CN111520211A - 曲轴箱通风系统的受热入口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及曲轴箱通风系统的受热入口。一种用于使采用天然气作为燃料源的内燃机的曲轴箱通风的方法可包括通过空气过滤器过滤环境空气。该方法还可包括通过夹套式热交换器加热所过滤的环境空气。该方法可进一步包括将受热的环境空气引导通过曲轴箱的入口以吹扫来自曲轴箱的包括天然气的吹漏气。

Description

曲轴箱通风系统的受热入口
技术领域
本公开大体上涉及用于内燃机的曲轴箱，且更具体地涉及用于此类内燃机的曲轴箱通风系统的受热入口。
背景技术
内燃机通常包括曲轴箱以为发动机的曲轴提供壳体。在发动机的操作期间，吹漏气(例如，气态燃料、空气和/或燃烧气体)可能泄漏到曲轴箱中。吹漏气可污染发动机的油润滑系统，可对曲轴箱加压，且可影响整体发动机排放。此外，如果发动机采用气态燃料(例如，天然气或填埋气体)作为燃料源，那么吹漏气可包括腐蚀性烟雾，如硫。曲轴箱可包括通风系统，如入口/出口通气系统，以帮助使用新鲜环境空气从曲轴箱吹扫吹漏气。当发动机在冷环境中使用时，通风系统中使用的环境空气可如此冷却，使得在曲轴箱中形成冷凝物(例如，水)。冷凝物可与可能在曲轴箱中形成有害酸的天然气的腐蚀性烟雾组合。
2004年12月16日公布的德国公开号DE10323265A1(“265公告”)描述了用于内燃机的曲轴箱的通风系统。‘265公告公开一种用于加热所过滤的环境空气以为曲轴箱除湿，并防止水在曲轴箱中冻结的热交换器。通风管线用于在受热的环境空气已经穿过曲轴箱之后再循环通风气体(所过滤和受热的环境空气)和吹漏气的混合物。油旁路分离器可用于分离混合物中的吹漏气，其经由返回管线返回到曲轴箱的油贮槽中。然而，‘265公告的通风系统可能未适当地解决可能在曲轴箱中形成有害酸的燃料中的成分(例如，硫)。此外，‘265公告的通风系统在加热所过滤的环境空气中可能无法获得某些效率。
本公开的系统和方法可化解或解决上述问题中的一个或多个和/或本领域中的其它问题。然而，当前公开的范围由所附权利要求书限定，而不是由解决任何特定问题的能力限定。
发明内容
一方面，一种用于使采用天然气作为燃料源的内燃机的曲轴箱通风的方法可包括通过空气过滤器过滤环境空气。该方法还可包括通过夹套式热交换器加热所过滤的环境空气。该方法可进一步包括将受热的环境空气引导通过曲轴箱的入口以吹扫来自曲轴箱的包括天然气的吹漏气。
另一方面，一种用于采用天然气作为燃料源的内燃机的曲轴箱通风系统可包括用于接收和过滤环境空气的空气过滤器。曲轴箱通风系统还可包括与空气过滤器流体连通的夹套式热交换器，用于加热所过滤的环境空气。曲轴箱通风系统可进一步包括内燃机的曲轴箱，曲轴箱具有与热交换器流体连通的入口以用于接收受热的环境空气。
又一方面，一种用于采用天然气作为燃料源的内燃机的曲轴箱通风系统可包括用于接收和过滤环境空气的空气过滤器。曲轴箱通风系统还可包括夹套式热交换器，其与空气过滤器流体连通且位于空气过滤器的下游。夹套式热交换器可包括壳，壳具有入口和位于入口的下游的出口。入口和出口可联接到发动机的冷却系统，以用于使冷却剂流动穿过夹套式热交换器的壳。夹套式热交换器还可包括位于壳内部以用于接收和引导所过滤的环境空气穿过热交换器的一个或多个管。冷却剂可在一个或多个管周围流动以用于加热所过滤的环境空气。曲轴箱通风系统可进一步包括内燃机的曲轴箱，曲轴箱具有与热交换器流体连通的入口以用于接收受热的环境空气。
附图说明
并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了各种示例性实施例，并与描述一起用于阐释公开的原理。
图1是根据本公开的方面的具有示例性曲轴箱通风系统的内燃机的透视图。
图2是与图1的发动机隔离的曲轴箱通风系统的受热入口的透视图。
图3是与图1的发动机隔离的受热入口的示例性夹套式热交换器的分解透视图。
图4提供了描绘用于使图1的内燃机的曲轴箱通风的示例性方法的流程图。
具体实施方式
前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，并且不限制所要求保护的特征。如本文所用的，术语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”或其其它变型旨在涵盖非排他性包含，使得包括元素列表的过程、方法、制品或设备不仅仅包括那些元素，而且可包括未明确列出或此类过程、方法、制品或设备固有的其它元素。此外，相对术语，例如，如，“约”、“基本上”、“大体上”和“大约”用于指示所述值的±10％的可能变化。
图1是根据本公开的方面的具有示例性曲轴箱通风系统20的内燃机10的透视图。发动机10可为固定发动机。如本文中所使用，“固定发动机”可为具有不移动的框架的发动机。固定发动机可用于驱动诸如泵、发电机、制造厂或工厂设备的不移动设备。在一个实施例中，发动机10可用于填埋应用中以发电。这样，发动机10可采用气态燃料。如本文中所使用，“气态燃料”可包括呈气态形式供应到发动机10的燃料。气态燃料可包括例如天然气、丙烷、生物气体、填埋气体、伴生气、一氧化碳、氢气或其混合物。在示例性的实施例，气态燃料可为天然气，如伴生气。天然气是具有各种纯度水平的示例性气态燃料。如本文所用，“天然气”是指具有各种量的甲烷和其它成分的纯和相对不纯的形式。此外，如本文所用，“伴生气”是包括石油沉积物的天然气的形式。虽然示例性的实施例涉及固定发动机，但应当理解，发动机10也可用于移动应用中(即，非固定)，并且可以采用任何类型的燃料。
如图1所示，发动机10可包括框架12。框架12可支承发动机10的各种部件，如曲轴箱14、发动机缸体9和用于一个或多个气缸11(示意性地示于图2中)的一个或多个气缸盖16。发动机10可包括以任何构造布置的任何数量的气缸11，例如直列、径向、“V形”或本领域已知的任何构造。框架12可进一步支承燃料系统、空气系统、冷却系统、涡轮增压器或任何其它常规发动机部件。
参看图2，曲轴箱14可为曲轴13提供壳体。曲轴13可经由连接杆17连接到多个活塞15。活塞15可以可滑动地且往复地设置于一个或多个气缸11(其可与曲轴箱14集成为单个结构)内，且由气缸盖16覆盖。每个气缸11、活塞15和气缸盖16可一起形成燃烧室19。诸如进气阀21和排气阀23的发动机阀可控制气体流进入和离开燃烧室19，并且可定时以在发动机10的冲程循环期间相对于相应活塞15的移动而移动。例如，当活塞15移动通过进气冲程时，进气阀21可打开以允许空气和燃料混合物抽吸或强制进入燃烧室19中。在压缩和动力(燃烧)冲程期间，进气阀21和排气阀23两者可关闭，以最小化燃烧室19的气体泄漏。在排气冲程期间，排气阀23可打开以允许燃烧副产物从燃烧室19推出。因此，如本领域中已知的，活塞15可为曲轴13提供动力以向飞轮18提供有用的机械工作运动。
在发动机10的操作期间，吹漏气可泄漏到曲轴箱14中。如本文中所使用，“吹漏”气可包括在活塞15与一个或多个气缸11的气缸壁之间的空气、燃料、燃烧气体和/或其混合物泄漏到曲轴箱14中。当气态燃料用作发动机10的燃料源时，吹漏气可包括例如硫等。曲轴箱14可包括曲轴箱通风系统20，其构造成从曲轴箱14吹扫吹漏气。曲轴箱通风系统20可为用于从曲轴箱14吹扫吹漏气的入口/出口通气系统。在一个实施例中，曲轴箱通风系统20可为非摄取式通风系统。如本文中所使用，“非摄取式通风系统”将吹漏气排出发动机(例如，到大气)。这样，曲轴箱通风系统20可包括用于将环境空气引导到曲轴箱14中的入口22和用于将吹漏气从曲轴箱14排出且从发动机10排出到大气的出口24。因此，排出的吹漏气可不重新引入到发动机10的燃烧过程中。出口24可包括在离开出口24之前过滤吹漏气的过滤系统。在一个实施例中，如下文进一步详述，入口22可为构造成将受热的环境空气引导到曲轴箱14中的受热入口。如图1所示，入口22可包括单个入口，并且出口24可包括第一出口24a和第二出口24b，使得出口24为双出口。应理解，曲轴箱通风系统20可包括任何数量的入口和/或出口(视需要)。
图2是与发动机10隔离的曲轴箱通风系统20的受热入口22的透视图。如图2所示，受热入口22可包括空气过滤器26、夹套式热交换器28和入口软管30。如本文中所使用，“夹套式热交换器”包括包围部件以在外壳与部件之间形成腔的外壳，使得流体可流过腔以在流体与部件之间传递热。受热入口22可进一步包括用于将环境空气引导到空气过滤器26中的正压系统32。正压系统32可为例如鼓风机、风扇等，使得通过曲轴箱通风系统20“推送”环境空气。空气过滤器26可与正压系统32流体连通，并且可位于正压系统32的下游。例如，空气过滤器26可包括联接到正压系统32的出口的入口25。空气过滤器26可包括用于从环境空气移除固体微粒(例如，灰尘、花粉、霉菌、细菌等)的纤维或多孔材料。例如，空气过滤器26可包括纸过滤器、泡沫过滤器、棉花过滤器等。空气过滤器26还可包括位于纤维或多孔材料的下游的出口27。应理解，空气过滤器26可包括本领域已知的用于从环境空气移除固体微粒的任何类型的过滤器。此外，虽然示例性的实施例包括正压系统32，但是曲轴箱通风系统20可包括负压系统，用于将环境空气引导到空气过滤器26中且通过曲轴箱通风系统20。例如，真空(例如，风扇或泵)可联接到曲轴箱通风系统20的出口24，并且与其流体连通，使得通过曲轴箱通风系统20从受热入口22“抽取”空气，空气通过曲轴箱14并且从出口14离开。
夹套式热交换器28可与空气过滤器26流体连通，且可位于空气过滤器26的下游。夹套式热交换器28可为例如管壳式热交换器。这样，夹套式热交换器28可包括壳入口34、壳出口36、管侧入口38和管侧出口40。管侧入口38可联接(直接或通过软管/管道)到空气过滤器26的出口27，并因此与空气过滤器26流体连通。夹套式热交换器28还可包括管侧入口增压室42和管侧出口增压室44。如下文参看图3进一步详述，管侧入口增压室42和管侧出口增压室44可包括用于将环境空气引导进入和离开一个或多个管54的大体上截头圆锥形状。如下文进一步详述，壳入口34可联接到软管46且与其流体连通，并且壳出口36可联接到软管48且与其流体连通，以用于使流体通过夹套式热交换器28循环以将所过滤的环境空气加热到所要温度。在一个实施例中，流体可为发动机冷却剂。如本文所用，“发动机冷却剂”是可与防冻添加剂混合的水基液体。例如，软管46、48可联接到发动机10的冷却系统47，以用于将发动机冷却剂提供到夹套式热交换器28，以加热所过滤的环境空气。冷却系统47可为发动机10的第一冷却系统，且发动机10可包括第二冷却系统。冷却系统47可为高温冷却系统，使得发动机冷却剂的温度在整个冷却系统47中可包括高温。例如，在发动机10的操作期间，冷却系统47中的发动机冷却剂的温度在整个冷却系统47中可在八十摄氏度(80℃)到一百二十摄氏度(120℃)的范围内。
软管46在第一位置处可联接到冷却系统47且与其流体连通，并且软管48在第一位置的下游的第二位置处可联接到冷却系统47且与其流体连通。例如，软管46可联接到冷却系统47的水泵的(例如，用于泵送发动机冷却剂)下游和附近的冷却系统47的铸件。软管48可在冷却系统47的出口的上游联接到冷却系统47的水歧管。因此，发动机冷却剂可在一个方向上从软管46通过夹套式热交换器28流动并然后通过软管48。此外，软管46可定位且布置在夹套式热交换器28的壳入口34下方，且软管48可定位且布置在夹套式热交换器28的壳出口36上方。这样，当发动机10处于运行中时，可防止在软管48、夹套式热交换器28和软管46中形成气穴。此外，当发动机10关闭时，发动机冷却剂可从软管48、夹套式热交换器28和软管46(从软管48到软管46)排出。
曲轴箱入口软管30可与夹套式热交换器28流体连通，并且位于夹套式热交换器28的下游。这样，入口软管30可在一端处联接到夹套式热交换器28的管侧出口40。入口软管30还可在另一端处联接到曲轴箱14的入口50或进气口。因此，如下文进一步详述，入口软管30可构造成将受热的环境空气从夹套式热交换器28引导到曲轴箱14中。入口软管30可包括用于为受热的环境空气提供绝缘的材料，如硅树脂等。应当理解，任何类型的材料可用于入口软管30以为受热的环境空气提供绝缘。
图3是与发动机10隔离的夹套式热交换器28的分解透视图。如图3中所示，夹套式热交换器28可包括壳52，用于接收冷却剂且引导冷却剂经由壳入口34和壳出口36通过夹套式热交换器28。例如，壳入口34可位于壳52的第一端处和第一侧上。壳出口36可位于壳52的第二端处和第二侧上，第二端和第二侧分别与第一端和第一侧相对。夹套式热交换器28可进一步包括一个或多个管54或导管的束，用于接收和引导所过滤的环境空气穿过夹套式热交换器28。
一个或多个管54的束可包括端板55、57，以及用于引导冷却剂流通过壳52且围绕一个或多个管54中的每一个的一个或多个挡板56。端板55、57和一个或多个挡板56中的每一个可包括用于接收所述一个或多个管54中的相应一个的一个或多个孔58，因此将一个或多个管54捆绑成单个结构。一个或多个挡板56中的每一个可包括大体半圆形状。一个或多个挡板56可布置成使得半圆的开口相对于彼此偏移。例如，第一挡板和第三挡板56可布置成使得半圆的开口沿第一方向定向，并且第二挡板和第四挡板56可布置成使得半圆的开口沿与第一方向相反的第二方向定向。因此，一个或多个挡板56可提供从壳入口34到壳出口36的用于冷却剂的蛇形路径，以围绕一个或多个管54中的每一个分配冷却剂。应理解，可使用包括任何形状的任何数目的挡板56，且可以任何图案布置，以用于引导冷却剂流通过壳52且围绕一个或多个管54。
一个或多个管54的束可尺寸设定为插入到壳52中，使得在壳52与一个或多个管54之间，且在单独管54之间存在间隙。此外，端板55、57的尺寸可设定成以最小间隙配合在壳52内以抵靠壳52的内表面密封。例如，当一个或多个管54的束插入到壳52中时，端板55、57可分别位于壳入口34和壳出口36后方，使得冷却剂不流入一个或多个管54的入口或出口。具有一个或多个管54的壳52可在一端处联接到管侧入口增压室42，并且在另一端处联接到管侧出口增压室44。例如，管侧入口增压室42可位于壳出口36附近，并且管侧出口增压室44可位于壳入口34附近。应当理解，壳52、管侧入口增压室42和管侧出口增压室44可为夹套式热交换器28的单独部件，使得一个或多个管54的束可从壳52移除以供维护或更换。然而，壳52、管侧入口增压室42和管侧出口增压室44可形成为单个结构。因此，夹套式热交换器28可为包括单程管侧流的直管式热交换器(例如，管侧入口38位于第一侧上，且管侧出口40位于不同于第一侧的第二侧上)。然而，夹套式热交换器28可为U形管热交换器，其中一个或多个管54包括“U”形，使得管侧入口38和管侧出口40在同一侧上。夹套式热交换器28还可为包括双程管侧流的直管式热交换器，其中管侧入口38和管侧出口40位于同一侧上，且环境空气通过第一组管54进入且通过第二组管54离开。
工业适用性
本公开的曲轴箱通风系统20的所公开受热入口22可与利用气态燃料作为燃料源的任何内燃机10的曲轴箱14一起使用。
图4提供描绘用于使采用天然气作为燃料源的内燃机10的曲轴箱14通风的示例性方法400的流程图。在步骤405中，环境空气可通过空气过滤器26过滤。例如，环境空气可通过正压系统32(例如，风扇或鼓风机)或负压系统(例如，风扇或泵)引导到空气过滤器26中。
在步骤410中，所过滤的环境空气可由夹套式热交换器28加热。例如，所过滤的环境空气可通过管侧入口38从空气过滤器26引导到管侧入口增压室42中。管侧入口增压室42可将所过滤的环境空气引导到一个或多个管54中的每一个中。随着所过滤的环境空气穿过一个或多个管54，所过滤的环境空气可通过引导发动机冷却剂通过壳52且围绕一个或多个管54而加热。这样，冷却剂可从发动机冷却系统引导到壳52中而进入壳入口34。冷却剂可从壳入口34流动到一个或多个管54周围，且通过壳出口36离开壳52。如上文详述，冷却剂可由一个或多个挡板56围绕一个或多个管54引导。因此，当所过滤的环境空气流过一个或多个管54时，冷却剂可加热所过滤的环境空气。这样，在管侧出口40处的所过滤的环境空气的温度可高于管侧入口38处的所过滤的环境空气的温度。在一个实施例中，所过滤的环境空气可由夹套式热交换器28加热，使得在管侧出口40处的所过滤的环境空气的温度为至少五十五摄氏度(55℃)。在一个实施例中，所过滤的环境空气可由夹套式热交换器28加热，使得在管侧出口40处的所过滤的环境空气的温度在五十五摄氏度(55℃)到一百一十摄氏度(110℃)的范围内。
在步骤415中，受热的环境空气可被引导通过曲轴箱14的入口50，以吹扫来自曲轴箱的包括天然气的吹漏气。例如，受热的环境空气可离开一个或多个管54到管侧出口增压室44中。管侧出口增压室44可将受热的环境空气引导通过管侧出口40进入入口软管30。入口软管30可将受热的环境空气引导通过入口50并进入曲轴箱14。受热的环境空气可与曲轴箱14中的吹漏气混合以吹扫来自曲轴箱14的吹漏气，且空气-气体混合物可接着通过出口24排出发动机10。
本公开的曲轴箱通风系统20的受热入口22可有助于吹扫来自曲轴箱14的包括天然气的吹漏气的腐蚀性烟雾(例如，硫)。此外，受热入口22的夹套式热交换器28可加热所过滤的环境空气以防止吹漏气(包括天然气)的腐蚀性烟雾在曲轴箱14中形成有害酸。另外，利用发动机10的现有冷却系统47的冷却剂可通过使用现有发动机冷却控制，提供自动维持夹套式热交换器28的适当温度的系统。此外，所公开的系统可避免对加热用于夹套式热交换器28的所过滤的环境空气的单独加热系统的需要。
在不偏离本公开的范围的情况下，可以对所公开的系统进行各种修改和更改，这对本领域技术人员是显而易见的。通过考虑本文公开的发明的说明书和实践，本公开的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。说明书和实施例仅认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求书指示。

Claims (10)

1.一种用于使采用天然气作为燃料源的内燃机的曲轴箱通风的方法，包括：
通过空气过滤器过滤环境空气；
通过夹套式热交换器加热所过滤的环境空气；以及
将受热的环境空气引导通过所述曲轴箱的入口，以吹扫来自所述曲轴箱的包括天然气的吹漏气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述夹套式热交换器联接到所述发动机的冷却系统，以用于接收来自所述冷却系统的冷却剂以加热所过滤的环境空气。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述夹套式热交换器包括：
用于接收和引导所述冷却剂通过所述热交换器的壳；以及
一个或多个管，所述一个或多个管定位在所述壳内部以接收并且引导所过滤的环境空气通过所述热交换器，其中所述冷却剂在所述一个或多个管周围流动以用于加热所过滤的环境空气。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述壳包括在第一位置处联接到所述冷却系统的入口和在所述第一位置的下游的第二位置处联接到所述冷却系统的出口。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述冷却剂以蛇形图案围绕所述一个或多个管从所述入口流动到所述出口。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述入口在所述冷却系统的泵的下游联接到所述冷却系统，并且
其中所述出口在所述冷却系统的出口的上游联接到所述冷却系统。
7.根据权利要求6所述的方法，其中加热所过滤的环境空气包括将所过滤的环境空气加热到至少五十五摄氏度(55℃)的温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述吹漏气进一步包括空气、燃料或燃烧气体中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
通过出口排出吹扫的天然气并使其离开所述发动机。
10.一种用于采用天然气作为燃料源的内燃机的曲轴箱通风系统，包括：
空气过滤器，所述空气过滤器用于接收和过滤环境空气；
夹套式热交换器，所述夹套式热交换器与所述空气过滤器流体连通并且位于所述空气过滤器的下游，所述夹套式热交换器包括：
壳，所述壳具有入口和位于所述入口的下游的出口，所述入口和出口联接到所述发动机的冷却系统以用于使冷却剂流动通过所述壳；以及
一个或多个管，所述一个或多个管定位在所述壳内部以接收并且引导所过滤的环境空气通过所述热交换器，其中所述冷却剂在所述一个或多个管周围流动以用于加热所过滤的环境空气；以及
所述内燃机的曲轴箱，所述曲轴箱具有与所述热交换器流体连通的入口以用于接收受热的环境空气。
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