專利名稱：用于內燃機的油霧分離器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于內燃機的油霧分離器。
背景技術：
已知，當含有未燒盡的燃料的所謂的漏氣與曲軸箱中的油混合時，產生所謂的 油泥，所述竄氣通過活塞與氣缸之間的空隙泄漏到曲軸箱中，所述油泥顯著地 加速機油 的劣化。油泥的主要成分是機油中的烯烴(碳氫化合物)以及竄氣中的NOx和水，并且 這些主要成分在熱和酸的幫助下起反應以產生油泥前體和油泥粘結劑，所述油泥前體和 油泥粘結劑繼而產生油泥。油泥看起來是泥狀的物質。曲軸箱強制通風(PCV)系統是可用的，所述曲軸箱強制通風(PCV)系統為了 抑制機油的劣化而將曲軸箱中的竄氣引入到進氣系統中，以使竄氣中未燒盡的燃料燃燒 (參見日本專利申請公開No.2003-322052(JP-A-2003-322052))。因為曲軸箱中的竄氣含有油成分，所以通常在引入竄氣的路徑中設置有油霧分 離器。一般而言，油霧分離器包括多個擋板。當引入的氣體穿過由擋板限定的氣體通道 時，氣體撞擊擋板，因而油從氣體分離，并且分離的油返回到曲軸箱中。然而，問題是這種油霧分離器沒有實現油從氣體充分分離。因此，在日本實用 新型公開No.1-15852中，說明了這樣一種技術，即，所述技術用于通過在油霧分離器中 設置由泡沫金屬制成的多孔過濾器而補償擋板在分離油成分方面能力的不足。然而，當在油霧分離器中設置多孔過濾器時，可能會產生油泥，并且因此出現 多孔過濾器堵塞。尤其，因為油霧分離器暴露于空氣，所以容易在其中形成冷凝水。因 為氣體中的冷凝水和NOx產生硝酸，所以容易產生油泥。問題是，當多孔過濾器堵塞 時，阻塞氣體的流動，并且油霧分離器原本具有的能力劣化。
發明內容
本發明提供一種用于內燃機的油霧分離器，所述油霧分離器有效地從曲軸箱中 的氣體分離油成分并且防止由于所產生的油泥而出現故障。根據本發明的方面的用于內燃機的油霧分離器是從氣體分離所述氣體中的油成 分的用于內燃機的油霧分離器，所述氣體是從內燃機的曲軸箱引入的，其特征在于，所 述油霧分離器包括多孔過濾器，所述多孔過濾器從所述氣體分離所述氣體中的油成分， 所述多孔過濾器設置在所述氣體穿過的通道中，并且涂覆有用于中和酸性物質的反作用 劑。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中油霧分離器還包 括設置在多孔過濾器的表面上的粘結劑，其中反作用劑散布和保持在粘結劑中。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中油霧分離器具有 彼此分離的多個氣體通道，多個氣體通道中的每個都設有涂覆有反作用劑的多孔過濾 器，并且油霧分離器還包括切換裝置，所述切換裝置選擇多個氣體通道中的一個作為允許所述氣體穿過的氣體通道。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中油霧分離器還包 括控制器，所述控制器基于與反作用劑的量的減少程度相關的信息推定出所述減少程 度，并且當所述減少程度超過預定的程度時，所述控制器控制切換裝置以改變允許所述 氣體穿過的氣體通道。在上述的方面中，與所述減少程度相關的所述信息包括安裝有內燃機的車輛的 里程。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中設置在多個氣體 通道中的多孔過濾器在孔隙的細度方面彼此不同。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中油霧分離器還包 括控制器，所述控制器通過根據所述氣體的流量使用切換裝置來改變允許所述氣體穿過 的氣體通道，其中所述控制器控制切換裝置，使得所述流量越高，設置在由切換裝置所 選擇的氣體通道中的多孔過濾器的孔隙越精細。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中涂覆有反作用劑 的多孔過濾器是可去除的。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中反作用劑是碳酸 鈣。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中多孔過濾器由泡 沫金屬或泡沫樹脂制成。在上述的方面中，可以采用這樣一種構造，即，在所述構造中多孔過濾器設置 成使得可以從外部看到所涂覆的反作用劑的減少程度。通過本發明，能夠有效地從曲軸箱中的氣體分離油成分并且防止由于所產生的 油泥而出現故障。
本發明的特征、優點以及技術和工業重要性將在以下參照附圖的本發明的示例 性實施例的詳細說明中說明，在附圖中相同的附圖標記指示相同的元件，并且其中圖1是示出應用本發明的內燃機的示例的示意性結構圖；圖2是示出根據本發明的實施例的油霧分離器的結構的示意性剖視圖；圖3是示出根據本發明的實施例的多孔過濾器的結構的放大的剖視圖；圖4A和4B是用于解釋將多孔過濾器的碳酸鈣固定到基體材料的方法的視圖；圖5是示出根據本發明的另一個實施例的油霧分離器的結構的示意性剖視圖； 以及圖6是示出根據本發明的又一個實施例的油霧分離器的結構的示意性剖視圖。
具體實施例方式以下將參照
本發明的示例性實施例。圖1是其中使用根據本發明實施例的油霧分離器的內燃機的示意性結構圖。內燃機1包括氣缸蓋30、氣缸體31以及與氣缸體31 —體地形成的曲軸箱32。另外，內燃機1具有用于將進氣引入到氣缸蓋30中的進氣通道11和用于從氣缸蓋30排 出排氣的排氣通道13。內燃機1還包括轉速傳感器43，其檢測曲軸(未示出)的轉速；水溫傳感器 45，其檢測用于冷卻氣缸體31的冷卻水的溫度；進氣量傳感器42，其設置在進氣通道11 中并且檢測進氣量；加速器傳感器44，其設置在加速器踏板60附近并且檢測壓下的量 (加速器開度)；以及空燃比傳感器46，其設置在排氣通道13中并且檢測空燃比。內燃機1還包括節氣門26，其設置在進氣通道11中并且調節引入到燃燒室12 中的進氣的量；燃料噴射閥35，其設置在節氣門26的下游；和火花塞22，其設置在氣 缸18中，以下將說明。電子控制單元(ECU) 50接收來自多種傳感器的輸出并且控制節氣 門26的開度、火花塞22的點火正時、從燃料噴射閥35噴射的燃料的量和噴射正時等。 ECU 50執行空燃比反饋控制，在所述空燃比反饋控制中將燃料噴射的量控制成使得由空 燃比傳感器46所檢測到的空燃比成為目標空燃比。在氣缸體31中，活塞14設置在氣缸18中，以便能夠在氣缸中往復運動。燃燒 室12由活塞14的上部分和氣缸18限定。在氣缸蓋30中，燃燒室12連接到進氣通道11 和排氣通道13。 通過進氣通道11引入的進氣與從燃料噴射閥35所噴射的燃料混合以形成空氣燃 料混合物，所述空氣燃料混合物在進氣門21打開時引入到燃燒室12中。在空氣燃料混 合物被火花塞22點燃并且從而爆燃之后，燃燒了的氣體在排氣門23打開時從燃燒室12 排放到排氣通道13中。排氣通道13設有具有凈化排氣的功能的催化器27。催化器27包括例如三元催化器，所述三元催化器減少排氣中的氮氧化合物并且 將一氧化碳和碳氫化合物(未燒盡的燃料)氧化。曲軸箱32中具有曲軸(未示出)并且在底部部分中保留有預定量的機油OL(潤 滑油)。機油OL通過潤滑油供給系統(未示出)供給到內燃機中的多個部分。通過氣 缸18與活塞14之間的空隙泄漏的竄氣BG中未燒盡的燃料與機油OL混合。潤滑油供給系統包括油泵、過濾器、噴油機構等。油泵通過過濾器吸取曲軸箱 32中的機油OL并且所述機油OL被供給到噴油機構。為了潤滑活塞14與氣缸18之間 的界面，潤滑油通過噴油機構供給到氣缸18。在內燃機1中，進氣通道11在節氣門26上游的部分和氣缸蓋30的內側通過大 氣通道76彼此連通。在氣缸體31中，形成有滴油通道33，所述滴油通道33將氣缸蓋30和曲軸箱32 彼此連通。該滴油通道33是用于在機油潤滑氣門系統之后使殘留在氣缸蓋30中的油滴 落到曲軸箱32中的通道，并且同時，滴油通道33用作通過大氣通道76將新鮮空氣(大 氣空氣)供給到曲軸箱32中的通道。在內燃機1中，在曲軸箱32的一個外側面上設置有油霧分離器100，所述油霧 分離器100用于分離曲軸箱32中的氣體G中的油成分。油霧分離器100使從曲軸箱32 引入的氣體G中的油霧成分變成液滴并且將所述油霧成分返回到曲軸箱32。以下將說明 油霧分離器100的內部結構。曲軸箱32中的氣體G由以下成分構成竄氣，所述竄氣 通過活塞14與氣缸18之間的空隙漏出，所述竄氣包括未燒盡的燃料、氮氧化合物、二氧 化碳、水蒸汽等；汽化了的燃料，所述汽化了的燃料從燃料與機油OL混合的狀態再次汽化；油霧等。在油霧分離器100的出口處設置有包括單向閥的PCV閥110，并且該PCV閥110通過氣體通道120連接到進氣通道11在節氣門26下游的部分。當進氣通道11中的壓力 是低于大氣壓的負壓時，在曲軸箱32與進氣通道11之間出現壓差，并且這種壓差導致 PCV閥110打開，而且使曲軸箱32中的氣體循環到進氣通道11。圖2是示出根據本發明的實施例的油霧分離器的結構的示意性剖視圖。如圖2中所示，在油霧分離器100中，設置有多個擋板101，所述多個擋板101 限定通道102。來自曲軸箱32的氣體G通過進口 103流到通道102中。流到通道102 中的氣體G通過設置在出口 104處的PCV閥110流出。在通道102中設置有多個多孔過濾器150，使得多孔過濾器150將填充通道102 的一部分。如圖3中所示，多孔過濾器150主要由基體材料151形成，所述基體材料151由 具有大量孔隙152的泡沫金屬或泡沫樹脂制成。鋁合金、鎂合金、鐵等用作用于泡沫金 屬的材料。例如，聚丙烯(PP)用作用于泡沫樹脂的材料。當氣體G通過孔隙152穿過多孔過濾器150時，氣體G中的油霧依靠多孔過濾 器150的過濾功能而變成液滴，從其它的氣體成分分離，并且通過集油通道(未示出)收 集到曲軸箱32 (油底殼)中。用于多孔過濾器150的基體材料151涂覆有碳酸鈣153，所述碳酸鈣153用作用 于中和酸性物質的反作用劑。因為油霧分離器100暴露于空氣，所以油霧分離器100的溫度趨向于降低，并且 穿過油霧分離器100的氣體G中的水蒸汽可以容易地冷凝而變成冷凝水。因此，在油霧 分離器100中，氣體G中的NOx溶解在冷凝水中，使得產生含有硝酸的酸性物質。酸性 物質導致油泥的產生。當在多孔過濾器150中產生油泥時，多孔過濾器150的孔隙152被 油泥填充，這導致多孔過濾器150堵塞。為了防止多孔過濾器150堵塞，碳酸鈣153被 涂覆到多孔過濾器150，并且通過借助碳酸鈣中和酸性物質來防止油泥產生。為了將碳酸鈣153涂覆到多孔過濾器150，S卩，為了將碳酸鈣153固定到基體材 料151，例如，將基體材料151浸入到其中溶解有碳酸鈣的溶液中，以便使溶液浸漬到基 體材料151中。然后，從溶液中取出多孔過濾器150并且通過自然干燥或者通過在加熱 器中加熱而弄干。這樣，能夠將碳酸鈣153固定到基體材料151的內部。通過所涂覆的碳酸鈣153的厚度來確定多孔過濾器150的孔隙152的尺寸。然而，隨著涂覆到多孔過濾器150的碳酸鈣153中和諸如硝酸的酸性物質，碳酸 鈣153的量由于中和反應而減少。當碳酸鈣153的厚度以這種方式減小時，孔隙152的 尺寸，g卩，氣體G穿過的孔隙的尺寸，變大。因而，當氣體G穿過多孔過濾器150時產 生的壓力損失改變。當壓力損失改變時，循環到進氣通道11的氣體G的量以及油霧分離 器的分離效率改變。圖4A和4B是示出將多孔過濾器的碳酸鈣固定到基體材料的另一種方法。如圖4A中所示，碳酸鈣153與粘結劑154混合并且保持在基體材料151的表面 上。可以使用例如聚氨酯樹脂或類似物作為粘結劑154。當碳酸鈣153散布在用于保持的粘結劑154中(與粘結劑154混合)時，如圖4B中所示，即使當碳酸鈣153的量由于中和反應減少時，也能保持粘結劑154的形狀。 因而，即使當碳酸鈣153的量減少時，孔隙152的尺寸改變也較小。因而，隨著碳酸鈣 153的量在多孔過濾器150中減少，能夠抑制壓力損失的變化，并且因此能夠抑制在循環 到進氣通道11的氣體G的量方面以及在油霧分離器的分離效率方面的變化。 圖5是示出根據本發明另一個實施例的油霧分離器的結構的示意性剖視圖。在 圖5中，相同的附圖標記用于指示與圖2中所示的相對應的構成元件相同的構成元件。如圖5中所示，在油霧分離器100A中，設置有多個擋板101A，所述多個擋板 IOlA限定氣體G流過的通道102。在通道102的端部部分中，還設置有擋板101B，所 述擋板IOlB將通道102分成兩個分離的通道102A和102B。穿過通道102A或102B的 氣體G分別流過出口 104A或104B，而沒有流到其它通道中。循環管105A和105B分別連接到出口 104A和104B，并且循環管105A和105B 連接到循環管106，所述循環管106通過切換閥160連接到PCV閥110，所述切換閥160
用作切換裝置。切換閥160基于從上述的ECU 50發送的控制命令在循環管105A和循環管106連 接的狀態與循環管105B和循環管106連接的狀態之間選擇地切換。具體地，切換閥160 選擇循環管105A和105B中的一個作為允許氣體G穿過的管，所述循環管105A和105B
用作氣體通道。在分離的兩個通道102A和102B中設置有多孔過濾器150A和150B，以便使多 孔過濾器150A和150B分別填充通道102A和102B的一部分。多孔過濾器150A和150B具有與參照圖3或4說明的多空過濾器類似的結構。現在將說明ECU 50控制切換閥160的方法。首先，ECU 50控制切換閥160，以便使氣體G不流過通道102B而是流過通道 102A。當氣體G穿過通道102A時，涂覆到多孔過濾器150A的碳酸鈣的量減少。當氣 體G穿過通道102A時，氣體G沒有穿過通道102B，并且因此，涂覆到多孔過濾器150B 的碳酸鈣的量沒有減少。ECU 50基于諸如車輛的里程的信息來推定出多孔過濾器150A中碳酸鈣的量的 減少程度。當碳酸鈣的量的減少程度超過預定的程度時，ECU 50控制切換閥160，以便 使氣體G不穿過通道102A而是穿過通道102B。這樣，能夠避免碳酸鈣完全耗盡且在多 孔過濾器150A中產生油泥的情況。應注意，可以用除了車輛的里程以外的信息來推定出 碳酸鈣的量的減少程度，只要所述信息指示與碳酸鈣的量的減少程度相關的量即可。或者，例如，設置有孔隙的平均尺寸不同的多孔過濾器150A和150B。具體 地，具有不同孔隙細度的過濾器用作多孔過濾器150A和150B。ECU 50基于例如在進氣通道11中出現的負壓的大小來推定出氣體G的流量，并 且基于例如氣體G的流量來控制切換閥160。例如，當氣體G的流量較高時，氣體G中 的油霧的量也較高，并且因此，選擇精細孔隙的過濾器，以便有效地將油霧變成液滴。 另一方面，當氣體G的流量較低時，氣體G中的油霧的量也較低，并且因此，選擇粗孔 隙的過濾器。圖6是示出根據本發明又一個實施例的油霧分離器的結構的示意性剖視圖。在 圖6中，相同的附圖標記用于指示與圖2中所示的相對應的構成元件相同的構成元件。
油霧分離器100B的通道102設有多孔過濾器150。通過在多孔過濾器150的上 部分處的保持板155來保持該多孔過濾器150。保持板155的一部分是諸如玻璃板的透明構件156。
另外，在油霧分離器100B的上側部分中形成有用于更換多孔過濾器150的開口 170。當多孔過濾器150附裝到油霧分離器100B時，例如，保持板155通過諸如螺栓 的緊固裝置緊固到油霧分離器100B的殼體，以便密封開口 170。可以從外部通過透明構件156看到涂覆到多孔過濾器150的碳酸鈣的量的減少程度。因而，用戶等可以通過透明構件156觀察多孔過濾器150來確定多孔過濾器150 的碳酸鈣的減少程度。當確定碳酸鈣耗盡而失去中和能力時，能夠通過去除諸如螺栓的 緊固裝置而從油霧分離器100B去除多孔過濾器150，并且用新的多孔過濾器150替換該 多孔過濾器150。雖然上述的實施例說明了油霧分離器設置在曲軸箱外側的示例，但是本發明不 限于這些實施例，并且本發明也可以應用到例如油霧分離器設置在氣缸蓋罩中的情況。雖然上述的實施例說明了在曲軸箱中的氣體循環到進氣系統的路徑中設置的油 霧分離器，但是本發明不限于這些實施例。例如，本發明可以應用到在曲軸箱中的氣體 循環到排氣系統的路徑中設置油霧分離器的情況。
權利要求
1.一種用于內燃機的油霧分離器，所述油霧分離器從氣體分離所述氣體中的油成 分，所述氣體是從所述內燃機的曲軸箱引入的，其特征在于，所述油霧分離器包括多孔過濾器，所述多孔過濾器從所述氣體分離所述氣體中的油成分，所述多孔過濾 器設置在所述氣體穿過的通道中，并且涂覆有用于中和酸性物質的反作用劑。
2.根據權利要求1所述的油霧分離器，還包括設置在所述多孔過濾器的表面上的粘結 劑，其中，所述反作用劑散布和保持在所述粘結劑中。
3.根據權利要求1或2所述的油霧分離器，其中所述油霧分離器具有彼此分離的多個氣體通道；所述多個氣體通道中的每個都設有涂覆有所述反作用劑的所述多孔過濾器；并且所述油霧分離器還包括切換裝置，所述切換裝置選擇所述多個氣體通道中的一個作 為允許所述氣體穿過的氣體通道。
4.根據權利要求3所述的油霧分離器，還包括控制器，所述控制器基于與所述反作用 劑的量的減少程度相關的信息推定出所述減少程度，并且當所述減少程度超過預定的程 度時，所述控制器控制所述切換裝置以改變允許所述氣體穿過的氣體通道。
5.根據權利要求4所述的油霧分離器，其中，與所述減少程度相關的所述信息包括安裝有所述內燃機的車輛的里程。
6.根據權利要求3所述的油霧分離器，其中，設置在所述多個氣體通道中的所述多孔 過濾器在孔隙的細度方面彼此不同。
7.根據權利要求6所述的油霧分離器，還包括控制器，所述控制器通過根據所述氣體 的流量使用所述切換裝置來改變允許所述氣體穿過的氣體通道，其中，所述控制器控制 所述切換裝置，使得所述流量越高，設置在由所述切換裝置所選擇的氣體通道中的多孔 過濾器的孔隙越精細。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的油霧分離器，其中，涂覆有所述反作用劑的所 述多孔過濾器是能去除的。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的油霧分離器，其中，所述反作用劑是碳酸鈣。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的油霧分離器，其中，所述多孔過濾器由泡沫 金屬或泡沫樹脂制成。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的油霧分離器，其中，所述多孔過濾器設置成 使得能夠從外部看到所涂覆的反作用劑的減少程度。
全文摘要
本發明涉及一種用于內燃機的油霧分離器(100)，所述油霧分離器從氣體分離所述氣體中的油成分，所述氣體是從內燃機的曲軸箱引入的，所述油霧分離器包括多孔過濾器(150)，所述多孔過濾器從所述氣體分離所述氣體中的油成分，所述多孔過濾器(150)設置在所述氣體穿過的通道中，并且涂覆有用于中和酸性物質的反作用劑。
文檔編號F01M9/02GK102027205SQ200980117688
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月15日 優先權日2008年5月16日
發明者小山石直人, 小池龍治, 村上元一, 稻見規夫, 鈴木徹志 申請人:豐田自動車株式會社