CN103097674A - 用于清洁曲轴箱气体的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于清洁在内燃机(3)的操作期间在曲轴箱(2)中产生的曲轴箱气体的装置(1)和方法。装置(1)包括具有壳体(5)和分离室(6a)的离心分离器(4)，离心转子(6b)布置在该分离室(6a)中用于清洁所述曲轴箱气体。分离器(4)连接于用于将曲轴箱气体从曲轴箱(2)引导至离心分离器(4)的气体入口(7)以及用于从分离器(4)引导清洁的气体的气体出口(9)。马达(10)布置成利用用于改变离心转子(6b)的转速的控制装备(12)使离心转子(6b)旋转。传感器(13)设置用于检测参数，该参数的大小与曲轴箱(2)中的气体压力有关。传感器(13)布置成与马达的控制装备(12)连通，控制装备(12)操作性地连接于布置用于调节穿过离心分离器(4)的气体流的阀(15，15')。控制装备(12)布置成响应于检测的所述参数的变化而改变阀(15，15')的位置，使得曲轴箱(2)中的气体压力在燃机的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。

Description

用于清洁曲轴箱气体的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于清洁在内燃机的操作期间产生的曲轴箱气体的装置，所述装置包括离心分离器，该离心分离器包括界定分离室的壳体，离心转子布置在该分离室中用于清洁所述曲轴箱气体，其中，离心分离器连接于用于将曲轴箱气体流从曲轴箱引导至离心分离器的气体入口以及用于从离心分离器引导气体流的气体出口。马达布置用于离心转子的旋转，马达布置有用于改变马达的转速和由此离心转子的转速的控制装备。装置还包括用于检测参数的传感器，该参数的大小与曲轴箱中的气体压力有关，传感器布置成与马达的控制装备连通。
背景技术
与以该方式清洁曲轴箱气体有关的一个问题为维持曲轴箱中的期望气体压力。在EP1532353 B1中公开该问题的解决方案，其描述了最初限定的装置，在该装置中，离心转子布置成通过其旋转而将曲轴箱气体从曲轴箱抽吸至离心分离器，其中，控制装备布置成响应于感测的所述参数的变化而改变离心转子的转速，使得曲轴箱中的气体压力在燃机的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。因此，已知装置通过改变离心转子的转速而维持曲轴箱内的期望气体压力。然而，减小离心转子的转速还将降低离心转子的分离效率。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于维持曲轴箱中的期望气体压力和离心分离器的分离效率两者的装置和方法。
该目的通过最初限定的装置实现，该装置的特征在于，控制装备操作性地连接于布置成调节穿过离心分离器的气体流的阀，其中，控制装备布置成响应于检测的所述参数的变化而改变阀的位置，使得曲轴箱中的气体压力在燃机的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。
因此，曲轴箱中的期望气体压力由阀的位置控制，由此，可维持离心转子的转速和由此离心分离器的分离效率。如果感测的参数指示曲轴箱中的增大的气体压力，则控制装备将阀的位置简单地改变至进一步开启的位置，并且反之亦然。气体流可利用放置在装置的气体入口或气体出口中的阀调节。在气体出口中，几乎全部的污染物通过位于下游的离心转子与气体分离。因此，如果阀例如要求清洁环境以正确地工作，则将优选地选择气体出口。
此外，本发明不排除还改变离心转子的转速以控制曲轴箱中的气体压力(即，通过改变阀的位置和离心转子的转速两者而维持曲轴箱中的气体压力)的可能性。事实上，根据本发明的实施例，控制装备布置成改变阀的位置和离心转子的转速两者，使得曲轴箱中的气体压力在燃机的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。因此，这既在维持期望气体压力的组合方式方面又在改变分离效率的可能性方面提供了多功能性。
在本发明的又一个实施例中，控制装备布置成优先改变阀位置而不是改变离心转子的转速，以在燃机的操作期间维持曲轴箱中的气体压力。有利的是，保持离心转子的高速旋转，以使实现高分离效率。因此，通过仅改变阀位置而在燃机的“正常”操作状态期间主要维持曲轴箱中的气体压力。然而，在特别操作状态下，还将改变离心转子速度以便维持气体压力。例如，这种特别操作状态可在燃机的异常高的负载和/或速度期间发生。这产生了大量的吹漏气体(blow-by gas)或曲轴箱气体，其进而显著地增大气体压力。在这些特别状况下，简单地改变阀位置以控制气体压力可为不够的。另一种特别操作状态例如可在发动机起动和/或停机过程期间出现，在该发动机起动和/或停机过程中，离心转子的转速还可适合于维持气体压力。
因此，在燃机的极端操作状况期间，不可以通过简单地改变阀的位置而维持期望的气体压力。在本发明的实施例中，离心转子布置成通过其旋转而将曲轴箱气体从曲轴箱抽吸至离心分离器。如果感测的参数指示气体压力的急剧增大，则可必要的是，将阀位置改变至完全开启的位置，并且进一步增大离心转子的转速以维持曲轴箱中的期望气体压力。此外，增大转速将提高离心分离器的分离效率或能力以清洁曲轴箱中的增大量的曲轴箱气体。
在其它情况下，环境可对离心分离器的分离效率提出更高或更低的要求，其中，可改变离心转子的转速。例如，载于车辆的可用功率有限，其中，功率将优先分配至车辆的关键子单元。在这种情况下，离心分离器的功率消耗可通过减小离心转子的转速而减少。然而，这还将降低分离效率和离心转子的泵送作用，使得有必要调节阀位置以便维持曲轴箱中的期望气体压力。
在本发明的又一个实施例中，离心转子包括多个分离盘。转子由此将优选地包括截顶锥形分离盘的叠堆。目前，该叠堆构成最有效的曲轴箱气体分离器中的一个，即，具有用于清洁曲轴箱气体的所谓的锥形盘叠堆的离心转子。该离心转子可提供显著的泵送效果。如果阀处于完全开启的状况下，则设计用于例如发电装置、柴油动力机车或船中的大型发动机的离心分离器可在7100rpm的离心转子速度下提供大约700m3/h的泵送效果。为了实现尽可能高的分离效率，合乎需要的是，让该离心转子始终以这种高速度运行。通过与以这种(恒定)高速度旋转的离心转子的分离盘组合使用阀调节，可以实现极其有效的分离，同时气体压力通过改变阀位置而维持。如果维持离心转子速度，并且阀位置在补偿减小量的生成曲轴箱气体时朝向闭合位置改变，则分离效率进一步提高。分离效率提高，这是因为减小的曲轴箱气体流引导穿过离心分离器，同时离心转子以相同的高速度旋转。
与此有关，离心分离器可布置为所谓的对流式分流器或并流式分离器。一般而言，离心转子还将作为一种离心泵或风扇工作。在对流式分离中，曲轴箱气体从转子的外周外部朝向转子的中央部分引导到离心转子中。在这种分离器中，曲轴箱气体必须克服转子的泵送作用被迫(通过外部压力器件)穿过分离器。通过增大转子的转速，转子的泵送作用或背压增大，由此实现曲轴箱中的增大的压力，并且反之亦然。然而，在并流式分离中，曲轴箱气体引导到转子的中央部分中并朝向转子的外周外部。在这种分离器中，转子通过离心分离器泵送曲轴箱气体。因此，离心转子布置成通过其旋转而将曲轴箱气体从曲轴箱抽吸至离心分离器。通过增大转子的转速，转子的泵送作用增大，由此减小曲轴箱中的压力，并且反之亦然。
根据本发明的另一个实施例，马达为带有呈变频驱动装置或VFD形式的控制装备的电动机，该控制装备具有操作性地连接于阀的内置式调整器。这提供了如下简单且有效的方式：通过使用具有其内置式调整器(例如，用于控制转子的转速的PID-调整器)的VFD而控制压力，还通过改变阀的位置而调节气体压力。
根据本发明的又一个实施例，控制装备包括可编程逻辑控制器或PLC。该PLC可布置有用于设定装置的期望操作参数的输入装置，该期望操作参数诸如曲轴箱中的期望压力区间的下限和上限或离心转子的转速的上限和下限或不同的控制模式(例如，通过仅改变阀位置或通过还改变离心转子的转速的组合的气体压力控制模式)。
本发明的目的还通过根据权利要求11-18所述的用于清洁曲轴箱气体的对应方法实现。
本发明还涉及装置在清洁来自车辆(诸如，卡车、船或机车)的内燃机或发电装置的内燃机的曲轴箱气体方面的应用。
附图说明
将通过在下面参考附图描述各种实施例而进一步说明本发明。
图1示出了根据本发明的第一实施例的装置的示意图。
图2示出了根据本发明的第二实施例的装置的示意图。
图3示出了根据本发明的第三实施例的装置的示意图。
具体实施方式
图1公开了用于清洁在内燃机3的操作期间在曲轴箱2中产生的曲轴箱气体的装置1的第一实施例。燃机3例如可为载于机车或卡车的柴油发动机。装置1包括带有壳体5的离心分离器4，壳体5界定分离室6a，其中，离心转子6b布置用于清洁所述曲轴箱气体，并且布置成通过其旋转而将曲轴箱气体从曲轴箱2抽吸至离心分离器4。在例如EP 1532353 B1和/或WO 2010/008342 A1中更详细地描述布置成从曲轴箱抽吸或泵送曲轴箱气体的这种离心分离器。离心分离器4的壳体5经由布置在离心分离器4与曲轴箱2之间的呈管道形式的气体入口7连接于曲轴箱2。该气体入口7构造成将曲轴箱气体引导至形成在离心转子6的中央的中央入口室(未示出)。转子6包括截顶锥形分离盘的叠堆8，其布置成使曲轴箱气体旋转，由此离心力将使污染物与曲轴箱气体分离。壳体5设置有用于从离心分离器4引导清洁气体的呈管道形式的气体出口9。气体出口9布置成与环绕离心转子6b的分离室6a连通。该气体出口9可连接于内燃机3的空气入口(未示出)，由此清洁气体循环回到发动机3或所谓的封闭式曲轴箱通风(CCV)。可选地，气体出口9可布置为开放式出口，由此气体出口将清洁气体排出到周围环境中，或所谓的开放式曲轴箱通风(OCV)。
电动机10布置用于离心转子6b的旋转。马达10安装在壳体5的外部，其中，离心转子6b包括驱动地连接于马达10的转子主轴11。电动机10包括呈变频驱动装置VFD形式的控制装备12，其用于改变电动机10的转速和由此离心转子6a的转速。在图1中，马达10和控制装备12或VFD示出为分开的部件，但是它们当然可集成为单一单元，其中，控制装备12或VFD与电动机10集成。在示出的实施例中，VFD未布置成在燃机3的操作期间改变离心转子6a的转速。因此，图1描绘为不具有马达10与控制装备12或VFD之间的连通。虽然马达的控制装备12未用于在燃机3的操作期间主动地改变转子速度，但是仍可取决于分离效率、功率消耗、转子抽吸功率等的期望水平例如由操作人员设定固定的期望转速。
压力传感器13布置成检测曲轴箱中的气体压力，传感器布置成与控制装备12或VFD连通。该压力传感器13提供曲轴箱气体的生成的量的直接测量，即，存在气体压力与曲轴箱中每单位时间产生的曲轴箱气体的量之间的直接关系。然而，所述参数还可通过使用其它传感器(诸如发动机速度传感器、车辆速度传感器、发动机扭矩传感器、节气门位置传感器或这些传感器的任何组合)而计算或间接测量。在现代车辆上，通常存在连接于放置在车辆的不同部分中的许多不同传感器的计算机网络。如果控制装备12或VFD连接于这种计算机网络，则不必须特别复杂的是，处理来自车辆上的不同传感器的信号以计算或间接测量曲轴箱中的气体压力或曲轴箱中每单位时间产生的曲轴箱气体的量。
如可看到的，控制装备12或VFD操作性地连接于阀15的致动器14，阀15布置用于调节或控制离心分离器4的气体入口7中的气体流。在该实施例中，阀15为布置在气体入口7的管道中的蝶形阀。控制装备12或VFD布置有调整器，例如PID调整器，其布置成提供电动机10的速度的控制。然而，在该实施例中，调整器用于响应于检测的曲轴箱气体压力的变化而改变蝶形阀15的位置。阀位置改变成使得曲轴箱2中的气体压力在燃机3的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。例如，如果压力传感器13检测到曲轴箱的气体压力的减小，则控制装备12或更具体地VFD的调整器向致动器14发送控制信号以朝向进一步闭合的位置改变阀15的位置，由此曲轴箱2中的气体压力增大，或者相反地维持在期望的气体压力处或在期望的气体压力区间处。
图2公开了装置1的第二实施例。应当注意，不同实施例的对应部件被给予对应的附图标记。在该第二实施例中，控制装备12布置成改变阀15的位置和离心转子6b的转速两者，使得曲轴箱2中的气体压力在燃机3的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。因此，该实施例与第一实施例之间的差别在于，离心转子的转速还用于控制曲轴箱中的气体压力。在该实施例中，控制装备12可以以不同控制模式编程。在该情况下，控制装备12编程成优先改变阀位置而不是改变离心转子6b的转速，以便在燃机3的操作期间维持曲轴箱2中的气体压力。通过保持离心转子6b的(恒定)高速旋转，实现高分离效率。由此，可通过简单地改变阀位置而在燃机3的“正常”操作状态期间维持曲轴箱2中的气体压力。然而，在特别操作状态下，控制装备12还将改变离心转子速度。控制装备12由此编程成还处理例如可在燃机的异常高的负载和/或速度期间发生的这些特别操作状态。由此，可生成反常量的吹漏气体或曲轴箱气体，其进而显著地增大气体压力。在这些特别情况下，简单地改变阀位置以控制气体压力可为不够的。此外，控制装备12编程成处理在发动机起动和/或停机过程期间的其它特别操作状态，在该发动机起动和/或停机过程中，离心转子的转速适合于发动机速度以维持气体压力。
出于该目的，控制装备12还可包括可编程逻辑控制器或PLC。例如，第一控制模式可为通过仅改变阀位置的控制，第二控制模式可为改变阀位置和转子的转速的组合，并且第三控制模式可为取决于发动机的特定操作状况而改变阀位置或转子速度。所述PLC还可布置有输入装置，用于装置1的期望操作参数(诸如，曲轴箱2中的期望气体压力区间的上限和下限、离心转子6b的转速的上限和下限以及所述不同的控制模式)的手动设定或选定。
图3公开了装置1的第三实施例。如可看到的，阀15'布置在装置1的气体出口9中。因此，曲轴箱中的气体压力还可通过改变配置在离心转子6b下游的阀15'的位置而控制。控制装备12或VFD操作性地连接于阀15'的致动器14'，阀15'布置用于调节或控制离心分离器4的气体出口9中的气体流。此外，如在第一实施例中，阀15为蝶形阀。然而，该实施例的优点在于，阀15'在燃机的操作期间将不被同样地污染，这是因为它放置在气体出口9中。前述第二实施例可利用该实施例修改，即，在第二实施例中，阀15可放置在气体出口9而不是气体入口7中。
本发明不受限于公开的实施例，而是可在下面阐述的权利要求的范围内变化和修改。示出的马达为电动机，但是该马达例如可为带有用于改变马达的转速的控制装备的液压马达或气动马达。示出的蝶形阀当然还可由适合于提供穿过分离器的气体流的可变节流的任何类型的阀替代。

Claims (20)

1. 一种用于清洁在内燃机(3)的操作期间在曲轴箱(2)中产生的曲轴箱气体的装置(1)，所述装置(1)包括：
离心分离器(4)，其包括界定分离室(6a)的壳体(5)，离心转子(6b)布置在所述分离室(6a)中用于清洁所述曲轴箱气体，其中，所述离心分离器(4)连接于用于将曲轴箱气体流从所述曲轴箱(2)引导至所述离心分离器(4)的气体入口(7)以及用于从所述离心分离器(4)引导所述气体流的气体出口(9)，
马达(10)，其布置成使所述离心转子(6b)旋转，所述马达(10)布置有用于改变所述马达(10)的转速和由此所述离心转子的转速的控制装备(12)，
用于检测参数的传感器(13)，所述参数的大小与所述曲轴箱(2)中的气体压力有关，所述传感器(13)布置成与所述马达的控制装备(12)连通，
其特征在于，
所述控制装备(12)操作性地连接于布置用于调节穿过所述离心分离器(4)的所述气体流的阀(15，15')，其中，所述控制装备(12)布置成响应于检测的所述参数的变化而改变所述阀(15，15')的位置，使得所述曲轴箱(2)中的气体压力在所述燃机(3)的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀(15)布置在所述气体入口(7)中。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀(15')布置在所述气体出口(9)中。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述控制装备(12)布置成改变所述阀(15，15')的位置和所述离心转子(6b)的转速两者，使得所述曲轴箱(2)中的气体压力在所述燃机(3)的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制装备(12)布置成优先改变所述阀(15，15')的位置而不是改变所述离心转子(6b)的转速，以在所述燃机的操作期间维持所述曲轴箱(2)中的气体压力。
6. 根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述离心转子(6b)布置成通过其旋转而将曲轴箱气体从所述曲轴箱(2)抽吸至所述离心分离器(4)。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述离心式转子(6b)包括多个分离盘(8)。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述马达(10)为带有呈变频驱动装置(VFD)形式的控制装备(12)的电动机，所述控制装备(12)具有操作性地连接于所述阀(15，15')的内置式调整器。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述控制装备(12)包括可编程逻辑控制器(PLC)。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)布置有用于设定所述装置的期望操作参数的输入装置。
11. 一种用于清洁在内燃机(3)的操作期间在曲轴箱(2)中产生的曲轴箱气体的方法，其中，
离心分离器(4)的离心转子(6b)保持在壳体(5)内的分离室(6a)中旋转用于清洁所述曲轴箱气体，所述离心转子(6b)由马达(10)旋转，所述马达(10)具有用于改变所述马达(10)的转速和由此所述离心转子(6b)的转速的控制装备(12)，曲轴箱气体流通过气体入口(7)引导至所述离心分离器(4)，并且通过气体出口(9)从所述离心分离器(4)引导所述气体流，
传感器(13)检测参数，所述参数的大小与所述曲轴箱(2)中的气体压力有关，所述传感器(13)与所述马达(10)的控制装备(12)连通，
所述控制装备(12)与阀(15，15')连通用于调节穿过所述离心分离器(4)的所述气体流，所述控制装备(12)使所述阀(15，15')响应于检测的所述参数的变化而改变位置，使得所述曲轴箱(2)中的气体压力在所述燃机(3)的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制装备(12)用于改变所述阀(15，15')的位置和所述离心转子(6b)的转速两者，使得所述曲轴箱(2)中的气体压力在所述燃机(3)的操作期间维持在预定值处或在预定压力区间处。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制装备用于优先改变所述阀的位置而不是改变所述离心转子的转速，以在所述燃机的操作期间维持所述曲轴箱中的气体压力。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述离心转子(6b)在其旋转期间将曲轴箱气体从所述曲轴箱(2)抽吸至所述离心分离器(4)。
15. 根据权利要求11-14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述离心转子(6b)包括多个分离盘(8)。
16. 根据权利要求11-15中的任一项所述的方法，其特征在于，具有内置式调整器的变频驱动装置(VFD)用作用于电动机(10)的所述控制装备(12)，其中，所述调整器与所述阀(15，15')连通。
17. 根据权利要求11-16中的任一项所述的方法，其特征在于，可编程逻辑控制器(PLC)与所述控制装备(12)一起使用。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器(PLC)与用于设定所述装置(1)的期望操作参数的输入装置连通。
19. 根据权利要求1-10中的任一项所述的装置在清洁来自诸如机车或船的车辆的内燃机(3)的曲轴箱气体方面的应用。
20. 根据权利要求1-10中的任一项所述的装置在清洁来自发电装置的内燃机(3)的曲轴箱气体方面的应用。
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