CN110446831A - 流体pcv阀组件和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种PCV阀组件，其包括流体几何结构，该流体几何结构允许燃烧流体/气体的流动在入口与出口之间流动并在两种运行模式之间切换：(i)径向或高流量模式，以及(ii)切向或低流量模式，如在发动机运行期间所指示的。在低真空度下，配备流体的PCV阀组件调整成以径向模式运行，由于低流动阻力而产生高流动速率。随着真空度增加，PCV阀组件被调整成自动切换模式。这可以由于流体几何结构的形状和适于改变第一与第二控制端口之间的流动的旁路通道来启用。旁路通道允许该几何结构的流体样式在高流量模式与低流量模式之间切换。

Description

流体PCV阀组件和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月23日提交的题为“FLUIDIC EQUIPPED PCV GAS FLOWCONTROLLER AND CONDITION RESPONSIVE METHOD FOR CONTROLLING CRANKCASE GAS FLOWIN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE CRANKCASE(用于控制内燃动机曲轴箱中的曲轴箱气体流动的配备流体的PCV气体流动控制器和状态响应方法)”的临时专利申请No.62/475,354的优先权，该临时专利申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及内燃机曲轴箱气体流动速率控制组件和系统，并且更具体地设计一种曲轴箱强制通风(“PCV”)气体流动速率控制组件、系统以及用于该系统的部件。

背景技术

本发明涉及一种内燃机曲轴箱气体流动速率控制组件和系统，并且更具体地涉及一种根据发动机运行状况并且还根据对气体流动速率控制系统进行的流动速率调节来控制来自发动机的气体排放的再循环的曲轴箱强制通风(“PCV”)气体流动速率控制组件和系统。

PCV系统提供了一种用于使气体逸出内燃机的曲轴箱的受控机构。这种系统的核心是PCV阀，通常为单通道可变限流阀，其可以对变化的压力值作出反应并间歇地改变流动速率，同时允许气体穿过到达它们的预期目的地。在大多数现代交通工具中，预期目的地是发动机的进气流。

内部燃烧不可避免地涉及少量但连续量的窜漏气体，当一些来自燃烧的气体泄漏经过活塞环最终到达曲轴箱内部时将发生这种情况。气体可以通过简单的孔或管直接排放到大气中，或者它们可以经过挡板或者经过轴的油封或螺栓接头的垫圈“找到它们自己的出路”。仅从机械工程的观点来看，这不是问题；但从其它观点来看，比如用户的清洁和环境保护，这种简单的排放方法是不够的；必须经由封闭系统来防止油和气体的逸出，该封闭系统将逸出的气体引导至发动机的进气流，并允许将新鲜空气引入到曲轴箱中，以便更好和更高效的燃烧。

从19世纪后期到20世纪初期，允许窜漏气体经过汽车交通工具的密封件和垫圈找到它们自己的出路。在发动机内部和外部发现油以及油以少量但恒定的量滴到地面上被认为是正常的。轴承和阀的设计通常几乎没有对保持油或废气的容纳提供措施。在内燃动机中，富含烃的窜漏气体将通过密封件和垫圈中的油扩散到大气中。大量窜漏的发动机将大量地泄漏。

直至20世纪60年代初期，汽车发动机通过简单的通风管将燃烧气体直接排放到大气中。通常，这由从曲轴箱向下延伸到发动机舱底部的管道(“道路引流管”)构成。管道的底部向大气开放，并且放置成使得当车辆处于运动时获得轻微真空度，从而在燃烧气体聚集在曲轴箱中时抽出燃烧气体。油雾也将被排出，这导致油性薄膜沉积在重度使用道路上的每条行车道的中间。该系统不是“主动的”，因为气体可以双向行进或根本不运动，这取决于状况。

环境顾虑引起了控制发动机中的燃烧气体的发展。PCV阀和系统在可变且校准的空气泄漏时运行，从而发动机使其曲轴箱燃烧气体返回。取代将气体排放至大气，这些气体被供给回到进气歧管中，作为新鲜充填的空气与燃料的一部分重新进入燃烧室。由空气清洁器收集的所有空气(并且在燃料喷射发动机上由质量流量传感器计量)经过进气歧管。PCV系统将该空气中的一小部分经由呼吸器转移到曲轴箱，之后允许其被再次抽吸回到进气道。曲轴箱强制通气系统是一种“开放系统”，其中新鲜的外部空气持续用于冲刷来自曲轴箱的污染物并将它们抽吸到燃烧室中。

图1A-图1D示出了在内燃机中使用的典型PCV系统。如图1A所示并且如US专利No.5,027,784中所述，内燃机包括气缸盖1、气缸盖罩2、气缸体3和油盘4。典型的现有技术PCV系统包括PCV“真空”连接管线7，其在节流阀9下游的位置处将气缸盖罩2连接到内燃机的进气通路8的一部分。设置PCV阀6用于控制PCV连接管线7中的窜漏气体的流动。设置在气缸盖罩2中的挡板12用作窜漏气体中所含有的油雾的主要捕集器。PCV阀6的下游或真空侧上的捕集室5用作窜漏气体中的油雾的次级捕集器。捕集在捕集室5中的油雾聚集在捕集室5的底壁5'上。

在发动机运行期间，已经经过活塞泄漏到气缸体3的曲轴箱中的窜漏气体通过形成在气缸体3和气缸盖1中的路径流动到气缸盖罩2中。由PCV阀6控制的窜漏气体然后经过PCV连接管线7流动到发动机的进气通路8中，以在燃烧室中燃烧。

图1A的PCV系统依赖于以下事实：当发动机在轻负载和适度的节流开度下运转时，进气歧管的压力总是小于曲轴箱压力。进气歧管的较低压力将气体朝向其抽吸，从呼吸器抽出空气经过曲轴箱，其中空气被稀释并与通过PCV阀的燃烧气体混合，并返回到进气歧管。典型的PCV系统的PCV连接管(例如7)将曲轴箱连接到清洁的新鲜空气源，即空气清洁器本体。通常，来自空气清洁器的清洁空气在经过筛网、挡板或其它简单系统后流动到该管中并流动到发动机中以阻止火焰前缘，以便防止发动机曲轴箱内的潜在爆炸性大气被点燃而从回火进入进气歧管中。一旦到发动机内，空气就在发动机内部循环，携带并清除燃烧副产物气体(包括任何大量的水蒸气，其包括溶解的化学燃烧副产物)。然后，组合气体通过另一个简单的挡板、筛网或网格离开，以在经过PCV阀6被抽吸出来并进入进气歧管8中之前捕集油滴。

典型的PCV阀6是具有少量运动部件的简单机构，如图1B、图1C和图1D所示，但它执行稍微复杂的气体流动控制功能。在一些现有技术的PCV阀组件中，内部限流器13(通常为活塞或轴针)用轻弹簧14保持在“正常”(发动机关闭，零真空度)位置，从而将全尺寸的PCV开口暴露于进气歧管。随着发动机运转，轴针因歧管真空度在PCV阀中被朝向歧管侧抽吸，从而限制开口，该开口与发动机真空水平vs.弹簧力成比例。在怠速时，进气歧管真空度接近最大(如图1B中最佳所示)。此时，实际发生的窜漏量最小，因此PCV阀提供了大量(但不是完全)限流。随着发动机负载增加，阀上的真空度成比例地降低，并且窜漏成比例地增加。在较低的真空水平下，弹簧14使轴针13返回到“打开”位置以允许更多的空气流动。在全节流下(参见例如图1C)，真空度大大减小，下降至1.5至3英寸汞柱之间。此时，PCV阀基本上是打开且流动的，并且大部分燃烧气体经由“呼吸器管”逸出，其中它们接着被抽吸到发动机的进气歧管中。如果进气歧管的压力高于曲轴箱的压力(这可能发生在涡轮增压发动机中，或者在某些使用状况下，比如进气回火，参见例如图1D)，PCV阀就关闭以防止回流到曲轴箱中。

在现有技术的PCV系统中，PCV系统的部件应该保持清洁和开放，否则空气流动可能不足。发生故障的PCV阀可能最终损坏发动机。用于汽油发动机的典型维护计划包括更换空气过滤器或火花塞时的PCV阀更换，因为内部具有运动部件的任何东西最终都可能失效。

大多数汽油动力的内燃机利用了PCV阀。PCV阀的基本设计(如图1A-图1D中所示)自从其首次引入载客交通工具时起没有太大变化。限定PCV阀的运行特性是：怠速流动速率；巡航流动速率；过渡真空水平和回火-回流预防。怠速流动速率是在发动机怠速(见图1B)时存在高真空度状况期间对流动通过PCV阀的气体量的确定。巡航流动速率是发动机在例如交通工具加速(参见图1C)期间以高rpm运行时在低真空度状况期间对流动通过PCV阀的气体量的确定。过渡真空水平是PCV阀从低流动速率切换到高流动速率时的真空水平，并且回火-回流预防是在歧管压力超过曲轴箱压力的那些罕见情况下(参见图1D)所需要的。恰当运行的PCV阀应该随着增加的真空度而呈现降低的流动曲线，但是发生故障的PCV阀可能导致曲轴箱超压、油泥、油泄漏、燃料经济性差、不稳定怠速和其它问题。

为了实现期望的降低流动曲线，大多数PCV阀采用如图1B-图1D所示的弹簧-轴针设计，并且因此，在大多数PCV阀设计中，流动通路是随着轴针线性移动而改变的可变环形区域。由该环形开口限定的开放腔区域可以小至0.25-0.3mm，并且在运行中，PCV阀组件易于因堵塞而阻塞。另外，具有弹簧/轴针组件的典型PCV阀(比如图1A-图1D中示出的那些)也易于卡住在一个位置或另一个位置中。

本发明的目的是克服这些问题，并提供一种在改进的PCV系统中使用的改进的、更耐用且无故障的PCV阀，其将使卡住或堵塞问题的可能性最小化并增强长期发动机性能。

发明内容

本公开描述了一种PCV阀组件或流动控制器，其使用具有控制端口的流体几何结构，以随着增加的真空度输入可靠且精确地产生降低的流动速率输出。在历史上，这种类型的输出曲线仅通过使用状态响应运动部件(例如图1B-图1D中所示的轴针-弹簧组件)来实现。根据本发明的结构和方法，提供了优异的PCV性能，而没有运动部件磨损或失效。因此，在本公开的PCV阀组件中不存在轴针或偏压构件。

PCV阀组件在本文中可以称为配备流体的PCV阀流动控制器。该组件包括流体几何结构，其允许燃烧气体的流动在入口与出口之间在两种运行模式之间流动：(i)高流量或径向模式，和(ii)低流量或切向模式，如在发动机运行期间所指示的。在低真空度下，配备流体的PCV阀组件被调整成以径向模式运行，由于低流动阻力而产生高流动速率。随着真空度增加(例如，至约6"的汞柱)，PCV阀组件被调整成自动地切换模式到切向模式，并且其中气体的流动速率下降。可以将真空度的特定切换设定点值调节成各种真空度设定点，并且本公开不限于该特定设定点。从一个模式切换至另一个模式的能力经由控制两个(第一和第二)控制端口的旁路通道来启用或感测。已经发现，旁路通道允许该几何结构的流体样式(pattern)以径向(高流量)模式工作并且自切换到切向(低流量)模式。

作为现有技术PCV阀6(参见图1A)的替代品，本公开的PCV阀组件当结合在发动机的PCV系统中时提供了优异的性能水平。该PCV阀组件利用限定在第一基本上平坦的基板表面中的流体几何结构，其中该流体几何结构限定了PCV控制通道，该PCV控制通道具有与曲轴箱气体入口腔流体连通的入口区域。PCV控制通道的入口区域可以与转向腔室和旁路腔流体连通，转向腔室和旁路腔中的每一个都与基本上圆形的涡流腔室流体连通，所述涡流腔室在其中心处具有构造成与PCV连接管线(例如，图1A中的7)连接的出口腔。

配备流体的PCV阀流动控制装置的两种运行模式(径向模式(高流量)和切向模式(低流量))允许装置在低真空度水平时以径向模式运行，并且在较高真空度水平时自动地切换到切向模式(其中，用于模式切换的阈值可针对每个发动机或应用调整)。切向模式的流动速率可以是径向模式的流动速率的约50％。结果，流动速率在较高真空度水平时下降，并且在没有运动部件的情况下实现了这种性能。考虑到以下对本发明的特定实施例的详细描述，特别是结合附图考虑时，本发明的上述和更进一步的目的、特征和优点将变得显而易见，其中各附图中相同的附图标记用来表示相同的部件。

在一个实施例中，提供了一种PCV阀组件，其包括限定流体通路的本体。流体通路可以限定在本体中，并且可以包括与入口腔室连通的入口，该入口腔室包括第一端口、动力喷嘴和第二端口。相互作用腔室在动力喷嘴的下游，所述相互作用腔室包括径向相互作用壁和与径向相互作用壁相对的切向相互作用壁。旁路通道与入口腔室和相互作用腔室连通。涡流腔室与相互作用腔室和出口连通，其中该组件可以构造成基于穿过流体通路的液体或气体流动而在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

在高流量模式中，流体或气体可以进入入口并朝向相互作用腔室和旁路通道、朝向涡流腔室横穿入口腔室，使得流体或气体可以形成主流动、次级流动和三级流动。主流动可以横穿动力喷嘴并在相互作用腔室内沿着所述径向相互作用壁对齐。主流动可以进入涡流腔室并在涡流腔室中沿第一方向流动。次级流动可以横穿转向腔室并进入相互作用腔室并且在相互作用腔室中邻近主流动并沿与第一方向相反的第二方向流动。三级流动可以横穿转向腔室和旁路通道并进入涡流腔室并且在涡流腔室内邻近主流动并沿与第一方向相反的第二方向流动。

主流动可以在其横穿入口腔室时沿着第一流动路径轴线对齐，并且可以在其横穿相互作用腔室并进入涡流腔室中时沿着第二流动路径轴线对齐，所述第二流动路径轴线可以与第一流动路径轴线成角度地延伸。PCV阀组件可以调整成基于入口处的真空压力在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

在低流量模式中，流体或气体可以进入入口并朝向相互作用腔室和旁路通道、朝向涡流腔室横穿入口腔室，使得流体或气体可以形成主流动和次级流动。主流动可以横穿动力喷嘴并在相互作用腔室内沿着所述切向相互作用壁对齐。主流动可以进入涡流腔室并沿第二方向循环。次级流动可以进入相互作用腔室并在相互作用腔室内邻近主流动且沿第一方向流动，其中第一方向与第二方向相反。主流动可以进入涡流腔室并沿着涡流腔室的外壁对齐并且在离开出口之前以涡旋形状流动。主流动还可以包括横穿旁路通道的流体或气体流动，该流体或气体流动在其进入涡流腔室中时被主流动夹带。次级流动可以沿着径向相互作用壁在相互作用腔室内横穿。高流量模式与低流量模式之间的自动切换可以通过改变第一端口与第二端口之间的流动的旁路通道来启用。

在另一实施例中，提供了一种配备流体的PCV阀流动控制器，其包括入口腔室，所述入口腔室具有入口腔并限定了第一或左侧流动路径、第二或中央流动路径、以及第三或右侧流动路径。相互作用腔室具有径向相互作用壁和与径向相互作用壁相对的切向相互作用壁。涡流腔室具有构造成用于连接至连接管的出口腔。转向腔室具有与第二或右侧直侧壁相对的第一或左侧弯曲侧壁，转向腔室与中央流动路径和相互作用腔室流体连通。旁路通道与第一流动路径和涡流腔室流体连通，其中控制器基于入口腔室处的真空压力在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

在高流量模式中，流体或气体进入入口并且朝向相互作用腔室和旁路通道、朝向涡流腔室横穿入口腔室，使得流体或气体形成主流动、次级流动和三级流动。主流动进入涡流腔室并在涡流腔室内沿第一方向流动，次级流动横穿所述转向腔室并进入相互作用腔室，并且在相互作用腔室内邻近主流动并沿与第一方向相反的第二方向流动，三级流动横穿转向腔室和旁路通道并进入涡流腔室，并且在涡流腔室内邻近主流动并沿与第一方向相反的第二方向流动。

在低流量模式中，流体或气体进入入口并朝向相互作用腔室和旁路通道、朝向涡流腔室横穿入口腔室，使得流体或气体形成主流动和次级流动。主流动横穿动力喷嘴并在相互作用腔室内沿着所述切向相互作用壁对齐，所述主流动进入涡流腔室并沿第二方向循环，次级流动进入相互作用腔室并在相互作用腔室内邻近主流动沿第一方向流动，并且主流动进入涡流腔室并沿着涡流腔室的外壁对齐。

在另一实施例中，提供了一种用于在系统中提供增强的PCV性能的方法，包括以下方法步骤：提供PCV阀组件，所述PCV阀组件具有构造成连接至发动机的曲轴箱内部体积的入口和构造成连接至PCV连接/真空管的出口。在该PCV阀组件中，设置入口腔室、第一端口、动力喷嘴、第二端口、转向腔室、旁路通道、相互作用腔室和涡流腔室。在入口处引入流体或气体的流动以横穿所述PCV阀组件到达所述出口。改变入口处的真空压力水平，并且在高流量模式与低流量模式之间切换流体或气体的流动特征。

附图说明

通过参考结合以下示例进行的详细描述，可以更好地理解本公开的运行。这些附图形成了本说明书的一部分，并且附图中的任何书面信息应该被视为本公开的一部分。以相同的方式，这些图中所示的部件的相对定位和关系，以及它们的功能、形状、尺寸和外观，都可以进一步告知本公开的某些方面，如同在本文中完全重写一样。附图中：

图1A是根据现有技术的PCV系统的示意性正视图；

图1B是根据现有技术的处于加速状态的现有技术PCV系统的示意性剖视图，其中发动机使其曲轴箱燃烧气体经由PCV阀返回到入口歧管；

图1C是根据现有技术的处于怠速状态的现有技术PCV系统的示意性剖视图，其中发动机使其曲轴箱燃烧气体经由PCV阀返回到入口歧管；

图1D是根据现有技术的处于回火状态的现有技术PCV系统的示意性剖视图，其中发动机使其曲轴箱燃烧气体经由PCV阀返回到入口歧管；

图2是根据本公开的PCV阀组件的实施例的透视图；

图3A是根据本公开的PCV阀组件的实施例的平面图；

图3B是根据本公开的处于径向模式的PCV阀组件的实施例的平面图；

图3C是根据本公开的处于切向模式的PCV阀组件的实施例的平面图；

图4是示出了图2的PCV阀组件相对现有技术的具有运动部件的传统PCV阀的比较结果的曲线图；

图5是根据本公开的PCV阀组件的实施例的前透视图；

图6是根据本公开的图5的PCV阀组件的后透视图；

图7是根据本公开的图5的PCV阀组件的侧视图；

图8是根据本公开的图6的PCV阀组件的沿着线A-A的剖视图；

图9是根据本公开的图5的PCV阀组件的后视图；

图11是根据本公开的图5的PCV阀组件的第一端视图；

图12是根据本公开的图5的PCV阀组件的第二端视图；

图13是根据本公开的PCV阀组件的另一实施例的前透视图；

图14是根据本公开的图5的PCV阀组件的后透视图；

图15是根据本公开的图13的PCV阀组件的侧视图；

图16是根据本公开的图14的PCV阀组件的沿着线B-B的剖视图；

图17是根据本公开的图13的PCV阀组件的第一端视图；并且

图17是根据本公开的图13的PCV阀组件的第二端视图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的示例性实施例，其示例在附图中示出。应当理解，在不脱离本公开的相应范围的情况下，可以采用其它实施例并且可以进行结构和功能上的改变。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以组合或改变各个实施例的特征。这样，以下描述仅通过示例来呈现，并且不应以任何方式限制可以对所示实施例进行的各种改变和修改，并且这些改变和修改仍然在本公开的精神和范围内。

如本文所使用的，词语“示例”和“示例性”意指实例或示出例。词语“示例”或“示例性”不表示关键的或优选的方面或实施例。除非上下文另有说明，否则词语“或”旨在是包含性的，而非排它的。例如，短语“A采用B或C”包括任何包含性的排列(例如，A采用B；A采用C；或者A采用B和C)。作为另一个问题，除非上下文另有说明，否则冠词“一”和“一个”通常旨在意指“一个或更多个”。

贯穿附图使用了类似的附图标记。因此，在某些视图中，即使组件的特征在所有附图中都相同，也仅指示所选元件。以相同的方式，虽然在这些图中示出了本发明的特定方面，但是其它方面和布置也是可能的，如下面将说明的。

还参考图2-图9，提供了PCV阀组件或流动控制器100，其包括流体几何结构110，该流体几何结构被限定为包括控制端口，以随着增加的真空度输入可靠且精确地产生降低的流动速率输出。在历史上，这种类型的输出曲线仅通过使用状态响应运动部件(例如图1B-图1D中所示的轴针-弹簧组件)来实现。根据本发明的结构和方法，提供了优异的PCV性能，而没有运动部件磨损或失效。

现在参考图2，PCV阀组件100包括入口120和出口130。入口120可以通过PCV阀组件100的本体与出口130连通，所述PCV阀组件的本体可以限定以特定样式成形在表面中的轮廓，其被调整以允许自动模式切换，如将描述的。该轮廓几何结构可以是允许各种气体或流体从中流动的流体样式。

该几何结构包括入口腔室122，其可以限定第一或左侧流动路径或者称为切向通道124、第二或中央流动路径或者称为动力喷嘴126、以及第三或右侧流动路径或者称为径向通道128。入口腔室122可以包括邻近入口120的大宽度以及当其朝向动力喷嘴126延伸时的窄宽度。入口腔室122可以具有倒置的葡萄酒杯形状，其中切向通道124和径向通道128从入口腔室122的球根状部分延伸。动力喷嘴126可以与相互作用腔室160连通。

切向通道124可以从入口腔室122延伸到转向腔室140。转向腔室140从入口腔室122分支成第一或切向端口142和旁路通道150。转向腔室可以具有大致肾脏形状并且与入口腔室和涡流腔室180流体连通。

径向通道128可以延伸到第二或径向端口144。切向端口142和径向端口144可以在动力喷嘴126下游的流体几何结构内的位置处延伸到主流动路径并且重新引入主流动路径中。该交叉点可以被称为倒退区域(setback region)152，其中相互作用腔室160的邻近动力喷嘴126的部分包括大于动力喷嘴126的宽度的宽度。切向端口142和径向端口144可以在动力喷嘴126的相对侧上并且在第一流动路径轴线170的相对侧上彼此对齐。第一流动路径轴线170可以沿着入口腔室122纵向地延伸穿过动力喷嘴126并且延伸到相互作用腔室160中。切向通道124和切向端口142可以包括相对于径向通道128和径向端口144基本上不对称的形状。

相互作用腔室160可以由切向相互作用壁162和径向相互作用壁164限定。切向相互作用壁162可以从切向端口142延伸并且包括弯曲样式，其中切向相互作用壁162相对于倒退区域152和第一流动路径轴线170在发散角度位置处延伸，然后朝向第一流动路径轴线170以弯曲过渡会聚。径向相互作用壁164可以沿着第一流动路径轴线170的与切向相互作用壁162相对的相对侧延伸。径向相互作用壁164可以从径向端口144延伸并且包括短直部分，所述短直部分邻近径向端口144并且过渡到发散角度部分，所述发散角度部分远离第一流动路径轴线170延伸并且基本上与第二流动路径轴线172对齐，如图3A所示。切向相互作用壁162可以包括相对于径向相互作用壁164基本上不对称的形状。这种不对称可以位于限定倒退区域152并且沿着倒退区域152下游的壁延伸的壁处。

旁路通道150可以从转向腔室140延伸并且邻近涡流腔室180与相互作用腔室160相交。旁路通道150在其从转向腔室朝向相互作用腔室160延伸时可以包括具有变窄的内部尺寸的特定布置。

涡流腔室180可以具有大致圆形的构造并且与出口130连通。出口130可以沿着涡流腔室180的中央部分定位并且沿着第二流动路径轴线172对齐。涡流腔室180可以由外壁182限定，所述外壁从相互作用腔室160的径向相互作用壁164的端部延伸到旁路通道壁154的端部。出口130可以构造成连接到PCV连接管(未示出)。

出口130可以与入口120偏移，以允许第二流动路径轴线172从第一流动路径轴线成角度地延伸，以允许PCV阀组件的流体几何结构以特定方式调整，从而在运行期间从各个模式自动切换，如将在下面描述的。所描述的构造允许两种运行模式：(a)高流量/径向模式(图3B)，以及(b)低流量/切向模式(图3C)，如在发动机运行期间所指示的。

在低真空度下，PCV阀组件100可以被调整为以径向模式运行，从而产生高流动速率(因为低流动阻力)。在该模式中，流体或气体进入入口120并朝向切向通道124、动力喷嘴126和径向通道128横穿入口腔室122。由于流体样式的压力和几何结构的相互作用，流体/气体的流动可以表现为特定方式，其中可以产生主流动200、次级流动210和三级流动220。主流动200、次级流动210和三级流动220在图3B中由相应的流体或气体流动路径线示出。主流动200大致横穿动力喷嘴126并在相互作用腔室160内沿着径向相互作用壁164对齐。主流动200可以沿着第二流动路径轴线172(图2)大致对齐，因为其可以流动经过相互作用腔室160并进入涡流腔室180。主流动200可以在涡流腔室180内延伸并且朝向外壁182的相对侧横穿，并且然后以顺时针方向循环，如图3B所示。通过横穿转向腔室140并穿过切向端口142邻近动力喷嘴126进入相互作用腔室160中，可以发展出次级流动210。次级流动210可以在相互作用腔室160内以大致逆时针构造邻近主流动200流动。通过横穿转向腔室140和旁路通道150并进入涡流腔室180中，可以发展出三级流动230。三级流动220可以邻近主流动200横穿涡流腔室180并以逆时针方向流动。

此外，在以径向模式运行期间，次级流动210可以包括在PCV阀组件处于径向模式时朝向相互作用区域160的左侧穿过切向通道124和切向端口142的流体或气体的指定最小流动。在这种情况下，来自径向通道128和径向端口144的流体或气体的流动将小于穿过切向通道124和切向端口142的流动。此外，穿过动力喷嘴126的流体或气体的流动也可以为指定值，以形成文丘里效应，从而抽吸比穿过径向端口142增加量的流体或气体穿过切向端口142并进入相互作用区域160。可能期望调整流体几何结构，以允许流体或气体流动穿过旁路通道150以及切向端口142进入相互作用区域160，从而将流体回路维持在径向模式。注意的是，如果穿过径向通道128和径向端口144的流体或气体的流动变得比穿过切向端口142的更大，那么当没有流动上行以在相互作用区域160中沿着切向相互作用壁162形成次级流动210时，流体回路可能切换至切向模式，因为该次级流动210有助于使主流动200抵靠径向相互作用壁164维持或定位。

随着真空度增加(例如，至约6"的汞柱)，PCV阀组件可以自动地切换模式到切向模式并且流动速率下降。在该模式中，由于流体样式的压力和几何结构的相互作用，流体/气体的流动可以表现为特定方式，其中可以产生主流动200'和次级流动210'。主流动200'和次级流动210'在图3C中由相应的流体或气体流动路径线示出。主流动200'大致横穿动力喷嘴126并在相互作用腔室160内沿着切向相互作用壁162对齐。主流动200'可以流动穿过相互作用腔室160并进入涡流腔室180中沿外壁182对齐，并在离开出口130之前形成涡流或涡旋。主流动200还可以包括横穿旁路通道150的流体/气体流动，当它进入涡流腔室180时，它变得被主流动200'夹带。主流动200'在涡流腔室180内以大致逆时针方向流动，如图3C所示。通过横穿入口腔室122和径向通道128并穿过径向端口144和动力喷嘴126进入相互作用腔室160中，可以发展出次级流动210'。次级流动210'可以在相互作用腔室160内邻近主流动200并大致沿着径向相互作用壁164以大致顺时针构造流动。

对于从一个模式切换到另一个模式的需要经由旁路通道150来启用或感测，该旁路通道可以控制穿过切向端口142的流动，因为它可以相对于穿过径向端口144的流动而变化。穿过径向端口144的流动可以保持相对恒定，而穿过切向端口142的流动可以相对于穿过径向端口144的流动而变化，这可以引起所述模式之间的切换。

在启动期间，径向通道128中的流体或气体的流动应该低于切向通道124中的流体或气体的流动，以确保组件可以在运行期间能够在径向模式与切向模式之间自动地切换。在运行期间，穿过旁路通道150的流体或气体的流动应该大致小于穿过相互作用腔室160的流体或气体的流动，以确保组件可以在运行期间能够在径向模式与切向模式之间自动地切换。

当结合在发动机的PCV系统中(例如，作为现有技术PCV阀6的替代品，以提供与图1A的系统相比的改进的PCV系统)时，PCV阀组件100可以提供优异的性能水平。该PCV阀组件利用限定在第一基本上平坦的基板表面中的流体几何结构110，其中该流体几何结构限定了与曲轴箱气体入口腔流体连通的入口腔室。入口腔室可以与出口腔流体连通，该出口腔被构造成与PCV连接管线(例如，物品7)连接。

装置可以在低真空度水平时以径向模式运行并且在较高真空度水平时自动地切换至切向模式。用于模式切换的阈值可以针对每个发动机或应用调整。类似地，组件可以在较高真空度水平时以切向模式运行并且可以在较低真空度水平时自动地切换至径向模式。在一个实施例中，切向模式流动速率可以是径向模式流动速率的约50％(参见例如图4的绘制性能数据)。该图示出了对于没有运动部件或容易堵塞的小通道的PCV阀组件随着真空度增加而呈现降低的流动曲线。该图呈现了高达约30千帕(“kPa”)的径向或高流量模式并且呈现了从约30kPa向上的切向或低流量模式。在该实施例中，从径向模式到切向模式的过渡发生在约30kPa和40kPa之间。另外，径向模式呈现出约25标准升/分钟(“slpm”)至约45slpm之间的流动速率，而切向模式呈现出约20slpm至约30slpm之间的流动速率。因此，当从进气歧管测量时，流动速率在较高真空度水平时下降，并且在没有运动部件(比如，偏压构件或轴针)的情况下实现了这种性能。

提供图5至图12以示出本体的各侧面，该本体包括形成在其中的PCV阀组件的流体几何结构。值得注意的是，罩或表面(未示出)可以附接至PCV阀组件的本体，以与形成在本体上的流体几何结构一起建立流体通路并限定系统(即，比如燃烧发动机系统)内的入口与出口连接。位于流体几何结构110外部的孔可以用来将罩或独立表面(未示出)附接到PCV阀组件。图8示出了穿过图6的线A-A的剖视图，并且示出了出口可以允许在穿过本体的背侧的方向上的流动。值得注意的是，这允许附接至入口120的入口腔与附接至出口130的出口腔之间的大致偏移且平行的连接。

提供图13至图18以示出PCV阀组件300的另一实施例的各侧面。在该实施例中，本体包括形成在其中的流体几何结构。另外，如可以从图16中看到的，出口130'从涡流腔室180延伸并从本体的端部部分离开。图16示出了穿过图14的线B-B的剖视图，并且示出了出口可以允许在穿过本体的端部部分的方向上流动。值得注意的是，这允许附接至入口120的入口腔与附接至出口130'的出口腔之间的大致偏移且垂直的连接。然而，关于PCV阀组件100、300的构造，可以存在各种其它布置，并且本公开不限于此。

在一个实施例中，PCV阀组件100、300的本体的长度可以是大约65mm长，并且允许其中的流体或气体的最大流动速率在21kPa(真空度)时为约42lpm。在一个实施例中，出口130、130'可以具有约1.5mm的直径。

尽管已经在附图中示出并且在前面的详细描述中描述了本公开的实施例，但是应该理解，本公开不仅仅限于所公开的实施例，而是本文描述的本公开能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下具有多种重新布置、修改和替换。所附权利要求旨在包括所有修改和变更，只要它们落入权利要求或其等同物的范围内。

因此，本说明书旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这些变更、修改和变型。此外，对于详细描述或权利要求中使用术语“包括”的范围，该术语以类似于术语“包含”的方式旨在是包含性的，如同“包含”在权利要求中作为过渡词语使用时所解释的。

Claims (20)

1.一种PCV阀组件，包括：

本体，所述本体限定了流体通路，所述流体通路包括：

入口，其与包括第一端口、动力喷嘴和第二端口的入口腔室连通；

相互作用腔室，其在所述动力喷嘴的下游，所述相互作用腔室包括径向相互作用壁和与所述径向相互作用壁相对的切向相互作用壁；

旁路通道，其与所述入口腔室和所述相互作用腔室连通；

涡流腔室，其与所述相互作用腔室和出口连通；

其中，所述组件被构造成基于穿过所述流体通路的流体或气体流动在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

2.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，在高流量模式中，流体或气体进入所述入口并朝向所述相互作用腔室和旁路通道、朝向所述涡流腔室横穿所述入口腔室，使得流体或气体形成主流动、次级流动和三级流动。

3.根据权利要求2所述的PCV阀组件，其中，所述主流动横穿所述动力喷嘴并在所述相互作用腔室内沿着所述径向相互作用壁对齐。

4.根据权利要求3所述的PCV阀组件，其中，所述主流动进入所述涡流腔室并在所述涡流腔室内沿第一方向流动，所述次级流动横穿转向腔室并进入所述相互作用腔室，并且在所述相互作用腔室内邻近所述主流动且沿与第一方向相反的第二方向流动，所述三级流动横穿所述转向腔室和所述旁路通道并进入所述涡流腔室，并且在所述涡流腔室内邻近所述主流动且沿与第一方向相反的第二方向流动。

5.根据权利要求2所述的PCV阀组件，其中，所述主流动在其横穿所述入口腔室时沿着第一流动路径轴线对齐，并且在其横穿所述相互作用腔室并进入所述涡流腔室中时沿着第二流动路径轴向对齐，所述第二流动路径轴线与所述第一流动路径轴线成角度地延伸。

6.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，所述组件能调整成基于所述入口处的真空压力而在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

7.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，在低流量模式中，流体或气体进入所述入口并朝向所述相互作用腔室和旁路通道、朝向所述涡流腔室横穿所述入口腔室，使得流体或气体形成主流动和次级流动。

8.根据权利要求7所述的PCV阀组件，其中，所述主流动横穿所述动力喷嘴并在所述相互作用腔室内沿着所述切向相互作用壁对齐。

9.根据权利要求8所述的PCV阀组件，其中，所述主流动进入所述涡流腔室并沿第二方向循环，所述次级流动进入所述相互作用腔室并且在所述相互作用腔室内邻近所述主流动且沿第一方向流动。

10.根据权利要求8所述的PCV阀组件，其中，所述主流动进入所述涡流腔室中并沿着所述涡流腔室的外壁对齐。

11.根据权利要求10所述的PCV阀组件，其中，所述主流动还包括横穿所述旁路通道的流体或气体流动，其在进入所述涡流腔室中时被所述主流动夹带。

12.根据权利要求9所述的PCV阀组件，其中，所述次级流动沿着所述径向相互作用壁在所述相互作用腔室内横穿。

13.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，高流量模式与低流量模式之间的自动切换通过改变所述第一端口与所述第二端口之间的流动的旁路通道来启用。

14.一种配备流体的PCV阀流动控制器，包括：

(a)入口腔室，其具有入口腔并限定了第一或左侧流动路径、第二或中央流动路径、以及第三或右侧流动路径；

(b)相互作用腔室，其具有径向相互作用壁和与所述径向相互作用壁相对的切向相互作用壁；

(c)涡流腔室，其具有构造成连接到连接管的出口腔；

(d)转向腔室，其具有与第二或右侧直侧壁相对的第一或左侧弯曲侧壁，所述转向腔室与所述中央流动路径和所述相互作用腔室流体连通；

(e)旁路通道，其与所述第一流动路径和所述涡流腔室流体连通，

其中，所述控制器基于所述入口腔室处的真空压力在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

15.根据权利要求14所述的配备流体的PCV阀流动控制器，其中，在高流量模式中，流体或气体进入所述入口并朝向所述相互作用腔室和旁路通道、朝向所述涡流腔室横穿所述入口腔室，使得流体或气体形成主流动、次级流动和三级流动。

16.根据权利要求15所述的配备流体的PCV阀流动控制器，其中，所述主流动进入所述涡流腔室并在所述涡流腔室内沿第一方向流动，所述次级流动横穿所述转向腔室并进入所述相互作用腔室，并且在所述相互作用腔室内邻近所述主流动且沿与第一方向相反的第二方向流动，所述三级流动横穿所述转向腔室和所述旁路通道并进入所述涡流腔室，并且在所述涡流腔室内邻近所述主流动且沿与第一方向相反的第二方向流动。

17.根据权利要求14所述的配备流体的PCV阀流动控制器，其中，在低流量模式中，流体或气体进入所述入口并朝向所述相互作用腔室和旁路通道、朝向所述涡流腔室横穿所述入口腔室，使得流体或气体形成主流动和次级流动。

18.根据权利要求17所述的配备流体的PCV阀流动控制器，其中，所述主流动横穿所述动力喷嘴并在所述相互作用腔室内沿着所述切向相互作用壁对齐，所述主流动进入所述涡流腔室并沿第二方向循环，所述次级流动进入所述相互作用腔室并在所述相互作用腔室内邻近所述主流动且沿第一方向流动，并且所述主流动进入所述涡流腔室并沿着所述涡流腔室的外壁对齐。

19.一种用于在系统中提供增强的PCV性能的方法，包括以下方法步骤：

(a)提供PCV阀组件，其具有构造成连接至发动机的曲轴箱内部体积的入口和构造成连接至PCV连接/真空管的出口；

(b)在该PCV阀组件中设置入口腔室、第一端口、动力喷嘴、第二端口、转向腔室、旁路通道、相互作用腔室和涡流腔室；以及

(c)在所述入口处引入流体或气体的流动，以横穿所述PCV阀组件到达所述出口。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：

改变所述入口处的真空压力的平；以及

在高流量模式与低流量模式之间切换流体或气体的流动特征。