CN105019980B - 发动机的曲轴箱强制通风系统中的油气分离器 - Google Patents

Abstract

本发明描述了曲轴箱强制通风(PCV)中的油气分离器。油气分离器包括与进气管和储油器流体连通的油气分离管以及包括相对于油气分离管以80度和100度之间的角度设置的输入管孔的输入管，输入管孔在分离管出口和分离管入口之间的位置处开口进入分离管。

Description

发动机的曲轴箱强制通风系统中的油气分离器

【技术领域】

发动机的曲轴箱强制通风系统中的油气分离器

【背景技术】

在发动机运转期间小量的燃烧气体可能在燃烧运转期间泄漏通过活塞环进入曲轴箱。这些气体统称为窜气(blow-by gas)。当未减轻地离开时窜气可能显著地影响发动机排放。所以，开发了曲轴箱强制通风(PCV)系统以减少窜气排放，从而减少车辆排放。PCV系统典型地配置为将空气从曲轴箱汲取进进气系统并随后进入汽缸，从而建立用于窜气的闭环。结果是，减少了窜气排放，从而减少了发动机对环境的影响。然而，窜气还可能包含当从PCV系统流进汽缸时可能劣化燃烧运转的油滴或蒸气。当油滴从进气系统流进汽缸时，发动机排放增加并且发动机功率输出减小。所以，开发了油气分离器以从PCV出口流进进气系统的窜气中去除机油。

US 8,495,993公开了一种位于第一和第二汽缸体之间凹陷中的油气分离器机构。该油气分离器机构包括形成污染的空气室和干净的空气室之间边界的挡板。挡板配置用于从流动通过该分离器的气体分离机油。发明人已经认识到US 8,495,993公开的油气分离器的多个缺点。例如，US 8,495,993公开的挡板具有较大的表面积，从而降低油气分离器的并且更宽泛地降低PCV系统的紧凑度。此外，挡板的几何形状以及分离器的入口管还增加PCV系统内的损失。结果是，在进气系统中需要较高的真空以从曲轴箱汲取窜气，限制了PCV运转的时间段。所以，增加了发动机排放。

【发明内容】

这样在一种方法中，提供了曲轴箱强制通风(PCV)系统中的油气分离器。油气分离器包括与进气管和储油器(oil reservoir)流体连通的油气分离管以及包括相对于油气分离管以80度和100度之间的角度设置的输入管孔的输入管，输入管孔在分离管出口和分离管入口之间的位置处开口进入分离管。

当油气分离器中的管这样设置时，曲轴箱气体中的油滴流动通过而接触油气分离管的壁以实质上减少(例如禁止)油滴向下游流动进入油气分离管的排出端口(exit port)的可能性。所以，机油收集在油气分离管中。应理解，当与现有的油气分离器相比时油气分离管和输入管这样的设置增加了可以从曲轴箱气体中分离的机油量。额外地，机油分离管和输入管这样的设置能经由紧凑装置从流动通过的曲轴箱气体中去除机油。结果是，如果需要，可以增加PCV系统的紧凑度，同时能从曲轴箱气体中去除更大量的机油。此外，当与之前的油气分离器比较时，由于油气分离管和输入管的配置，还减小了油气分离器中的损失。

单独或结合附图阅读下面的具体实施方式，本发明的上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。

应理解，提供上文的概述用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由遵循具体实施例的权利要求书确定。此外，所要求保护的主题不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。此外，上述问题是发明人在此认识到的，而不认为是公知的。

【附图说明】

图1显示包括曲轴箱强制通风(PCV)系统的发动机的示意描述；

图2显示示例油气分离器的说明；

图3显示图2中显示的油气分离器的截面图；

图4显示用于PCV系统运转的方法。

图2和3大致按比例绘制，然而如果需要可以使用其它的相对尺寸。

【具体实施方式】

本说明书描述了具有相对于油气分离管以80和100度之间的角度设置的输入管的油气分离器。当油气分离器中的管这样设置时，曲轴箱气体中的油滴流动通过而接触油气分离管的壁并且能减少(例如基本上禁止)机油向下游流动进入油气分离管的排出端口的可能性。因此，油气分离管有助于分离器中机油的收集。随后在选择的工况期间可以允许收集的机油流入储油器。这样，经由紧凑装置从曲轴箱气体中去除机油。此外，油气分离器中管的设置能从气体中高效地去除机油且基本上不减少PCV系统中的损失，当与之前的具有更高流动损失的油气分离器比较时能使油气分离器在宽范围的发动机状况内运转。

图1显示发动机10的示意描述。发动机10可以包括在车辆150中。从而，发动机10提供原动力至车辆150。额外地，发动机10包括曲轴箱12。储油器14和发动机缸体16可以形成曲轴箱12的边界。储油器14配置用于存储机油15或适当的润滑剂。应理解储油器14可以包括在配置用于提供润滑剂至发动机部件的发动机润滑系统中。应理解在一个示例中曲轴箱12可以与周围的环境基本上密封。即曲轴箱中的气体基本上不在不希望的位置流出曲轴箱进入周围的环境。额外地，在发动机10中可以提供PCV系统50以管理发动机中的曲轴箱气体。在一个示例中，PCV系统50配置用于提供用于发动机中气体的闭环以减少窜气排放。

曲轴18包括在曲轴箱12中并封闭在其中。曲轴连接至位于发动机10的汽缸22中的活塞20。每个汽缸设置在不同的汽缸组中。在一些示例中，每个汽缸组可以包括一个或多个汽缸。此外，以V形配置来设置汽缸。从而，以非平角(non-straight)角度来设置汽缸的中轴线。然而，可以预想替代的汽缸配置。例如，汽缸可以直列(straight line)、水平对置配置等来设置。

箭头24指示汽缸与曲轴的连接。应理解可以利用活塞杆或其它适当的机构提供活塞和曲轴18之间的机械连接。可以通过发动机缸体16和汽缸盖26的连接而形成汽缸。凸轮盖28也可以连接至汽缸盖26。凸轮盖28可以至少部分地封闭凸轮轴和其它发动机部件。

进气门30和排气门32连接至每个汽缸22。在描述的示例中，每个汽缸包括一个进气门和一个排气门。然而，可以预想每个汽缸具有多个进气门和/或排气门的发动机。

进气门30包括在配置用于提供进气至汽缸22的进气系统34中。进气系统34可以进一步包括滤清器36、节气门38、经由箭头(40、41、42和43)指示的进气通道等。额外的进气系统部件可以包括进气歧管和压缩器。应理解，在一些示例中，进气通道43可以连接至下游的进气歧管或者它们自身可以是进气歧管。额外地，进气通道43的每者中的一部分延伸通过对应的汽缸盖26。在一些示例中，进气系统34可以包括额外的部件，比如额外的节气门、通道、压缩器等。

类似地，排气门32包括在配置用于从汽缸22接收燃烧气体的排气系统44中。排气系统44进一步包括经由箭头46指示的延伸通过汽缸盖26和排气歧管48的排气通道。排气系统44可以进一步包括排放控制装置(例如过滤器、催化剂等)、消声器、排气通道、涡轮等。

在一个示例中，在发动机运转期间，汽缸活塞从上止点(TDC)逐渐地向下移动、在做功行程的末尾在下止点(BDC)处回升。活塞随后在排气行程的末尾处返回至顶部(TDC处)。在进气行程期间活塞随后再次向下(朝BDC)移回，在压缩行程的末尾返回至其初始的顶部位置TDC。在汽缸燃烧期间，恰好随着活塞在做功行程的末尾处回升而可以打开排气门。排气门随着活塞完成排气行程而可以随后关闭，保持打开至少直到随后的进气行程开始。同样，可以在进气行程开始时或之前打开进气门，并且可以保持打开至少直到随后的压缩行程开始。应理解上述燃烧循环是示例性的并且可以预想其它类型的发动机燃烧循环。这样，汽缸中产生的燃烧能量可以传输至曲轴以提供旋转的功率输出。

在燃烧运转期间窜气可能流动通过活塞20并且进入曲轴箱12。应理解窜气可以包括机油蒸汽、燃烧气体、空气等。在发动机中提供了PCV系统50以管理窜气。如此处更详细描述的，PCV系统50包括配置用于从流动通过的曲轴箱气体中去除机油的油气分离器52。额外地，PCV系统50包括与油气分离器52和进气通道42液体连通的出口通道54。从而，出口通道54开口进入进气通道42。在描述的示例中，PCV阀55集成进油气分离器52。特别地，PCV阀可以集成进油气分离器的排出端口。然而，可以预想其它的PCV阀位置。例如，PCV阀可以位于油气分离器52的下游和进气通道42的上游。PCV阀55配置用于调节流动通过的曲轴箱气体的量。在一个示例中，可以被动地运转PCV阀55。然而，在其它示例中，可以经由控制器100主动地运转PCV阀55。所以，在一个示例中，PCV阀55可以在第一工况期间基本上禁止气体流动而在第二工况期间允许气体流动。应理解第二工况可以是当进气通道42中存在真空和/或发动机执行燃烧运转时。如显示的，进气通道42位于节气门38的下游。这样，可以经由真空将曲轴箱气体汲入进气系统。PCV系统50进一步包括经由箭头56指示的入口通道。所以，应理解曲轴箱气体可以从曲轴箱12流进入口通道56并且随后流动通过油气分离器52和出口通道54并进入进气通道42。这样，可以引导窜气进入进气系统以减少发动机排放。

可以至少部分地通过包括控制器100以及通过来自车辆操作者130经由输入装置132的输入而控制发动机10。控制器100在图1中显示为微电脑，包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、用于可执行的程序和校准的在该特定示例中显示为只读存储芯片(ROM)106的电子存储媒介、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。在该示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。控制器100可以从连接至发动机10的传感器接收多个信号，除之前讨论的那些信号之外，还包括来自传感器119的发动机转速的测量值、来自节气门位置传感器120的节气门位置(TP)以及来自传感器122的进气通道压力。传感器122可以用于提供进气通道中真空或压力的指示。注意可以使用上述传感器的多个组合。应理解控制器100还可以配置用于发送控制信号至多个发动机部件，比如节气门38。

图2显示示例油气分离器200的说明。应理解在一个示例中图2中显示的油气分离器200可以是图1中显示的油气分离器52。从而，油气分离器200可以包括在图1显示的PCV系统50中。如说明的，油气分离器200包括排出端口202。在一个示例中，排出端口202可以连接至图1中显示的出口通道54。所以，排出端口202可以与节气门的进气管流体连通。此外，排出端口202包括排出端口出口204和PCV阀55。通常经由框描述PCV阀55。然而，应理解PCV阀55可以是适当的阀(比如止回阀)并且可以跨越排出端口的内部区域。额外地，排出端口包括能将油气分离器迅速连接至下游部件的唇206。此外，排出端口202的中轴线230在竖直方向上成一条直线。然而，可以预想其它的排出端口以及更普遍的油气分离器方位。例如，排出端口202可以在竖直方向上延伸且/或可以与图3中显示的油气分离管304平行。继续图2，在描述的示例中，排出端口202具有圆柱形几何形状。然而，可以预想其它的排出端口几何形状。

油气分离器200进一步包括第一壳体部分208和第二壳体部分210。第一壳体部分208可以可拆卸地连接至第二壳体部分210。在一个示例中，第一壳体部分208可以是机油加注盖而第二壳体部分210可以是机油加注管。应理解机油盖可以可拆卸地连接至机油加注管以能使车辆操作员再加注发动机中的机油。第一壳体部分208(例如机油盖)可以可拆卸地连接至第二壳体部分210(例如加注管)以能使车辆操作员再加注发动机中的机油。应理解机油加注管可以与储油器(比如图1中显示的储油器14)流体连通。这样，油气分离器集成进机油盖，从而增加PCV系统的紧凑度同时提供机油盖的双重使用功能。结果是，增加了设置有油气分离器的发动机(例如图1中显示的发动机10)的紧凑度。切面220定义图3中显示的油气分离器200的截面。

图3显示了图2中显示的油气分离器200的截面图。油气分离器200包括输入管300。输入管300可以连接至入口通道，比如图1中显示的入口通道56。因此，输入管300与储油器(比如图1中显示的储油器14)流体连通。输入管300包括开口进入油气分离管304的输入管孔302。特别地，输入管孔302在分离管出口306和分离管入口308之间的位置处开口进入油气分离管304。从而，输入管300可以连接至(例如直接连接至)油气分离管304。应理解直接连接指示不存在位于连接的部件之间的中间部件。尽管描述了单个孔302，但是应理解输入管300可以包括多个孔。特别地，在一个示例中，输入管300可以包括3个孔。在该示例中，孔可以具有基本上相同的尺寸和/或几何形状。特别地，孔可以具有圆柱形几何形状并且具有相似的内径且/或可以彼此平行。然而，在其它示例中，孔之间的尺寸和/或几何形状可以不同。额外地，孔302的直径小于输入管300的上游部分。如直径显示的，上游部分也是圆柱形。额外地，在描述的示例中孔302与上游部分是偏置的。然而，在其它示例中，上游部分和孔的中央轴线可以对齐。

在一个示例中，输入管300相对于油气分离管304以角度350设置。此外在一个示例中，分离管304的至少一部分竖直地位于输入管300上方。如显示的，在输入管孔302的中轴线352和油气分离管304的中轴线354之间测量角度350。在一个示例中，角度350可以是80度至100度之间。在另一个示例中，角度350可以是85度和95度之间或者88度和92度之间。特别地，在描述的示例中角度350是90度。然而，如果需要可以使用其它类似的角度值或范围。当这样设置输入管和油气分离管时，油滴可以接触与孔302的出口相对的油气分离管的内部侧壁。应理解，由于管的角度设置，基本上禁止油滴顺着有角度的转向进入排出端口202。所以，油滴收集在油气分离器中并且向下流动进入放油室310。应理解，机油可以润湿油气分离管的壁，这可以有助于机油分离。此外，当与之前的包括增加损失的较大数量的弯曲、扩张、收缩和/或其它特征的油气分离器比较时，输入管和油气分离管这样的设置减少油气分离器中的损失。结果是，可以紧凑且高效的方式从曲轴箱气体中分离机油蒸汽。

更特别地，本发明在此认识到在图2-3的特定示例中描述的管的特定角度范围特别地高度关联于并且有效地实现陈述的结果。此外，特定的角度范围与图2-3显示的其它几何特征相组合实现能更好控制装置的整体机油分离及关联性能的特定协同作用。所以，在一些示例中，可能是特定的角度范围以及与其关联的其它部件的相对角度的组合一起产生改善的性能。

为此，应理解可以选择输入管300和油气分离管304的几何形状和尺寸以进一步辅助从曲轴箱气体中去除机油。特别地，可以对输入管和/或孔选择尺寸和/或形状(比如图2-3显示的)以在气体进入分离管304时将气体的速度增加到阈值以上以使气体能以希望的速度流进分离管的内表面。例如，在一个示例中，输入管300和/或孔302的内径340可以配置用于将气体的流速增加到20米/秒(m/s)以上。额外地，孔302的内径340如图3所示。在一个示例中，内径340可以是3毫米(mm)。此外，也显示了油气分离管304的内径342。在一个示例中，内径342可以是5mm。输入管的内径与分离管的内径之间的比例可以是3/5或者范围在2/5和4/5之间。然而，可以预想其它类似的比例并且如果需要可以使用。此外，与任何特征与其它特征隔离相比，该特定比例范围与本说明书中描述的管的角度范围相组合可以协同(intandem)运行以实现整体更好的性能。

此外，在一个示例中，油气分离管304的截面积可以高于输入管孔302的截面积。可以通过垂直于经由箭头330指示的正常流动方向或管的中央轴线的平面测量截面积。

额外地，油气分离管304和输入管300显示为圆柱形的几何形状。然而，可以预想管的其它几何形状。例如，输入管可以是圆锥形。此外，在一个示例中，输入管的截面积可以在下游方向减小。特别地，在一个示例中，输入管的截面积可以非恒定的速率减小。然而，在其它示例中，输入管的截面积可以恒定速率减小。

此外，油气分离管304相对于竖直轴线362以角度360设置。在描述的示例中，角度360是135。然而，在其它示例中，角度360可以在110度和160度之间。因此，油气分离管304可以至少部分地在竖直方向延伸。

分离管出口306连接至(例如直接连接至)排出端口202。额外地，分离管入口308连接至(例如直接连接至)放油室310。放油室310可以连接至机油加注管312，机油加注管流体与储油器(比如图1中显示的储油器14)连通。应理解放油室310可以包括通常经由框描述的配置用于在真空源(即图1中显示的进气通道42)压力下降至0时打开的阀320。在一个示例中，阀320可以是弹性膜。然而，可以预想其它类型的阀，比如止回阀。这样，收集的机油可以希望的时间间隔流回储油器。继续图3，放油室310比油气分离管304具有更大的容积。图3中也显示了排出端口202。如之前讨论的，排出端口202与进气管流体连通。

图4显示用于运转PCV系统的方法400。应理解可以通过上文关于图1-3讨论的PCV系统和油气分离器执行或者可以通过另一个适当的PCV系统和油气分离器执行方法400。

在402处方法包括使曲轴箱气体流入油气分离器中的输入管，输入管与曲轴箱流体连通。随后在404处方法包括使曲轴箱气体流动通过开口进入油气分离管的输入管孔以从曲轴箱气体中分离机油，输入管孔相对于油气分离管以80度和95度之间的角度设置。

在405处方法可以包括使曲轴箱气体流动通过与第一输入管孔平行流动配置而设置的第二和第三输入管孔。然而，在其它示例中，方法400中可以省略步骤405。随后在406处方法包括使曲轴箱气体从油气分离管流动进入与发动机汽缸流体连通的进气通道。这样，油气分离器以紧凑且高效的方式从曲轴箱气体中提取机油。

注意本说明书中包括的示例控制和估算程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本说明书中描述的具体程序代表任意数量处理策略中的一者或多者，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的多个动作、操作和/或功能可以描述的序列、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本发明中示例所描述的特征和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。取决于使用的特定策略可以反复执行一个或多个描述的步骤动作、操作和/或功能。

应理解本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的示例不应当认为是限制，因为可以有多种变型。例如，上述技术可以应用到V6、直4、直6、V12、对置4缸或其它类型的发动机。本公开的主题包括本说明书中公开的多种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的新颖的和非显而易见的所有组合和子组合。

权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。

Claims (20)

1.一种曲轴箱强制通风(PCV)系统中的油气分离器，包含：

与进气管和储油器流体连通的油气分离管；以及

包括相对于所述油气分离管以80度和100度之间的角度设置的输入管孔的输入管，所述输入管孔在所述分离管的出口和所述分离管的入口之间的位置处开口进入所述分离管。

2.根据权利要求1所述的油气分离器，其中，所述油气分离管的截面积高于所述输入管孔的截面积。

3.根据权利要求2所述的油气分离器，其中，所述油气分离管的内径是5毫米(mm)。

4.根据权利要求1所述的油气分离器，其中，所述输入管的截面积在下游方向减小。

5.根据权利要求4所述的油气分离器，其中，所述截面积以非恒定的速率减小。

6.根据权利要求1所述的油气分离器，其中，所述角度是90度。

7.根据权利要求1所述的油气分离器，其中，所述油气分离管和所述输入管是圆柱形。

8.根据权利要求1所述的油气分离器，其中，所述输入管包括开口进入所述油气分离管的第二和第三输入管孔。

9.根据权利要求8所述的油气分离器，其中，所述输入管孔的尺寸和几何形状是相同的。

10.根据权利要求1所述的油气分离器，进一步包含连接至所述油气分离管的出口的放油室，所述放油室的容积大于所述油气分离管的容积，所述放油室与储油器流体连通。

11.根据权利要求1所述的油气分离器，其中，所述出口端口的中轴线在竖直方向上延伸。

12.根据权利要求1所述的油气分离器，其中，所述分离管和入口端口包括在可拆卸地连接至放油室的机油加注盖中，所述放油室连接至机油加注管。

13.一种用于从曲轴箱强制通风系统中的气流中去除机油的方法，包含：

使曲轴箱气体流入油气分离器中的输入管，所述输入管与曲轴箱流体连通；

使曲轴箱气体流动通过开口进入油气分离管的输入管孔以从所述曲轴箱气体中分离机油，所述输入管孔相对于所述油气分离管以85度和95度之间的角度设置；以及

使所述曲轴箱气体从所述油气分离管流入与发动机汽缸流体连通的进气通道。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包含，使曲轴箱气体流动通过与第一输入管孔平行流体配置而设置的第二输入管孔和第三输入管孔。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一输入管孔、所述第二输入管孔和所述第三输入管孔的形状和尺寸是相同的。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一输入管孔、所述第二输入管孔和所述第三输入管孔中的每者的形状和尺寸是不相同的。

17.一种曲轴箱强制通风系统中的油气分离器，包含：

与进气歧管流体连通的排出端口；

经由分离管出口连接至所述排出端口并且具有与放油室流体连通的分离管入口的油气分离管；以及

相对于所述油气分离管以90度的角度设置并且至少包括在所述分离管出口和所述分离管入口之间的位置处开口进入所述分离管的孔的输入管。

18.根据权利要求17所述的油气分离器，其中，所述油气分离管的一部分位于所述输入管的上方。

19.根据权利要求17所述的油气分离器，其中，所述油气分离管和所述输入管是圆柱形。

20.根据权利要求17所述的油气分离器，其中，在所述输入管的中轴线和所述分离管的中轴线之间测量所述角度。