CN101498234A - 内燃机曲轴箱呼吸装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机曲轴箱呼吸装置。在壳体之中具有用于过滤油滴的迷宫腔，以及与迷宫腔连通的呼吸腔，呼吸腔通过呼吸部件连接气体排出的通风管；呼吸部件为包含有呼吸薄膜、中心管、弹簧及弹簧座板的呼吸阀；呼吸薄膜带有弹性裙边，中部有平衡孔，底面设有中心管端面相对应的凸起；呼吸薄膜和盖罩间构成平衡腔并设有弹簧和弹簧座板。当呼吸薄膜内侧气体综合压力大于外侧压力及弹簧预紧力时，呼吸薄膜抬起开启呼吸阀通风。本发明利用进气管内脉动压力控制呼吸阀的间歇开闭、各腔间截面积剧烈变化导致气流速度变化以及迷宫通道的三重除油效果，有效降低了曲轴箱排出气体的含油量，保证了曲轴箱内获得负压，特别适用于多缸内燃机。

Description

内燃机曲轴箱呼吸装置

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种用于内燃机的曲轴箱呼吸或通风装置。

背景技术

众所周知，内燃机工作时燃料在燃烧室中燃烧，在气缸中形成高压气体从而推动活塞运动，进而通过连杆驱动曲轴旋转。

由于气缸和活塞、活塞环之间存在着泄漏缝隙，上述带有燃烧产物的高压气体不可避免地会通过该缝隙少量进入曲轴箱以及与之互通的齿轮室、缸头罩、推杆室等腔体内(以下统称曲轴箱)，引起曲轴箱中气体压力升高。不但破坏曲轴箱各盖罩结合面和油封等处的密封，导致机油渗漏污染环境，而且因为早先的发动机直接通过通风管把曲轴箱和大气相通，曲轴箱排出的废气还会污染环境。因此必须设置使曲轴箱与大气相通，可及时释放曲轴箱中的压力气体的机构，或者把释放的曲轴箱气体通入进气管导入汽缸燃烧掉；通常称之为曲轴箱通风。

由于内燃机工作时，曲轴箱内气体和润滑油雾相混合，在上述释放曲轴箱气体的过程中，机油往往会被同时排出，这不但会加大机油的损耗，造成污染，即使将其通过进气管进入气缸烧掉，也会因为机油不易完全燃烧，产生未燃碳氢化合物而恶化内燃机的排放质量，同样对大气造成污染，因此曲轴箱通风时必须实现油气分离。

图1所示为现有技术中一种典型的多缸内燃机曲轴箱通风装置的结构示意图。

该内燃机曲轴箱呼吸装置包括上盖11、本体12、下盖13，以及钢丝绒滤芯15、隔板14和挡板16。高压气体首先通过上述钢丝绒滤芯15，其所携带的油滴被钢丝绒滤芯15吸附过滤；去除了油滴的气体再排入大气或通过通风管17引入内燃机气缸燃烧。由于该装置在连续运转过程中，钢丝绒滤芯15上吸附的机油越来越多直至充满机油，最终这些机油还是跟着曲轴箱气体的流出而排入大气或进入内燃机气缸内燃烧产生污染。

在现有的单缸内燃机中，利用其只有一个气缸，活塞往复运动造成曲轴箱容积的周期变化，导致曲轴箱内压力脉动剧烈的特点，可采用增加一个浮球式或簧片式单向阀的通风结构，使曲轴箱内气体排向大气，且只出不进以造成负压，形成所谓的呼吸器。但由于浮球式呼吸器的浮球通常只能垂直放置，高度方向上占用空间较大，布置不方便，且其在内燃机停机时曲轴箱内油气的蒸发很容易吹起浮球导致油气泄漏。而簧片式呼吸器因簧片与簧片座之间接触面积大，粘上机油后常分离不清，通风不畅，而且簧片易变形，闭合效果差，经常失效。更为严重的是这些呼吸器或呼吸系统，只把曲轴箱气体直接排入大气，造成大气污染和呼吸器出口机油流挂，这就是现有单缸发动机使用场合地面油迹斑斑的原因。并且，对于多缸内燃机，由于其曲轴箱内的压力较为平稳，无法产生使浮球式或簧片式单向阀启闭的脉动压力，使得现有的浮球式或簧片式单向阀通风装置难以在多缸内燃机中应用。

随着国内外环境保护的要求快速提高，近年来各国已把内燃机废气排放污染物控制范围扩大到气体蒸发排放，曲轴箱排气污染也列入蒸发排放范畴，所以研究可高效分离机油的曲轴箱通风或呼吸装置，特别是多缸内燃机的曲轴箱通风或呼吸装置已是刻不容缓的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种内燃机曲轴箱呼吸装置，可以有效降低所排曲轴箱气体中机油含量，并保持曲轴箱内负压，从而降低机油消耗量和污染物排放。

为解决上述技术问题，本发明提供一种内燃机曲轴箱呼吸装置，包括壳体，壳体之中具有用于过滤油滴的迷宫腔，以及与迷宫腔连通的呼吸腔，呼吸腔通过呼吸部件连接气体排出的通风管；

所述呼吸部件为包含有呼吸薄膜、中心管、弹簧及弹簧座板的呼吸阀；所述呼吸薄膜采用耐油橡胶材料或非橡胶的柔性高分子材料，该呼吸薄膜的为圆形平板，平板的中心有一小平衡孔，平板的底面设有凸起的环形筋；呼吸薄膜的周边设有圆环状曲面的弹性裙边；中心管悬空设置在所述壳体顶部的凸台中孔内，中心管周边与凸台中孔之间有筋条连成一体，筋条之间形成漏空孔，中心管的进口端面与呼吸薄膜中部底面的环形筋相对应，中心管还与通风管连接；呼吸薄膜的裙边外侧压装于壳体凸台端面和盖罩之间，盖罩与呼吸薄膜之间构成平衡腔，平衡腔内还设有压缩弹簧和弹簧座板，弹簧座板安装在呼吸薄膜和弹簧之间；

所述迷宫腔和呼吸腔由侧壁和底板以及前述壳体凸台的下半部构成，所述的侧壁大部围成封闭的呼吸腔轮廓，另有小部形成直角迂回布置的迷宫腔通道，迷宫通道的起点和终点分别与曲轴箱和呼吸腔相连，呼吸腔与迷宫通道的横截面积比大于5；

所述呼吸薄膜的圆环状曲面裙边内侧表面承受呼吸腔中曲轴箱气体压力，中部环形筋内侧面承受中心管和通风管传递的发动机进气管内气体压力，呼吸薄膜的裙边外侧表面承受平衡腔内通过小平衡孔传递的进气管压力，其心部还承受弹簧座板传递的弹簧预紧压力；

当呼吸薄膜的外侧表面所承受的各作用力的合力大于其内侧表面所受各气体压力的合力时，呼吸薄膜的环形筋压向中心管的进口端面，所述的呼吸阀关闭；当呼吸薄膜外侧表面所受合力小于内侧表面所受合力时，呼吸薄膜的环形筋抬离中心管进口端面，呼吸阀开启，发动机曲轴箱(包括与之连通的缸盖罩和推杆室)内的气体通过迷宫腔除油后，经呼吸阀口的通风管流入发动机进气管。

特别地，所述呼吸薄膜的心部平板外侧平面上设有定位限位柱，该定位限位柱穿过弹簧座板上对应位置的通孔；在呼吸薄膜闭合状态下，定位限位柱的端点距所述盖罩内平面形成1～1.5mm间隙，从而使呼吸薄膜开启时的升起高度限制在上述设定的间隙内。

进一步地，所述呼吸薄膜的顶部具有至少三个限位定位柱。

更进一步的，所述弹簧座板，采用小惯量的轻质金属薄板材料制成，并带有固定弹簧的卡脚。

特别地，所述的迷宫腔内的迷宫通道上设有不少于四个狭窄的通道节流口。

特别地，所述呼吸薄膜的圆环状曲面裙边的周边设有连为一体的O形圈，嵌入所述壳体的罩盖凸台端面上加工的密封槽后压紧盖罩，保持有效密封。

特别地，所述的呼吸薄膜的壁厚随直径而不同，心部壁厚1.5～3mm，圆环状曲面的裙边壁厚0.5～1mm。

本发明还提供了一种所述的内燃机曲轴箱呼吸装置方案，所述的呼吸薄膜的裙边曲面为同心波纹状的。

本发明还提供了另一种内燃机曲轴箱呼吸装置方案，所述的呼吸薄膜的弹性裙边的中部是一平板，平板的底面设有凸起的锥台，锥台的锥面与中心管孔口配合构成所述的呼吸阀，该孔口设有与锥台锥角匹配的倒角，或者保留光滑无毛刺的棱边。

本发明的有益效果是，有效地保持了曲轴箱内负压，实现了曲轴箱内气体只出不进，并有效地降低了所排曲轴箱气体中机油含量，降低了机油消耗量和污染物的排放，特别适用于多缸内燃机的曲轴箱的通风排气。

附图说明

图1为现有技术中一种典型的内燃机曲轴箱通风装置的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的内燃机曲轴箱呼吸装置的结构示意图；

图3为图2所示内燃机曲轴箱呼吸装置的呼吸阀开启状态的示意图；

图4为图2所示内燃机曲轴箱呼吸装置的呼吸阀关闭时包括停机状态的示意图；

图5为图2所示内燃机曲轴箱呼吸装置的呼吸腔和迷宫腔轮廓形状的示意图；

图6为内燃机曲轴箱呼吸装置的另一种方案，采用同心波纹状裙边曲面的呼吸薄膜的示意图；

图7为内燃机曲轴箱呼吸装置的又一种方案，采用锥台作为呼吸阀结构的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2和图5，图2为本发明一种具体实施方式所提供的内燃机曲轴箱呼吸装置的结构示意图，图5为图2所示内燃机曲轴箱呼吸装置的呼吸腔和迷宫腔轮廓形状的示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的内燃机曲轴箱呼吸装置包括壳体21，壳体21的侧壁214大部围成封闭的呼吸腔211轮廓，另有小部形成直角迂回布置的迷宫腔215轮廓，侧壁214的底部通过螺栓安装有底板26，从而将壳体侧壁214围成的空间分隔为迷宫腔215和与所述迷宫腔215相连通的呼吸腔211。所述的迷宫通道216的起点和终点分别与曲轴箱和呼吸腔211相连，呼吸腔211与迷宫通道216的平均横截面积比大于5；

特别地，为了增强所述的迷宫腔215的分油净化作用，应使迷宫通道216内气流方向改变的同时流动速度也忽快忽慢地变化，本发明在迷宫通道216内设置了多个节流口217，利用流动路径上通道的面积急剧变化来达到目的。较佳的方案是迷宫腔215内的迷宫通道216上设有不少于四个狭窄的通道节流口217。

当曲轴箱排气时，曲轴箱内油滴和气体的混合物首先进入所述迷宫腔211。由于迷宫腔211中的迷宫通道216呈直角急弯地不断改变方向，再加上迷宫路径中设有多个狭窄的迷宫节流217形成节流，造成曲轴箱油气混合物在迷宫通道216内流动的速度和方向多次剧烈变化。由于曲轴箱油气混合物中的油雾的惯性质量远大于气体，在急剧改变方向和速度的流动过程中逐渐与气流分离，并积聚成较大的油滴吸附在流迷宫通道216壁面上，从而完成油气分离的绝大部分工作量。分离了大部油雾的的气流则继续穿越迷宫腔215进入呼吸腔211，由于呼吸腔211的截面积显著大于迷宫通道216，故气流速度很慢，剩余的油雾得到进一步的沉淀分离，基本达到曲轴箱排气净化的目标。吸附在壁面上和沉淀在呼吸腔211内的油则因重力作用流到底板26上，最终流回曲轴箱。

分离净化后的气体进入中心管212后，再进入与发动机进气管相连接的通风管213，引入气缸燃烧。当然，所述气体排出通道的结构不限于此，可以采用其他结构将所述呼吸腔211中的气体排出。

参考图3和图4，呼吸腔211的出口与所述气体排出通道的中心管212之间设置呼吸部件，图3是呼吸装置的呼吸阀开启状态的示意图，图4是呼吸装置的呼吸阀关闭状态的示意图；

所述呼吸部件由呼吸薄膜23、中心管212、弹簧24及弹簧座板25组成的单向呼吸阀，所述呼吸薄膜23采用耐油橡胶材料制成，该呼吸薄膜23为圆形平板235，平板235的周边设有圆环状曲面的弹性裙边231，平板的底面设有凸起的环形筋233；所述中心管212悬空设置在所述壳体21顶部的凸台中孔218内，中心管周边与凸台中孔之间有筋条219连成一体，筋条219之间形成漏空孔，中心管的进口端面2121与呼吸薄膜23平板235底面的环形筋233相对应，中心管的另一端218与通风管213连接；呼吸薄膜23的裙边外侧作为密封垫压装于壳体凸台端面和盖罩22之间；呼吸薄膜23的平板235中部开有平衡孔237，盖罩22与呼吸薄膜23之间构成平衡腔221，平衡腔221内设有压缩弹簧24和弹簧座板25，弹簧座板安装在呼吸薄膜23和弹簧24之间。并且，为保持平衡腔211周边的密封，所述的呼吸薄膜23周边设有一体的O形圈236，在壳体21顶面的凸台上设置环槽，O形圈236嵌入环槽后略高出平面，盖罩22直接用螺钉压装在O形圈236上。

如前现有技术所述，单缸发动机曲轴箱内的气体压力随着单个活塞的往复运动而脉动，可以利用曲轴箱压力的脉动设置单向阀，使曲轴箱内气体只出不进，从而达到保持曲轴箱负压，降低对曲轴箱密封面密封效果的破坏。但大多数多缸发动机因为活塞总是成对地反向运动，故曲轴箱容积基本不变，导致曲轴箱内压力基本稳定于正压，难以使用单向阀结构排出气体形成负压。本发明利用发动机进气管内压力脉动效应，把连接发动机进气管的通风管213抽吸技术以及具单向效果的呼吸阀技术相组合，并通过所设的呼吸薄膜23中心的小平衡孔237，把发动机进气管内脉动的压力引进平衡腔221，巧妙地利用呼吸薄膜23内外侧面积差控制呼吸阀的启闭。这里所说的面积差，是由于呼吸薄膜23内侧承受曲轴箱气体压力的面积要减去中心管212进口端面的面积。

当发动机进气管内压力处于正压状态且高于曲轴箱压力时，通过呼吸薄膜23中心所设的小平衡孔237，使平衡腔221与进气管内压力相同，加上弹簧24所施加的预紧力，呼吸薄膜23外侧所受的气体压力已大于内侧所受的曲轴箱压力，压差再加上弹簧力，推动呼吸薄膜23下行，底部的环形筋233压紧在中心管212的进口端面上，呼吸阀处于关闭状态。当发动机进气管内压力处于负压状态，呼吸薄膜23外侧的平衡腔221气压作用力和弹簧力低于内侧的曲轴箱气压作用力时，呼吸薄膜23升起，呼吸阀开启。这样可以有效地防止气体倒流入曲轴箱内，以利实现曲轴箱内的负压。

平衡腔221内的弹簧24，可以在不工作时使呼吸薄膜23的环形筋233压紧在中心管212端面上，在工作时起阻尼作用防止呼吸薄膜23出现不需要的振动。弹簧24的刚度和预紧力一般应设计得较小，达到功能即可。

特别地，所述呼吸薄膜22的心部外侧平面上设有定位限位柱232，该定位限位柱232穿过弹簧座板25上对应位置的通孔，在呼吸薄膜23闭合状态下，定位限位柱232的端点距所述盖罩22内平面形成1～1.5mm间隙，从而使呼吸薄膜23开启时的升起高度限制在上述设定的间隙内。呼吸薄膜23的升程过大，则呼吸薄膜23的反应不灵敏，升程过小则通风效果较差。实验表明，1～1.5mm的升程是最优的。

所述呼吸薄膜23的顶部具有至少三个限位定位柱232。在一个圆周上有三个以上均布的限位定位柱232，可以保证呼吸薄膜23不致歪斜扭曲。

所述的呼吸薄膜23的壁厚随直径而不同，心部壁厚0.5～3mm，圆环状曲面的裙边231壁厚0.3～1mm。薄的裙边231有利于呼吸薄膜23对两侧压差的灵敏响应，心部亦即环形筋233直径范围内的厚度较厚，可以防止呼吸薄膜23的环形筋233部位的桡曲，保证呼吸阀的可靠启闭。

所述弹簧座板25所起作用是均匀传递弹簧24的压力，保持呼吸薄膜23中部呼吸阀部位的平整，同时利用其所带有的固定弹簧24的卡脚，以固定弹簧24的位置。由于呼吸薄膜23的运动要求很快，弹簧座板25过重则因惯量过大而会影响呼吸薄膜23的响应速度。因此既要求有一定的刚度，又不能过重，应采用小惯量的轻质金属薄板材料制成，如材料过薄刚度不够，可以冲压出浅盆形的翻边。

仔细调整平衡孔237的直径、弹簧24的预紧力，可以控制呼吸阀的启闭压力门槛，从而调整优化曲轴箱内部的气体压力。

参见附图6。本发明的另一结构方案，即以本发明为基础，在所述的呼吸薄膜23的圆环状曲面还可以用同心的波纹状曲面2311替代，该波纹面的横截面可以是尖角的，也可以是圆角的。

参见附图7。本发明的又一结构方案，即以本发明为基础，在呼吸薄膜23的中部平板235的底面设置锥台2331取代环形筋233，锥台的锥面2332与中心管孔口2122配合构成所述的呼吸阀，该中心管孔口2122可以设有与锥台2331锥角匹配的倒角，也可以保留光滑无毛刺的棱边。

本发明还有另一结构方案，即以本发明为基础，当呼吸薄膜23设计成自由状态下，所述的呼吸阀环形筋233低于周边，使其在装配状态下呼吸薄膜23带有预变形，其变形力导致环形筋233压紧在中心管212端面上，同时增加并调整呼吸薄膜23周边曲面的弹性，也可以取消弹簧24。

以上对本发明所提供的内燃机曲轴箱呼吸装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1、内燃机曲轴箱呼吸装置，包括壳体，壳体中具有用于过滤油滴的迷宫腔，以及与迷宫腔连通的呼吸腔，呼吸腔通过呼吸部件连接气体排出的通风管；其特征在于，

所述呼吸部件为包含有呼吸薄膜、中心管、弹簧及弹簧座板的呼吸阀；所述呼吸薄膜采用耐油橡胶材料或非橡胶高分子材料，该呼吸薄膜的中部为圆形平板，平板的中心有一小平衡孔，平板的底面设有凸起的环形筋；呼吸薄膜的周边设有圆环状曲面的弹性裙边；中心管悬空设置在所述壳体顶部的凸台中孔内，中心管周边与凸台中孔之间有筋条连成一体，筋条之间形成漏空孔，中心管的进口端面与呼吸薄膜中部底面的环形筋相对应，中心管还与通风管连接；呼吸薄膜的裙边外侧压装于壳体凸台端面和盖罩之间，盖罩与呼吸薄膜之间构成平衡腔，平衡腔内还设有压缩弹簧和弹簧座板，弹簧座板安装在呼吸薄膜和弹簧之间；

所述迷宫腔和呼吸腔由侧壁和底板以及前述壳体凸台的下半部构成，所述的侧壁大部围成封闭的呼吸腔轮廓，另有小部形成直角迂回布置的迷宫腔通道，迷宫通道的起点和终点分别与曲轴箱和呼吸腔相连，呼吸腔与迷宫通道的横截面积比大于5；

所述呼吸薄膜的圆环状曲面裙边内侧表面承受呼吸腔中曲轴箱气体压力，中部环形筋内侧面承受中心管和通风管传递的发动机进气管内气体压力，呼吸薄膜的裙边外侧表面承受平衡腔内通过小平衡孔传递的进气管压力，其心部还承受弹簧座板传递的弹簧预紧压力；

当呼吸薄膜的外侧表面所承受的各作用力的合力大于其内侧表面所受各气体压力的合力时，呼吸薄膜的环形筋压向中心管的进口端面，所述的呼吸阀关闭；当呼吸薄膜外侧表面所受合力小于内侧表面所受合力时，呼吸薄膜的环形筋抬离中心管进口端面，呼吸阀开启，发动机曲轴箱内的气体通过迷宫腔除油后，经通风管流入发动机进气管。

2、如权利要求1所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述呼吸薄膜的心部平板外侧平面上设有定位限位柱，该定位限位柱穿过弹簧座板上对应位置的通孔；在呼吸薄膜闭合状态下，定位限位柱的端点距所述盖罩内平面形成1～1.5mm间隙，从而使呼吸薄膜开启时的升起高度限制在上述设定的间隙内。

3、如权利要求2所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述呼吸薄膜的心部平板外侧平面上具有至少三个限位定位柱。

4、如权利要求1或2所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述弹簧座板为小惯量的轻质金属薄板材料制成，并带有固定弹簧的卡脚。

5、如权利要求1所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述的迷宫腔内的迷宫通道上设有不少于四个狭窄的通道节流口。

6、如权利要求1所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述呼吸薄膜的圆环状曲面裙边的周边设有连为一体的O形圈，嵌入所述壳体管状凸台端面上加工的密封槽后压紧盖罩，保持有效密封。

7、如权利要求1所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述的呼吸薄膜的壁厚随直径而不同，心部壁厚1.5～3mm，圆环状曲面的裙边壁厚0.5～1mm。

8、如权利要求1所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述的呼吸薄膜的裙边曲面为同心波纹状的。

9、如权利要求1所述的内燃机曲轴箱呼吸装置，其特征在于，所述的呼吸薄膜中部的平板底面设有凸起的锥台，锥台的锥面与中心管孔口相配合配合，该孔口设有与锥台锥角匹配的倒角，或者保留光滑无毛刺的棱边。

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