CN101798943A - 具有干式油底壳润滑的内燃发动机和运行这种内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有用于提供新鲜空气给内燃发动机的进气区并具有干式油底壳润滑的内燃发动机。该内燃发动机在一方面经由排放管路与用于储存油的容器连接，以便将在内燃发动机内收集的油引入到容器；并且，该内燃发动机在另一方面经由供给管路被连接到容器，以便利用设置在供给管路中的油泵从容器抽出油并且将该油提供给内燃发动机。通风管路从容器分支出来并且通向进气区的真空承载部分，并且用于将新鲜空气馈送到容器的新鲜空气管路通入容器；控制元件被设置在新鲜空气管路中，利用该控制元件进入容器的新鲜空气的馈送可被控制。本发明进一步包括用于运行这种内燃发动机的方法。该系统和方法在容器的设置方面提供了更大的自由度并且特别地允许全部驱动单元的紧凑封装。

Description

具有干式油底壳润滑的内燃发动机和运行这种内燃发动机的方法

技术领域

本发明涉及具有用于提供新鲜空气给内燃发动机的进气区并具有干式油底壳润滑的内燃发动机。该内燃发动机在一方面经由排放管路与用于储存油的容器连接，以便将在内燃发动机内收集的油引入到容器；并且，该内燃发动机在另一方面经由供给管路被连接到容器，以便利用设置在供给管路中的油泵从容器抽出油并且将该油提供给内燃发动机。

本发明进一步涉及运行这种内燃发动机的方法。

背景技术

在具有干式油底壳润滑的内燃发动机中，在内燃发动机中通常在被称为油底壳的曲轴箱下方收集的油经由排放管路并且利用油泵被泵送到位于内燃发动机外部的分离的容器中并且被储存在该容器中。油经由供给管路从容器被供给内燃发动机。

具有干式油底壳润滑特征的这种方式旨在确保将油持续供给到内燃发动机，特别是在车辆的全部位置，即上坡、下坡和转弯时，并且也能在所有运行状态下，特别是在高加速和高减速的情况下，在上述情况下使用压力循环润滑时不能确保油泵直接从油底壳即油盘吸出油并且将其传送给消耗装置，这是因为由于高加速或高减速，特别是当车辆处于倾斜位置时，位于油盘内的油的油位可能改，在此种情况下由于吸入管路不能载入油，供给油泵的油被中断。对消耗装置的不足供应导致对消耗装置或内燃发动机的损伤并且可能引起它们的故障。

然而，为了确保持续的油供应，即使是干式油底壳润滑的设计也必须考虑这个事实，即根据连通器原理，储油容器和作为被排放油的收集点的曲轴箱或油盘相互作用，也就是它们彼此间相互作用。根据该原理，一方面容器中的油位，和另一方面油盘中的油位，在其他边界条件相同时，如果没有采取措施引起或允许油位的不同高度，将有相同的对地高度(geodetic height)。一方面曲轴箱中和另一方面容器中的不同压力可能引起不同高度的油位。因此，一般来说，由于窜漏气体，超压存在于曲轴箱中并且还经常被用于曲轴箱通风，即用来传送通风流。

上文阐述的相关性应被考虑，特别是相对于内燃发动机或相对于油收集点的容器设置，从而确保油泵从容器连续供油，为了此目的，位于容器中的油的油位必须恒定地位于来自容器的供给管路的分支上面。

根据现有技术，在干式油底壳润滑设计中应被考虑的该相关性的结果是设置容器是为了有可靠的，即持续的油供应，这对于实现尽可能紧凑的发动机空间封装的基本目标通常有不利影响。

发明内容

相对于上文所述的背景技术，本发明的目的是根据技术领域部分的描述提供具有干式油底壳润滑的内燃发动机，其中对于容器的设置存在很大的自由度并且其特别地允许全部驱动单元的紧凑封装。

本发明的另外的部分目的是提出运行这种内燃发动机的方法。

第一部分目的通过具有用于提供新鲜空气给内燃发动机的进气区并具有干式油底壳润滑的内燃发动机实现。该内燃发动机在一方面经由排放管路与用于储存油的容器连接，以便将在内燃发动机内收集的油引入到容器；并且，该内燃发动机在另一方面经由供给管路被连接到容器，以便利用设置在供给管路中的油泵从容器抽出油并且将该油提供给内燃发动机，其中内燃发动机被限定有从容器分支出来的通风管路并且其通向进气区的真空承载部分(vacuum-carryingpart)，并且用于将新鲜空气馈送到容器的新鲜空气管路通入容器；控制元件被设置在新鲜空气管路中，利用该控制元件进入容器的新鲜空气的馈送可被控制。

在根据本发明的内燃发动机中，容器装备有通风管路，其从容器分支出来并且通向进气区的真空承载部分。在这种情况下，进入通风管路的进气口被设置在位于容器内的油的上方，即通风管路在容器中设定的的油位的上方从容器分支出来；并且由于真空存在于进气区，因此没有油被传送出容器。但是，相反地，容器和位于容器中的储油器却经由通风管路受真空的作用，因此油位的高度同样受到进气区存在的真空的影响。因此容器内产生的真空同样协助设置在供给管路中的油泵来传送油。

在通风管路在最大对地高度处从容器分支出来的这种情况下，实施例是有利的。因此，容器被用于油的储存的体积尽可能的大，并且油被引入到通风管路内的风险被可靠地避免。

通过所提供的通风管路，在容器内形成超压的情况以及在使油位降低的方向上压迫，即挤压，油的情况可被避免。相反，即使经由通风管路在容器中能形成真空，这种真空有利于油位升高并且因此用油填充容器。此外，如果考虑这个事实，即超压普遍存在于曲轴箱并且因此在内燃发动机中收集的油在收集点位置处，例如油盘，受到高压作用；这增加了跨越排放管路的压力差。因此相对于内燃发动机的容器设置的选择具有相当大的自由度。

因此，利用根据本发明的内燃发动机，本发明所基于的第一部分目的被实现，确切地说是提供内燃发动机的目的，其中在该内燃发动机中就容器的设置来说存在很大的自由度并且因此还允许全部驱动单元的紧密封装。

根据本发明，除了通风管路，新鲜空气管路被提供，其通向容器并且用于馈送新鲜空气。根据本发明，由于两个原因会发生馈送新鲜空气到容器。

一方面，馈送的新鲜空气与通过通风管路排放的气体的量共同或相互作用以控制，即设定，容器中的气压。如果引入到容器中新鲜空气比经由通风管路排出容器的气体更多，容器中的压力将升高并且油位降低。在相反量比的情况下，如果新鲜空气的量少于经由通风管路排放的气体的量，容器中的压力降低并且油位升高。

在此情况下，容器内存在的气压主要通过被馈送到容器的新鲜空气的量来设定，并且新鲜空气的量通过操纵设置在新鲜空气管路中的控制元件来设定。这种方式的基础是存在于进气区的真空主要通过内燃发动机的运行状态来确定，即通风管路基本不会对容器中产生的压力的强度产生影响，并且因此不会对容器排放的气体的量产生影响。

与之相比，通过依照通风管路内设置有关断元件的优选实施例的内燃机，设定容器压力的另一种可能性被提供，利用该关闭元件通风管路的更大或更小尺寸的流体横截面被释放，并且利用该关闭元件经由通风管路从容器排放的气体的量也能被影响，即被设定。例如该关闭元件也可是具有两阶、多阶或连续开关的活板、滑板或阀门。

然而在另一方面，输入的新鲜空气同样用于稀释从容器排放的通风气流。因为在根据本发明的干式油底壳润滑中，曲轴箱经由排放管路、容器和通风管路与内燃发动机的进气区相连，所以根据本发明当收集在内燃发动机中的油为气体流入释放排放管路时，根据本发明的曲轴箱的通风基本上也经由干式油底壳润滑而发生。在这种情况下，当该油通过回路流动时，其可被净化，这将在下文做进一步解释。

燃烧室相对于曲轴箱的完全封闭不能保证，因此部分燃烧气体或燃烧空气作为窜漏气体进入曲轴箱并且确保了此处压力的上升。

为了减小曲轴箱中的压力并且防止当内燃发动机运行时在曲轴箱内积聚的压力达到不不希望的高值，曲轴箱通风是必要的，为了此目的至少一个通风管路必须被提供。由于曲轴箱和内燃发动机的周边环境(surroundings)或进气区之间的压力差会产生通风。因此通风流被馈送到内燃发动机的进气区并且随后重新输送以用于燃烧。由于空气的馈送，通风流被减弱。

根据现有技术从曲轴箱排放的气体被污染，并且因此根据现有技术，从曲轴箱排出的气体通常被馈送到离析器。离析器中回收的油在这种情况下经由回油管反回到曲轴箱。这样的油同样被污染的事实被忽略。

即使根据本发明的馈送到干式油底壳润滑的容器中的气体和油被污染，特别是燃烧产生的燃烧产物和未燃烧的碳氢化合物作为窜漏气体的成分进入油。根据本发明，通过将新鲜空气引入到容器中，包含在油中的这些不需要成分的部分被经气体流吸收，经由通风管路排放，即与油分离并被清除。因此发生了油的净化，其消除了油污和快速的油的老化。

可看出使用干式油底壳润滑通风的另一优点在于在一方面曲轴箱的通风，而在另一方面重新回到曲轴箱中的油以及收集在气缸盖中的油通过空间隔离可至少部地分彼此分离，即彼此分开。

根据现有技术，分离的油和已经在内燃发动机的气缸盖中收集的油经由回油管返回到曲轴箱，该油通常受重力作用返回。回油管在这种情况下通常还可作为通风管路。但是，这种单个管路实现双重功能的方式存在问题。

然而，当通风流经由管路从曲轴箱排放时，油同时也经由相同的管路以与气流相反的方向被馈送到曲轴箱。根据通风流的大小和管路的流体横截面，即通风流的流速，该通风流可妨碍或甚至完全阻止油的返回。特别地，通风管路出现的通风流可阻塞意图在流入点(inflow)返回到管路内的收集的油。

于是，如果油的返回和通风彼此分开，这个问题就会消失。即使当根据本发明的位于曲轴箱中的仅部分的气体经由干式油底壳润滑被排放，这可减少剩余的通风流，该通风流与油返回方向相反并且可妨碍油的返回。

内燃发动机的另外的有利的实施例结合其他实施例被讨论。

在排放管路中设置回止阀的内燃发动机的实施例是有利的。该回止阀防止了容器外的油意外回流到排放管路。

具有隔热装置的容器的内燃发动机的实施例是有利的。隔热装置减慢了储存在容器中的油的冷却，因此在车辆停止后，即当内燃发动机重新起动时，热油已经被提供用于内燃发动机的预热阶段，尤其在冷起动后。较高温度的油有较低粘度，因此可降低内燃发动机的摩擦功率并且提高效率。因而，通过保持油温，即通过是容器隔热，在起动或重新起动后内燃发动机的燃料消耗能明显地降低。

当与在液体冷却的内燃发动机采用的概念相比，其中在该内燃发动机运行过程中加热的冷却液被储存在隔热装置的容器中并且当内燃发动机重新起动时被用来加热发动机的油，可以看出这种方法的主要优点是根据该原理，利用冷却剂加热油，在温暖的油实际上被供给内燃发动机之前存在时间延迟。

另一方面，在运行过程中不论是加热的冷却剂还是加热的油都不能无限时地保持在高温下，并且因此在特殊应用中，主动加热油是可以采用的办法。

因此，容器装有用于加热储存油的加热器的内燃发动机的实施例同样是有利的，其中加热器例如电加热器。这样的加热器可与容器的隔热装置一起使用或代替隔热装置使用。与隔热相比，储存在容器中的油可利用加热器主动地加热，并且因此即使在经历很长的车辆停止时间后本实施例可将加热的油用应给内燃发动机。在很长的停止时间后的情况下，隔热装置本身将可能不再是有效的，即不再是充分。上文提及了本实施例的优点，特别是在起动阶段后燃料的消耗减少。

在装备有包括冷却剂回路的液体冷却系统的内燃发动机中，容器通过热交换器被联接到冷却剂回路的内燃发动机的实施例是有利的，其通过冷却剂把热量引入到储存在容器中的油中或从储存在容器中的油吸取热量。

比较以上所述的加热或隔热装置，热交换器提供了可被用作加热器或冷却器的可能性。热交换器同样可与容器的隔热装置一起使用或代替隔热装置使用。

液体冷却需要装备有冷却剂套的内燃发动机，即设置冷却剂导管布置使冷却剂按管路通过气缸盖或气缸体。正如空气冷却时，热量不必首先传导到表面来释放。热量，甚至是气缸盖或气缸体内的热量，被传递给通常是水混合添加剂的冷却剂。冷却剂在这种情况下通过设置在冷却回路的馈送管路中的泵被传输，以便其循环。因此传递给冷却剂的热量向外排出并且在气缸盖或气缸体的外部再从冷却剂中散出，这通常利用热交换器或通过冷却剂的另外使用而实现，在其中热量从该冷却剂散发出来。

因此，可以提供用于车辆客舱的操作冷却剂(coolant-operated)的加热器，其利用加热的冷却剂来加热输送到客舱的空气，同时冷却剂的温度降低。

然而，在根据本发明的所讨论的实施例中，冷却剂同样可被利用以用于加热储存在容器中的油。在这种情况下，有利地是还可利用在内燃发动机起动或冷起动后，冷却剂比油能更快的变热的事实。如果油回路和冷却剂回路以热交换器形式被联接，那么更高温度的更快速变热的冷却剂可用于发动机油的加速加热。由于热交换器作为加热器使用，另外的参考通过结合最后两个实施例被说明。

此外，内燃发动机的液体冷却系统的冷却剂同样可用来冷却油。根据现有技术，例如，特别是如果利用空气冷却排放的热量不充分时，使用操作冷却剂的油冷却器实现发动机油的冷却。然而，这种情况的前提是冷却剂温度低于油温，即在适当时，利用客舱内部的加热器或类似装置，热量在其它位置，例如在另外的热交换器中，从冷却剂中散发出来。

利用关闭元件和温度调节装置控制流入热交换器的冷却剂的内燃发动机的实施例是有利的。

为了加热油，优选地在为冷却内燃发动机而通过气缸盖和/或气缸体后的且具有比较高的温度的冷却剂被使用。在适当时，冷却剂事先还可被用来冷却被再循环的排气并且因此被加热。

为了冷却油，有利的是，例如将流入内燃发动机上游的冷却剂分支或降低流入热交换器上游的冷却剂的温度。

有利的内燃发动机的实施例是，在该实施例中泵被提供在新鲜空气管路中。利用这个泵，在容器中能产生超过环境压力的压力，因此，当需要时，可协助排空该容器，即降低油位。

通过操纵设置在新鲜空气管路中的控制元件控制输入到容器中的新鲜空气，从而改变容器中的气压的这种方法，本发明所基于的第二部分目的，确切地说为了表明用来运行一种根据以上所述类型的内燃发动机的方法，被实现。

与根据本发明的内燃发动机相关的内容同样适用于根据本发明的方法。

有利的方法的变型是，在该方法变型中馈送到容器中的新鲜空气通过操纵设置在新鲜空气管路的控制元件而被控制，以这种方式，馈送到容器中的新鲜空气的量小于经由通风管路从容器中排放的气体的量，从而减小容器中的气压。在这种情况下，容器中的油位升高，并且通过降低气压辅助油泵经由排放管路将油传输到容器中。

这种方法适合用于填充容器，其优势在于，例如当使用隔热容器时，为了在内燃发动机停止工作后尽可能保持大量的油处于高温，即延迟油的冷却并且因而当内燃发动机重新起动时能使得大量热的发动机油可用。在这种情况下，由于在内燃发动机停止之前气压降低，所以容器不得不被填充。

相似地，在加热器被用来加热油的情况下，当容器中尽可能多的大量油利用该加热器将要被加热时，充满容器是有利的。在内燃发动机冷起动后这种方法被特别推荐的。

即使当容器通过热交换器被联接到冷却剂回路时，位于容器中的油量能随着气压的降低而增加，从而尽可能多的油量能被加热或冷却。油的冷却将主要在运行过程中的这种情况下发生，而在车辆或内燃发动机停止后其有利于加热油，这特别地用于可降燃料消耗。

同样有利的方法变型是，在该变型中输入到容器的新鲜空气通过操纵设置在新鲜空气管路中的控制元件来控制，以这种方式输入的新鲜空气的量大于经由通风管路排放的气体的量，从而增加容器中的气压。在这种情况下，容器中的油位下降并且位于容器中的油被传送到供给管路中。可能地或优选地设置在排放管路的回止阀防止了经由排放管路的容器的回流流出。

特别地，这种方法适合在起动之后，尤其是冷起动后，供给内燃发动机在容器中保温的油或利用加热器或冷却剂在容器中加热的油。

在油位重新升高的情况下，在这种情况下引入到容器中的新鲜空气的量，并且连同通风流以及预先被新鲜空气所吸收的油成分一起经由通风管路被馈送到内燃发动机的进气区，其在净化操作过程中从油中释放。

在容器装备有加热器的内燃发动机的实施例中，有利的方法变型是，在该变型中如果油温低于预定的最小温度，加热器就会启动。凭借这种方法，油的粘度减小并且内燃发动机的摩擦功率被降低。

在容器通过热交换器被联接到冷却剂回路的具有液体冷却系统的内燃发动机中，有利的方法变型是，在该方法变型中如果油温低于冷却剂的温度并且低于预定的最小温度，和/或如果油温超过最大的可容许温度并且冷却剂的温度低于油温，热交换器就会被启动。

仅当油温低于冷却剂温度时热量能通过冷却剂引入到位于容器的油中，从而将油温升高到运行温度或预定的最小温度，即为了加热油温，这是有利的。

与之相反，如果油将被冷却时，例如因为油温超过最大可容许温度，仅当冷却剂的温度低于油温时操纵热交换器是有利的。

因此，在容器通过热交换器被联接到冷却剂回路的具有液体冷却系统的内燃发动机中，由于上文所述的原因，同样有利的方法变形是，在该变型中如果油温高于冷却剂的温度并且油具有低于预定温度的温度，尤其是如果油具有低于预定的最小温度的温度，热交换器不被启动或热交换器被关闭。

附图简述

本发明在下文参考图1被更详细地描述，在这种情况下，图1以框图形式图解显示了具有干式油底壳润滑3的内燃发动机1的第一个实施例。

参考符号

1内燃发动机

2进气区

3干式油底壳润滑

4排放管路

5容器

6供给管路

7油泵

8通风管路

9新鲜空气管路

10控制元件

11隔热装置

12加热器

13回止阀

14气缸盖

15气缸体

16油底壳，收集点

17气体

18油

19油位

优选实施例的详细描述

内燃发动机1装备有用于提供新鲜空气的进气区2并且包括气缸盖14、气缸体15和收集点16，该收集点被设置在气缸体15下方并且油18在该收集点被收集从而形成油底壳16。这种情况下，来自气缸盖14和气缸体15的油的返回以重力驱使的方式发生，如通过箭头明确地表示。

图1说明的内燃发动机1具有干式油底壳润滑3，在收集点16收集的油18经由排放管路4被导入用于储存油18的容器5。为了防止不希望的回流，回止阀13被设置在排放管路4中。被引入到容器5的油18形成油位19。在油位19上面存在气体17，其填充容器5的剩余空间。

在油位19下面，供给管路6从容器5分支出来，以便提供油18给内燃发动机1。为了传送油18，油泵7被设置在供给管路6中。

另外两个管路8、9被连接到容器5。一方面，通风管路8在最大的对地高度(geodetic height)处从油位19上面的容器5分支出来，  并且通向进气区2的真空承载部分(vacuum-carrying part)。另一方面，同样在油位19上面的新鲜空气管路9通向容器5，并且用来馈送新鲜空气。在该新鲜空气管路9中，控制元件10被设置，利用该控制元件进入容器5的新鲜空气的馈送可被控制。

容器5提供有隔热装置11并且装备有电加热器12。该隔热装置11旨在延迟位于容器5中的油18的冷却，而加热器12用于油18的主动加热。

Claims (11)

1.一种内燃发动机(1)，其具有用于提供新鲜空气给所述内燃发动机(1)的进气区(2)并具有干式油底壳润滑(3)，所述内燃发动机(1)一方面经由排放管路(4)与用于储存油(18)的容器(5)连接，以便将收集在所述内燃发动机(1)的油(18)引入到所述容器(5)，并且，另一方面经由供给管路(6)与所述容器(5)相连接，以便利用设置在所述供给管路(6)中的油泵(7)从所述容器(5)抽出所述油(18)并且将所述油(18)提供给所述内燃发动机(1)，其中通风管路(8)从所述容器(5)分支出来并且通向所述进气区(2)的真空承载部分，并且用于将新鲜空气馈送到所述容器(5)的新鲜空气管路(9)通入所述容器(5)，控制元件(10)被设置在所述新鲜空气管路(9)中，利用所述控制元件(10)进入所述容器(5)的新鲜空气的馈送可被控制。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机(1)，其中回止阀(13)被设置在所述排放管路(4)中。

3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机(1)，其中所述容器(5)是隔热的。

4.根据上述权利要求中的任一个权利要求所述的内燃发动机(1)，其中所述容器(5)装备有用于加热存储的所述油(18)的加热器(12)。

5.根据权利要求1到3中的任一个权利要求所述的内燃发动机(1)，其装备有包括冷却剂回路的液体冷却系统，其中所述容器(5)通过热交换器被联接到所述冷却剂回路，从而利用冷却剂将热量引入到储存在所述容器(5)中的所述油(18)中或将从储存在所述容器(5)中的所述油(18)吸取热量。

6.一种运行内燃发动机(1)的方法，所述内燃发动机具有用于提供新鲜空气给所述内燃发动机(1)的进气区(2)并具有干式油底壳润滑(3)，所述内燃发动机(1)一方面经由排放管路(4)与用于储存油(18)的容器(5)连接，以便将收集在所述内燃发动机(1)的油(18)引入到所述容器(5)，并且，另一方面经由供给管路(6)与所述容器(5)相连接，以便利用设置在所述供给管路(6)中的油泵(7)从所述容器(5)抽出所述油(18)并且将所述油(18)提供给所述内燃发动机(1)，通风管路(8)从所述容器(5)分支出来并且通向所述进气区(2)的真空承载部分，并且用于将新鲜空气馈送到所述容器(5)的新鲜空气管路(9)通入所述容器(5)，控制元件(10)被设置在所述新鲜空气管路(9)中，利用所述控制元件(10)进入所述容器(5)的新鲜空气的馈送可被控制，其中馈送到所述容器(5)的新鲜空气通过设置在所述新鲜空气管路(9)中的所述控制元件(10)的操纵被控制，从而改变所述容器(5)内的气压。

7.根据权利要求6所述的方法，其中馈送到所述容器(5)的新鲜空气通过设置在所述新鲜空气管路(9)中的所述控制元件(10)的操纵被控制，通过馈送到所述容器(5)的所述新鲜空气的量小于经由所述通风管路(8)从所述容器(5)排放的气体的量的方式，从而减小所述容器(5)内的气压。

8.根据权利要求6所述的方法，其中馈送到所述容器(5)的新鲜空气通过设置在所述新鲜空气管路(9)中的所述控制元件(10)的操纵被控制，通过馈送到所述容器(5)的所述新鲜空气的量大于经由所述通风管路(8)从所述容器(5)排放的气体的量的方式，从而增加所述容器(5)内的气压。

9.根据权利要求6到8中的任一个权利要求所述的方法运行根据权利要求4所述的内燃发动机(1)，其中如果所述油的温度低于预定的最小温度，那么所述加热器(12)被启动。

10.根据权利要求6到8中的任一个权利要求所述的方法运行根据权利要求5所述的内燃发动机(1)，其中所述如果所述油的温度低于所述冷却剂的温度并且低于预定的最低温度和/或如果所述油的温度超过最大的容许温度并且所述冷却剂的温度低于所述油的温度，那么所述热交换器被启动。

11.根据权利要求6到8中的任一个权利要求所述的方法运行根据权利要求5所述的内燃发动机(1)，其中如果所述油的温度高于所述冷却剂的温度并且所述油(18)具有低于预定温度的温度，所述热交换器不被启动。

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