CN101517220B - 用气体燃料工作的内燃机的油分离器 - Google Patents

用气体燃料工作的内燃机的油分离器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连接在用气体燃料工作的内燃机的气体燃料输入管上用于分离包含在气体燃料中的油成分的油分离器(1)，它包括一个带气体燃料流入孔(17)和流出孔(29)的外壳；一个安装在外壳内可流过气体燃料的过滤元件(19)，它密封地装在一个在流动技术上与流入孔连接的输入腔与一个在流动技术上与流出孔连接的输出腔之间；以及，成形在输入腔内沿重力方向在一个流动技术上与流入孔连接的口下方的第一集油箱(22)，用于容纳在输入腔内借助重力分离作用从气体燃料中分离出的油。此外，此油分离器还可以包括一个第二集油箱(23)，用于容纳从过滤元件流下的油。

Description

用气体燃料工作的内燃机的油分离器
本发明属于汽车领域以及涉及一种用气体燃料工作的内燃机的油分离器。
如今为了运行用气体燃料工作的汽车主要使用所谓液化气和天然气。液化气，如汽车煤气(LPG＝Liquified Petroleum Gas)，它作为石油精炼时氢化过程形成的副产品，通常以石油为基础以及主要由丙烷和丁烷组成。天然气(CNG＝Compressed Natural Gas)主要由甲烷组成以及通过开采天然气源获得。
在用天然气工作的汽车中，为了存放大的燃料量，需要将储气箱内的气体燃料压缩至例如200-300bar的高压。然后为了运行内燃机，压缩的气体燃料必须重新舒张降压到一个恰当的较低的气体压力，它大多低于10bar，例如约为8bar。气体燃料的舒张降压在一个与气体燃料输入管连接的减压器中进行，从那里出发，舒张降压后的气流供给各自的气体喷嘴(“Gasinjektoren”)，用于喷入内燃机的吸气管道系统中。
实践表明，在加燃料站为汽车加燃料时，压缩至高气体压力的气体燃料往往被用于加燃料的压缩机的润滑油污染。人们发现造成污染的原因是，用气体燃料运行的汽车数量持续增长，并因而在加燃料站内相继加燃料的时间间隔越来越短。这可能导致压缩机高压级内的工作温度显著增高，从而使润滑油蒸发，并以气态的形式或作为气雾剂随气体燃料一起进入汽车的储气箱中。
若气体燃料在减压器内舒张降压至一个气体压力为例如8bar，则气体燃料在舒张降压期间冷却，由此使带入的油成分凝结并以液态的形式或作为气雾剂包含在气体燃料内。基于流动技术，包含在气体燃料中的油不均匀地分配给气体喷嘴，这可能导致在这些气体喷嘴内不同的流量特性，并在废气后处理时产生问题。此外还存在损坏汽车部件，例如催化器的危险。除此之外，还观察到气体喷嘴被包含在气体燃料内的油成分粘结或固化。
为避免这些疑难问题，已知在汽车上储气箱与气体喷嘴之间的气体燃料输入管内设置一个油分离器。通常这种油分离器安装在减压器的低压侧，这样做的优点是，油分离器只须有针对低压的耐压强度，以及在减压器低压侧凝结以液态的形式或作为气雾剂的油比较容易分离出来。
迄今使用的油分离器可设计为，使气体燃料流过无纺布滤，以便由此分离出包含在燃料中的油成分。然而借助无纺布滤基本上只能截获以气雾剂形式包含在燃料中的油成分。若在气体燃料内含有大量液态油，则它通常导致无纺布滤迅速饱和并导致过滤效果下降。基于所形成的气流，包含在无纺布滤中的油可“穿透”到净化气体侧，这可能以有害的方式造成气体燃料被再次污染的后果。
因此本发明的目的在于，提供一种油分离器，借助它气体燃料可以可靠而安全地净化油成分。
按本发明的建议，此目的通过一种具有独立权利要求所述特征的油分离器达到。通过从属权利要求的特征说明本发明有利的设计。
按本发明展示了一种为了分离出包含在气体燃料中的油成分的油分离器，它规定并适用于连接在可用气体燃料工作的尤其用于驱动汽车的内燃机气体燃料输入管上。
油分离器包括一个有(被油成分污染的)气体燃料流入孔和已净化的气体燃料流出孔的外壳，以及一个装在外壳内用于过滤气体燃料的过滤元件，例如一种无纺布滤，它可以流过气体燃料。过滤元件密封地装在一个在流动技术上与流入孔(导流)连接的输入腔与一个在流动技术上与流出孔(导流)连接的输出腔之间。因此输入腔和输出腔仅通过过滤元件在流动技术上互相连接，除此之外流体密封地彼此隔离，所以，以过压流入过滤元件的气体燃料流没有迂回的可能性，必须经过过滤元件从流入侧的输入腔到达流出侧的输出腔。流入孔通入输入腔，从而使(被油成分污染的)气体燃料可以输送给过滤元件。为此输入孔与内燃机装置的气体燃料输入管连接。在输出腔内已净化的气体燃料经流出孔从油分离器流出。
此外，按本发明的油分离器还包括一个第一集油箱，它成形在输入腔内沿重力方向在一个流动技术上与流入孔连接、用于气体燃料供入输入腔内的口的下方，以及它用于容纳在输入腔内借助重力分离作用从气体燃料中分离出的油。据此，第一集油箱设置为，它可以收集借助重力分离作用从气体燃料中分离出的油成分。为了有助于重力分离，通过流入孔流入输入腔内的气体燃料有利地如此转向，即，使(矢量的)气流逆重力方向定向的矢量的流动分量得到增加。
因此按有利的方式，还在气体燃料到达过滤元件之前，可借助重力分离作用分离出来的油成分，可以在输入腔内与流动的气体燃料分开，并截获在集油箱内。输入腔起包含在气体燃料内油成分的“油收集器”的作用。
按本发明的油分离器一项有利的设计，此油分离器还包括一个成形在输出腔内沿重力方向在一个流动技术上与流出孔连接的口下方的第二集油箱，它用于容纳在输出腔内从过滤元件流下的油。因此，万一过滤元件不再有能力保持截获从燃料滤出的油，便可以有利地借助第二集油箱收集从过滤元件流下的油。从而可以避免气体燃料的重新污染。所述第二集油箱尤其可以装在第一集油箱的内部。
按本发明的油分离器另一项有利的设计，将它设计为模块式结构。按此项设计，油分离器包括一个含有过滤元件的过滤器模块、一个含有流入和流出孔的连接模块、以及一个含有两个集油箱的集油模块，其中过滤器模块和集油模块分别可拆地固定在连接模块上。在油分离器的这种模块结构中，它可以特别简单的方式装配在例如汽车中。为此只需要将连接模块安装在汽车上，与内燃机的气体燃料输入管连接，然后将过滤器模块和集油模块固定在连接模块上。同样，油分离器的维护可以按可预定的维修服务间隔以特别简单的方式实施，因为过滤器模块和/或集油模块，例如为了更换过滤元件或排空集油箱，可以从安装好的连接模块拆下并重新装配。
此外，本发明还扩展到一种尤其用于驱动汽车的内燃机装置，它包括一个可用气体燃料工作的内燃机；一个用于降低供给内燃机的气体燃料气体压力的减压器，它在高压侧通过气体燃料管与至少一个储存气体燃料的储气箱导流连接，以及在低压侧通过气体燃料管与至少一个可控制的用于调节供给内燃机的气体燃料气流的气体喷嘴导流连接；以及一个如上所述的油分离器，其中，油分离器有利地连接在低压侧的气体燃料管上。
此外，本发明还扩展到一种具有一个如上所述内燃机装置的汽车。
下面参见附图借助实施例详细说明本发明。其中：
图1示意表示在例如汽车的内燃机装置中按本发明的油分离器一种实施例的结构。
据此，优选地装入汽车的内燃机装置包括一个图1示意表示的按本发明的油分离器，它在总体上用附图标记1表示，此油分离器在流入侧通过气体燃料管2与减压器3低压侧出口导流连接。
减压器3可涉及一种例如多级减压器，它有多个通过各自的隔膜式压力控制阀互相连接的压力室，例如流入侧高压室、流出侧低压室和在中间的中间压力室，其中通过隔膜式压力控制阀调整为一个高的、一个低的以及一个居中的气体压力。然而这种减压器也可有不同数量的压力级。这种减压器的结构对于专业人员而言是已知的，所以在这里无需进一步说明。
减压器3在其高压侧通过气体燃料管4与高压截止阀5连接。通过该截止阀5可截止输往减压器3的气体燃料流。高压截止阀5可例如设计为有组合在内的辅助阀的主阀的形式，其中主阀设计为，它可以用例如汽车的车上电路提供的电功率电磁控制。为此目的主阀的开启面积设计为比辅助阀的开启面积大得多，从而通过打开的主阀可以输送比通过打开的辅助阀相应地更大的气体质量流量。相应地，为了打开辅助阀所需要的力比用于打开主阀所需的力小。这种高压截止阀的结构对于专业人员而言是已知的，所以在这里无需进一步说明。
高压截止阀5流入侧通过气体燃料管6与储气箱7连接。储气箱7通常设单独的截止阀，与高压截止阀5在流入侧连接的气体燃料管6从该截止阀处分引出。
油分离器1在流出侧与一气体燃料管30连接，后者通入一个通常称为“Rail(轨道)”的气体燃料汇流排8中。在气体燃料汇流排8的末端设多个(图1中例如四个)可控制的气体喷嘴9(Gasinjektoren)，气体燃料可通过它们喷入内燃机吸气管系统中，这在图1中没有详细表示。气体喷嘴的数量取决于内燃机气缸数，以及仅为了完整性应当指出，气体喷嘴的数量不限于4，而是取决于内燃机的具体设计。
图1中表示的油分离器1设计为模块结构。它由过滤器模块10、连接模块11和集油模块12组成。在这里过滤器模块10和集油模块12例如借助各自的螺纹连接装置分别可拆地固定在连接模块11上。因此这三个模块共同构成所述的油分离器1。仅为了完整性应当指出，这些模块也可以借助其它类型的固定装置互相连接，例如借助弹性加载的卡扣连接或卡锁连接。
连接模块11借助一个穿过在其侧面外壳壁的流入孔17与气体燃料管2连接。流入孔17的出口18汇入一个由连接模块11构成的空腔14中。空腔14借助制在连接模块11外壳壁中的通孔15与由过滤器模块10构成的空腔16导流连接。在过滤器模块10中含有一个空心圆柱形的过滤元件19，它将在过滤元件19外侧的空腔16与在过滤元件19内部的空腔20隔开。
一连接管13伸入空腔20内，它将其一端构成承接净化后气体燃料的口21，以及将其另一端与穿过连接模块11壁的流出孔29连接，后者本身连接在气体燃料管30上(图1中表示成连续管)。
安装在连接模块11下侧的集油模块12将其外壳构成第一(外部)集油箱22，在其内部安装一个第二(内部)集油箱23。外部集油箱22借助制在连接模块11底壁中的通孔24与连接模块11构成的空腔14导流连接。就此而言，由连接模块11构成的空腔14、由过滤器模块10在过滤元件19外侧构成的空腔16、以及外部集油箱22，共同构外一个处于过滤元件19流入侧(污染气体侧)的输入腔，而在过滤元件19内侧形成的空腔20构成处于过滤元件19流出侧(净化气体侧)的输出腔。
通孔24沿重力方向处于低于流入孔17出口18的位置，所以从流入空腔14中的气体燃料借助重力分离出来的油成分，可以借助通孔24流入外部集油箱22中。内部集油箱23借助一个伸入空腔20内的连接管25与之导流连接。连接管25的口26处于沿重力方向低于连接管13的口21的位置，所以从过滤元件19流出的油可以经过连接管25流入内部集油箱23中，由此不会污染已净化的气体燃料。
在过滤器模块的装配状态，这两个集油箱22、23在流动技术上仅通过过滤元件19互相连接，为的是避免气体迂回过滤元件19流动(短路流动)。
下面说明油分离器1的工作方式。具有例如约8-10bar低气体压力的通过气体燃料管2流入油分离器1内的气体燃料，首先进入由连接模块11构成的空腔14中，接着转向约90°逆重力方向并经过通孔15到达由过滤器模块10在过滤元件19外侧构成的空腔16内。主要在空腔14中通过重力分离出气体燃料中液态的油成分，液态的油成分作为油池28聚集在外部集油箱22的最低位置，例如底部。通过偏转约90°的流动方向，迫使流入的气体燃料逆重力方向流动，有利于从气体燃料流分离液态油成分。因为油分离器1在内燃机的供气装置中设在减压器3的低压侧，所以在气体燃料流内已经凝结的油成分比较容易分离。
接着，气体燃料流过过滤元件19，由此截获包含在气体燃料内尤其以气雾剂形式的油成分，并到达在过滤元件19内侧的空腔20中。净化后的气体燃料从那里经连接管13输送给气体燃料管30，再供给气体喷嘴9。当过滤元件19饱和时，截获的油被形成的气体燃料流朝净化气体侧输送，也就是说，输送到在过滤元件19内侧的空腔20中，从那里它可以通过连接管25流入内部集油箱23。在集油箱23中，油聚集在内部集油箱23的最低位置，例如在底部的油池27内。
附图标记列表
1油分离器
2气体燃料管
3减压器
4气体燃料管
5高压截止阀
6气体燃料管
7储气箱
8蓄压管
9气体喷嘴
10过滤器模块
11连接模块
12集油模块
13连接管
14空腔
15通孔
16空腔
17流入孔
18口
19过滤元件
20空腔
21口
22、23集油箱
24通孔
25连接管
26口
27、28油池
29流出孔
30气体燃料管

Claims (7)

1.一种连接在用气体燃料工作的内燃机的气体燃料管(2)上用于分离包含在气体燃料中的油成分的油分离器(1)，它包括：
-有气体燃料流入孔(17)和流出孔(29)的外壳，
-安装在外壳内可流过气体燃料的过滤元件(19)，该过滤元件(19)密封地装在在流动技术上与流入孔(17)连通的输入腔(14、16)与在流动技术上与流出孔(29)连通的输出腔(20)之间，
-成形在输入腔内沿重力方向在一个流动技术上与流入孔连通、用于气体燃料供入输入腔内的口(18)下方的第一集油箱(22)，用于容纳在输入腔内借助重力分离作用从气体燃料中分离出的油，
-成形在输出腔内沿重力方向在一个流动技术上与流出孔(29)连通的口(21)下方的第二集油箱(23)，用于容纳在输出腔(20)内从过滤元件流下的油。
2.按照权利要求1所述的油分离器，它设计为，使流入输入腔内的气体燃料流逆重力方向定向的矢量的流动分量得到增加。
3.按照权利要求1所述的油分离器，其中，所述第二集油箱(23)设在第一集油箱(22)内部。
4.按照权利要求1或3所述的油分离器，有一种模块化结构，它包括
-含有过滤元件(19)的过滤器模块(10)，
-含有流入和流出孔(17、29)的连接模块(11)，以及
-含有两个集油箱(22、23)的集油模块(12)，其中，
所述过滤器模块和集油模块分别可拆地固定在所述连接模块上。
5.一种尤其用于驱动汽车的内燃机装置，它包括：
-可用气体燃料工作的内燃机，
-用于降低供给内燃机的气体燃料气体压力的减压器(3)，它在高压侧通过气体燃料管(4、6)与至少一个储存气体燃料的储气箱(7)导流连接，以及在低压侧通过气体燃料管(2、30、8)与至少一个可控制的用于调节供给内燃机的气体燃料流量的气体喷嘴(9)导流连接，
其中，该内燃机装置包括一个按照权利要求1至4之一所述的油分离器(1)。
6.按照权利要求5所述的内燃机装置，其中，所述油分离器(1)设在所述减压器(3)的低压侧。
7.一种汽车，包括一个按照权利要求5或6所述的内燃机装置。
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