CN101876286A - 发动机燃料汽化管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机燃料汽化管理系统。具体地，提供了一种发动机总成，其可包括具有燃料分离组件的曲轴箱通风组件。燃料分离组件可包括冷凝单元和汽化单元。冷凝单元可包括气体区和液体容纳区。气体进口可与气体区流体相通，并且与来自发动机缸体的包含燃料蒸气的气体流流体相通。冷凝单元可把燃料蒸气转化为液体燃料。第一气体出口可与发动机空气进口流体相通，并将气体流的剩余部分提供给空气进口。液体区可存储液体燃料，并通过液体进口将液体燃料提供给汽化单元。汽化单元可把液体燃料转化为燃料蒸气，并且第二气体出口可将燃料蒸气提供给空气进口。

Description

发动机燃料汽化管理系统
技术领域
本发明涉及发动机燃料管理。
背景技术
本节提供与本发明有关的背景信息，其并不必然是现有技术。
在发动机工作期间，燃料可从燃烧室迁移到曲轴箱，并最终进入到发动机油中，导致油的稀释。随着发动机的升温，燃料可转化为燃料蒸气。燃料蒸气可经由曲轴箱通风系统与曲轴箱中其他气体一起被传送到进气歧管并回到燃烧室以用于随后的燃烧事件。这个过程可导致燃料蒸气到燃烧室的未经调节的引入。
发明内容
本节提供本发明的总体概要，并不是对本发明的所有特征或全部范围的全面表述。
一种发动机总成，可包括：发动机缸体，该发动机缸体限定气缸膛，气缸膛中设置有活塞；气缸盖，其与发动机缸体联接并且限定与气缸膛流体相通的空气进口；以及与发动机缸体和空气进口流体相通的曲轴箱通风组件。曲轴箱通风组件可包括具有冷凝单元与汽化单元的燃料分离组件。冷凝单元可包括气体区、液体容纳区、气体进口、第一气体出口和液体出口。气体进口可与气体区流体相通，并且与来自发动机缸体的包括燃料蒸气的气体流流体相通。冷凝单元基于该冷凝单元的第一温度，可把燃料蒸气转化为液体燃料。第一气体出口可与空气进口流体相通，并将气体流的剩余部分提供到空气进口。流体区可存储液体燃料。汽化单元可包括液体进口和第二气体出口。液体进口可与冷凝单元的液体出口流体相通，并接收来自冷凝单元的液体燃料。汽化单元可基于该汽化单元的第二温度把液体燃料转化为燃料蒸气。第二气体出口可将燃料蒸气提供到空气进口。
一种燃料汽化管理方法，其可包括：燃料分离组件的冷凝单元内接收来自发动机曲轴箱的气体流，并在冷凝单元内把气体流中的燃料成分分离出来。该分离可包括：基于冷凝单元的第一温度把气体流中的燃料蒸气转化为液体燃料，并把液体燃料储存在冷凝单元中。气体流的剩余部分可排出冷凝单元并被提供到发动机空气进口。可将液体燃料从冷凝单元传输到汽化单元。本方法还可包括：基于汽化单元的第二温度将汽化单元中的液体燃料转化为燃料蒸气，以及将燃料蒸气提供到发动机空气进口。
本发明还涉及以下技术方案：
方案1.一种发动机总成，包括：
发动机缸体，其限定气缸膛，所述气缸膛内设置有活塞；
气缸盖，其联接到所述发动机缸体，并限定与所述气缸膛流体相通的空气进口；以及
曲轴箱通风组件，其与所述发动机缸体和所述空气进口流体相通，所述曲轴箱通风组件包括燃料分离组件，所述燃料分离组件具有：
冷凝单元，其包括气体区、液体容纳区、气体进口、第一气体出口、以及液体出口，所述气体进口与所述气体区流体相通，并与来自所述发动机缸体的包含燃料蒸气的气体流流体相通，所述冷凝单元基于所述冷凝单元的第一温度把所述燃料蒸气转化为液体燃料，所述第一气体出口与所述空气进口流体相通并将所述气体流的剩余部分提供给所述空气进口，所述流体区存储所述液体燃料；以及
汽化单元，其包括液体进口和第二气体出口，所述液体进口与所述冷凝单元的液体出口流体相通并接收来自所述冷凝单元的液体燃料，所述汽化单元基于所述汽化单元的第二温度把所述液体燃料转化为燃料蒸气，所述第二气体出口将所述燃料蒸气提供给所述空气进口。
方案2.如方案1所述的发动机总成，其中，所述燃料分离组件包括与所述空气进口和所述第二气体出口流体相通并在这两者之间选择性地提供流体相通的阀。
方案3.如方案1所述的发动机总成，其中，所述燃料分离组件包括在所述冷凝单元的液体出口和所述汽化单元的液体进口之间延伸并在这两者之间提供流体相通的导管，所述导管使所述冷凝单元和所述汽化单元彼此热隔绝。
方案4.如方案1所述的发动机总成，其中，所述汽化单元与发热的发动机部件处于热交换关系中，所述发动机部件将所述汽化单元加热到所述第二温度。
方案5.如方案4所述的发动机总成，其中，所述发动机部件包括所述气缸盖。
方案6.如方案4所述的发动机总成，其中，所述冷凝单元与所述发热的发动机部件隔绝。
方案7.如方案6所述的发动机总成，其中，所述第一温度大致是环境空气温度。
方案8.如方案1所述的发动机总成，其中，所述曲轴箱通风组件包括油分离机构，所述油分离机构与来自所述发动机缸体的气体流流体相通，所述油分离机构去除所述气体流中夹带的油。
方案9.如方案8所述的发动机总成，其中，所述气体流在行进通过所述燃料分离组件之前通过所述油分离机构。
方案10.一种曲轴箱通风组件，包括：
燃料分离组件，其与发动机缸体和通向发动机燃烧室的空气进口流体相通，所述燃料分离组件包括：
冷凝单元，其包括气体区、液体容纳区、气体进口、第一气体出口、以及液体出口，所述气体进口与所述气体区流体相通，并与来自所述发动机缸体的包含燃料蒸气的气体流流体相通，所述冷凝单元基于所述冷凝单元的第一温度把所述燃料蒸气转化为液体燃料，所述第一气体出口与所述空气进口流体相通并将所述气体流的剩余部分提供给所述空气进口，所述流体区存储所述液体燃料；以及
汽化单元，其包括液体进口和第二气体出口，所述液体进口与所述冷凝单元的液体出口流体相通并接收来自所述冷凝单元的液体燃料，所述汽化单元基于所述汽化单元的第二温度把所述液体燃料转化为燃料蒸气，所述第二气体出口将所述燃料蒸气提供给所述空气进口。
方案11.如方案10所述的曲轴箱通风组件，其中，所述燃料分离组件包括与所述空气进口和所述第二气体出口流体相通并在这两者之间选择性地提供流体相通的阀。
方案12.如方案10所述的曲轴箱通风组件，其中，所述燃料分离组件包括在所述冷凝单元的液体出口和所述汽化单元的液体进口之间延伸并在这两者之间提供流体相通的导管，所述导管使所述冷凝单元和所述汽化单元彼此热隔绝。
方案13.如方案10所述的曲轴箱通风组件，其中，所述汽化单元与发热的发动机部件处于热交换关系中，所述发动机部件将所述汽化单元加热到所述第二温度。
方案14.如方案13所述的曲轴箱通风组件，其中，所述冷凝单元与所述发热的发动机部件隔绝。
方案15.如方案10所述的曲轴箱通风组件，还包括油分离机构，所述油分离机构与来自所述发动机缸体的气体流流体相通，所述油分离机构去除所述气体流中夹带的油。
方案16.一种方法，包括：
在燃料分离组件的冷凝单元中接收来自发动机曲轴箱的气体流；
在所述冷凝单元中将燃料成分从所述气体流中分离出来，所述分离包括：基于所述冷凝单元的第一温度把所述气体流中的燃料蒸气转化为液体燃料，并将所述液体燃料存储在所述冷凝单元中，所述气体流的剩余部分从所述冷凝单元中排出并提供给发动机空气进口；
将所述液体燃料从所述冷凝单元传输到汽化单元；
基于所述汽化单元的第二温度，将所述汽化单元中的液体燃料转化为燃料蒸气；以及
将所述燃料蒸气提供给所述发动机空气进口。
方案17.如方案16所述的方法，其中，将所述燃料蒸气提供给所述发动机空气进口包括：使用阀来提供受控的燃料蒸气流。
方案18.如方案16所述的方法，其中，所述冷凝单元通过在所述冷凝单元与所述汽化单元之间延伸的导管与所述汽化单元热隔绝，所述导管在储存于所述冷凝单元和所述汽化单元中的液体燃料之间提供流体相通。
方案19.如方案16所述的方法，还包括：通过来自发热的发动机部件的传热将所述汽化单元加热到所述第二温度。
方案20.如方案19所述的方法，其中，所述冷凝单元与所述发热的发动机部件隔绝。
从本文提供的描述中，更多的应用范围将变得显而易见。本发明内容部分中的描述和具体示例仅用于说明之目的，并不意图限制本发明的范围。
附图说明
本文所描述的附图仅用于图示说明之目的，而并不意图以任何方式限制本发明的范围。
附图是根据本发明的发动机总成的示意图。
在附图的全部若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明的示例。以下描述在本质上仅是示例性的，且并不意图限制本发明、其应用或使用。
附图中，示意性图示出发动机总成10。发动机总成10可包括发动机缸体12、气缸盖14、油盘16、曲轴18、活塞20(仅示出其中一个)、气门系组件22、火花塞24、燃料系统26、进气歧管28、以及曲轴箱通风组件30。发动机缸体12可限定气缸膛32(仅示出其中一个)，每个气缸膛在其内设置有活塞20。要理解的是，本教导可应用到任意数目的活塞-气缸布置和各种发动机构造，包括但不限于，V型发动机、直列式发动机、水平对置发动机、以及顶置凸轮式构造和整体凸轮式构造(cam-in-block configuration)。此外，要理解的是，本教导可以等同地应用于曲轴箱强制通风(PCV)系统和封闭型曲轴箱通风(CCV)系统。
气缸盖14可包括进气道34和排气道36。发动机缸体12、气缸盖14和活塞20可协作以限定燃烧室38。进气道34可以形成到燃烧室38的空气进口，排气道36可以形成离开燃烧室38的排气出口。火花塞24可位于气缸盖14内，并延伸到燃烧室38中。油盘16可联接到发动机缸体12，并可将油保持在发动机总成10中。发动机缸体12和油盘16可协作以限定发动机曲轴箱40。
气门系组件22可由气缸盖14支撑，并可包括进气凸轮轴42和排气凸轮轴44、以及进气门组件46和排气门组件48。进气凸轮轴42可与进气门组件46接合，排气凸轮轴44可与排气门组件48接合。
燃料系统26可包括与燃料供给装置52(例如，燃料箱)相通的燃料泵50和燃料喷射器54。燃料喷射器54可与燃烧室38流体相通。在该非限制性示例中，燃料喷射器54可位于气缸盖14内，并延伸到燃烧室38内，从而形成直喷式构造。但要理解的是，本发明绝不限于直喷式应用。本教导可被用在各种其他燃料喷射应用中，包括进气口喷射构造。
进气歧管28可与新鲜空气供给源56、曲轴箱通风系统30、以及气缸盖14内的进气道34流体相通。曲轴箱通风系统30可包括油分离组件58和燃料分离组件60。油分离组件58可与发动机曲轴箱40和进气歧管28流体相通。更具体的说，油分离组件58可接收来自曲轴箱40的曲轴箱气体流。当曲轴箱气体通过油分离组件58时，该气体中夹带的油可与该气体分离，而气体流的剩余部分可继续流向进气歧管28。虽然油分离组件58被图示出是在曲轴箱40和燃料分离组件60之间，但要理解的是，油分离组件58也可替代性地位于燃料分离组件60和进气歧管28之间。
燃料分离组件60可包括冷凝单元62、汽化单元64、在冷凝单元62和汽化单元64之间延伸的通道66、和阀68。冷凝单元62可形成包括气体区70、液体区72、气体进口74、第一气体出口76和液体出口78的容器。气体进口74可与气体区70和曲轴箱40流体相通，并可接收来自于曲轴箱40的曲轴箱气体流。在该非限制性示例中，气体进口74可接收从油分离组件58排出的曲轴箱气体流。第一气体出口76可与气体区70和进气歧管28流体相通，并可以向冷凝单元62中延伸一定距离以便有助于燃料分离，如以下所论述的那样。液体出口78可与冷凝单元62的液体区72流体相通，并经由通道66与汽化单元64流体相通。
冷凝单元62可与发动机总成10的发热部件隔绝。冷凝单元62可用导热材料(例如，导热金属)制成，并且可以暴露于环境空气温度中，正如以下所论述的那样。通道66可由绝热材料构成，用来限制汽化单元64和冷凝单元62之间的传热。可以使用包括塑料和弹性体在内的各种绝热材料。
汽化单元64可包括液体进口80和第二气体出口82。液体进口80可经由通道66与冷凝单元62的液体区72流体相通。第二气体出口82可与进气歧管28流体相通。阀68可位于汽化单元64的第二气体出口82和进气歧管28之间，并可与这两者都流体相通，以便选择性地提供这两者之间的流体连通。汽化单元64可处于与发动机总成10的发热部件的传热关系中。更具体地，汽化单元64可以邻接发动机总成10的发热部件。在该非限制性示例中，发热的发动机部件可包括气缸盖14。然而要理解的是，各种其他的发热部件也可以被使用，这些发热部件包括但不限于发动机缸体12、散热器(未示出)、或电加热器(未示出)。汽化单元64可由导热材料制成，比如导热金属。
在发动机工作期间，燃料被提供到燃烧室38内并在其中燃烧。燃料的一部分可对限定燃烧室38的气缸壁产生冲击，并可能迁移到发动机曲轴箱40中。迁移到曲轴箱40中的燃料可积累在油盘16中。发动机曲轴箱40(和其中的油/燃料混合物)可达到燃料沸腾并转变成燃料蒸气的工作温度。然后，燃料蒸气会与曲轴箱气体混合。曲轴箱气体可经由曲轴箱通风组件30最终行进到进气歧管28，并从而到达进气道34。燃料分离组件60可对引入进气道34的燃料蒸气的量进行控制。
具体的说，曲轴箱气体流可进入冷凝单元62。当曲轴箱气体流进入冷凝单元62时，其可经历温度下降，导致燃料蒸气从曲轴箱气体中冷凝出。冷凝单元可以以第一温度工作，以便把燃料蒸气转化为液体状态。第一温度可低于60摄氏度。如上面所述，冷凝单元62可与发热的发动机部件大致隔绝。冷凝单元可暴露在环境空气温度下，例如，车辆发动机舱空气温度。然而，尽管被图示为通过环境空气条件来冷却，但要理解的是，可替代性和/或额外地使用冷却装置(未示出)来控制冷凝单元62的工作温度。
在该非限制性示例中，曲轴箱气体流可冲击冷凝单元62的壁以增强对燃料蒸气的冷却。由燃料蒸气的冷凝所产生的液体燃料可落入并存储在冷凝单元62的液体区72中。曲轴箱气体流的剩余部分可经由第一气体出口76排出冷凝单元62，并行进到进气歧管28，最终进入进气道34。第一气体出口76在冷凝单元62中的延伸可有助于防止燃料蒸气在气体状态下排出冷凝单元62。
被保持在冷凝单元62的液体区72中的液体燃料可经由通道66和液体进口80提供给汽化单元64。汽化单元64中的液体燃料可被加热到第二温度，以便使液体燃料返回到气体状态(燃料蒸气)。第二温度可包括足以使液体燃料沸腾的温度。更具体的说，第二温度可高于80摄氏度。如上面所述，汽化单元64可被来自发热的发动机部件的传热所加热。但要理解的是，可以替代性地和/或额外地使用发动机部件以外的加热装置(未示出)来控制汽化单元64的工作温度。汽化单元64产生的燃料蒸气可经由第二气体出口82提供给进气歧管28，并最终进入进气道34。
排出汽化单元64的燃料蒸气的量可通过阀68来控制。作为非限制性示例，阀68可包括脉冲宽度调制(PWM)控制的电磁阀，该电磁阀与控制模块电连通，例如，该控制模块是发动机控制模块84。

Claims (10)

1.一种发动机总成，包括：
发动机缸体，其限定气缸膛，所述气缸膛内设置有活塞；
气缸盖，其联接到所述发动机缸体，并限定与所述气缸膛流体相通的空气进口；以及
曲轴箱通风组件，其与所述发动机缸体和所述空气进口流体相通，所述曲轴箱通风组件包括燃料分离组件，所述燃料分离组件具有：
冷凝单元，其包括气体区、液体容纳区、气体进口、第一气体出口、以及液体出口，所述气体进口与所述气体区流体相通，并与来自所述发动机缸体的包含燃料蒸气的气体流流体相通，所述冷凝单元基于所述冷凝单元的第一温度把所述燃料蒸气转化为液体燃料，所述第一气体出口与所述空气进口流体相通并将所述气体流的剩余部分提供给所述空气进口，所述流体区存储所述液体燃料；以及
汽化单元，其包括液体进口和第二气体出口，所述液体进口与所述冷凝单元的液体出口流体相通并接收来自所述冷凝单元的液体燃料，所述汽化单元基于所述汽化单元的第二温度把所述液体燃料转化为燃料蒸气，所述第二气体出口将所述燃料蒸气提供给所述空气进口。
2.如权利要求1所述的发动机总成，其中，所述燃料分离组件包括与所述空气进口和所述第二气体出口流体相通并在这两者之间选择性地提供流体相通的阀。
3.如权利要求1所述的发动机总成，其中，所述燃料分离组件包括在所述冷凝单元的液体出口和所述汽化单元的液体进口之间延伸并在这两者之间提供流体相通的导管，所述导管使所述冷凝单元和所述汽化单元彼此热隔绝。
4.如权利要求1所述的发动机总成，其中，所述汽化单元与发热的发动机部件处于热交换关系中，所述发动机部件将所述汽化单元加热到所述第二温度。
5.如权利要求4所述的发动机总成，其中，所述发动机部件包括所述气缸盖。
6.如权利要求4所述的发动机总成，其中，所述冷凝单元与所述发热的发动机部件隔绝。
7.如权利要求6所述的发动机总成，其中，所述第一温度大致是环境空气温度。
8.如权利要求1所述的发动机总成，其中，所述曲轴箱通风组件包括油分离机构，所述油分离机构与来自所述发动机缸体的气体流流体相通，所述油分离机构去除所述气体流中夹带的油。
9.一种曲轴箱通风组件，包括：
燃料分离组件，其与发动机缸体和通向发动机燃烧室的空气进口流体相通，所述燃料分离组件包括：
冷凝单元，其包括气体区、液体容纳区、气体进口、第一气体出口、以及液体出口，所述气体进口与所述气体区流体相通，并与来自所述发动机缸体的包含燃料蒸气的气体流流体相通，所述冷凝单元基于所述冷凝单元的第一温度把所述燃料蒸气转化为液体燃料，所述第一气体出口与所述空气进口流体相通并将所述气体流的剩余部分提供给所述空气进口，所述流体区存储所述液体燃料；以及
汽化单元，其包括液体进口和第二气体出口，所述液体进口与所述冷凝单元的液体出口流体相通并接收来自所述冷凝单元的液体燃料，所述汽化单元基于所述汽化单元的第二温度把所述液体燃料转化为燃料蒸气，所述第二气体出口将所述燃料蒸气提供给所述空气进口。
10.一种方法，包括：
在燃料分离组件的冷凝单元中接收来自发动机曲轴箱的气体流；
在所述冷凝单元中将燃料成分从所述气体流中分离出来，所述分离包括：基于所述冷凝单元的第一温度把所述气体流中的燃料蒸气转化为液体燃料，并将所述液体燃料存储在所述冷凝单元中，所述气体流的剩余部分从所述冷凝单元中排出并提供给发动机空气进口；
将所述液体燃料从所述冷凝单元传输到汽化单元；
基于所述汽化单元的第二温度，将所述汽化单元中的液体燃料转化为燃料蒸气；以及
将所述燃料蒸气提供给所述发动机空气进口。
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