任何传统的方式将EGR气体冷却到较低的温度，由此提高密度。较高密度的气体具有较高水平的所有气体成分，以及由此的较多的氧量，其可提高内燃机12的特性。
此外，EGR气体在再循环之前应尽可能地清洁，以避免损害EGR冷却器32和各种内燃机部件。因此，EGR导管30可从颗粒收集器26的下游位置抽取气体，而任何的催化单元不与其一体形成。这样，可减少重新引入到内燃机12的颗粒量。再者，EGR导管30可从CCV气体与主废气导管22内的主废气融合的点的上游位置抽取气体。这可避免来自CCV气体的额外的污染物再次进行循环。
图2示出一示范的实施例，其中，主废气和CCV气体可用同样的催化单元进行催化。如图2所示，催化单元38可定位在CCV气体与主废气融合的位置的下游。EGR导管30可从催化单元38的下游的主废气导管22中抽取气体，以便确保EGR气体尽可能地清洁。
工业应用
所揭示的曲轴箱排气系统可用于任何类型的内燃机，以降低对环境的总的排放，同时，延长内燃机和排气系统部件的寿命。通过将CCV气体引导到主废气导管22，而不是到空气入口16或颗粒收集器26的上游，可延长内燃机部件的使用寿命，尤其是，作为内燃机吸入系统的部分的任何的涡流增压器或增压器的寿命。再者，通过引导CCV气体到颗粒收集器26的下游，可延长颗粒收集器26的使用寿命。此外，如果在一时间内CCV气体引导到颗粒收集器26的上游，则CCV气体内的污染物，尤其是油蒸气和油滴会阻塞颗粒收集器26或使其变得低效。
此外，通过引导CCV气体到颗粒收集器26的下游，可延长颗粒收集器26的灰尘保养间隔。内燃机油(尤其是柴油机)可包含小量的灰尘，其可用来提高油的润滑性。该灰可存在于废气中。因为某些废气窜漏到曲轴箱内，所以，来自曲轴箱的CCV气体也可包含某些这样的灰尘。然而，该灰尘仅可以非常小量存在于CCV气体中，它们在传统的排放试验中基本上不可测量。但是如果CCV气体被引导到颗粒收集器的上游的主废气内，则在许多英里的运行中(例如，250,000英里)该灰可积累在颗粒收集器上。因此，通过引导CCV气体到颗粒收集器26的下游，所揭示的系统可避免起作用于灰累积在颗粒收集器26上，不明显地增加内燃机12的总的排放。因此，通过避免附加的灰的累积，颗粒收集器26可不需频繁地进行清洁。
此外，因为CCV气体可引导到压力相对低的颗粒收集器26的下游，所以，不需泵来将气体从曲轴箱运输到主废气导管22。当CCV气体被引导到颗粒过滤器的上游时，可需要一泵，因为颗粒过滤器在主废气中可形成回压，它可高于曲轴箱内的压力。
本技术领域内的技术人员将会认识到，在不脱离本发明范围的前提下，所述的曲轴箱排气系统可以作出各种修改和变化。在考虑本说明书和实践这里所揭示的本发明之后，本技术领域内的技术人员显然会想到本发明的其它实施例。本说明书和其所述的实例的意图只是举例而已，本发明的真正范围由下面的权利要求书和其等价物予以指明。

Claims (4)

1.一种曲轴箱排气系统，该系统包括：
一第一废气流动路径，构造成允许主废气流从内燃机的燃烧室流出；
一颗粒收集器，设置在第一废气流动路径内；
一第二废气流动路径，构造成能使曲轴箱气体从内燃机的曲轴箱流出，并将曲轴箱气体融合于主废气中；
位于主废气路径内的催化单元，构造成能对曲轴箱气体和主废气进行催化；以及
废气再循环系统，构造成在所述催化单元下游的位置抽取废气并将其引导回到发动机的空气入口。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述废气再循环系统包括废气再循环冷却器，该废气再循环冷却器构造成用来降低被引导到发动机空气入口的废气的温度。
3.一种曲轴箱排气的方法，该方法包括：
从内燃机的曲轴箱排出曲轴箱气体；
沿第一导管引导曲轴箱气体离开曲轴箱；
从内燃机的一个或多个燃烧室排出废气；
沿第二导管引导废气离开一个或多个燃烧室；
用颗粒收集器从废气中过滤掉颗粒；
使曲轴箱气体与过滤后的废气融合；
利用位于第二导管的路径内的催化单元对废气和曲轴箱气体进行催化；以及
从第二导管的位于催化单元下游的位置抽取一部分气体，并将所抽取的气体引导回到发动机的空气入口。
4.如权利要求3所述的曲轴箱排气的方法，该方法还包括：对被引导到发动机入口的废气进行冷却。
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