CN1073666C - 清除内燃机曲轴箱窜缸气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

减少内燃机内窜缸气的含油量的方法和装置。该方法包括将窜缸气(34)从发动机内送走，然后例如在热交换器(30)内冷却。从冷却的窜缸气(34)中凝结出来的油(40)被送回到发动机内，而冷却的窜缸气被排放到大气中或被输送到发动机空气吸入系统内。

Description

清除内燃机曲轴箱窜缸气的方法和装置
本发明涉及清除内燃机曲轴箱窜缸气的一种方法和装置及包括所说装置的内燃机。
在内燃机的压缩和出力冲程中，在活塞上、下的气体压力差足够使气体渗漏(窜缸)通过活塞进入到曲轴箱内。在曲轴箱内造成的压力增加能使油通过发动机的油封，并且这个压力还会损坏密封。
为了减少窜缸气的损坏作用，正常的做法是卸除曲轴箱的压力，或者通过开放的通气孔把窜缸气排放到大气中，或者将曲轴箱连接到发动机的空气吸入系统，从而将窜缸气输送到空气吸入系统，此后再在压力调节阀的控制下输送到燃烧室。压力调节阀将曲轴箱内的气体压力维持在所需的限度内。这个后一种装置构成一个闭路的通气系统。
窜缸气挟带油汽通过开放的通气孔从发动机逸出到大气中，或者在闭路通气系统中，被吸入到发动机的空气吸入系统内，这些混合气在通过发动机的排放系统排放到大气中以前被部分或完全燃烧。在任一种情况下，都会将或是含有未燃烧过的油或是含有燃烧过的油的产物的总之是不希望有的排放物排放出去。当窜缸气通过闭路通气系统被输送到发动机的空气吸入系统内时，窜缸气内所含的油还会导致涡轮增压器压缩机叶片、发动机提升阀和其他与进入空气接触的零件上的油污壅塞。
US-A-3 533 385和JP-A-61-171814都曾公开过一种减少内燃机内窜缸气含油量的装置，其中包括：将窜缸气从发动机曲轴箱输送到热交换器的装置，该热交换器被来自发动机空气吸入系统的空气冷却，所说窜缸气在流动通过热交换器时就被冷却；将从所说冷却的窜缸气凝结出来的油送回到发动机的装置；以及将冷却的窜缸气导引到发动机进入空气流内的装置，所说装置包括一个窜缸气排出口。
在US-A-3 533 385中，窜缸气的排出口位在热交换器之内，但不靠近热交换器的空气进入端。
在JP-A-61-171814中，窜缸气的排出口位在热交换器之外。
本发明的一个目的是要提供一种减少内燃机内窜缸气含油量的方法。
本发明另一个目的是要提供一种减少内燃机内窜缸气含油量的装置。
本发明还有一个目的是要提供一种回收润滑油的装置，否则的话润滑油便会损失到大气中或在发动机的燃烧室内被烧掉。
按照本发明的第一方面，所提供的减少内燃机内窜缸气含油量的方法包括下列步骤：将窜缸气从发动机曲轴箱输送到热交换器，该热交换器被来自发动机空气吸入系统的空气冷却，所说窜缸气在流动通过热交换器时就被冷却；将从所说冷却的窜缸气凝结出来的油送回到发动机；以及将所说冷却的窜缸气通过位于热交换器内的窜缸气排出口导引到发动机进入空气流内，其特征在于，所说窜缸气排出口位于所说热交换器的空气进入端的附近。
按照本发明的第二方面，所提供的减少内燃机内窜缸气的含油量的装置，该装置包括：将窜缸气从发动机曲轴箱输送到热交换器的装置，该热交换器被来自发动机空气吸入系统的空气冷却，所说窜缸气在流动通过热交换器时就被冷却；将从冷却的所说窜缸气中凝结出来的油送回到发动机的装置；以及将所说冷却的窜缸气导引到发动机进入空气流内的装置，所说装置具有一个位于热交换器内的窜缸气排出口，其特征在于，所说窜缸气排出口位于所说热交换器的空气进入端的附近。
按照本发明的第三方面，提供一种内燃机，其中采用按照本发明的第二方面的装置。
从下面结合附图、作为示范、对较优实施例所作的说明中，当可对本发明的上述和另外一些特征有更清楚的了解，其中：
图1为一内燃机的示意图，其中具有减少窜缸气内含油量的装置；
图2为一内燃机的示意图，其中具有按照本发明的较优实施例的装置；
图3为热交换器在一垂直平面内的纵向剖视图，该热交换器用在本发明的较优实施例的装置中；
图4为图3中沿垂直剖切线A-A切开的横向剖视图，该图示出管件在热交换器壳体内的排列；
图5为图3中沿垂直剖切线A-A切开的横向剖视图，该图示出另一种可替代的管件在热交换器壳体内与图4类似的排列；
图6a到c为图3中的热交换器采用图5的管件排列时所用隔板的平面视图；
图7为热交换器的第二实施例在垂直平面内的纵向剖视图；以及
图8为热交换器的第三实施例在垂直平面内的纵向剖视图。
参阅附图，图1为一内燃机10的示意图，其中有一清除曲轴箱窜缸气的装置12。所示内燃机属于曲轴高出地面式，具有一个曲轴箱14、一个集油槽16、一根用来将空气输送到设在活塞22之上的燃烧室20内的进入空气汇流管18、一根用来将排放气体排离所说燃烧室20的排放气体汇流管24、以及一个含有摇臂和曲轴装置28的摇臂壳体26。
清除窜缸气的装置12具有一个位在发动机空气吸入系统内的热交换器30，其空气排出口30a连接到发动机的空气汇流管18上，而其进入口30b则连接到所说空气吸入系统的空气过滤装置(未示出)的排出口上。装置12还具有一根将窜缸气34从发动机曲轴箱14输送到热交换器30的窜缸气进入口30c的管子32，和一根使所说热交换器30上的出油口30d与集油槽16连接的回油管36。热交换器30还具有一个窜缸气的排出口30e。
发动机运转时，发动机集油槽16内的油变热并且由于曲轴38的旋转所造成的机械搅拌，某些油成为热的油雾/蒸汽覆盖在曲轴箱14内的发动机零件上并玷污渗漏到曲轴箱14内来的窜缸气。窜缸气增加在曲轴箱14内的压力，通常解除这个压力的方法是通过一个开放的通气口将气体排放到大气中，或者在压力调节装置的控制下将所说气体输送到发动机进入空气的汇流管中。
窜缸气从曲轴箱14被输送到热交换器30，在那里它被冷却。窜缸气的冷却引起其内所含某些油汽的凝结。凝结的油40被收集并送回到发动机10。该油40由回油管36被送回到发动机集油槽16并在油位42之下进入到所说集油槽16内。“清除的”窜缸气被排放到大气中。
应该知道热交换器30能被任何合适的冷却剂冷却，但最好热交换器30用来自发动机空气吸入系统的空气42来冷却，这样可以提供一种简单而又不费钱的冷却窜缸气的方法。
图2为一内燃机的示意图，其中具有按照本发明的一个较优实施例的装置。在下面的说明中，相同的标号将用来指相同的零件。
本实施例与图1所示实施例不同之处只是在于热交换器30的窜缸气排出口30e是在热交换器30之内并且将冷却的窜缸气导引到发动机的进入空气流内。这样，窜缸气一旦被清除出去，就被导引到发动机的燃烧室20内以便燃烧掉任何遗留在冷却的窜缸气内的油，同样重要的是，还可燃烧掉在所说气体内含有的任何没有燃烧过的燃料产物。这样，由于燃烧在窜缸气内含有的油所造成的发动机的排放物便可急剧地减少。
上两实施例还具有的优点是能够回收比例相当大的油，这些油通常都在窜缸气中被丧失掉。曾经令人惊奇地发现，采用所提出的方式冷却窜缸气，油的回收率可达70％。
图3示出用在按照本发明的装置中的热交换器30的一种较优的形式。该热交换器具有一个一般为圆筒形的壳体44，其内含有多个管件46，这些管件边靠边而又互相间隔开地排列着，它们的纵向轴线平行于壳体44的纵向轴线。这些管件46在壳体44内互相间隔开，因此在它们之间形成间隙48(图4和5)并在它们与壳体内壁44a之间形成外周空间50，该空间50被隔板52(a、b、c)划分而形成窜缸气在热交换器30内从进入口30c到排出口30e的流动路径。而多个管件46集合起来形成冷却剂的流动路径，在该较优的实施例中，冷却剂为来自发动机空气吸入系统的空气。
在该较优的实施例中可看到进入热交换器的窜缸气进入口30c的窜缸气34被强制流动越过管件46的第一端的外表面，一般先向下流动，然后再上升越过管件46的第二端，流向窜缸气的排出口30e。管件46被来自发动机空气吸入系统而流动通过这些管件46的空气冷却。因此在进入热交换器30时温度约为70℃的窜缸气，在从窜缸气进入口30c流动到排出口30e后，温度约被冷却到20℃。这会使在所说窜缸气内含有油汽的相当大的一部分在壳体44内凝结。凝结的油在通过油排放管36排放而返回到发动机集油槽16之前先被集中在壳体44的底部。窜缸气排出口30e将冷却的窜缸气导引到进入空气流内以便被夹带到发动机进入汇流管中供燃烧之用。
热交换器被这样安排，使窜缸气一般被强制在与来自发动机空气吸入系统的冷却空气的流动方向相反的方向流动，而窜缸气流动路径的长度基本上大于来自发动机空气吸入系统的冷却空气的流动路径的长度。管件46的横截面可以是圆的(图4)，其中有些管件可具有叶片46a以便增加窜缸气流动路径的传热表面面积。最好，管件46为六角形的，并被这样排列使它们之间的间隙48具有恒定的宽度，这样来形成窜缸气的多条小的流动路径。
隔板52(a、b、c)被这样安排以便按边靠边而相互间隔开的关系将这些管件46固定地设置在壳体44内，从而将内部空间50划分来形成窜缸气环绕管件46外部的流动路径。从图6b、6c可以看到隔板52(b、c)具有各自的被切去的部分，这些被切去的部分构成窜缸气流动路径的一部分。
这样，当管件的横截面为六角形时，隔板便具有蜂窝状的配置如图6a到6c所示。
为了从窜缸气回收更多的油，可在热交换器30至少靠近窜缸气排出口30e的地方设置一个筛网材料(图7)以便“过滤掉”任何被窜缸气挟带到所说排出口30e的任何小油滴。
热交换器可引入一个集油槽压力调节阀56(图8)，这样可不再需要在发动机的其他地方安装一个压力调节装置。
应该知道热交换器的第二(图7)和第三(图8)实施例的特征可结合在一起成为一个单一的热交换器以便用在按照本发明的装置中。
应该知道，构成本发明的装置的一部分的热交换器可采用多种形式并能被任何一种合适的冷却剂冷却。例如，曾经设想过，对于船用发动机，冷却剂将为海水。

Claims (24)

1、一种减少内燃机内窜缸气的含油量的方法，包括下列步骤：将窜缸气(34)从发动机曲轴箱(14)输送到热交换器(30)，该热交换器被来自发动机空气吸入系统的空气(42)冷却，所说窜缸气(34)在流动通过所说热交换器(30)时就被冷却；将从所说冷却的窜缸气(34)中凝结出来的油送回到发动机(10)内；以及将所说冷却的窜缸气(34)通过位于热交换器(30)内的窜缸气排出口(30e)导引到发动机进入空气流内，其特征为，所说窜缸气排出口(30e)位于所说热交换器(30)的空气进入端的附近。
2、按照权利要求1的方法，其特征为，冷却的窜缸气(34)被导引到发动机进入空气流(42)内的方向与所说进入空气流的方向相反。
3、按照权利要求1或2的方法，其特征为，窜缸气(34)被强制流动通过热交换器(30)的方向与冷却空气(42)流动通过所说热交换器(30)的方向相反。
4、按照以上权利要求中任一项的方法，其特征为，该方法还包括将冷却的窜缸气(34)导引到发动机空气吸入系统的空气过滤装置的发动机一侧的发动机进入空气流(42)内的步骤。
5、按照以上权利要求中任一项的方法，其特征为，该方法包括强制使窜缸气(34)流动越过装在热交换器(30)内的多根管状冷却件(46)的外表面，管件(46)被来自发动机空气吸入系统而流动通过其内的空气(42)冷却。
6、按照权利要求5的方法，其特征为，该方法包括强制使窜缸气(34)流动越过所说管件(46)的第一端的外表面，然后再流动越过所说管件(46)的第二端的外表面。
7、按照以上权利要求中任一项的方法，其特征为，该方法包括利用装在热交换器(30)内的压力调节阀(56)调节窜缸气(34)压力的步骤。
8、按照以上权利要求中任一项的方法，其特征为，该方法包括使窜缸气(34)通过一个位于窜缸气的流动路径上而靠近窜缸气排出口(30e)的筛网材料(54)。
9、按照以上权利要求中任一项的方法，其特征为，该方法还包括将从所说冷却的窜缸气(34)中凝结出来的油送回到发动机集油槽(16)内的步骤。
10、按照权利要求1的方法，其特征为，该方法还包括将从所说冷却的窜缸气(34)中凝结出来的油送回到发动机集油槽(16)内的一个位于发动机正常油位之下的位置上。
11、一种减少内燃机内窜缸气的含油量的装置，包括：将窜缸气从发动机曲轴箱(14)内输送到热交换器的装置，该热交换器(30)被来自发动机空气吸入系统的空气(42)冷却，所说窜缸气(34)在流动通过热交换器(30)时就被冷却，将从冷却的窜缸气中凝结出来的油送回到发动机内的装置，以及将所说冷却的窜缸气(34)导引到发动机进入空气流(42)内的装置(30e)，所说装置(30e)具有一个位于热交换器(30)内的窜缸气排出口(30e)，其特征为，所说窜缸气排出口(30e)位于所说热交换器(30)的空气进入端(30b)附近。
12、按照权利要求11的装置，其特征为，窜缸气排出口(30e)这样安排，使冷却的窜缸气(34)被导引到发动机空气进入流(42)内的方向与所说进入空气的流动方向相反。
13、按照权利要求11或12的装置，其特征为，热交换器(30)这样安排，使窜缸气(34)被强制流动通过热交换器(30)的方向与冷却空气(42)流动通过所说热交换器(30)的方向相反。
14、按照权利要求11到13中任一项的装置，其特征为，热交换器(30)被安排在发动机空气吸入系统的空气过滤装置的发动机一侧。
15、按照权利要求11到14中任一项的装置，其特征为，油返回装置(36)将凝结出来的油送回到发动机(10)的集油槽(16)内。
16、按照权利要求15的装置，其特征为，油返回装置(36)将凝结出来的油送回到发动机集油槽(16)内的发动机正常油位之下的位置上。
17、按照权利要求11到16中任一项的装置，其特征为，该装置还包括一个装在热交换器(30)内的压力调节阀(56)。所说阀(56)被安排来调节从发动机曲轴箱(14)输送到热交换器(30)的窜缸气(34)的压力。
18、按照权利要求11到17中任一项的装置，其特征为，热交换器(30)具有一个壳体(44)，其内含有至少一根管件(46)，其纵向轴线平行于壳体的纵向轴线，所说至少一根管件(46)形成冷却空气(42)的流动路径；还含有一个与所说至少一根管件周围的空间(50)连通的窜缸气的进入口(30c)和用来将所说空间(50)划分成窜缸气(34)的流动路径的隔板(52)，该流动路径从所说窜缸气进入口(30c)延伸到位于热交换器(30)之内的窜缸气排出口。
19、按照权利要求18的装置，其特征为，热交换器(30)具有多根管件(46)，这些管件(46)边靠边且相互间隔开地被排列在壳体(44)内。
20、按照权利要求19的装置，其特征为，管件(46)的横截面为圆形。
21、按照权利要求19或20的装置，其特征为，每一管件(46)都有从其外表面上向外伸出的叶片(46a)，该叶片(46a)用作使窜缸气(34)冷却的补充传热装置。
22、按照权利要求19的装置，其特征为，管件(46)的横截面为多角形。
23、按照权利要求18到22中任一项的装置，其特征为，热交换器(30)具有一个筛网材料(54)，其位置至少与窜缸气的排出口(30e)靠近。
24、一种装用按照权利要求11到23中任一项的装置的内燃机。
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