CN116255225B - 发动机组件、车辆及降低发动机机油稀释的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机组件、车辆及降低发动机机油稀释的方法，其中，发动机组件，包括：缸体结构，缸体结构包括发动机缸体、油水通道、连通通道、换热器安装空间和缸盖罩，油水通道的第一端与发动机缸体的内部相连通，油水通道的第二端与换热器安装空间相连通，连通通道的第一端与换热器安装空间相连通，连通通道的第二端与发动机缸体和缸盖罩围设的油水分离空间相连通；换热器结构，换热器结构包括加热流体通道和油水加热通道，加热流体通道与冷却液相连通，油水加热通道与油水通道和连通通道均相连通。本申请的技术方案有效地解决了现有技术中的曲通窜气中掺杂较多水分的问题。

Description

发动机组件、车辆及降低发动机机油稀释的方法

技术领域

本发明涉及车辆发动机的技术领域，具体涉及一种发动机组件、车辆及降低发动机机油稀释的方法。

背景技术

点燃式发动机工作时，气缸燃烧室内气压高，部分气体经活塞环间隙进入到发动机曲轴箱，称为曲通窜气。该部分气体以燃烧后的废气成分为主，并携带有少量的机油或燃油。按照排放法规要求，曲通窜气无法直接排放到大气中，需要通过发动机的曲轴箱通风系统进行二次处理后重新引入进气系统参与燃烧。

曲通窜气中含有部分水蒸气，会导致发动机在实际运行过程中会出现下列潜在风险：1）机油稀释：曲通窜气在曲通箱内流动的过程中，其中的水蒸气成分在发动机壁面处遇冷后发生冷凝，与壁面上附着的机油发生混合，或者在重力作用下沉降到油底壳中与机油发生掺混，产生机油稀释现象。使得机油的运动黏度和使用性能下降，严重时还将导致机油压力下降，发动机磨损加大等严重问题。2）机油乳化及白色泡沫：曲通窜气在流经缸盖罩时，其中的水蒸气在低温环境下与壁面附着的机油发生乳化现象，导致机油变质被附着在壁面上，还降低了机油的实际可用量。3）通气管结冰堵塞：曲通窜气中的水蒸气，或机油液滴中的液态水在通气管的壁面上遇冷发生冷凝结冰，长时间后可能导致管道堵塞。

发明内容

本发明提供一种发动机组件、车辆及降低发动机机油稀释的方法，以解决现有技术中的曲通窜气中掺杂较多水分的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种发动机组件，包括：缸体结构，缸体结构包括发动机缸体、油水通道、连通通道、换热器安装空间和缸盖罩，油水通道的第一端与发动机缸体的内部相连通，油水通道的第二端与换热器安装空间相连通，连通通道的第一端与所述换热器安装空间相连通，连通通道的第二端与发动机缸体和缸盖罩围设的油水分离空间相连通；换热器结构，换热器结构包括加热流体通道和油水加热通道，加热流体通道与冷却液相连通，油水加热通道与油水通道和连通通道均相连通。

进一步地，发动机缸体包括缸体本体、围设板、第一分隔筋板和第二分隔筋板，围设板位于缸体本体的外壁形成换热器安装空间，第一分隔筋板和第二分隔筋板位于换热器安装空间内，第一分隔筋板和第二分隔筋板将换热器安装空间在沿油水通道至连通通道的方向上分割为第一空间、第二空间和第三空间，换热器结构安装在第二空间内。

进一步地，第一分隔筋板具有第一开口，第二分隔筋板具有第二开口，第一开口与油水加热通道的进口相对应地设置，第二开口与油水加热通道的出口相对应地设置。

进一步地，换热器结构包括内壳体、多个翅片和外板体，多个翅片位于内壳体内，外板体与围设板密封相连，外板体围设在内壳体的周向外侧，外板体和内壳体之间形成加热流体通道，内壳体的内部形成油水加热通道。

进一步地，外板体包括板体本体、第一密封筋条和第二密封筋条，第一密封筋条和第二密封筋条位于板体本体的内壁面上，加热流体通道的进口和加热流体通道的出口均位于第一密封筋条和第二密封筋条之间，内壳体朝向外板体的一侧具有第一密封凹槽和第二密封凹槽，第一密封筋条卡设在第一密封凹槽内，第二密封筋条卡设在第二密封凹槽内。

进一步地，外板体上设置有第一流体凹槽和第二流体凹槽，第一流体凹槽和第二流体凹槽均向远离内壳体的一侧凹陷，加热流体通道的进口与第一流体凹槽相对应，加热流体通道的出口与第二流体凹槽相对应。

进一步地，连通通道包括第一连通通道和第二连通通道，第一连通通道与通气管分离腔室相连通，第二连通通道与PCV阀分离腔室相连通。

根据本申请的另一方面，还提供了一种车辆，包括车辆本体和设置在车辆本体上的发动机组件，发动机组件为上述的发动机组件。

根据本申请的另一方面，还提供了一种降低发动机机油稀释的方法，方法包括以下步骤：将曲轴箱内的油水混合物输送至缸体；将缸体内的油水混合物通过换热器结构输送至油水分离空间；通过油水分离空间分离出的气体进入进气歧管。

进一步地，在低负荷情况下，油水混合物通过的油水分离空间为PCV阀分离腔，再进入进气歧管；在高负荷情况下，油水混合物通过的油水分离空间为通气管分离腔，然后依次通过空滤器和增压器，再进入进气歧管。

本发明的有益效果：

本发明的曲通窜气通过换热器结构进行加热，再通过连通通道进入油水分离空间，这样油水混合物根据不同的沸点实现了大量的油水分离，保证了油类物质混合的水分较少，油类物质可以进行下一步使用。另外，通过换热器结构的加热，使得管路的壁面上不容易发生凝结冰堵塞管路的问题。本申请的技术方案有效地解决了现有技术中的曲通窜气中掺杂较多水分的问题。

附图说明

图1示出了本申请实施例的发动机组件的冷却液工艺流程示意图；

图2示出了图1的发动机组件的油水混合物的工艺流程示意图；

图3示出了图1的发动机组件的立体结构示意图；

图4示出了图3的发动机组件A处放大示意图；

图5示出了图3的发动机组件的缸体结构示意图；

图6示出了图3的发动机组件的换热器结构的示意图；

图7示出了图3的发动机组件的外板体的正面示意图；

图8示出了图7的外板体的背面结构示意图；

图9示出了图3的外板体和换热器结构相配合的结构示意图；

图10示出了图3的发动机组件的缸盖罩的结构示意图。

其中，10、缸体结构；11、发动机缸体；111、缸体本体；112、围设板；113、第一分隔筋板；114、第二分隔筋板；12、油水通道；13、连通通道；131、第一连通通道；132、第二连通通道；14、换热器安装空间；15、缸盖罩；20、换热器结构；21、加热流体通道；22、油水加热通道；23、内壳体；24、翅片；25、外板体；251、板体本体；252、第一密封筋条；253、第二密封筋条；254、第一流体凹槽；255、第二流体凹槽；100、通气管分离腔室；200、阀分离腔室。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1至图10所示，本实施例提出了一种发动机组件包括：缸体结构10和换热器结构20。缸体结构10包括发动机缸体11、油水通道12、连通通道13、换热器安装空间14和缸盖罩15，油水通道12的第一端与发动机缸体11的内部相连通，油水通道12的第二端与换热器安装空间14相连通，连通通道13的第一端与换热器安装空间14相连通，连通通道13的第二端与发动机缸体11和缸盖罩15围设的油水分离空间相连通。换热器结构20包括加热流体通道21和油水加热通道22，加热流体通道21与冷却液相连通，油水加热通道22与油水通道12和连通通道13均相连通。

本实施例的曲通窜气通过换热器结构20进行加热，再通过连通通道13进入油水分离空间，这样油水混合物根据不同的沸点实现了大量的油水分离，保证了油类物质混合的水分较少，油类物质可以进行下一步使用。另外，通过换热器结构20的加热，使得管路的壁面上不容易发生凝结冰堵塞管路的问题。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中的曲通窜气中掺杂较多水分的问题。

如图3和图4所示，在本实施例的技术方案中，发动机缸体11包括缸体本体111、围设板112、第一分隔筋板113和第二分隔筋板114，围设板112位于缸体本体111的外壁形成换热器安装空间14，第一分隔筋板113和第二分隔筋板114位于换热器安装空间14内，第一分隔筋板113和第二分隔筋板114将换热器安装空间14在沿油水通道12至连通通道13的方向上分割为第一空间、第二空间和第三空间，换热器结构20安装在第二空间内。上述结构紧凑，通过发动机缸体11设置的围设板112等结构就能够实现对换热器结构20的固定，不需要再单独设置其它结构。需要说明的是，缸体本体111、围设板112、第一分隔筋板113和第二分隔筋板114为注塑一体成型结构。

如图3至图5所示，在本实施例的技术方案中，第一分隔筋板113具有第一开口，第二分隔筋板114具有第二开口，第一开口与油水加热通道22的进口相对应地设置，第二开口与油水加热通道22的出口相对应地设置。通过第一分隔筋板113和第二分隔筋板114，以及第一开口和第二开口的设置，实现了加热介质和油水混合物的相互隔离，互不影响，既减少了外部结构的设置，又节省了车辆的空间。

如图6至图9所示，在本实施例的技术方案中，换热器结构20包括内壳体23、多个翅片24和外板体25，多个翅片24位于内壳体23内，外板体25与围设板112密封相连，外板体25围设在内壳体23的周向外侧，外板体25和内壳体23之间形成加热流体通道21，内壳体23的内部形成油水加热通道22。上述结构既能够实现加热，也不容易形成油水混合物容易堵塞换热器结构20。本实施例的相邻翅片24的间隙较大，相邻翅片24的间隙在3.5mm至20mm之间，这样一方面不容易形成油水混合物附着在翅片24上形成堵塞，使用周期较长，即使清理也比较容易；另一方面，这样的翅片24的阻力较小。

如图6至图9所示，在本实施例的技术方案中，外板体25包括板体本体251、第一密封筋条252和第二密封筋条253，第一密封筋条252和第二密封筋条253位于板体本体251的内壁面上，加热流体通道21的进口和加热流体通道21的出口均位于第一密封筋条252和第二密封筋条253之间，内壳体23朝向外板体25的一侧具有第一密封凹槽和第二密封凹槽，第一密封筋条252卡设在第一密封凹槽内，第二密封筋条253卡设在第二密封凹槽内。第一密封筋条252和第一密封凹槽配合密封，第二密封筋条253和第二密封凹槽相配合，这样第一密封筋条252和第二密封筋条253对换热器结构20形成较好的密封作用，另外，通过板体本体251与缸体结构10的连接固定，第一密封筋条252和第二密封筋条253还能够起到一定的支撑稳固的作用。

如图8所示，在本实施例的技术方案中，外板体25上设置有第一流体凹槽254和第二流体凹槽255，第一流体凹槽254和第二流体凹槽255均向远离内壳体23的一侧凹陷，加热流体通道21的进口与第一流体凹槽254相对应，加热流体通道21的出口与第二流体凹槽255相对应。第一流体凹槽254和第二流体凹槽255的设置使得加热介质（本实施例为车辆的冷却水）进入换热器结构20内具有一定的缓冲作用。

如图10所示，在本实施例的技术方案中，连通通道13包括第一连通通道131和第二连通通道132，第一连通通道131与通气管分离腔室100相连通，第二连通通道132与PCV阀分离腔室200相连通。上述的结构为后续的油气分离做准备，例如低负荷和高负荷情况下的油水混合物的通过路径的选择。

本申请还提供了一种车辆，包括车辆本体和设置在车辆本体上的发动机组件，发动机组件为上述的发动机组件。这样的车辆的油水分离效果较好。需要说明的是，本申请的车辆可以为氢能源车辆。

本申请还提供了一种降低发动机机油稀释的方法，该方法包括以下步骤：将曲轴箱内的油水混合物输送至缸体；将缸体内的油水混合物通过换热器结构20输送至油水分离空间；通过油水分离空间分离出的气体进入进气歧管。在将缸体内的油水混合物通过换热器结构20输送至油水分离空间步骤中，在低负荷情况下，油水混合物通过的油水分离空间为PCV阀分离腔，再进入进气歧管；在高负荷情况下，油水混合物通过的油水分离空间为通气管分离腔，然后依次通过空滤器和增压器，再进入进气歧管。

通过上述可知，本申请的发动机组件由两个回路组成：冷却液循环回路和油水混合物（曲通窜气）回路组成。

发动机冷却液从节温器座流出后，通过橡胶软管连接到进水管（图7下面的管），并通过进水腔室（第一流体凹槽254）和进水通道（图6的下面的加热流体通道21），对翅片24进行加热，实现与曲通窜气的换热。然后途径出水通道（图6的上面的加热流体通道21）、出水腔室（第二流体凹槽255）、出水管（图7上面的管）后经软管接回原有的发动机冷却系统小循环回路。

冷却系统小循环回路在增加曲通加热器（换热器结构20）后流动阻力增大。将与曲通加热器相连的两段橡胶软管直径增大2mm，维持该回路的流动阻力特性基本一致。当冷却系统大循环开启后，大小循环中的流量比例基本维持在原有水平。同时，该曲通加热器额定功率约为300W，小循环中加热器进出口冷却液温差在1℃以内，小循环出口处的冷却液温度变化较小。综合考量小循环回路的流阻和温度特性，无需对原有的发动机冷却系统控制策略重新进行标定。

低温环境下，缸盖调温阀和缸体调温阀关闭，冷却系统大循环关闭。此时曲通加热器的换热功率大，离开本体的曲通窜气温度较高，在曲通通气管壁面处的结冰速率较低，管道堵塞风险减小。

常温工作时，当冷却系统大循环开启后，曲通加热器的换热功率降低50%以上，对曲通窜气的加热效果不明显，但仍能够通过翅片24的壁面对油滴中的液态水加速蒸发，持续改善含水量。另一方面，曲通窜气流量相比发动机进气流量占比很小，且增压发动机进气歧管中的新鲜空气与曲通窜气的温差较小，因此对燃烧室进气温度的影响可以忽略。

曲通窜气在不同负载下的流动回路如图2所示。曲通窜气经缸体通道（油水通道12）进入到缸体上的加热腔室（换热器安装空间14的部分空间）。加热腔室原为传统燃油发动机上缸体油气分离器的安装腔室，通过去除该分离器，并添加上分隔筋板（第二分隔筋板114）和第二密封圈、下分隔筋板（第一分隔筋板113）和第一密封圈和加热器腔室盖板（外板体25），将整个腔室（换热器安装空间14）从下到上分成三部分：进气部分、加热器安装部分和出气部分。曲通窜气在经过翅片24处被加热，其中所携带油滴中的液态水被大量转换成气态的水蒸气，油滴含水量显著降低。加热去湿后的曲通窜气从缸体上的通道进入与之相连的缸盖通道，然后经过缸盖罩15上的第一连通通道131和第二连通通道132进入缸盖罩油气分离器的PCV迷宫（通气管分离腔室100）和扫气迷宫（阀分离腔室200）进行油气分离，并通过通气管连接管和PCV阀的出口离开发动机本体。后续的流动过程和常规的曲轴箱通风箱系统一致。60度时缸体调温阀打开，90度之后可以到散热器，很少部分至曲通。

由于在设计曲通加热器时，曲通窜气回路中加热器的流动阻力参照原有的缸体油气分离器阻力特性进行设计，使得整个曲轴箱通风系统的流动阻力特性基本维持不变。综合曲通窜气回路流阻和燃烧室进气温度特性的两方面因素，也无需对已开发的氢燃料发动机系统进行重新标定。

由于曲通加热器是内嵌到缸体上的，加热器上的油水通道12直接在缸体铸造得到。即使在极寒条件下，油水通道12也能维持较高的温度。而如果将曲通加热器外置，则加热器上的曲通窜气通道必须通过管路进行连接。当外界温度很低时，外接的连接管路无法维持高温，使得里面流通的曲通窜气冷凝结冰，甚至堵塞连接管路。

除了使用内置式曲通加热器外，本发明还对缸盖罩油气分离器的PCV迷宫和扫气迷宫进行了改制。使得曲通窜气只能经过第一连通通道131和第二连通通道132进入到分离迷宫。曲通窜气回路封闭后，可以带来两方面的好处：1）防止低温环境下曲通窜气在缸盖罩上循环流动、冷凝，导致严重的缸盖罩机油乳化和白色泡沫问题；2）防止大量未经加热的曲通窜气进入油气分离器迷宫，降低离开发动机的曲通窜气温度，从而导致通气管壁面发生冷凝、结冰和堵塞风险增大。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发动机组件，其特征在于，包括缸体结构（10）和换热器结构（20）；

所述缸体结构（10）包括发动机缸体（11）、油水通道（12）、连通通道（13）、换热器安装空间（14）和缸盖罩（15），所述油水通道（12）的第一端与所述发动机缸体（11）的内部相连通，所述油水通道（12）的第二端与所述换热器安装空间（14）相连通，所述连通通道（13）的第一端与所述换热器安装空间（14）相连通，所述连通通道（13）的第二端与所述发动机缸体（11）和所述缸盖罩（15）围设的油水分离空间相连通；所述发动机缸体（11）包括缸体本体（111）、围设板（112）、第一分隔筋板（113）和第二分隔筋板（114），所述围设板（112）位于所述缸体本体（111）的外壁形成所述换热器安装空间（14），所述第一分隔筋板（113）和所述第二分隔筋板（114）位于所述换热器安装空间（14）内，所述第一分隔筋板（113）和所述第二分隔筋板（114）将所述换热器安装空间（14）在沿所述油水通道（12）至所述连通通道（13）的方向上分割为第一空间、第二空间和第三空间，所述换热器结构（20）安装在所述第二空间内；

所述换热器结构（20）包括加热流体通道（21）、油水加热通道（22）、内壳体（23）、多个翅片（24）和外板体（25），所述加热流体通道（21）与冷却液相连通，所述油水加热通道（22）与所述油水通道（12）和连通通道（13）均相连通，所述多个翅片（24）位于所述内壳体（23）内，所述外板体（25）与所述围设板（112）密封相连，所述外板体（25）围设在所述内壳体（23）的周向外侧，所述外板体（25）和所述内壳体（23）之间形成所述加热流体通道（21），所述内壳体（23）的内部形成所述油水加热通道（22）；所述外板体（25）包括板体本体（251）、第一密封筋条（252）和第二密封筋条（253），所述第一密封筋条（252）和所述第二密封筋条（253）位于所述板体本体（251）的内壁面上，所述加热流体通道（21）的进口和所述加热流体通道（21）的出口均位于所述第一密封筋条（252）和所述第二密封筋条（253）之间，所述内壳体（23）朝向所述外板体（25）的一侧具有第一密封凹槽和第二密封凹槽，所述第一密封筋条（252）卡设在所述第一密封凹槽内，所述第二密封筋条（253）卡设在所述第二密封凹槽内。

2.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述第一分隔筋板（113）具有第一开口，所述第二分隔筋板（114）具有第二开口，所述第一开口与所述油水加热通道（22）的进口相对应地设置，所述第二开口与所述油水加热通道（22）的出口相对应地设置。

3.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述外板体（25）上设置有第一流体凹槽（254）和第二流体凹槽（255），所述第一流体凹槽（254）和所述第二流体凹槽（255）均向远离所述内壳体（23）的一侧凹陷，所述加热流体通道（21）的进口与所述第一流体凹槽（254）相对应，所述加热流体通道（21）的出口与所述第二流体凹槽（255）相对应。

4.根据权利要求1所述的发动机组件，其特征在于，所述连通通道（13）包括第一连通通道（131）和第二连通通道（132），所述第一连通通道（131）与通气管分离腔室（100）相连通，所述第二连通通道（132）与PCV阀分离腔室（200）相连通。

5.一种车辆，其特征在于，包括车辆本体和设置在所述车辆本体上的发动机组件，所述发动机组件为权利要求1至4中任一项所述的发动机组件。

6.一种降低发动机机油稀释的方法，通过权利要求1-4任一项所述的发动机组件实现，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将曲轴箱内的油水混合物输送至缸体；

将缸体内的油水混合物通过换热器结构（20）输送至油水分离空间；

通过所述油水分离空间分离出的气体进入进气歧管。

7.根据权利要求6所述的降低发动机机油稀释的方法，其特征在于，在低负荷情况下，油水混合物通过的所述油水分离空间为PCV阀分离腔，再进入进气歧管；在高负荷情况下，油水混合物通过的所述油水分离空间为通气管分离腔，然后依次通过空滤器和增压器，再进入进气歧管。