CN105545411A - 用于涡轮增压发动机的曲轴箱通风装置 - Google Patents

用于涡轮增压发动机的曲轴箱通风装置 Download PDF

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Abstract

一种用于自动车辆的具有进气歧管的内燃发动机，该进气歧管经由进气导管接收新鲜空气。该发动机包括曲轴箱。提供具有压缩机的涡轮增压器，该压缩机具有连接至进气导管的入口以及连接至进气歧管的出口。第一通风管路将曲轴箱与压缩机入口连接。第二通风管路将曲轴箱与压缩机出口和进气歧管连接。第二通风管路具有阻挡空气流入曲轴箱中且允许空气从曲轴箱流出的阀。第一通风管路包括双作用阀，该双作用阀具有流入曲轴箱中的第一流量容量以及从曲轴箱流出的第二流量容量，其中第二流量容量大于第一流量容量。因此，在发动机怠速和高发动机载荷条件中曲轴箱通风被优化。

Description

用于涡轮增压发动机的曲轴箱通风装置
技术领域
本发明通常涉及用于内燃发动机的曲轴箱通风装置，并且更具体地，涉及用于使用涡轮增压器而在高发动机载荷下压缩进气空气的汽油发动机的曲轴箱通风装置的双作用阀(dual-actingvalve)。
背景技术
在发动机转动期间，当自发动机汽缸的气体绕过发动机活塞并且进入曲轴箱时，气体累积在发动机曲轴箱中。这些气体通常被称作漏气(blowby)气体。漏气气体可在发动机汽缸内燃烧以使用曲轴箱通风(PCV)系统(该曲轴箱通风系统使漏气气体返回至发动机进气口且使该漏气气体与空气-燃料混合物燃烧)来降低发动机碳氢排放。经由发动机汽缸的燃烧的曲轴箱气体可需要起动力以将曲轴箱气体从发动机曲轴箱移动至发动机进气口。一种用来提供起动力以将曲轴箱气体移动至发动机汽缸的传统方式为在曲轴箱与发动机节流阀主体下游的发动机进气歧管的低压区域(例如，真空)之间提供管道。另外，自节流阀主体上游的一点的新鲜空气经由单独的管道(即，换气装置)被增加至曲轴箱以帮助冲掉自曲轴箱的漏气气体产物并且进入进气歧管中。
具有内燃发动机的涡轮增压器的使用变得越来越常见。例如，在废气涡轮增压器中，压缩机和涡轮机被布置在相同的轴上(称为增压轴)，其中供应至涡轮机的热的废气流在涡轮机内膨胀以释放能量且使增压轴旋转。增压轴驱动同样地布置在增压轴上的压缩机。压缩机连接在空气引导和过滤系统与发动机进气歧管之间的进气导管中，使得当涡轮增压器被启动时，供应至进气歧管和发动机汽缸的增压空气被压缩。
涡轮增压器增大了内燃发动机的功率，这是因为更大的空气质量被供应至每个汽缸。燃料质量和平均有效压力增加，因此提高了容积功率输出。因此，用于任何特定车辆的发动机排量可缩小以便通过提高的效率和减小的燃料使用来操作发动机，其中涡轮增压器在低功率要求期间为停用的且在高负载(诸如节流阀全开(WOT))期间为启动的。除了降低燃料消耗之外，涡轮增压器还具有降低二氧化碳和污染物排放的有益效果。
由于在高载荷操作期间由于涡轮增压压缩机压缩进气空气而在进气歧管处增加的压力，因此对传统的曲轴箱通风系统的改良是必要的。具体地，压缩机下游(例如，在进气歧管中)所引入的高压可使通风管路中的气流反向，因而在某些程度上加压曲轴箱可引起密封件失效。为了防止这种逆转，通常在通风管路中设置止回阀。为了避免漏气气体在曲轴箱中积累，该气流被允许在其他的通风管路(即，换气装置，其将自节流阀主体上游的一点和涡轮增压压缩机的新鲜空气供应至曲轴箱)中反转。因此，防止了任何的在曲轴箱中积累的可损坏密封件的压力。
在发动机怠速期间，当大的真空度呈现在进气歧管处时，期望在曲轴箱中保持负压使得漏气气体容易地被捕获和移除。为了确保怠速时在增压气体(即，涡轮增压)发动机上的负的曲轴箱压力，通常必须限制供给至曲轴箱的新鲜空气。在对应的换气装置通风管路中的适当尺寸的限制用来实现该目的。然而，如果被供给的曲轴箱新鲜空气被过多限制，则曲轴箱可在全载荷条件下变成正压(即，当受限制的通风管路或换气装置使气流反转以将漏气气体排出至进气系统的低压区段时)，其可损坏曲轴箱密封完整性。通常发现提供在怠速时所需要的真空度同时在全载荷操作期间不产生不被期望的较大正压的限制水平是困难的或者为不可能。
发明内容
本发明使用具有双流率孔口的作用阀解决上述问题。小孔在怠速时提供较小的流量容量以确保必要的曲轴箱真空度。在全载荷下，该装置转变为较大的孔以允许更高的流量容量从而防止曲轴箱增压。这种装置的一个实施例使用在中心具有小孔的弹簧金属片翻板阀。在怠速期间当新鲜空气通过该装置流动进入曲轴箱时，金属翻板被拉上并且以密封壁(例如，可为油分离器壳体的部分)的形式关闭阀主体中的较大的孔。在该位置中，进入曲轴箱中的气流由在金属翻板中心的小孔控制。在全载荷的情况中当流动方向相反且漏气气体从曲轴箱流出时，金属翻板阀被推动打开从而露出在金属翻板下的较大的孔口。较大的孔口允许足够的气流以防止在全载荷下曲轴箱的增压。该装置可结合在PCV系统的任意处，诸如直接地整合在凸轮盖中的油分离器中。该装置还可结合至PCV软管或在PCV系统的快速连接器的其中一个中。其他的实施例可包括弹性止回阀，当位于关闭位置中时，该弹性止回阀具有直接在该止回阀中的孔或者绕开止回阀的小孔或通道。
在本发明的一个方面中，一种车辆包括具有经由进气导管接收新鲜空气的进气歧管的内燃发动机。该发动机包括曲轴箱。涡轮增压器被设置为具有压缩机，涡轮增压器具有连接至进气导管的入口以及连接至进气歧管的出口。第一通风管路将曲轴箱与压缩机入口连接。第二通风管路将曲轴箱与压缩机出口和进气歧管连接。第二通风管路具有阻挡气流进入曲轴箱中且允许气流从曲轴箱离开的阀。第一通风管路包括双作用阀，该双作用阀具有流入曲轴箱中的第一流量容量以及从曲轴箱离开的第二流量容量，其中第二流量容量大于该第一流量容量。
附图说明
图1描述了具有传统的曲轴箱通风布置的涡轮增压内燃发动机。
图2为包括本发明的双作用阀的油分离器的横截面视图。
图3和图4为示出了图2的阀的两个位置的横截面视图。
图5为根据本发明的阀的一个实施例的密封壁的平面图。
图6为示出了安装至图5的密封壁的片弹簧构件的平面图。
图7为用在本发明的可替代的实施例中的改良的止回阀的横截面视图。
图8为用在本发明的另一个可替代的实施例中的另一个改良的止回阀的横截面视图。
具体实施方式
参考图1，自动车辆中的内燃发动机10包括多个汽缸。一个汽缸被示出，该汽缸包括燃烧室11和汽缸壁12，活塞13定位在汽缸壁12中且连接至曲轴14。燃烧室11经由通过各自的凸轮操作的各自的进气阀和排气阀而与进气歧管15和排气歧管16连通。
发动机10可优选地使用在现有技术中已知的直接燃料喷射和电子无分电器点火系统。新鲜的外部空气经由空气过滤器20、节流阀主体21以及连接至进气歧管15的进气导管22而被引导至发动机10。离开排气歧管16的燃烧产物经由管道23在至排气系统(未示出)的途中被引导至催化转化器24。涡轮增压系统包括定位于在催化转化器24之前的废气流中且通过驱动轴27连接至压缩机26的涡轮机25。经过涡轮机25的废气驱动转子组件，接着该转子组件驱动驱动轴27。依次地，驱动轴27使包含在压缩机26中的推进器旋转，因而增加了输送至燃烧室11的空气密度。通过这种方式，可增加发动机的功率输出。可设置一个或更多个旁通阀(诸如，废汽门)以用于涡轮机25和/或压缩机26，其根据发动机载荷以期望的方式被控制以启动或停用涡轮增压器。
曲轴箱30涉及可例如由油盘31和凸轮盖32部分地限定的曲轴箱容积。当空气燃料混合物在发动机燃烧室11中燃烧时，一小部分燃烧后的气体可通过活塞环进入曲轴箱30。这种气体被称为漏气气体。为了防止这种未经处理的气体被直接地排放至大气中，可使用强制曲轴箱通风(PCV)系统，其包括第一通风管路(换气装置)33和第二通风管路34。第一通风管路33连接在凸轮盖32与压缩机26的低压侧(诸如，在节流阀主体21处或者替代性地在沿着进气导管22的任意其他位置处)之间。第二通风管路34连接至曲轴箱30的邻近油盘31处并且连接至压缩机26的高压侧(例如，连接至进气歧管15)。优选地在通风管路33和34与曲轴箱30的连接处包含有油分离器35和37，以使自任意气体中夹带的油移动返回至发动机进气口。
在涡轮增压压缩机26未启动时的发动机怠速和低载荷条件期间，进气歧管15中的真空压力引起曲轴箱通风流，其中新鲜空气经由第一通风管路33进入曲轴箱30且经由第二通风管路34离开曲轴箱30。在第二通风管路34中的单向止回阀38允许在此方向上的流动。在第一通风管路36中的限制器36具有限制允许进入曲轴箱30的新鲜空气的量(即，流量容量)的尺寸。当压缩机26在高载荷条件(诸如节流阀全开)期间被启动时，进气歧管15中的压力增加至高于曲轴箱30中的压力。在第二通风管路34中的反向流被止回阀38阻止。通过允许在第一通风管路33中的反向流来避免在曲轴箱30中的漏气气体的过度积累。限制器36的尺寸在以下两种情况之间被折衷：期望在怠速期间具有足够小的流量容量以在曲轴箱30中维持期望的负压(如果无限量的新鲜空气可经由第一通风管路33进入则该负压将损失)与期望在高发动机载荷期间具有足够大的流量容量以避免在曲轴箱30中的高压累积。
图2至图4示出了用于使用本发明的双作用阀的第一实施例，该双作用阀具有基于气流的方向变化的流量容量，以同时获得用于在发动机怠速期间限制新鲜空气的流入以及在高发动机载荷期间的完全排出漏气气体的最佳性能。空气油分离器40可与凸轮盖为一体的，该空气油分离器40包括入口41、出口42以及多个内挡板43，内挡板43收集油且经由排出装置44将油返回至曲轴箱。密封壁45将油分离器40划分成两个单独的隔室，其可通过双作用阀46被选择性地连接。阀46包括在密封壁45中的较大开口50，其被构造成在漏气气体自曲轴箱中流出期间提供较大的流量容量。可移动翻板51被布置到盖开口50并且具有与开口50对准的较小的孔口52，该孔口52被构造提供在流入至曲轴箱的方向上的较小的流量容量的新鲜空气。可移动翻板51在枢轴点53处通过紧固销54被连接至密封壁45。可移动翻板51可优选地包括由金属片或其他材料制成的片弹簧，如图4所示，该片弹簧自然地返回至抵靠开口50的扁平构造。为了提高翻板51在密封壁45上的密封，优选地在开口50周围且与开口50同中心地设置有凸起的密封挡边(rib)55，以当翻板51位于关闭位置中时紧靠(bearagainst)翻板51。优选地在枢轴点53处设置套筒56以将翻板51与挡边55的外边缘对齐。如在图3中所示，当通过阀46的流动方向相反以在涡轮增压器启动期间使曲轴箱通风时，流动的气体使翻板51远离密封壁45偏转，使得开口50畅通，因而获得期望的用于排放漏气气体的更高的流量容量。
图5示出了具有被凸起的密封挡边55包围的孔口开口50的密封壁45的平面图。提供安装孔57用于连接扁平的金属片弹簧，以使用紧固销54来形成已经在图6中示出的可移动翻板51，使得翻板51中的孔口52与开口50对准。
使用可移动翻板的阀尤其地适用于油分离器中。双作用阀还可位于PCV系统的其他结构中，诸如与通风管路连接器为一体或者作为单独的装置插入通风管路中。可使用不同类型的止回阀，诸如在图7中所示出的阀，其中，阀主体60包括具有阀座62的开口61，用于接收柱塞63，柱塞63通常地通过弹簧64抵靠阀座62设置。旁通通道65绕开阀座以将第一流量容量提供至曲轴箱中。在由箭头66所指示的反向流动期间，柱塞63被从阀座62提升以提供从曲轴箱离开的第二流量容量，其中第二流量容量大于第一流量容量。阀主体60可适用于例如作为连接在PCV管路中的单独的装置或者作为与连接器一起形成的一体式装置。
图8示出了另一个实施例，其中阀主体包括分别具有内部通道72和73的壳体70和螺纹塞71。位于通道72中的止回球74通常地通过弹簧76抵靠阀座75设置。壳体70中的旁通通道77可被构造成将第一流量容量提供至曲轴箱中。替代性地，止回球74可包括旁通通道78。止回球74可抵抗弹簧76而移动至右侧以允许自曲轴箱的反向流进入通道72中并从通道73离开，从而提供用于排出漏气气体的第二流量容量，该第二流量容量大于第一流量容量。

Claims (13)

1.一种车辆，包括：
带有进气歧管的内燃发动机，所述进气歧管经由进气导管接收新鲜空气，其中所述发动机包括曲轴箱；
具有压缩机的涡轮增压器，所述压缩机带有连接至所述进气导管的入口以及连接至所述进气歧管的出口；
第一通风管路，所述第一通风管路将所述曲轴箱与所述压缩机入口连接；以及
第二通风管路，所述第二通风管路将所述曲轴箱与所述压缩机出口和所述进气歧管连接，所述第二通风管路具有阻挡气流进入所述曲轴箱中且允许气流从所述曲轴箱离开的阀；
其中，所述第一通风管路包括双作用阀，所述双作用阀具有进入所述曲轴箱中的第一流量容量以及从所述曲轴箱离开的第二流量容量，所述第二流量容量大于所述第一流量容量。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述双作用阀包括：
基座壁，所述基座壁具有被构造成提供所述第二流量容量的开口；以及
可移动的翻板，所述可移动的翻板用于覆盖所述开口并且具有与所述开口对准的孔口，所述孔口被构造成提供所述第一流量容量，其中，当新鲜空气通过所述第一通风管路流动至所述曲轴箱中时，所述翻板抵靠所述基座壁定位，并且其中，当漏气气体从所述发动机中流动通过所述第一通风管路从所述曲轴箱离开时，所述翻板远离所述基座壁偏转。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述可移动的翻板包括片弹簧，所述片弹簧连接至所述基座壁且通常地在所述基座壁的远离所述曲轴箱的一侧上抵靠所述开口关闭，使得当所述涡轮增压器被启动时，自所述曲轴箱的通过所述第一通风管路的漏气气体流使所述片弹簧偏转离开所述基座壁从而使所述开口畅通。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述基座壁包括凸起的密封挡边，所述密封挡边与所述开口同中心地设置在所述开口的周围，以当所述片弹簧位于关闭位置中时紧靠所述片弹簧。
5.根据权利要求2所述的车辆，进一步包括与所述曲轴箱关联的油分离器，其中所述基座壁包括在所述油分离器内的分隔壁。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述双作用阀包括止回阀，所述止回阀打开以允许气流以所述第二流量容量从所述曲轴箱中流出，并且其中，所述止回阀具有旁通通道，所述旁通通道为常开的且被构造成提供所述第一流量容量。
7.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述第二通风管路的阀包括止回阀。
8.一种用于带有涡轮增压器的燃烧发动机的曲轴箱的通风系统，包括：
通风管路，所述通风管路将所述曲轴箱连接至所述涡轮增压器的低压侧；以及
在所述通风管路中的阀，所述阀具有进入所述曲轴箱的第一容量以在发动机怠速期间供应新鲜空气，以及具有大于所述第一容量的第二容量，所述第二容量从所述曲轴箱离开以在所述涡轮增压器操作期间排出发动机的漏气。
9.根据权利要求8所述的通风系统，其中，所述阀包括：
具有开口的基座壁，所述开口被构造成提供所述第二容量；以及
可移动的翻板，用于覆盖所述开口且具有与所述开口对准的孔口，所述孔口被构造成提供所述第一容量，其中当新鲜空气流动通过所述通风管路进入所述曲轴箱时，所述翻板抵靠所述基座壁定位，并且其中，当自所述发动机的漏气流动通过所述通风管路从所述曲轴箱离开时，所述翻板被远离所述基座壁偏转。
10.根据权利要求9所述的通风系统，其中，所述可移动的翻板包括片弹簧，所述片弹簧连接至所述基座壁且通常地在所述基座壁的远离所述曲轴箱的一侧上抵靠所述开口关闭，使得当所述涡轮增压器被启动时，自所述曲轴箱流动通过所述通风管路的漏气使所述片弹簧偏转离开所述基座壁以使所述开口畅通。
11.根据权利要求10所述的通风系统，其中，所述基座壁包括凸起的密封挡边，所述密封挡边与所述开口同中心地设置在所述开口周围，以当所述片弹簧位于关闭位置中时紧靠所述片弹簧。
12.根据权利要求10所述的通风系统，其中，所述发动机包括与所述曲轴箱关联的油分离器，其中，所述基座壁包括在所述油分离器内的分隔壁。
13.根据权利要求8所述的通风系统，其中，所述阀包括止回阀，所述止回阀打开以允许气流以所述第二容量从所述曲轴箱流出，并且其中，所述止回阀具有旁通通道，所述旁通通道为常开的并且被构造成提供所述第一容量。
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