CN110709587B - 双向射流pcv阀组件和系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种双向PCV阀组件、系统和方法。该双向PCV阀可以包括射流几何结构，该射流几何结构允许流体流在一个方向的正向流动上具有高流量以及在相反方向的逆向流动上具有低流量。逆向流动包括涡旋流，该涡旋流增加压降并将流量降低到正向流动的流量的三分之一。所公开的组件在逆向方向上产生强涡旋流(涡流)且在正向方向上产生有效(低压降)流。

Description

双向射流PCV阀组件和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月14日提交的题为“FLUIDIC EQUIPPED BI-DIRECTIONAL PCVGAS FLOW CONTROLLER AND CONDITION RESPONSIVE METHOD TWIN VORTEX GENERATINGSYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING GAS FLOW IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINECRANKCASE”的临时专利申请No.62/485,653的优先权。本申请是2018年3月23日提交的题为“FLUIDIC PVC VALVE ASSEMBLY AND SYSTEM”的美国专利申请No.15/933,773的部分继续申请，该美国专利申请要求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”的临时专利申请No.62/475,354的优先权，其中的每个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量控制组件和系统，并且更具体地涉及曲轴箱强制通风(“PCV”)气体流量控制组件、系统及用于它的部件。

背景技术

本发明涉及一种内燃机曲轴箱气体流量控制组件和系统，并且更具体地涉及一种根据发动机运行工况以及还根据对气体流量控制系统进行的流量调节来控制从发动机排放的气体的再循环的曲轴箱强制通风(“PCV”)气体流量控制组件和系统。

PCV系统提供了一种使气体逸出内燃机的曲轴箱的控制机构。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，并间歇地改变流量，同时允许气体通过到达其预定目的地。在大多数现代车辆中，预定目的地是发动机的进气流。

内燃机不可避免地涉及少量但持续量的窜漏气体，当燃烧产生的一些气体经过活塞环泄漏到达曲轴箱内部时，就会发生这种情况。气体可以通过简单的孔或管直接泄放到大气中，或者它们可以经过隔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；但是从其它观点来看，比如对用户的清洁和环境保护，这种简单的泄放方法是不够的；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到发动机的进气流中，并允许将新鲜空气引入曲轴箱中，以便更好和更有效的燃烧。

从19世纪末期到20世纪初期，允许窜漏气体经过机动车辆中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少量但不变地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所包含的油或废气提供措施。在内燃机中，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。窜漏量高的发动机会大量地泄漏。

直到20世纪60年代初期，汽车发动机通过简单的排气管将燃烧气体直接泄放到大气中。通常，这包括一根从曲轴箱向下延伸到发动机舱底部的管道(“道路引流管”)。管道的底部通向大气，且放置成使得当汽车处于运动中时获得轻微的真空度，从而在燃烧气体聚集于轴箱中时有助于抽取燃烧气体。油雾也会被排放，从而导致在频繁使用道路上的每条行车道中间沉积一层油膜。该系统不是“强制的”，因为气体可以双向行进，或者根本不移动，这取决于工况。

环境顾虑导致控制发动机中的燃烧气体的发展。PCV阀和系统作为可变和校准的空气泄漏运行，由此发动机使其曲轴箱燃烧气体返回。取代将气体泄放到大气中，而是将这些气体供给回到进气歧管中，作为新鲜填充的空气和燃料的一部分重新进入燃烧室。由空气清洁器收集的(且由燃料喷射发动机上的质量流量传感器计量的)所有空气都经过进气歧管。PCV系统将该空气的一小部分经由呼吸器分流到曲轴箱，之后允许再将其吸回到进气道。曲轴箱强制通风系统是“开放系统”，因为新鲜的外部空气持续用于从曲轴箱冲洗污染物并将它们吸入燃烧室中。

图1A-图1D示出了典型的PCV系统在内燃机中的使用。如图1A所示和美国专利No.5,027,784所述，内燃机包括气缸盖1、气缸盖罩2、气缸体3和油底盘4。典型的现有技术PCV系统包括PCV“真空”连接管线7，该连接管线在节流阀9下游的位置处将气缸盖罩2连接至内燃机的进气通路8的一部分。设置有PCV阀6，用于控制PCV连接管线7中的窜漏气体的流量。设置在气缸盖罩2中的挡板12充当窜漏气体中包含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中的路径流入气缸盖罩2中。由PCV阀6控制的窜漏气体然后经过PCV连接管线7流入发动机的进气通路8中，在以燃烧室中燃烧。

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行时，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，从呼吸器中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，然后返回进气歧管。典型的PCV系统PCV连接管(例如7)将曲轴箱连接至清洁的新鲜空气源，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滤网、挡板或其它简单系统后流入该管并进入发动机，以阻止火焰前峰，从而防止发动机曲轴箱内潜在的爆炸性大气因回火被点燃进入进气歧管中。一旦进入发动机内部，空气就在发动机内部循环，拾取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，组合气体经过另一简单的挡板、滤网或网状物离开，以在油滴经过PCV阀6被吸出并进入进气歧管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中所示，但是它执行稍微复杂的气体流量控制功能。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)利用轻弹簧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。随着发动机运行，轴针因歧管真空度被朝向PCV阀中的歧管侧抽吸，从而限制与发动机真空水平和弹簧力成比例的开口。在怠速时，进气歧管真空度接近最大值(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(参见图1C)时，真空度大大降低，降至1.5至3英寸汞柱之间。此刻，PCV阀基本上是打开和流动的，并且大部分燃烧气体经由“呼吸器管”逸出，其中它们接着被吸入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，或者在某些使用条件下，比如进气回火，参见例如图1D)，PCV阀闭合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。汽油发动机的典型维护计划包括每当更换空气过滤器或火花塞时就更换PCV阀，因为内部具有运动部件的任何东西最终都可能失效。

大多数汽油供能的内燃机都采用PCV阀。自首次引入载客车辆以来，PCV阀的基本设计(如图1A-图1D中所示)就没有太大变化。定义PCV阀的操作特性是：怠速流量；巡航流量；过渡真空水平；以及回火回流预防。怠速流量是在发动机怠速(参见图1B)时存在高真空度工况期间确定的流过PCV阀的气体量。巡航流量是在发动机在例如车辆加速(参见图1C)期间以较高rpm运行时在低真空度工况期间确定的流过PCV阀的气体量。过渡真空水平是指PCV阀从低流量切换到高流量的真空水平，并且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所需要的(参见图1D)。正确操作的PCV阀应随着真空度的增加呈现出下降的流量曲线，但发生故障的PCV阀会导致曲轴箱超压、油泥、漏油、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量曲线，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变化的可变环形区域。由该环形开口限定的开放管腔区域可以小到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所示的PCV阀)也容易卡住在一个位置或其它位置。

某些类型的发动机存在另外的问题。例如，带有增压器或涡轮增压器的发动机需要更复杂的进气歧管结构。如图1A所示，典型的PCV设计包括从节流阀体上游到曲轴箱的管、以及从曲轴箱到进气歧管的管(包括PCV阀)。PCV系统设计成在进气歧管真空度下工作，这在自然进气式(NA)发动机的大多数运行工况下都是可行的。汽车制造商正开始从较大的NA发动机转变为较小的涡轮增压发动机，以提高燃料效率。切换到涡轮发动机产生了对不同PCV系统构造的需求。

与涡轮增压发动机一起使用的现有技术PCV系统通常包括第二PCV组件，该第二PCV组件包括用于增压流的较大孔口上的挡板阀和用于非增压流的较小孔口，但是有问题的挡板阀构件可能会卡住(例如，处于闭合状态)，并且像典型的PCV阀(比如，图1B-图1D所示的那些)一样，存在堵塞的风险。

本发明的目的是克服这些问题，并提供一种用于改进的PCV系统中的改进的、更耐用的和无故障的PCV阀，这将最小化卡住或堵塞问题的可能性，并增强发动机的长期性能。

发明内容

因此，本公开的目的是通过提供一种可靠有效的PCV系统来克服上述困难，该系统包括与从节流阀体(或涡轮入口)上游到曲轴箱(比如，PCV系统部件可以被认为是双向PCV阀)的管流体连通的附加PCV阀，并且优选地不包括运动部件。除了传统的PCV阀外，还可以使用附加的双向PCV阀，以提供改进的PCV系统。双向PCV阀组件的目的是当气体/液体从曲轴箱流出(通风工况)时允许高流量，并且当气体/液体流向曲轴箱(补偿空气工况)时降低流量。

双向PCV阀构件或流量控制器可以包括射流几何结构，该射流几何结构具有通路、通道或端口，这些通路、通道或端口设定尺寸为在正向流动方向和逆向流动方向上可靠且精确地产生不同的流量，其中可以控制两个相反流动方向上的流量以提供选定比率(例如，三比一)，这意味着在第一或正向方向上的流量可以约为在相反的第二或逆向方向上的流量的三倍。流体(气体或液体)流可以在对应于正向流动和逆向流动的不同状态下不同地起作用。在第一“正向流动”状态下，所述流可以从中央管腔(现在作为入口)直接(径向)地流到第一和第二相对的切向动力喷嘴，然后流到对应的管腔(现在作为出口)。在第二“逆向流动”状态下，所述流遵循螺旋路径，从第一和第二相对的切向动力喷嘴以及对应的管腔(现在为入口)，在相互作用室内螺旋，然后从中央管腔(现在为出口)排出。

如以上提及的，现有技术PCV系统操作只能通过使用工况响应运动部件(例如，图1B-图1D所示的轴针-弹簧组件)来实现。根据本公开的结构和方法，提供了优异的PCV性能，而没有运动部件磨损或失效。

配备有双向射流的PCV阀组件或流量控制器和系统包括射流几何结构，该射流几何结构被限定为允许其中的流体流处于不同的操作模式下。在第一或增压模式中，流体沿第一或正向方向流动，而在非增压模式中，流体沿第二或逆向方向流动，如发动机运行期间所指示的。第一种是径向模式或高流量模式。第二种是切向模式或低流量模式。在低压力或非增压压力下，配备有双向射流的PCV阀组件100可以调整成以涡旋或切向模式运行，以相对于增压模式下的运行产生低流量。低流量可能是由于较高的流动阻力。随着增压增加，配备有双向射流的PCV阀组件100可以自动地切换模式。允许在模式之间切换的压力和/或真空度的阈值可以被调节成不同的阈值。

本公开的系统和方法可以与涡轮增压发动机一起使用，并且可以提供改进的PCV系统，该系统包括双向PCV阀组件的添加。该双向PCV阀可以设计成在一个方向(正向流动)上具有高流量，并且在相反方向(逆向流动)上具有低流量。本公开的组件和方法可以省略可能被卡住或堵塞的挡板阀的使用，并且用较大的孔口代替通常较小的孔口，以降低堵塞的风险。相对于正向流动，逆向方向的涡旋流增加了压降和流量，其中流量可以为正向流动的约三分之一。本公开的系统可以在逆向方向上产生强涡旋流或涡流，并且在正向方向上产生有效(低压降)流。配备有双向射流的PCV阀组件可以提供了优异的性能，而没有运动部件磨损或失效。

在一个实施例中，提供了一种双向PCV阀组件，其包括限定射流几何结构的本体。该流体几何结构包括与第一动力喷嘴连通的第一传送室。第二传送室可以与第二动力喷嘴连通。具有周界的涡流室可以与出口连通，其中第一动力喷嘴和第二动力喷嘴沿着涡流室的周界相交。该PCV阀组件可以构造成基于通过射流几何结构的流体或气体流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，流体或气体进入出口并朝向第一传送室和第二传送室横穿涡流室，使得流体或气体处于增压工况。该组件可以调整成基于出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，流体或气体进入第一传送室并横穿第一动力喷嘴进入涡流室，流体或气体进入第二传送室并横穿第二动力喷嘴进入涡流室，其中流体或气体在涡流室内产生涡旋并朝向出口流动。所述流横穿第一动力喷嘴和第二动力喷嘴，并在涡流室内形成涡旋流之前沿着涡流室的外壁对齐。所述第一动力喷嘴包括通常从第一传送区域朝向涡流室会聚的形状，并且第二动力喷嘴包括通常从第二传送区域朝向涡流室会聚的形状。第一传送室和第二传送室可以具有大体球状的形状。本体包括第一侧和相对的第二侧，其中涡流室可以形成在本体的第一侧中，并且出口区域可以形成在本体的第二侧中。高流量模式包括约为低流量模式的流量的三倍的流量。

在另一实施例中，提供了一种配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其包括限定与多个管腔连通的腔体的壳体。本体定位在所述腔体内，所述本体限定射流几何结构。该射流几何结构包括与第一动力喷嘴连通的第一传送室和与第二动力喷嘴连通的第二传送室。涡流室具有周界，其中第一动力喷嘴和第二动力喷嘴沿着涡流室的周界相交，所述涡流室与出口连通。控制器可以构造成基于穿过射流几何结构的流体或气体流的方向在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

在又一实施例中，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：(a)提供一种PCV阀组件，其具有构造成与发动机的曲轴箱内部容积流体连通的入口以及构造成与空气进气管流体连通的出口；(b)在所述PCV阀组件中提供限定腔体的壳体、定位在所述腔体内的本体，所述本体限定射流几何结构，包括：与第一动力喷嘴连通的第一传送室；与第二动力喷嘴连通的第二传送室；具有周界的涡流室，其中第一动力喷嘴和第二动力喷嘴沿着涡流室的周界相交，所述涡流室与出口连通；(c)在入口处引入流体或气体流，以横穿所述PCV阀组件到达所述出口。该方法进一步包括改变入口处的流体流动方向，并在高流量模式与低流量模式之间切换流体或气体流的特性。

附图说明

通过参照结合以下图示进行的详细描述，可以更好地理解本公开的操作。这些附图构成本说明书的一部分，并且附图中的任何书面信息应被视为本公开的一部分。同样，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，如同在此完全重写一样。

在附图中：

图1A是根据现有技术的PCV系统的示意性立面图；

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，其中发动机将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，其中发动机将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，其中发动机将其曲轴箱燃烧气体经由PCV阀返回到入口歧管；

图2示出了根据本公开的PCV阀组件的实施例的透视图；

图3是根据本公开的PCV阀组件的射流几何结构的实施例的示意性平面图；

图4是根据本公开的图3中的PCV阀组件沿线A-A的剖视图；

图5是根据本公开的流体流处于第一高流量正向模式的PCV阀组件的实施例的前视平面图；

图6是根据本公开的流体流处于第二低流量逆向模式的PCV阀组件的实施例的前视平面图；

图7是根据本公开的PCV阀组件的后透视图；

图8是根据本公开的图7中的PCV阀组件的侧视图；

图9是根据本公开的图7中的PCV阀组件的端视图；

图10是根据本公开的处于增压工况的发动机的PCV系统的示意图，其中在PCV阀组件上具有正向流动方向；

图11是根据本公开的处于非增压工况的发动机的PCV系统的示意图，其中在PCV阀组件上具有逆向流动方向；

图12A是示出当PCV阀组件经历穿过其中的正向流动和逆向流动时其流量对比压力结果的曲线图；以及

图12B是示出本公开的PCV阀组件的DIODITY对比压力结果的曲线图。

具体实施方式

现在将详细参照本公开的示例性实施例，其示例在附图中示出。应该理解，可以利用其它实施例，并且可以在不背离本公开的相应范围的情况下进行结构和功能改变。另外，在不背离本公开的范围的情况下，可以组合或变更各个实施例的特征。因此，以下描述仅以说明的方式呈现，并且不应以任何方式限制可以对所示实施例作出的并且仍然在本公开的精神和范围内的各种替换和修改。

如本文所使用的，词语“示例”和“示例性”是指实例或说明。词语“示例”或“示例性”不表示关键或优选方面或实施例。除非上下文另有说明，否则词语“或”旨在是包含而非排他。作为示例，短语“A采用B或C”包括任何包含性排列(例如，A采用B；A采用C；或者A采用B和C)。作为另一问题，除非上下文另有说明，否则冠词“一(a)”和“一(an)”通常旨在意指“一个或更多个”。

贯穿附图使用相似的附图标记。因此，在某些视图中，即使组件的特征在所有附图中相同，也仅示出选定的元件。同样，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，如将在以下说明的。

参考图2-图9，双向射流PCV组件100包括本体110，该本体包括第一侧112和相对的第二侧114，并且具有限定在其中的射流几何结构115。射流几何结构115可以包括第一动力喷嘴120和第二动力喷嘴130，二者均与涡流室140流体连通，涡流室优选地围绕中央横向出口轴线150限定，并通过出口孔口或管腔160轴向地排出。这些特征可以限定在PCV组件100的本体110的第一侧112内。

第一动力喷嘴120和第二动力喷嘴130可以包括侧壁126、136，所述侧壁设定形状为分别从第一传送区域122和第二传送区域132朝向涡流室140略微会聚。射流几何结构115可以设定形状为，其中第一和第二传送区域122、132可以与涡流室140切向对齐，使得动力喷嘴120、130可以与涡流室140的周界142切向相交。第一和第二传送区域122、132可以包括大体球状的形状，并且可以与可分别沿着第一传送区域轴线124和第二传送区域轴线134定位的管腔连通，如图2中所示。

第一动力喷嘴120和第二动力喷嘴130可以各自包括预定尺寸的动力喷嘴宽度PW，如图3所示。动力喷嘴宽度PW可以以其它尺寸构造射流几何结构115，以便使设计可扩展用于各种流量应用。

此外，如图4中所示，射流几何结构115可以包括从动力喷嘴测量并标注为动力喷嘴深度PD的深度。该尺寸可以是从本体110的第一侧112到射流几何结构115的底面144的距离。在一个实施例中，动力喷嘴深度PD可以沿着射流几何结构的底面144大体恒定。替代地，该尺寸可以沿着各种形状特征变化，并且本公开不受限制。该尺寸可以按照动力喷嘴宽度PW与动力喷嘴深度之比(PW/PD)的关系构造。此外，第一动力喷嘴120和第二动力喷嘴130的侧壁126、136可以包括为固定尺寸的会聚角ω，如图3所示。会聚角可以在约2度到约20度之间。作为两个动力喷嘴的截面面积的动力喷嘴面积AP是考虑造成与涡流室140和出口160相关的有效涡旋的设计因子。

如图3所示，涡流室140包括相互作用区域直径IRD。IRD的尺寸可以与动力喷嘴宽度PW相关，并且还可以包括按照动力喷嘴宽度PW与相互作用区域直径之比(PW/IRD)的设计考虑。涡流室140可以包括具有喉部深度TD的大体圆形形状，该喉部深度是从出口160的顶表面162到本体110的第一侧112的距离。动力喷嘴深度与喉部深度之比(PD/TD)可以是影响射流几何结构115的效率的设计考虑。可能希望底面144包括在正向流动工况下从涡流室140内到出口160且到动力喷嘴120、130的平滑过渡，以提高效率。因此，出口160可以包括围绕出口轴线150的锥形或圆形部分146。注意，这些尺寸之比可以影响在此描述的各种模式下的流动形状，并且还可以被认为确保组件的适当功能。

涡流室的出口160可以辅助控制正向流动的流量。喉部面积AT包括喉部直径DT(图3)，其中这些尺寸可以被认为与有效控制正向流动的其它标识尺寸有关系，而逆向流动可以通过在涡流室140中生成涡旋流来控制。动力喷嘴面积与喉部面积的关系(AP/AT)可以被修改和优化，以便在涡流室140中有效地生成涡旋。如果AP/AT太低，则背压可能太大，这可能降低涡旋流的效率。然而，如果AP/AT太高，那么流动路径可能没有足够的限制来生成涡旋流。出口160可以使流体与本体110的出口区域170连通，该出口区域沿着与第一侧112相对的第二侧114示出，如图4和图7所示。

出口区域170可以限定在壳体的第二侧114内，并且包括具有大体圆形形状的外周界172。然而，外周界172以及出口区域170的形状也可以根据需要构造成各种形状，以保持与射流系统200和出口160的连通。出口区域170可以包括第一肩部174，该第一肩部定位在外周界内并定位在与第二侧114间隔开的深度处。第一肩部174可以是限定内出口区域176的环形表面。内出口区域176可以在比第一肩部174与第二侧114更远间隔开的深度处定位在外周界内。出口底面178可以定位在内出口区域176内。锥形表面180可以从出口底面178延伸至出口160，其中锥形表面180可以围绕出口轴线150大体呈凹形或圆锥形，并与出口160连通。

双向PCV阀组件100可以在对应于正向流动状态(如图5中所示)和逆向流动状态(如图6中所示)的不同状态下不同地起作用。在第一或“正向流动”状态(如图5和图10中所示)下，流动从第二侧114进入出口160(现在是入口)，并从中央出口管腔160引导至第一和第二相对的切向动力喷嘴120、130。如图5所示，初始流由指向出口160的箭头表示，其被引导通过管腔220B。一旦所述流进入涡流室140，所述流就朝向围绕涡流室140的周界相对定位的相应的动力喷嘴120、130径向平移。所述流进入相应的第一和第二传送区域122、132，然后到达对应的管腔(现在为出口)220A。

在第二或“逆向流动”状态(如图6和图11中所示)下，所示流通过至少一个管腔220A连通，其可以在第一和第二传送区域122、132(现在为入口)之间分支。所述流可以通过相应的动力喷嘴120、130离开第一和第二传送区域122、132，并进入涡流室140。所述流可以遵循近似圆形的螺旋路径，从相对的第一和第二切向动力喷嘴120、130以及对应的传送区域管腔(现在为入口)，在涡流室140内螺旋，然后从中央出口160(现在为出口)和管腔220B排出。

在本公开的配备有双向射流的PCV阀流量控制器和系统中，可以有两种操作模式，(a)具有正向流动的增压工况(图10)和(b)具有逆向流动的非增压工况(图11)，如发动机运行期间所指示的。第一种是径向模式或高流量模式，如图5所描述和示出的。第二种是切向模式或低流量模式，如图6所描述和示出的。在低压力或非增压压力下，配备有双向射流的PCV阀流量控制器100被调整为以产生低流量(因为更高的流动阻力)的涡旋螺旋或切向模式操作。随着增压增加，配备有双向射流的PCV阀流动组件100自动地切换模式，以在没有运动部件的情况下改变其中的流量。注意到，其中切换流量控制的压力和流量的阈值水平可以通过改变射流几何结构115的各种几何尺寸来调节。

如图10和图11所示，提供了一种PCV系统200，其包括与从节流阀体(或涡轮入口)上游到曲轴箱的管或管腔220流体连通的双向PCV阀组件100，并且如上所述，其不包括运动部件。双向PCV阀组件100可以使用如图2-图9所示的射流几何结构115，该射流几何结构包括所示的通路、通道或端口，这些通道、通道或端口设定尺寸为在正向流动方向(如图5所示)和逆向流动方向(如图6所示)上可靠且精确地产生不同的流量，其中在两个相反流动方向上的流量被精确地控制以提供选定比率(例如，一比三)，这意味着正向方向的流量可以是逆向方向的流量的三倍。

PCV组件100的本体110可以构造成在壳体210内对齐，壳体具有与流体系统200连通延伸的管腔220A、220B，如图10和图11示意性所示。此外，本体110可以定位在壳体210内，其中被描述为限定在本体110内的射流几何结构115可以邻接抵靠壳体的内表面，以建立其中的流体流由于所描述的射流几何结构115而以期望方式运转，并且与流体系统200的管腔220连通。

本发明的系统和方法可以与涡轮增压发动机一起使用，并且可以提供改进的PCV系统200。该系统包括双向射流PCV阀组件100，以在正向流动状态下可靠地提供高流量以及在相反的逆向流动状态下提供低流量。本发明的设备和方法省略了对挡板阀的任何需要，并且允许使用比现有技术的阀相对较大的出口孔口，这可以降低堵塞的机会。逆向方向的涡旋流(图6)可以显著增加压降，并将流量降低至正向流动的流量的约三分之一。本发明的系统集中于在逆向方向上产生强涡旋流(涡流)和在正向方向上产生有效(低压降)流。本公开的配备有双向射流的PCV阀提供了优异的性能，并且从不卡住打开或闭合或磨损，没有运动部件磨损或失效。

本公开的系统200和方法提供了对PCV系统的工作流体(即，夹带雾化油/湿气的气体/液体)的增强控制。当该工作流体经过障碍物(像传统的PCV阀组件一样)时，雾化油和该油中的任何溶解杂质可能聚集在表面上，并最终变成污泥，这将阻止运动部件(例如挡板阀)起作用，这会最终堵塞孔口。对于原始设备或车辆制造商来说，这种故障模式被理解为导致保修和成本增加的问题。本公开的系统和方法的优点包括制造简单和缺少运动部件，这可以提供降低的费用和保修。除了省略运动部件之外，本公开的PCV阀组件100包括固定的几何结构，该固定的几何结构消除了容易被卡住或堵塞的部分打开/闭合的通路。

该组件可以在高正向流动模式与低逆向流动模式下操作并在其间自动切换。用于模式切换的阈值可以针对每个发动机或应用来调整。在一个实施例中，模式之间的功能可以包括高流量模式，该高流量模式可以是低流量模式的流量的大约三倍(例如，参见图12A的绘制的性能数据)。在该实施例中，高正向模式与低逆向模式之间的过渡发生在约0(kpa)压力时，其中高正向模式被示出为发生在约-40(kpa)到约0(kpa)之间，并且低逆向模式被示出为发生在约0(kpa)到约30(kpa)之间。

此外，如图12B所示，PCV组件的功能可以由DIODITY对比压力来说明。DIODITY是逆向流量相对于正向流量之比，其中DIODITY＝Q_R/Q_F。该曲线图表明，当压力小于约35(kpa)时，PCV阀组件表现为0.4的平均DIODITY。注意到，当PCV阀组件的本体110包括在尺寸上约为或小于约1英寸乘1英寸的占地面积(footprint)时，这种测量的功能可能存在。

尽管已经在附图中示出并且在前述详细描述中描述了本公开的实施例，但是应该理解，本公开并不仅局限于所公开的实施例，而是在此描述的本公开在不背离所附权利要求的范围的情况下能够有许多重新布置、修改和替换。所附权利要求旨在包括所有的修改和改变，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改变、修改和变型。此外，就在详细描述或权利要求中使用的术语“包括(includes)”的范围而言，该术语旨在以类似于术语“包括(comprising)”的方式包含，如同“包括(comprising)”在用作权利要求中的过渡词时被解释的那样。

Claims (19)

1.一种双向PCV阀组件，包括：

限定射流几何结构的本体，包括：

与第一动力喷嘴连通的第一传送室；

与第二动力喷嘴连通的第二传送室；

具有周界的涡流室，其中第一动力喷嘴和第二动力喷嘴沿着所述涡流室的周界相交，所述涡流室与出口连通；

其中，所述组件构造成基于穿过所述射流几何结构的流体流的方向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，流体进入所述出口并朝向所述第一传送室和第二传送室横穿所述涡流室，使得流体处于增压工况。

3.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，所述组件能够调整成基于所述出口处的真空压力在所述低流量模式与所述高流量模式之间自动切换。

4.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，在低流量模式中，流体进入所述第一传送室并横穿所述第一动力喷嘴进入所述涡流室，流体进入所述第二传送室并横穿所述第二动力喷嘴进入所述涡流室，其中流体在所述涡流室内产生涡旋并朝向所述出口流动。

5.根据权利要求4所述的PCV阀组件，其中，所述流体流横穿所述第一动力喷嘴和第二动力喷嘴，并在所述涡流室内形成涡旋流之前沿着所述涡流室的外壁对齐。

6.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，所述第一动力喷嘴包括通常从第一传送区域朝向所述涡流室会聚的形状。

7.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，所述第二动力喷嘴包括通常从第二传送区域朝向所述涡流室会聚的形状。

8.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，所述第一传送室和所述第二传送室具有大体球状的形状。

9.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，所述本体包括第一侧和相对的第二侧，其中所述涡流室形成在所述本体的第一侧中，并且出口区域形成在所述本体的第二侧中。

10.根据权利要求1所述的PCV阀组件，其中，所述高流量模式包括约为所述低流量模式的流量的三倍的流量。

11.一种配备有双向射流的PCV阀流量控制器，包括：

限定与多个管腔连通的腔体的壳体；

定位在所述腔体内的本体，所述本体限定射流几何结构，包括：

与第一动力喷嘴连通的第一传送室；

与第二动力喷嘴连通的第二传送室；

具有周界的涡流室，其中第一动力喷嘴和第二动力喷嘴沿着所述涡流室的周界相交，所述涡流室与出口连通；

其中，所述控制器构造成基于穿过所述射流几何结构的流体流的方向在低流量模式与高流量模式之间自动切换。

12.根据权利要求11所述的配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其中，在高流量模式中，流体进入所述出口并朝向所述第一传送室和第二传送室横穿所述涡流室，使得流体处于增压工况。

13.根据权利要求11所述的配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其中，所述控制器能够调整成基于所述出口处的真空压力在所述低流量模式与所述高流量模式之间自动切换。

14.根据权利要求11所述的配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其中，在低流量模式中，流体进入所述第一传送室并横穿所述第一动力喷嘴进入所述涡流室，流体进入所述第二传送室并横穿所述第二动力喷嘴进入所述涡流室，其中流体在所述涡流室内产生涡旋并朝向所述出口流动。

15.根据权利要求11所述的配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其中，所述第一动力喷嘴包括通常从所述第一传送区域朝向所述涡流室会聚的形状，并且所述第二动力喷嘴包括通常从所述第二传送区域朝向所述涡流室会聚的形状。

16.根据权利要求11所述的配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其中，所述第一传送室和所述第二传送室具有大体球状的形状。

17.根据权利要求11所述的配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其中，所述本体包括第一侧和相对的第二侧，其中所述涡流室形成在所述本体的第一侧中，并且出口区域形成在所述本体的第二侧中。

18.根据权利要求11所述的配备有双向射流的PCV阀流量控制器，其中，所述高流量模式包括约为所述低流量模式的流量的三倍的流量。

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)提供一种PCV阀组件，其具有构造成与发动机的曲轴箱内部容积流体连通的入口以及构造成与空气进气管流体连通的出口；

(b)在该PCV阀组件中提供限定腔体的壳体、定位在所述腔体内的本体，所述本体限定射流几何结构，包括：

与第一动力喷嘴连通的第一传送室；

与第二动力喷嘴连通的第二传送室；

具有周界的涡流室，其中第一动力喷嘴和第二动力喷嘴沿着所述涡流室的周界相交，所述涡流室与出口连通；以及

(c)在入口处引入流体流，以横穿所述PCV阀组件到达所述出口，

所述方法进一步包括：

改变所述入口处的流动方向；以及

在高流量模式与低流量模式之间切换流体流的特性。

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