CN110043345A - 曲轴箱通风系统加热器 - Google Patents

Abstract

一种曲轴箱通风系统，具有包括于其中的热传递导管。上述系统包括外壳以及上述外壳内的曲轴箱通风滤芯，上述曲轴箱通风滤芯构造成将油和油气溶胶从来自于曲轴箱的窜气气体分离。进油口构造成从内燃机的部件接收加压的油。上述导管放置于上述外壳内。上述导管沿上述外壳的长度放置并构造成将来自于上述进油口的加压的油运送到上述曲轴箱通风系统的部件。上述导管构造成将热能量从上述加压的油传递到上述外壳。出油口构造成将上述加压的油返回到上述曲轴箱。

Description

曲轴箱通风系统加热器

本申请是2015年1月13日提交的申请号为201580003414.2、名称为“曲轴箱通风系统加热器”的分案申请

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年1月14日提交的申请号为61/927,281、发明名称为“CRANKCASE VENTILATION SYSTEM HEATER(曲轴箱通风系统加热器)”的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并出于所有目的并入本文。

技术领域

本申请涉及用于内燃机的曲轴箱通风(“CV”)系统。特别地，本申请涉及用于CV系统的加热系统，上述加热系统使用发动机油对该CV系统进行加热。

背景技术

在传统内燃机的燃烧循环中，某些燃烧气体可能泄漏穿过汽缸的活塞环并进入曲轴箱。这些泄漏的气体常常被称为窜气气体。曲轴箱通风(“CV”)系统用于从该曲轴箱排放上述窜气气体。某些CV系统是开环系统，这意味着上述窜气气体被排放到周围环境中。其他CV系统是闭环系统，这意味着上述窜气气体被返回到发动机进行燃烧。

许多CV系统包括曲轴箱通风过滤器，上述曲轴箱通风过滤器使得上述窜气气体能够从曲轴箱被清出(例如，离开道路通风管，进入发动机进气口等等)。上述曲轴箱通风过滤器可以是聚结过滤器、通风旋转过滤器、惯性分离器、旋转锥体层叠过滤器等等。上述曲轴箱通风过滤器可以协助处理上述窜气气体以降低内燃机对环境的影响。

在某些布置中，上述CV过滤器会受到低温的影响。上述低温会使出口处的液体凝固(例如使窜气气体中的水蒸汽冻结)，从而会堵塞出口。如果CV系统的出口被堵塞，压力会在该CV系统内形成并对该CV系统以及可能对发动机自身造成损坏。因低温条件而造成CV系统出口堵塞在将CV过滤器装配于发动机腔体外部的CV系统中具有较大风险。

某些CV系统使用加热元件，上述加热元件需要内燃机自身以外的能量源(即，具有对CV过滤器进行加热的主要功能的加热部件)。例如，某些CV系统使用电加热元件来直接对CV过滤器进行加热。作为另一个实例，某些CV系统会使用分离的冷却剂系统来传送加热的冷却剂穿过CV过滤器。尽管如此，其他CV系统也可以使用隔离体，例如在CV系统各部分的塑料外壳上使用包覆成型隔离体，以保护CV过滤器免受低温影响。然而，隔离体单独不产生热量。因此，某些CV系统会同时使用加热元件和隔离体，上述加热元件需要内燃机自身以外的能量源。使用需要内燃机自身以外的能量源的加热元件需要额外部件并可能对发动机的整体效率产生负面影响。

发明内容

第一实施例涉及曲轴箱通风系统。上述系统包括外壳和上述外壳内的曲轴箱通风滤芯。上述曲轴箱通风滤芯构造成将油和油气溶胶从来自于曲轴箱的窜气气体分离。进油口构造成从内燃机的部件接收加压的油。导管放置于上述外壳内，上述导管沿上述外壳的长度放置。上述导管构造成将来自于上述进油口的加压的油运送到上述曲轴箱通风系统的部件。上述导管构造成将热能量从上述加压的油传递到上述外壳。上述系统还包括出油口，上述出油口构造成将上述加压的油返回到上述曲轴箱。

另一个实施例涉及用于曲轴箱通风系统的外壳。上述外壳包括腔体，上述腔体构造成装容曲轴箱通风滤芯于上述外壳内。进油口构造成从内燃机的部件接收加压的油。导管放置于上述外壳内，上述导管沿上述外壳的长度放置。上述导管构造成将来自于上述进油口的加压的油运送到上述曲轴箱通风系统的部件。上述导管构造成将热能量从上述加压的油传递到上述外壳。上述系统还包括出油口，上述出油口构造成将上述加压的油返回到上述曲轴箱。

当结合附图时，这些和其他特征与其操作的组织和方式一起将通过以下的详细描述而变得显而易见。

附图说明

图1是根据一个示例性实施例的用于内燃机的CV系统的旋转聚结器的横截面视图。

图2是根据另一个示例性实施例的用于内燃机的CV系统的旋转聚结器的横截面视图。

图3是根据一个示例性实施例的曲轴箱通风过滤器的横截面视图。

图4A和4B是根据各示例性实施例的外壳的一部分的立体图。

图4C是从上述外壳移除的图4A和4C的插入件的立体图。

图5-7是根据各种示例性实施例的曲轴箱通风过滤器外壳的各种热度图。

具体实施方式

总体参照各附图，本申请所揭示的各种实施例涉及具有CV过滤器加热系统的曲轴箱通风(“CV”)系统，上述CV过滤器加热系统使用发动机油来对CV过滤器进行加热。上述发动机油在内燃机的正常运行中已进行了加热。在某些布置中，发动机油可以被提供给该CV系统以驱动对CV过滤器进行转动的培尔顿式水轮机(pelton wheel)或形成将分离的油从该CV系统抽回到曲轴箱中的喷射泵。在本申请中，上述发动机油还通过热量传递设备按指定路线进行输运，上述热量传递设备将热量从已加热的发动机油传递到CV过滤器，从而保护CV过滤器不会因为低温的环境条件而冻结。

参照图1，根据一个示例性实施例示出了用于内燃机的CV系统的旋转聚结器100的横截面视图。上述旋转聚结器100包括环形旋转聚结滤芯102。虽然滤芯102被绘制成圆柱形过滤器，但是滤芯102也可以包括旋转锥体层叠过滤器。滤芯102构造成对通过进口104接收的窜气气体进行过滤。上述窜气气体一般包括已泄漏穿过汽缸的活塞环并进入曲轴箱的燃烧气体。上述窜气气体也可以携有来自于发动机和/或来自于曲轴箱的油。滤芯102构造成将油气溶胶从包含于窜气气体中的油分离。滤芯102在过滤操作中被转动以增加对窜气气体进行过滤的效率。滤芯102由液压电动机106(例如，培尔顿式水轮机或者涡轮驱动水轮机)旋转地驱动。上述液压电动机106由通过进油口108提供的发动机油来提供动力。上述进油口108与加压的发动机油源连接。上述发动机油流过上述进油口108并被导入上述液压电动机106，从而使得上述液压电动机106旋转。上述发动机油可以通过多个横向钻孔被导入上述液压电动机106。上述液压电动机106的旋转使轴110转动，其转而驱动滤芯102旋转。在驱动上述液压电动机106后，上述油经由出油口112被返回到曲轴箱。通过滤芯102从上述窜气气体分离的油也可以经由出油口112返回到曲轴箱。从上述窜气气体分离的油气溶胶可以被返回到发动机进行燃烧或者可以从旋转聚结器100被喷射到外部环境。在2010年12月16日提交的、发明名称为“CRANKCASE VENTILATION INSIDEOUT FLOW ROTATING COALSECER(曲轴箱通风由内向外流动旋转聚结器)”、申请号为12/969，742并转让给康明斯过滤IP公司的美国专利申请中对旋转聚结器的操作的更多细节进行了详细描述，该美国专利申请的全部内容通过引用并出于所有目的并入本文。

在本实施例中，通过进油口108接收的发动机油还用于对上述旋转聚结器100进行加热。上述油通过导管114按指定路线输送。上述导管114可以包括通道或类似的通路，其直接形成在上述旋转聚结器100的外壳116上。可选地，上述导管114可以是装配于外壳116的分离部件的一部分。上述外壳116可以由金属形成。上述金属可以具有高导热性并可以包括例如铝。上述导管可以包括高导热性材料的插入件。例如，上述外壳116可以由钢或铁形成，上述导管114可以内衬有铜，铜比钢和铁具有更高的导热性。可选地或附加地，上述导管114可以包括内部翅片或肋部，上述内部翅片或肋部构造成增加与通过上述导管114按指定路线输送的油接触的表面面积，从而增加从上述油到上述外壳116的热传递。上述内部翅片或肋部还可以构造成在流过导管的油中产生流动紊流以增加系统的努塞尔数并增加从上述油到外壳116的热传递速率。在某些布置中，上述导管114可以包括由金属制成的内部蜂巢状通道。上述蜂巢状通道增加了上述表面面积，从而增加了从上述油到上述外壳116的传热速率。在其他布置中，上述导管114可以包括正弦曲线形流动通道，上述正弦曲线形流动通道产生振荡流，上述振荡流增加了从上述油到上述外壳116的传热速率。在某些布置中，上述导管114可以分为多个平行通道。上述导管可以沿着外壳116的长度延伸。如图1所示，上述外壳116可以由用螺栓连接在一起的两个部分组成。第一密封件118可以设置于上述两个部分之间。上述导管114可以延伸穿过上述两个部分。第二密封件120可以围绕上述导管114设置于上述两个部分之间。在通过进油口108进入上述旋转聚结器前，上述发动机油可以被加热到周围环境温度以上。上述发动机油可以通过内燃机的正常操作进行加热。在可选的布置中，上述发动机油可以由上述旋转聚结器100外部的次级加热系统进行加热。因此，当加热的发动机油通过导管114按指定路线进行输送时，热能量从上述发动机油被传递到上述外壳116以对旋转聚结器100的各部件进行冻结保护。上述导管114可以成形为具有半圆形的横截面以增加用于从加热的发动机油到旋转聚结器100进行热传递的表面面积。

参照图2，根据另一个示例性实施例示出了用于内燃机的CV系统的旋转聚结器200的横截面视图。旋转聚结器200在各部件的布置和功能上实质上类似于旋转聚结器100。旋转聚结器200的不同之处在于其相对于外壳202的两个部分的各部件的布置。与旋转聚结器100不同，上述导管204不延伸到外壳202的两个部分中。而是，上述导管204沿外壳202的第一部分的长度延伸，上述导管204被外壳202的第二部分封住。上述外壳的两个部分可以由第一密封件206进行密封。上述导管204可以由第二密封件208进行密封。与图1的旋转聚结器100类似，上述旋转聚结器的导管204构造成将热量从加热的发动机油传递到外壳202以对旋转聚结器200的各部件提供冻结保护。上述导管204可以成形为具有半圆形的横截面以增加用于从加热的发动机油到旋转聚结器200进行热传递的表面面积。

参照图3，根据一个示例性实施例示出了CV过滤器300。上述CV滤芯300包括外壳304内的滤芯302。类似于外壳116和202，上述外壳304可以是两部分外壳，在外壳304的两个部分之间具有第一密封件306。上述滤芯302可以是聚结过滤器、通风旋转过滤器、聚结器、惯性分离器等等。上述滤芯构造成对通过进口308接收的窜气气体进行过滤。如上所述，上述窜气气体一般包括来自于发动机的燃烧气体和油。上述滤芯302构造成将油气溶胶从包含于窜气气体中的油分离。通过滤芯302从上述窜气气体分离的油可以经由排油管310返回到曲轴箱。

上述CV过滤器300包括油驱动喷射泵系统以协助通过排油管310排出分离的油。上述喷射泵系统包括喷射泵喷嘴312，上述喷射泵喷嘴312构造成形成穿过排油管310的发动机油的高速动力射流。在来自于喷射泵喷嘴312的高速动力射流与排油管310中低速周围流体之间的动量交换产生泵吸效应，上述泵吸效应抽吸和泵送来自于排油管310的分离的油。排油管310内的油可以被泵入曲轴箱。用于产生高速动力射流的油是通过进油口314从加压的发动机油源接收的发动机油。CV系统的油驱动喷射泵如何工作的更多细节在2010年3月22日提交、2011年1月18日发布、发明名称为“CRANKCASE VENTILATION SYSTEM WITHPUMPED SCAVENGED OIL(具有泵送的扫气油的曲轴箱通风系统)”、专利号为7，870，850并转让给康明斯过滤IP公司的美国专利中可以找到，该美国专利的全部内容通过引用并出于所有目的并入本文。

如在旋转聚结器100和200中，通过进油口314接收的发动机油也用于对CV过滤器300进行加热。上述油通过导管316按指定路线输送。上述导管316可以直接形成在CV过滤器300的外壳304上。上述外壳304可以以如以上关于外壳116所讨论的类似的方式来形成。上述导管316实质上类似于如以上关于图1和2所讨论的导管114和204。虽然示为仅沿外壳304的单个部分的长度延伸(类以于导管204的方式)，上述导管316也可以构造成延伸穿过外壳304的两个部分(类似于导管114的方式)。在通过进油口314进入前，发动机油可以被加热到周围环境温度以上。上述发动机油可以由内燃机进行加热。在可选的布置中，上述发动机油可以由上述CV过滤器300外部的次级加热系统进行加热。因此，当加热的发动机油通过导管316按指定路线进行输送时，热能量从上述发动机油被传递到上述外壳306以对CV过滤器300的各部件进行冻结保护。上述导管316可以成形为具有半圆形的横截面以增加用于从加热的发动机油到CV过滤器300进行热传递的表面面积。

参照图4A，根据一个示例性实施例的外壳400的一部分的立体图。上述外壳400可以是用于旋转聚结器100、旋转聚结器200、CV过滤器300等的外壳。上述外壳包括导管402。上述导管402构造成通过进油口404接收发动机油。上述导管402可以成形为具有半圆形的横截面。上述半圆形的横截面可以具有这样的曲率，使得上述导管402与腔体406的形状实质上同心，上述腔体406接纳各过滤部件(例如旋转聚结器100的各部件、旋转聚结器200的各部件、CV过滤器300的各部件等)。凹槽408可以绕导管402形成。上述凹槽408的尺寸和形状设置成接纳密封件，从而当上述外壳400的第二件(未示出)与第一件耦接时，上述导管被密封。上述导管402可以直接形成在外壳400上。上述外壳400可以以如以上关于外壳116所讨论的类似的方式来形成。

在某些布置中，上述外壳400包括插入件410，上述插入件410放置于导管402的腔体406内。图4B示出了这一布置的立体图。图4C示出了从外壳400移除的插入件410的立体图。上述插入件410包括多个不同的通路412和翅片414，上述通路412和翅片414增加了流过腔体406的油的紊流。上述通路412的尺寸和布置设置成，使得上述插入件410不会对流过腔体406的油产生显著的压降。增加的油的紊流增加了从上述油到腔体406的壁部(例如从导管402内)到放置于外壳400内的CV过滤器(例如到CV过滤器302)的热传递。在某些布置中，上述翅片414延伸到并接触腔体406的内壁以给腔体406的壁部提供附加的热能量传递。上述插入件410可以具有蜂巢布置。在特定实施方式中，上述插入件可以由金属片冲压，上述金属可以是高导热性的金属，例如铝、铜、黄铜等。

参照图5-7，根据各种实施例示出了CV过滤器外壳的各种热度图。如各图所示，加热的发动机油进入外壳并保持外壳的温度在冻结点以上。例如，如图5所示，当环境温度在大约负四十摄氏度时，发动机油温为大约五十五摄氏度，CV过滤器外壳保持温度在冻结以上(例如七摄氏度)。

本文所使用的如术语“大约”、“约”、“实质上”以及类似术语旨在具有与本公开的主题内容所属领域内的普通技术人员通常和可接受的用法一致的宽泛含义。本领域的技术人员在阅读了本公开之后应理解，这些术语旨在允许对所描述和所要求保护的某些特征进行描述，而不是将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围内。因此，这些术语应该被解释为指示性的，所描述和要求保护的主题内容的非实质性或无关紧要的修改或变化被认为落入如所附权利要求所述的本发明的范围内。

应当指出的是，本文用来描述各种实施例的术语“示例性”旨在表示该实施例是可行的实例、代表和/或可行实施例的说明(以及这些术语并不意在暗示该实施例是特别的或最好的实例)。

本文所用的术语“耦接”，“连接”等意在表示两个构件相互直接或间接接合。这种接合可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如可移除的或可释放的)。这种接合可以由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件相互整体形成单个整体来实现，或由两个构件或这两个构件和任意附加的中间构件相互连接来实现。

本文引用的元件的位置(例如，“顶部”，“底部”，“上”，“下”等)仅仅用于描述附图中各元件的方向。应当指出的是，各种元件的方向可以根据其它示例性实施例而有所不同，并且这种变化被考虑为由本公开所涵盖。

需要特别注意的是，各种示例性实施例的结构和布置仅仅是说明性的。尽管只有几个实施例在本公开被详细描述，本领域的技术人员在阅读了本公开的内容之后将容易理解，不脱离本文描述的主题的新颖性教导和优点的许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)。例如，示为整体形成的各元件可以由多个部件或元件构成，各元件的位置可以被相反或以其他方式改变，以及性质、离散元件的数目或位置可以改变或变化。任何加工步骤或方法步骤的顺序或序列可以根据各优选实施例来改变或重新排序。此外，本领域的普通技术人员可以理解，来自于本申请所揭示的一个实施例的各特征可以与本申请所揭示的其他实施例的各特征进行结合。各示例性实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的范围内做出其他各种替换、修改、变化和省略。

Claims (28)

1.一种曲轴箱通风系统，其特征在于，所述曲轴箱通风系统包括：

外壳；

在所述外壳内的曲轴箱通风滤芯，所述曲轴箱通风滤芯构造成将油和油气溶胶从来自于曲轴箱的窜气气体分离；

进油口，所述进油口构造成从内燃机的部件接收加压的油；

导管，所述导管放置于所述外壳内并沿所述外壳的长度放置，所述导管构造成将来自于所述进油口的加压的油运送到所述曲轴箱通风系统的部件，其中所述导管构造成将热能量从所述加压的油传递到所述外壳；

插入件，所述的插入件位于导管内，所述插入件在流过导管的加压的油中产生紊流，从而增加从所述加压的油到所述外壳的热能量传递；以及

出油口，所述出油口构造成将所述加压的油返回到所述曲轴箱。

2.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述的插入件包括多个通道和多个翅片，所述多个通道和多个翅片在流过所述导管的加压的油中产生紊流，从而增加从所述加压的油到所述外壳的热能量传递。

3.根据权利要求2所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述的多个通道形状和布置设置成使得插入件不会对流过腔体的油产生显著的压降。

4.根据权利要求3所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述的多个翅片延伸至所述导管的内壁并与所述导管的内壁接触。

5.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述的插入件具有蜂巢布置。

6.根据权利要求1-5任一所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述的插入件由具有高热导率的金属形成。

7.根据权利要求6所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述金属是铝、铜、黄铜之一。

8.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述导管的形状是半圆形。

9.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述部件是培尔顿式水轮机，其中所述培尔顿式水轮机构造成旋转性驱动所述曲轴箱通风滤芯。

10.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述部件是动力射流喷嘴。

11.根据权利要求10所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述动力射流喷嘴构造成形成所述加压的油的高速动力射流，其中所述高速动力射流被导入所述出油口并产生泵吸效应，所述泵吸效应将从所述窜气气体分离的油抽吸和泵送离开所述出油口。

12.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述导管内衬有铜。

13.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述导管包括内部肋部，所述内部肋部构造成增加与通过所述导管按指定路线输送的加压的油接触的表面面积，从而增加从所述加压的油到所述外壳的热能量传递。

14.根据权利要求1所述的曲轴箱通风系统，其特征在于，所述导管包括正弦曲线形流动通道，所述正弦曲线形流动通道在所述导管内产生所述加压的油的振荡流。

15.一种用于曲轴箱通风系统的外壳，其特征在于，所述外壳包括：

腔体，所述腔体构造成将曲轴箱通风滤芯装容于所述外壳内；

进油口，所述进油口构造成从内燃机的部件接收加压的油；

导管，所述导管放置于所述外壳内并沿所述外壳的长度放置，所述导管构造成将来自于所述进油口的加压的油运送到所述曲轴箱通风系统的部件，其中，所述导管构造成将热能量从所述加压的油传递到所述外壳；

插入件，所述的插入件位于导管内，所述插入件在流过导管的加压的油中产生紊流，从而增加从所述加压的油到所述外壳的热能量传递；以及

出油口，所述出油口构造成将所述加压的油返回到曲轴箱。

16.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述的插入件包括多个通道和多个翅片，所述多个通道和多个翅片在流过所述导管的加压的油中产生紊流，从而增加从所述加压的油到所述外壳的热能量传递。

17.根据权利要求16所述的外壳，其特征在于，所述的多个通道形状和布置设置成使得插入件不会对流过腔体的油产生显著的压降。

18.根据权利要求17所述的外壳，其特征在于，所述的多个翅片延伸至所述导管的内壁并与所述导管的内壁接触。

19.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述的插入件具有蜂巢布置。

20.根据权利要求14-19任一所述的外壳，其特征在于，所述的插入件由具有高热导率的金属形成。

21.根据权利要求20所述的外壳，其特征在于，所述金属是铝、铜、黄铜之一。

22.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述导管的形状是半圆形。

23.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述部件是培尔顿式水轮机，其中所述培尔顿式水轮机构造成当所述曲轴箱通风滤芯被安装于所述腔体内时旋转性驱动所述曲轴箱通风滤芯。

24.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述部件是动力射流喷嘴。

25.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述动力射流喷嘴构造成形成所述加压的油的高速动力射流，其中所述高速动力射流被导入所述出油口并产生泵吸效应，所述泵吸效应将从窜气气体分离的油抽吸和泵送离开所述出油口。

26.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述导管内衬有铜。

27.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述导管包括内部肋部，所述内部肋部构造成增加与通过所述导管按指定路线输送的加压的油接触的表面面积，从而增加从所述加压的油到所述外壳的热能量传递。

28.根据权利要求15所述的外壳，其特征在于，所述导管包括正弦曲线形流动通道，所述正弦曲线形流动通道在所述导管内产生所述加压的油的振荡流。