CN102032023B - 从内燃机的机油分离水和燃料的加热空气辅助膜分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种从内燃机的机油分离水和燃料的加热空气辅助膜分离装置。污染性的水和/或燃料物质可从循环过工作发动机的部件的内燃机润滑油流中去除。合适的膜材料支撑在合适的壳体内。至少一部分机油流流过膜的一侧，并且水和/或燃料物质通过膜扩散到其另一侧，在此它们被收集并且从壳体中去除。水和燃料物质可使用不同的膜或膜的不同区域独立地回收。可使用利用发动机废热加热到预先选定的温度的流动空气流将它们从膜和壳体中去除从而用于在壳体外部处理。本申请还描述了本发明在其他能够用膜分离的混合物中的应用。

Description

从内燃机的机油分离水和燃料的加热空气辅助膜分离装置

技术领域

本发明涉及用于从在工作的发动机中循环的润滑油中分离水和汽油(或其他燃料)的方法和装置。更具体地，本发明涉及使用一种装置的改进方法，在该装置中机油沿着膜的表面循环，且水和/或例如汽油、柴油燃料或乙醇等燃料成分通过膜被选择性地从机油中去除。在合适的压力下被引导过膜的渗透侧的加热空气流加强了水和燃料成分从膜表面的去除。

背景技术

大多数汽车由内燃机提供动力，内燃机包括数个互补的汽缸，其中紧密配合的往复活塞接纳引入的燃料空气混合物、压缩该混合物、使混合物燃烧和排出燃烧产物。燃料可以是汽油、柴油燃料、乙醇-燃料混合物、乙醇、生物燃料合成物或者可在空气中燃烧的其他含碳合成物。对移动部件的润滑通过合适的含碳氢化合物液体完成，该液体从发动机下部的曲轴箱中被泵送上来并且分配到发动机的移动部件。当润滑油排回到集油装置中时就完成了润滑油的循环。根据发动机的尺寸，机油的体积可以是若干夸脱。

在汽缸内发生的燃烧过程终结时，汽缸将含有多种化学物质，包括水蒸汽、未燃烧的燃料和颗粒物。这些物质中的大多数将在排气冲程中从汽缸中排出，但是其中一部分将穿过活塞环被输送到曲轴箱内(有时被称为窜漏气体)并且与润滑油相接触。由此，随着发动机工作以及机油的循环，机油积累了颗粒物质，颗粒物质可通过将机油循环过过滤器而去除。但是机油还积累了水、未燃烧的燃料物质和其他液体或气体燃烧副产物，它们不能通过传统的过滤技术去除。

在正常的发动机工作温度下，这些燃烧副产物通常足以挥发掉，因为它们可通过蒸发从机油中排出。然而，当发动机经常仅仅工作相对较短的期间时，特别是在低环境温度下工作时，机油温度没有增加到足以蒸发和驱除这些污染物，因而污染物便逐渐累积起来。累积的水、燃料和燃烧副产物-特别是液体，稀释和污染了机油，从而机油必须在其有用的性能被耗尽之前从发动机中排出。

发明内容

本发明提供了使用合适的膜分离设备以便当润滑油在工作的发动机中循环时从润滑油中有效去除水和/或燃料成分(及类似物)的操作实践和设计，其中工作的发动机可置于车辆内或处于静止工作场合。膜是薄膜状结构的材料，其横向尺寸显著大于其厚度，并且其具有允许被选择的化学物质在合适的驱动力作用下通过其厚度传输的组分和微观结构。

本发明使用在受管理的温度和压力下的空气流来更有效地去除已通过膜扩散的化学物质。该实践可适于从工作的发动机(例如车辆发动机)中去除水或燃料物质或者两者都去除。为了在比较有限的文字中提供更全面的描述，在本说明书的下列章节中将描述本发明的实施方式，其中水和燃料物质(例如窜漏气体物质)被从内燃机润滑油的循环液流中去除。

在本发明的一个总体实施方式中，发动机润滑油的至少一部分循环流被导致沿着合适的膜表面流动。该膜具有与循环油相接触的第一膜表面以及用于回收从机油中分离和去除的物质的相对膜表面。第一膜表面构造成使得不透过机油成分但是该膜允许分布在机油中的水和燃料分子中的至少一种通过。膜表面的化学性质引发和允许水和/或燃料分子从流动的机油中通过膜而扩散到相对表面。根据本发明，一股气流流过而与已扩散过分离膜的至少一些水或燃料物质相接触。在优选实施方式中，气流可被引导过膜的基本上整个相对表面以带走处于渗流中的透过的水分子或燃料分子(或者两者)。气流的温度相对于循环机油的温度被管理以促使渗透物质更快和更彻底地扩散。这种气流被管理而从第二膜表面上蒸发和去除分子，其帮助在穿过膜的厚度上维持污染物质的浓度梯度，从而促使水和/或燃料持续地从流动的机油流中分离(剩下的机油流有时称为滞留液流)。

总体上，可优选地通过第一膜(或膜区域)从机油中去除水并且通过第二膜区域去除燃料或其他含碳污染物，从而回收的水(和可能的溶质，如乙醇)和燃料可分开处理。例如，从机油中去除的水可抛弃到大气环境中；从机油中去除的燃料可存储起来，例如在发动机中重新利用。

在本发明的一些实施方式中，膜可以呈支撑在平板上的扁平薄膜形式。在其他实施方式中，用于该机油清理过程的膜可以呈中空纤维的形式，其中，例如含水和燃料的润滑油在纤维束的外周表面周围流过，并且空气流经纤维的内部空腔以去除作为窜漏副产物的水或者燃料。在其他一些实施方式中，膜可以卷绕成螺旋状或者其他合适构造。各种形式的膜通常支撑在合适的金属或聚合物框架或者壳体内，这些壳体的形状和构造形成为用以接收循环机油(包含水和燃料的液滴)进入壳体，从而将机油沿着被支撑膜的上游侧引导，并且允许清理过的机油离开壳体并且再进入泵送到发动机表面上的机油中。

现代车辆发动机和它们的计算机控制操作系统允许感测和控制多个发动机工作参数。根据本发明的实施方式，一些此类计算机感测和控制的数据可用于协助发动机油的清理。例如，对机油温度、发动机冷却剂温度的感测和控制以及对废气再循环、废气处理等的管理可用于机油清理膜分离系统的操作中。根据本发明的实践，循环过本发明的膜分离器的机油温度是已知的。环境空气可通过合适的风机或其他空气输送装置被吸入并且输送到分离器壳体内的空气入口从而与渗透物质接触。空气的温度被感测并且空气可通过与废气管线中的废气或者再循环废气等的热交换而被加热。空气的流速及其压力可通过膜分离器壳体内的阀或其他流动限制装置控制。

由此，一个优选实施方式涉及通过预热的清扫空气流的通过来去除污染渗透物或渗透物，从而更有效地蒸发和带走污染物。预热气流的温度被预先选定以合适地促进污染物的蒸发。由此，预热气流的温度应当大于循环机油的温度，但是该温度受到膜的最大安全工作温度的限制。如上所述，合适加热的气流可用来同时或者前后相继地从发动机油中去除水或者从发动机油中去除燃料成分，或者去除这两种成分。空气的压力受到控制，从而其促进而不是抑制渗透物质扩散过膜。

本发明的实践可用于从循环的发动机油中去除水(或水和乙醇)，或者去除窜漏燃料成分，或者去除两者。在本发明的多个实施方式中，水和燃料成分将使用不同的膜或者不同的膜区域来去除。并且气流的温度和压力可在水分离和燃料成分分离中各不相同。

方案1、一种从循环机油流中去除至少一种可蒸发污染物的方法，所述循环机油流用于对工作的内燃机中的发动机部件进行润滑，发动机的操作利用感测循环机油温度的计算机控制系统来管理，该方法包括：

将至少一部分含污染物的机油流转移到设置成用于接收发动机润滑油流的第一膜区域，所述膜具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面，以及使所述机油流部分流过第一膜区域的第一表面，机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些污染物离开机油流并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面；

使来自第一膜区域的第二表面的污染物与预定温度的加热空气流接触；以及

在发动机工作过程中使含污染物的机油持续循环通过第一膜区域。

方案2、如方案1所述的方法，其中加热空气流通过所述膜的第二表面以接触此表面上的污染物质。

方案3、如方案1所述的方法，其中所述污染物包括水。

方案4、如方案1所述的方法，其中所述污染物包括碳氢化合物燃料物质。

方案5、如方案1所述的方法，其中第一污染物是水，而第二污染物是碳氢化合物燃料物质，水污染物通过从第一膜区域的第一表面穿过到第一膜的第二表面而离开机油流，而碳氢化合物燃料物质通过从第二膜区域的第一表面穿过到第二膜的第二表面而离开机油流。

方案6、如方案4所述的方法，其中从第一膜区域去除的水和从第二膜区域去除的碳氢化合物燃料物质在发动机工作过程中被独立处理。

方案7、如方案1所述的方法，其中加热空气使用发动机废热加热。

方案8、如方案7所述的方法，其中加热空气的温度被预先选定，从而不超过适用于长期膜性能的温度。

方案9、如方案7所述的方法，其中加热空气的温度被预先选定，从而维持高于机油温度的特定温度。

方案10、一种从工作的内燃机中去除水和燃料物质的方法，机油流在内燃机中循环从而用于润滑发动机部件，水和燃料物质在发动机工作过程中进入机油，发动机的操作利用感测循环机油温度的计算机控制系统管理，该方法包括：

将至少一部分含水和含燃料的机油流转移到第一膜区域和第二膜区域，每个膜区域设置成用于接收发动机润滑油流，并且所述膜具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面，以及使所述机油流部分流过每个膜区域的第一表面，机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些水离开机油流并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面，机油流接合第二膜区域的第一表面，使得一些燃料物质离开机油流并且穿过第一表面到达第二膜区域的第二表面；

使得来自第一膜区域的第二表面的水接触处于一定温度的加热空气流，用于促进水通过第一膜以及从膜中去除水；

使得来自第二膜区域的第二表面的燃料物质接触加热空气流，用于促进燃料物质通过第一膜以及从膜中去除水；以及

在发动机工作过程中使含水和含燃料的机油持续循环通过第一和第二膜区域。

方案11、如方案10所述的方法，其中加热空气流通过第一膜的第二表面以接触此表面上的水。

方案12、如方案10所述的方法，其中加热空气流通过第二膜的第二表面以接触此表面上的燃料物质。

方案13、如方案10所述的方法，其中从第一膜区域去除的水和从第二膜区域去除的碳氢化合物燃料物质在发动机工作过程中被独立处理。

方案14、如方案10所述的方法，其中加热空气流使用发动机废热加热。

方案15、如方案10所述的方法，其中加热空气流的温度被预先选定，从而不超过适于长期膜性能的温度。

方案16、如方案10所述的方法，其中加热空气流的温度被预先选定，从而维持高于机油温度的特定温度。

方案17、一种去除液体混合物的至少一种可蒸发成分的方法，该方法包括：

使液体混合物的至少一部分与膜的第一表面接触，所述膜具有一定厚度并具有第一和第二相对表面，且所述膜被选定成允许所述成分通过从而被去除，但是基本上不允许混合物的其他成分通过；

在要被去除的成分中穿过所述膜的厚度形成浓度梯度；以及

使得处于预定温度的气流通过所述膜的第二表面。

方案18、如方案17所述的方法，还包括使所述液体混合物持续流过所述膜的第一表面。

方案19、一种置于内燃机的发动机油润滑系统内的发动机油流通装置，所述装置包括：

容纳于壳体内的膜，所述壳体包括第一开口和第二开口，第一开口用于接收含水和含燃料物质的发动机润滑油流，而第二开口用于释放清除了水和清除了燃料物质的机油流；

所述膜包括第一膜区域和第二膜区域，每个膜区域设置成和适用于接收发动机润滑油流并且具有一定厚度及第一和第二相对表面，每个膜区域的第一表面设置成和适用于机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些水离开机油流并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面，而第二膜区域的第一表面设置成和适于使得一些燃料物质离开机油流并且穿过第一表面到达第二膜区域的第二表面；

所述装置还包括允许加热空气进入壳体的第二开口，所述壳体包括流动通道，所述流动通道用于将进入的加热空气分成至少两股气流；

第一股气流被引导从而至少到达第一膜区域的第二表面，而第二股气流被引导从而至少到达第二膜区域的第二表面；

所述壳体还包括用于第一股气流和第二股气流离开的出口。

方案20、如方案19所述的装置，还包括用于供应具有受控温度的加热空气的装置。

方案21、如方案20所述的装置，其中具有受控温度的加热空气源于高温空气流和低温空气流的受控混合。

方案22、如方案21所述的装置，其中高温空气流源于穿过加热的发动机废气系统的空气。

尽管优选实施方式应用于汽车，但是空气或其他成分的加热清扫气体的应用将有利地在其他膜分离应用和过程中促进渗透。

通过本说明书后续部分的描述和示例实施方式，本发明的其他目的和优点将变得清楚。

附图说明

图1A示出了膜分离设备的一个优选实施方式的应用，该膜分离设备用于对工作内燃机中的循环发动机油中的燃料和水污染物进行分离。图1B-1E示出了具体的分离器构造以及相应的机油、滞留物、清扫气体和包含渗透物的清扫气流。

图2示出了适用于从发动机润滑油中去除水和燃料的示例性的代表性交叉流膜分离单元，其中进入的发动机油遵循一个紊流产生路径并且通过适用于去除燃料或水的大致平面的膜。

图3示出了适用于混合环境空气和加热空气的空气混合单元的立体图，其在闭环控制下工作时会将一定流动体积的清扫气体维持在预先选定的温度。

具体实施方式

现代内燃机以严格的公差制造，因此需要使用高级润滑油。为满足这种需求，当前的发动机润滑油包括基础机油和合适添加剂的复杂混合物，从而使得即使在宽范围的苛刻条件下经过相当长时间的使用后也能具有所需的润滑性能。

当前润滑剂或润滑系统没有很好解决的一个少见状况在车辆发动机经常仅运行很短时间时发生。在此情况下，润滑油仅仅在很少情况下达到其“正常”工作温度，并且随后仅运行很短时间。

在燃烧过程中，会发生一些“窜漏”，其将一些未燃烧的燃料和湿气驱动穿过活塞环而进入曲轴箱，在此它们结合到润滑油中。当机油维持在其“正常”的80℃和110℃之间的工作温度时，这些易挥发的污染物基本上蒸发并且被去除。然而，在持续的短时发动机工作循环中，特别是在冬天驾驶过程中遇到的低环境温度下，这些污染物和稀释剂将积累，并且如果没有被去除其将快速地劣化机油的润滑能力。

这些污染物的积累会非常显著。作为燃烧产物的水将会很丰富，并且一点也不令人吃惊的是，经过一定时间，在润滑油中将积累5％或更大浓度的水。然而，在短程工作过程中，通常在冷启动中产生的浓燃料-空气混合物促进了燃料在机油中的类似积累，并且也可导致在冬季结束时在机油中含有大于5％浓度的汽油。机油中的这种高浓度汽油还可因为汽油成分的较高沸点(仅有约50％的汽油成分在低于125℃的温度下蒸发)而被促进，这使得它们比水更难以蒸发，由此更易于积累到很高的水平。应当指出，柴油燃料的蒸馏曲线相对于汽油被平移到更高的温度，因此可以预料，柴油燃料在机油中会有更大程度的积累。

使用半渗透性膜可完成对这些污染液体的去除，该半渗透性膜能够通过膜选择性地输送混合物的成分。原子和分子可通过膜中的孔通过物理输送而穿过膜，从而原子和分子从膜的第一侧上富含溶质的机油环境迁移到膜的第二侧上溶质稀少的环境。通过合适地选择膜的物理和化学特性，不同的膜保持一些分子而允许通过其它分子的特性可得到加强，并且可通过向膜上施加特定涂层而进一步得到改进。因此，在从机油中分离水时，亲水和疏油性的涂层是优选的。例如，包含可移动的但是高度极性的涂层将与极性液体(例如水或者乙醇)或者其它极性分组相关联。极性分组的彼此关联将用以通过疏水性分子来最小化渗透。这种分组可以是：多元醇(例如聚乙烯醇链)；具有碳水化物侧链的分组；聚丙烯酸或其衍生物；以及聚合物，该聚合物包含侧链或具有例如间苯二酚等羟基单元的侧组；以及具有铵单元的侧链。

从机油中分离燃料(汽油或者柴油燃料)通过如下涂层而得到促进：该涂层具有尺寸选择性，使得较小的燃料分子可扩散过介孔材料，而较大的机油分子(以及乳化剂、粘性添加剂和其他润滑油添加剂)不能通过。一个例子是沸石、硅铝酸盐，其具有非常规则的分子尺寸的孔结构，其中孔的尺寸可通过阳离子置换被“定制”。

在本发明的实践中，预热空气被用作清扫气体以从膜的渗透侧去除水(包括乙醇)或者碳氢化合物燃料成分或者去除两者。持续表现出比润滑油更高温度的待用热源是废气。由此，一定体积的空气可优选在最小化或者消除与废气后处理设置的任何干扰的位置被引导通过车辆废气管。为了进一步便利有效加热，可使用热交换器。

以此方式加热的空气的温度将随着天气状况变化，并且会达到对膜有潜在损害的温度。由此，被加热的空气将与环境空气在主动控制下以合适比率混合和混和，从而产生一致且合适的预定温度的清扫气体。

在图1A中以聚集于“A”处的形式示出了这些基于膜的分离器，在优选实施方式中其用于从工作的内燃机中的循环发动机油中去除水和燃料污染物。发动机机油箱14内含有的机油12在机油泵(未示出)的作用下被抽吸通过机油入口16。然后机油在作为机油流19通过分离器“A”之前被引导通过机油过滤器18用于至少去除大多数颗粒污染物，在分离器“A”处，溶解或者携带于机油内的水和燃料被去除。在穿过分离器之后，滞留机油33被引导通过发动机而用于在返回机油箱14之前润滑凸轮、轴承等(未示出)。如将要描述的，可到达膜的渗透侧的加热气流增强了水和燃料污染物的去除。

实现对化学分离物质的分离的最佳方式是通过使用不同的膜或者使用具有不同表面涂层的支撑膜。由此如图1B-E所示，分离设备“A”包括致力于去除水和例如乙醇等化学性质类似的化合物的分离器和主要致力于去除燃料的第二分离器。这些独立的分离器模块可如图1B和1D那样并行设置，或者如图1C和1E那样串列设置。另外，这些分离器可如图1B和1C那样容纳于单独的壳体内或者可如图1D和1E那样结合在单一壳体内。同样，预热的空气流被用来去除渗透物质并且加强膜的有效性。

所有的图1B-1E与图1A一起示出了一股即将来临的污染机油流19，该机油流19在通过分离器之后转变为去除了渗透物的滞留液流33。在水分离器内，设置了合适的膜70(仅在图1B和1C中示出)，使得机油流19接触并且流过膜70的第一表面。膜的第二侧暴露于清扫气流23，清扫气流23蒸发并且获取通过膜到达膜的第二表面的水基渗透物。含有渗透物的清扫气流24随后离开分离器。在燃料分离器内，机油流19接触合适的膜70’(仅在图1B和1C中示出)的第一表面。膜70’的第二侧暴露于清扫气流20，清扫气流20蒸发并且获取通过膜到达膜的第二表面的燃料基渗透物。含有渗透物的清扫气流22随后离开分离器。

图2中在50处示出了一部分示例膜分离设备，其适于并行工作而用于分离水和机油。该设备是一个交叉流动设备，即一个在其中机油流横向通过膜的设备，其在这里大致是平面构造。该设备用于同时从机油中分离水和燃料，但是也可以容易地改造为用于在仅存在单一污染物的应用场合中仅去除一种污染物。该设备包括三套入流通道，一个用于机油，另外两个分别用于去除水(和乙醇)渗透物和燃料渗透物的清扫气体。提供了三个出口，一个用于出流机油流，另两个分别用于含燃料和含水的清扫气体。在此实施方式中，清扫气体是被预热为温度大于机油温度的空气，用来促进渗透物的蒸发和去除。这些流体流不直接相互作用，每一股流体均遵循其自身限定的流动路径而不相互混合。唯一的相互作用是从入流机油流至清扫气体流的渗流的输送，入流机油流和清扫气体流之间介入了分开两股流动的半渗透膜和输送渗透流以使其与清扫气体相接触的分离器。

应该认识到，下面的描述仅针对一部分合适的分离器并且图中示出的结构部件表示这些部件的顺序装配，每个部件将对收集的所有渗透物的一部分作出贡献。机油流19通过该设备并且遇到一系列膜组件95。膜组件95交替地附着到大致为矩形管道(侧壁没有示出)的表面2和表面7，该矩形管道迫使机油遵循流动方向多次改变的回旋路径。

该回旋机油流动路径在机油内产生了相当大的紊流。此外，机油流动路径19引导机油沿着每个膜组件95横向流动并且迫使机油和膜70或70’之间在连续的膜组件95的相对面上形成良好接触。

膜组件95的外形为中空盒形，其在一端朝向岐管11或30开放，在两侧由矩形管的壁(未示出)密封并且在其端部由封闭物97密封。膜70和70’在两个相对表面上具有最大尺寸。膜组件95还包括大致为平面的膜分离器72，其位于组件内部并且设置在相对的膜之间且与两个膜良好接触。膜分离器72的功能是接收通过膜的渗透物，如图中通过40和40’处的示例所示，并且将渗透物通过毛细作用沿着分离器输送，如流动90和90’所示。沿着分离器的持续输送暴露分离器72并且渗透物被输送而与流经岐管30和11的清扫气流20和23接触，其中岐管11由表面1、2、3和4限定，而岐管30由表面5、6、7和8限定。与清扫气流接触的渗透物的蒸发以及其在清扫气体中的结合产生了含有渗透物的气流22和24，同时现在耗尽了渗透物的机油作为机油流33离开该设备。

去除燃料和水的整个过程由此是一系列过程，包括：将污染物通过膜从机油中输送；然后通过毛细作用将污染物输送到岐管；随后蒸发污染物；在清扫气体中溶解污染物；以及通过流动的清扫气体从膜中输送污染物。

可以理解，使得加热的清扫气体直接接触与流动机油相接触的一侧相对的膜的一侧也是可行的。在示出的构造中，这将使得需要去除膜分离器，并且通过提供通过膜结构95内部的合适的内部隔板来引导清扫气流。在不需要膜分离器的可选分离器设计中，例如管状膜设计(未示出)，直接的清扫气体膜接触是该设计的特征。

两种驱动力促进输送过膜的孔的过程。第一种是穿过膜存在的任何压差，而第二种是渗透压力，渗透压力产生于穿过膜的可移动物质的浓度差。这些压力可以彼此支持或彼此抵消的方式作用，但是在本发明的实践中，希望两种压力协同作用以促进物质输送。

最大压差基本上是固定的，因为其由发动机油压力建立，并且即使没有此限制，其也将受到膜或者膜及其支撑物的物理性质的限制。由此，穿过膜的迁移物质的浓度差在控制迁移物质的每单位膜面积的流量或者流率方面是更有效的。

浓度差基本上由在膜的第二侧上的物质浓度建立。如果物质一旦输送过膜就可以被有效地去除，那么浓度差将保持较大并且会发生穿过膜的持续迁移。如果物质不能被有效地去除，那么穿过膜的浓度差将下降并且穿过膜的迁移将变慢。

用于去除迁移物质的策略一般使用气相去除并且包括在膜的第二侧形成真空和在膜的第二侧通过清扫气体。然而，两种途径都需要提供热量以向迁移物质提供蒸发潜热。如果如同通常的情况那样，主要的热源是流过膜的第一表面的液体，那么蒸发潜热的吸取降低了液体温度并且降低了迁移速率。对于所考虑的系统而言，该系统用于有效地去除水和燃料，其中润滑油的温度已经降低到低于其“正常工作值”，因此这种迁移速率的降低不是优选的。

由此，为了维持高速率的污染物去除，提议对清扫气体进行预热。更具体地，提议使用发动机废热将清扫气体预热到一个高于机油温度的温度，从而渗透物的蒸汽压力可增加到有利于其去除。这种途径，若受到合适控制，即使在比迁移物质的沸点还低的温度下，也能够保证发动机油污染物的最大去除得到实现。可以理解，升高的清扫气体温度将特别有效地促进蒸馏温度较高的燃料成分部分的去除，并由此可用于去除柴油燃料。还可以理解，加热清扫气体的使用将有益于所有膜分离过程，并且本发明的应用不局限或限定于从发动机油中去除污染物。最大清扫气体温度应当由膜的性质确定。期望膜在发动机油压力下工作延长的期间，因此必须限制最大清扫气体温度以避免对膜的任何机械或热损伤或者降低其输送效率。

对于在车辆内工作的发动机，优选使用发动机废热以预热清扫气体。还优选使用空气作为清扫气体。这些具体途径以来自发动机废气的废热的便捷可得性以及发动机油内的污染物的化学性质(该化学性质使得它们与作为清扫气体的空气相容)为条件。其他应用可使用清扫气体的燃烧或者电加热，并且使用其他清扫气体成分。由此不应当得出本发明以任何方式受限于这些优选的热源和清扫气体成分。

废气温度将在冷却剂或者机油温度之前增加。由此，吸取清扫空气经过车辆废气(优选使用热交换器以最大化热传递)将使得甚至在发动机预热循环中很早地就使用加热清扫气体(空气)并且将利于水和燃料的提取。优选地，加热的清扫空气从安装在靠近发动机但是位于催化转化器下游的排气系统上的热交换器吸取。更优选地，清扫空气将包括来自排气系统上安装的热交换器的加热空气，其中混和有受控量的未加热的外部空气或者发动机舱空气，从而清扫空气可以受控方式并且以预先选定的温度进行输送，该预先选定的温度基本上独立于环境空气温度或者废气温度。

清扫空气的温度应当预先选定，从而对于处于其正常工作温度的发动机来说，进入的清扫空气温度大于机油温度但是合适地低于最大膜工作温度。一般来说，由于正常发动机工作温度为大约110℃，在120℃和140℃之间的清扫气体温度是优选的。

多种设备和控制方法可用来获得这种加热的清扫气体，而这种结合了受控混合腔的设备100的一个示例在图3中示出。存在两股进入空气流：环境空气流112，其可以从例如外部空气或者发动机舱空气等任何方便的空气源吸入，以及加热空气流114，其包括由通过车辆废气管道的方式加热的空气。这些进入空气流，流经环境空气入口116的环境空气流112和流经加热空气入口118的加热空气流114合并而形成一股流经出口132的共同的出流136。流动通道设置为“Y”型构造，其中出口136形成Y的腿部而合适的涡流发生器或类似装置(未示出)被结合在流动通道的壁内以促进彻底混合。挡板阀124连接到轴125上，轴125能够在衬套或类似结构(未示出)内双向转动，轴125合适地设置在“Y”型构造的上表面140和下表面142中并且位于“Y”的汇合处。挡板阀124根据其相对于入口116和118的位置可允许专门的加热空气或者专门的环境空气或者两者的混合物进入。能够与合适的控制单元(未示出)和致动器/驱动器电路(未示出)连接的温度传感器/换能器“S”合适地安装在出口132内以可靠地测量出流空气流136的温度。传感器/换能器可以是例如热敏电阻、热电偶、双金属条或波登管中的一种，其能够在与合适的控制和驱动电路相连接时操作致动器，例如以可操作方式连接到挡板阀轴125的步进电机(未示出)。由此在致动器的作用下，轴125将沿着箭头137或箭头139所示方向转动，用以将出流136维持在由传感器“S”感测的期望温度。

致动器和控制器适于使得挡板阀124采取在完全阻塞入口116至完全阻塞入口118之间的一系列宽范围位置。由此，在最初发动机启动时，期望挡板阀124设置成基本上阻塞环境空气入口116并且引导到膜分离设备的出流136将包括来自入口118的加热空气。随着发动机持续运行以及废气温度上升，加热空气流114的温度也将上升。当加热空气流的温度上升到高于由传感器/换能器“S”感测的预定温度时，就命令致动器转动轴125以部分阻塞加热空气入口118并且部分开放环境空气入口116。这将使得入流112和114的混合气流将出流136的温度带到其期望的值，在此该温度值可通过响应于传感器/换能器“S”的输出持续地再定位挡板阀124而得到维持。致动器能够双向操作，即轴125可沿着箭头137和箭头139两个方向转动，从而即使加热空气入口温度暂时下降，例如由于路面颠簸，出流136的温度也可得到维持。

对限制清扫气体温度的讨论目前集中于通过膜组织或结构设定的绝对温度限制。如果期望限制膜两侧之间的温度差，则将发生更加复杂的情况。在此实施方式中，由传感器“S”测量的清扫气体温度将与车载发动机油温度传感器相比较，并且致动器控制方案将基于机油和清扫空气之间的最大容许温差来确定。

由此清扫气体温度控制设备100和膜分离器50将以配合方式相互作用以利于从燃料和/或水污染物的相应的第二膜表面上将燃料和/或水污染物去除。优选地，为了流动稳定，环境空气或加热空气的流动应当借助于设置成促进出流136并由此引发流动112和114的独立风扇促进。存在可选的流动源，例如在车辆运动中的附随冲压空气或者将发动机冷却扇的一部分输出改道。然而这些措施将产生随着车辆或发动机工作状况而更大幅度变化的空气流，并且将由此对温度控制系统产生更大的需求。

清扫空气加热器的输出可被引导到适用于本发明的实践的分离设备的多种构造。这些构造包括图2中示出的作为示例的使用平面膜分离器的那些设备，然而螺旋卷绕膜分离器和中空管状膜分离器可容易地适应于本发明。

然而进一步增强渗透物向清扫气流的输送可通过减少清扫空气的压力来实现。这可通过使用伯努利原理通过分离器的设计在至少一定适度程度上获得。对于非粘性流，封闭系统中的流体流速的任何增加，即使对于例如空气等可压缩流体，也将导致压力的下降。由此，在图2示出的设计中，岐管11和30可通过大于岐管11和30的截面面积的其他进气岐管供给空气，迫使清扫气流20和23在穿过岐管时加速并由此降低它们的压力以增强渗透物挥发性。类似的行为可在其他分离器构造(例如基于螺旋卷绕或者平面膜的构造)中通过类似地在与渗透物相互作用过程期间限制清扫气流而产生。

在图1A中示出的来自整个途径的输出是两股渗透物(水或者燃料)的含蒸汽流。水流可简单地排放到空气中，但是燃料流应当在发动机中再循环利用。明显的途径是将清扫气体引导到发动机进气岐管以提供额外的燃料源。如果这样操作，则通过发动机岐管真空来为清扫气流“提供动力”是可行的。然而，可选的是将清扫气体引导到废气岐管，在此其可用作NO_X排放物的还原剂。这在稀燃发动机(其废气通常含有很少的还原剂)中具有特别的价值。

关于上述描述，可以认识到，用于本发明的部件的优化维度关系，包括尺寸、材料、形状、形式、功能和工作方式、组装和使用的变例，对于本领域普通技术人员来说应当被认为是非常清楚和明显的，并且与附图中示出以及在说明书中描述的等同的关系将被本发明所覆盖。

因此，上面的描述应当被认为仅仅是对于本发明的原理的阐释。另外，由于本领域普通技术人员容易想到多种改型和变化，因此不期望将本发明限制于所示和所描述的精确构造和操作，相应地，所有合适的改型和等同方式也将包含于-落入本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种从循环机油流中去除至少一种可蒸发污染物的方法，所述循环机油流用于对工作的内燃机中的发动机部件进行润滑，发动机的操作利用感测循环机油温度的计算机控制系统来管理，该方法包括：

将至少一部分含污染物的机油流转移到设置成用于接收发动机润滑油流的第一膜区域，所述第一膜区域具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面，以及使所述机油流部分流过第一膜区域的第一表面，机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些污染物离开机油流并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面；

使来自第一膜区域的第二表面的污染物与预定温度的加热空气流接触；以及

在发动机工作过程中使含污染物的机油持续循环通过第一膜区域。

2.如权利要求1所述的方法，其中加热空气流通过所述膜的第二表面以接触此表面上的污染物质。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述污染物包括水。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述污染物包括碳氢化合物燃料物质。

5.如权利要求1所述的方法，其中第一污染物是水，而第二污染物是碳氢化合物燃料物质，水污染物通过从第一膜区域的第一表面穿过到第一膜的第二表面而离开机油流，而碳氢化合物燃料物质通过从第二膜区域的第一表面穿过到第二膜的第二表面而离开机油流。

6.如权利要求4所述的方法，其中从第一膜区域去除的水和从第二膜区域去除的碳氢化合物燃料物质在发动机工作过程中被独立处理。

7.如权利要求1所述的方法，其中加热空气使用发动机废热加热。

8.如权利要求7所述的方法，其中加热空气的温度被预先选定，从而不超过适用于长期膜性能的温度。

9.如权利要求7所述的方法，其中加热空气的温度被预先选定，从而维持高于机油温度的特定温度。

10.一种从工作的内燃机中去除水和燃料物质的方法，机油流在内燃机中循环从而用于润滑发动机部件，水和燃料物质在发动机工作过程中进入机油，发动机的操作利用感测循环机油温度的计算机控制系统管理，该方法包括：

将至少一部分含水和含燃料的机油流转移到第一膜区域和第二膜区域，每个膜区域设置成用于接收发动机润滑油流，并且所述第一膜区域和第二膜区域具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面，以及使所述机油流部分流过每个膜区域的第一表面，机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些水离开机油流并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面，机油流接合第二膜区域的第一表面，使得一些燃料物质离开机油流并且穿过第一表面到达第二膜区域的第二表面；

使得来自第一膜区域的第二表面的水接触处于一定温度的加热空气流，用于促进水通过第一膜以及从膜中去除水；

使得来自第二膜区域的第二表面的燃料物质接触加热空气流，用于促进燃料物质通过第二膜区域以及从膜中去除燃料物质；以及

在发动机工作过程中使含水和含燃料的机油持续循环通过第一和第二膜区域。

11.如权利要求10所述的方法，其中加热空气流通过第一膜的第二表面以接触此表面上的水。

12.如权利要求10所述的方法，其中加热空气流通过第二膜的第二表面以接触此表面上的燃料物质。

13.如权利要求10所述的方法，其中从第一膜区域去除的水和从第二膜区域去除的碳氢化合物燃料物质在发动机工作过程中被独立处理。

14.如权利要求10所述的方法，其中加热空气流使用发动机废热加热。

15.如权利要求10所述的方法，其中加热空气流的温度被预先选定，从而不超过适于长期膜性能的温度。

16.如权利要求10所述的方法，其中加热空气流的温度被预先选定，从而维持高于机油温度的特定温度。

17.一种置于内燃机的发动机油润滑系统内的发动机油流通装置，所述装置包括：

容纳于壳体内的膜，所述壳体包括第一开口和第二开口，第一开口用于接收含水和含燃料物质的发动机润滑油流，而第二开口用于释放清除了水和清除了燃料物质的机油流；

所述膜包括第一膜区域和第二膜区域，每个膜区域设置成和适用于接收发动机润滑油流并且具有一定厚度及第一和第二相对表面，每个膜区域的第一表面设置成和适用于机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些水离开机油流并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面，而第二膜区域的第一表面设置成和适于使得一些燃料物质离开机油流并且穿过第一表面到达第二膜区域的第二表面；

所述装置还包括允许加热空气进入壳体的第二开口，所述壳体包括流动通道，所述流动通道用于将进入的加热空气分成至少两股气流；

第一股气流被引导从而至少到达第一膜区域的第二表面，而第二股气流被引导从而至少到达第二膜区域的第二表面；

所述壳体还包括用于第一股气流和第二股气流离开的出口。

18.如权利要求17所述的装置，还包括用于供应具有受控温度的加热空气的装置。

19.如权利要求18所述的装置，其中具有受控温度的加热空气源于高温空气流和低温空气流的受控混合。

20.如权利要求19所述的装置，其中高温空气流源于穿过加热的发动机废气系统的空气。

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