浮動式曲軸箱通風系統以及方法與流程

本發明總體涉及一種曲軸箱通風系統，且更具體地涉及一種用于內燃機的過濾式曲軸箱通風系統。

背景技術：

典型的內燃機通過將燃料和空氣引入汽缸用以燃燒而運作。活塞在汽缸內移動以壓縮用以燃燒的燃料和空氣混合物。燃燒的燃料擴大汽缸中的空氣體積從而產生動力。每個活塞和其中運作活塞的相應孔之間的滑動密封有助于密封壓縮燃料和空氣混合物，并且在體積膨脹和汽缸中壓力增加時將燃料產物密封在汽缸中。然而，廢氣產物可泄露經過活塞密封件并進入曲軸箱的內部體積。廢氣產物還可通過進氣或排氣閥密封件、渦輪增壓器冷卻油流以及可能的其他源進入內部發動機空腔。這些燃料產物有時稱為“泄漏氣體”或“泄露”。泄漏氣體包含通常在廢氣比如烴類(hc)、一氧化碳(co)、nox、煤煙和未燃燒或部分燃燒燃料中發現的污染物。曲軸箱中的潤滑油趨向于霧化或以其他方式夾帶在熱泄露氣體中以形成所謂的氣溶膠。

曲軸箱中的泄露氣體(包括夾帶的潤滑油)通常被過濾或以其他方式處理以在返回到發動機的進氣系統或環境之前去除油。其他系統將曲軸箱排放物引導入他們接受相同程度的排放物處理的發動機廢氣系統，發動機廢氣在釋放到環境之前接受處理。曲軸箱排放物被再引入發動機用于燃燒的那些系統屬于封閉式曲軸箱通風(ccv)系統的類別，而在其中曲軸箱排放物被處理并釋放到環境的系統通常稱為開放式曲軸箱通風(ocv)系統。

例如，一些發動機(比如大型柴油機)利用強制進氣來提高發動機的功率輸出。這可涉及增壓器或渦輪增壓器。將曲軸箱排放物返回到增壓器或渦輪增壓器中的壓縮機的進氣側可導致壓縮機葉輪在相對短的時間內污損。當下游壓縮機單元中的熱增加時，污損在多個渦輪增壓器系統中是復合的。另外，增壓機或渦輪增壓器下游的冷卻單元會被污損。因此，曲軸箱排放物通常在返回到增壓式或渦輪增壓式發動機中的進氣口之前被純化。

slaughter等的美國專利申請公開no.2014/0290634a1(“slaughter”)公開了一種曲軸箱通風系統。slaughter描述了一種用于具有汽缸體的內燃機的曲軸箱通風系統，該汽缸體至少部分地限定至少一個汽缸，并包括配置成安裝在對應于單個汽缸的單個汽缸蓋上的閥蓋且在其中形成空腔。曲軸箱通風口與閥蓋相關聯，且曲軸箱通氣器被結合在閥蓋中。

技術實現要素：

在一個方面，本發明描述了一種內燃機。內燃機包括具有第一多個開口和第二多個開口的曲軸箱，該第一多個開口沿著曲軸箱的長度以第一高度彼此對準，且第二多個開口沿著曲軸箱的長度以第二高度彼此對準。油盤連接到曲軸箱的底部。第一油分離模塊具有流體連接到第一導管的至少一個第一入口殼體，和設置成在該導管和油盤之間流體連接的第一油分離過濾器。該至少一個第一入口殼體可連接到來自第一多個開口或來自第二多個開口的開口，使得用于將存在于曲軸箱中的氣體從曲軸箱的內部空腔排放到至少一個第一入口殼體、第一導管并穿過所述第一油分離過濾器的流體回路被限定。

在另一方面，本發明描述了一種用于具有限定內部空腔的曲軸箱的內燃機的曲軸箱通風系統。該曲軸箱具有第一多個開口和第二多個開口。第一多個開口沿著曲軸箱的長度以第一高度彼此對準，且第二多個開口沿著曲軸箱的長度以第二高度彼此對準。該內燃機進一步包括連接到曲軸箱的底部的油盤。曲軸箱通風系統包括第一油分離模塊，該第一油分離模塊具有每一個都流體連接到第一導管的兩個第一入口殼體，和設置成在該導管和油盤之間流體連接的第一油分離過濾器。該兩個第一入口殼體可選擇性地連接到來自第一多個開口或來自第二多個開口的兩個鄰近開口，使得用于將存在于曲軸箱中的氣體從曲軸箱的內部空腔排放到兩個第一入口殼體、第一導管并穿過第一油分離過濾器的流體回路被限定。

曲軸箱通風系統包括第二油分離模塊，該第二油分離模塊具有每一個都流體連接到第二導管的兩個第二入口殼體，設置成在第二導管和油盤之間流體連接的第二油分離過濾器。該兩個第二入口殼體可連接到來自第一多個開口或來自第二多個開口的兩個其他鄰近開口，使得用于將存在于曲軸箱中的氣體從曲軸箱的內部空腔排放到兩個第二入口殼體、第二導管并穿過第二油分離過濾器的附加流體回路被限定。

在又一方面，本發明描述了一種在操作期間從發動機曲軸箱排出氣體的方法。該方法包括提供具有沿著汽缸排形成的第一多個開口和第二多個開口的曲軸箱，第一多個開口沿著曲軸箱的長度以第一高度彼此對準，且第二多個開口沿著曲軸箱的長度以第二高度彼此對準，該曲軸箱具有連接到曲軸箱的底部的油盤。該方法進一步包括提供第一油分離模塊，該第一油分離模塊具有每一個都流體連接到第一導管的兩個第一入口殼體，和設置成在該導管和油盤之間流體連接的第一油分離過濾器，并將兩個第一入口殼體連接到來自第一多個開口或來自第二多個開口的兩個鄰近開口，使得用于將存在于曲軸箱中的氣體從曲軸箱的內部空腔排放到兩個第一入口殼體、第一導管并穿過第一油分離過濾器的流體回路被限定。

在一個實施例中，當汽缸排具有x數目的汽缸時，第一油分離模塊相對于曲軸箱以及相對于第一多個開口和第二多個開口中的每一個可連接到發動機的許多部位，該許多部位等于(x-1)個可能位置。因此，該方法還可包括從來自(2x-2)個總位置的第一和第二多個開口之間選擇用于第一油分離的可能位置，使得第一油分離不干擾周圍發動機結構。

附圖說明

圖1是根據本發明的內燃機的框圖。

圖2是根據本發明的ccv裝置的一個實施例的透視圖。

圖3是根據本發明的ccv裝置的另一實施例的透視圖。

圖4和5是根據本發明分別來自俯視圖和前視圖的框圖。

具體實施方式

本發明涉及一種曲軸箱通風(cv)系統以及用于內燃機的方法。cv系統包括被模塊化且可以在單個發動機上重復的裝置以基于發動機結構性配置、額定功率等選擇性地調節發動機的cv容量。根據本發明的cv系統可安裝到發動機的各個部分，該發動機的各個部分與發動機的曲軸箱的內部空腔流體連通，使得cv氣體的有效去除可以在運作期間有效地從發動機去除。在本文所示的實施例中，所述結構有利地將高漏氣流量cv、油分離模塊或“通氣器”集成到結構性閥蓋中和/或直接集成到發動機的曲軸箱上。如果適用，cv或油分離裝置支撐下游高效油霧分離器。假定閥蓋集成的油分離模塊與單元汽缸蓋相關聯，或可選地，油分離模塊被連接到汽缸蓋中的開口上和/或直接連接到曲軸箱上，則所得曲軸箱通風模塊可根據需要沿著發動機的長度向前或向后浮動或設置，或者在曲軸箱的頂部和與發動機的油盤的界面之間的曲軸箱上向上或向下浮動或設置，且可以容易地設置在發動機的左側、右側、頂部、底部，和/或發動機的任一側或兩側上。該模塊化途徑還通過將附加曲軸箱通風模塊添加到發動機配置而使得漏氣流量遞增。該系統還可通過簡單地創建一個新的閥蓋基座部件而適于其他單元汽缸基發動機平臺。通過標準化部件與部件界面幾何形狀(包括閥蓋集成的通氣器的前部上的現有安裝模式)，常見部件比如軟管、安裝支架、高效率油霧分離器、加熱器、絕緣器在發動機平臺之間變得可能。

從圖1的側視圖示出了發動機100的簡略圖。所示發動機100具有公知的v型配置，但本發明可用于其他發動機類型，比如具有“i”型或換句話說直列式配置的發動機。此外，盡管發動機100示出為具有總共十六個汽缸(每排八個汽缸)，但具有更少或更多汽缸的發動機也適用于本發明的益處。發動機100包括容納曲軸(未示出)的曲軸箱102。曲軸經由連桿(未示出)連接到多個活塞(未示出)。活塞可滑動地和可往復地設置在形成于汽缸外殼104中的孔中(未示出)，該汽缸外殼104可與曲軸箱一起集成于單個結構，并向曲軸提供動力用以以已知方式將有用的機械加工運動提供到發動機100的飛輪108和前平衡器106。汽缸蓋110覆蓋孔的頂部開放端，該孔容納活塞以形成發動機100的多個動力汽缸111。從圖1示出的透視圖可看到在發動機100上的八個動力汽缸111。

汽缸蓋110包括用于將燃料和空氣提供到汽缸以及還用于在運作期間以傳統方式從汽缸去除廢氣和其他副產物的閥門。空氣經由進氣歧管112提供到汽缸，廢氣從各個發動機汽缸被收集在廢氣收集器114中。如所示，廢氣收集器114連接到渦輪機116，該渦輪機操作用以向壓縮機118提供動力。壓縮機118是發動機100的進氣系統120的一部分，其可進一步包括進氣冷卻器122。在發動機運作期間，壓縮機118允許來自入口124的空氣，并在通過進氣冷卻器122和進氣歧管112將其提供到汽缸之前壓縮該空氣。

為了覆蓋操作每個動力汽缸111的各個進氣閥和排氣閥的致動機構，發動機100包括設置成覆蓋每個動力汽缸111組中的每個汽缸的閥蓋126。可選地，單個閥蓋可覆蓋發動機排中的所有汽缸，或者直列式發動機配置中的所有發動機汽缸。發動機曲軸箱102進一步形成附加開口，該附加開口中的每一個通過蓋或板密封地覆蓋。在所示實施例中，曲軸箱102形成多個凸輪開口，該多個凸輪開口中的每一個通過凸輪蓋128封閉，該凸輪蓋為板形且圍繞相應凸輪開口密封地和可釋放地接合曲軸箱102的區域，以允許例如在維修期間當去除凸輪蓋128時檢查對應于特定動力汽缸111的凸輪圓凸的通路。

類似地，曲軸箱102形成多個曲軸開口，該多個曲軸開口中的每一個通過曲柄蓋130封閉，該曲柄蓋為板形且圍繞相應曲柄開口密封地和可釋放地接合曲軸箱102的區域，以允許例如在維修期間當去除曲柄蓋130時檢查對應于特定動力汽缸111的曲柄軸承和連桿的通路。曲軸箱102可形成附加開口，由于檢查和其他原因，該附加開口被可拆卸蓋覆蓋。

在發動機100的下部，油盤132覆蓋曲軸箱102的底部以密封地封閉曲軸箱102的內部體積。油盤132限定收集發動機潤滑油并以已知方式用作機油箱的空腔。

發動機100可包括油分離或cv裝置，該裝置將曲軸箱102的內部空腔與運作期間由發動機產生的cv氣體的吸收池流體互連。這些氣體(通常包括廢氣成分和以氣溶膠形式懸掛的各種大小的發動機潤滑液滴)被過濾以在釋放到環境、再循環回發動機空氣入口之前去除盡可能多的油，或者與發動機廢氣混合用于處理和消除某些廢氣成分。在當氣體釋放到環境時的情況下，油分離配置稱為開放式曲軸箱通風(ocv)，而在當cv氣體在發動機進氣口或排氣口中再循環時的情況下，油分離配置稱為封閉式曲軸箱通風(ccv)。

在本發明中，呈示了兩個油分離模塊實施例，其可以用于ocv或ccv油分離配置任一。在第一油分離實施例中，油分離模塊200配置成采用曲軸箱氣體運作并通過發動機閥蓋126接收曲軸箱氣體。油分離模塊200的簡略圖示出在圖2中。油分離模塊200包括兩個入口殼體202，該兩個入口殼體中的每一個替代相應閥蓋(例如，如圖1所示的126)并連接到發動機100(圖1)以替代兩個鄰近的閥蓋126。每個入口殼體202包括具有多個緊固件206的安裝凸緣204，當安裝在發動機上時，該多個緊固件206接合發動機結構以將油分離模塊200安裝到發動機。

每個入口殼體202進一步形成環繞出口開口的出口凸緣208。帽210連接到出口凸緣208并通過緊固件212緊固到其上。用于將帽210安裝到相應出口凸緣208的模式可以是對稱的，使得相同帽210可以用于兩個入口殼體202之間的鏡像位置，如圖2所示。每個帽210形成其上可以連接有出口導管216的出口孔214。通常為t形或y形的出口導管216形成兩個入口開口和出口開口218，該兩個入口開口中的每一個與相應出口孔214流體連接，該出口開口形成在細長導管220的端部。

在運作期間，通過活塞密封件逸出的氣體可以收集在曲軸箱空腔(其以其他方式被密封)中。這些氣體可向上飄到環繞汽缸閥的區域并占據發動機的閥蓋內的空間。由于產生在曲軸箱中的相對較高的壓力和油分離模塊出口226處的相對較低的壓力之間的壓力差，到達入口殼體202(其為中空的)的氣體可允許穿過入口殼體，更具體地，在發動機運作期間產生和收集在曲軸箱空腔內的氣體趨于增加曲軸箱空腔內的壓力。通過將cv氣體供給到低壓力區域(比如發動機空氣入口)，壓力差在油分離模塊200兩端產生，從而趨于使氣體從油分離模塊入口224和油分離模塊出口226在那里穿過。

在所示實施例中，油分離模塊結構222具有油分離模塊入口224和油分離模塊出口226。油分離模塊結構222設置成在發動機操作期間從曲軸箱的內部空腔接收和處理通過細長導管220(其經由夾具236連接)提供的氣體。可以假設為任何已知配置的油分離模塊結構222包括油分離器或過濾器228，該油分離器或過濾器228流體設置在油分離模塊入口224和油分離模塊出口226之間且配置成去除夾帶在通過油分離模塊收集的曲軸箱氣體流中的油滴，以通過油分離模塊出口226提供過濾的氣體流。從氣體流冷凝或沉降的油經由油返回導管230而去除返回到發動機。

在運行期間，用于曲軸箱氣體的流動路徑通過油分離模塊200而限定。氣體經由限定在安裝凸緣204內的開口進入油分離模塊200。氣體穿過限定在每個殼體202的主體232內的內部中空的體積，并轉移到限定在每個帽210的主體234內的內部中空的體積中。帽呈漏斗形以將從其經過的氣體輸送到他們相應的出口孔214中。氣體因此進入細長導管220并在經由油分離模塊出口226提供到封閉或開放式氣體吸收池任一之前穿過過濾器228，這可包括將氣體釋放到環境，使氣體再循環入發動機的進氣口，將氣體與發動機廢氣混合等，如上所述。

用于油分離模塊300的替代實施例示出在圖3中。為了簡明起見，通過與先前使用的相同的附圖標記來表示油分離模塊300的結構和特征(其與以上描述且示于圖2的油分離模塊200的相應結構和特征相同或類似)。油分離模塊300主要相對于其在發動機100上的安裝位置與油分離模塊200不同(圖2)。更具體地，盡管油分離模塊200配置成安裝在發動機100上的兩個鄰近閥蓋126的適當位置，但油分離模塊300配置成安裝在曲軸箱102的側部上的兩個鄰近凸輪蓋128(見圖1)的適當位置。油分離模塊300在其他方面與油分離模塊200功能相同，并使用與油分離模塊200公用或可互換的許多部件。

如圖3所示，油分離模塊300包括兩個入口殼體302，該兩個入口殼體中的每一個替代相應凸輪蓋128(圖1)并因此連接到發動機100(圖1)。每個入口殼體302包括具有多個緊固件306的安裝凸緣304，當安裝在發動機上時，多個緊固件306接合發動機結構以將油分離模塊300安裝到發動機。

還可用于油分離模塊200的本實施例中的帽210包括加熱器303。可以是電熱元件的加熱器303操作用以在發動機運作期間加熱經過帽210的cv氣體，且通常用以降低油(其可以在油分離模塊之前或之內混凝)的粘度，以促進其因重力從過濾器228通過排水管線230排回到發動機100。此外，加熱器有助于使cv氣體維持在他們的露點溫度之上。

工業實用性

本發明可應用于內燃機，且具體地可應用于內燃機的cv系統。本發明提供了一種浮動式曲軸箱通風系統。在本發明的上下文中，“浮動式”指的是依據發動機周圍的組裝封套(其可用于各種發動機應用)，朝發動機或多個發動機類型的前部、后部，或者側部、頂部、中部或底部任一將一個或多個油分離模塊安裝在發動機各個部位處的能力。此外，用于油分離模塊的發動機安裝結構的模塊化和互換性提供以并行回路配置將多于一個油分離模塊安裝在發動機上的靈活性，以基于應用選擇性地增加發動機曲軸箱的呼吸量。

示出了發動機100上的多個油分離模塊布放的簡圖在圖4和5中示出。圖4示出了發動機100的俯視圖，其中呈示了各種閥蓋部位402，且圖5示出了發動機100的前視圖以示出以不同高度將油分離模塊放置到發動機上。更具體地，且參照圖4和5，油分離模塊200示出為連接到圖4中的發動機100上的右上位置。油分離模塊200占據其上連接有入口殼體202的兩個閥蓋部位402。如本文所示，每個入口殼體202包括有助于收集進入油分離模塊200的較大油滴的網篩404。網篩404可具體化為任何已知的形式，包括但不限于，擋板、穿孔板、膨化金屬介質以及其他結構。入口殼體202連接到導管220，該導管220將氣體提供到過濾器228。氣體管線406例如通過壓縮機入口124(圖1)將過濾的氣體從過濾器提供到示例性示出的發動機進氣系統408，且排水管線410將從通氣器氣體除去或分離的液態油輸送到油盤132。如使用虛線所示，油分離模塊200可通過占據鄰近閥蓋部位402假定為發動機100上的任何位置，且多于一個油分離模塊可以以并行回路連接而連接到發動機，即，使每個油分離模塊入口與曲軸箱的內部空腔流體連通，且使每個油分離模塊出口與公用流體吸收池(比如用于示例性ccv型油分離模塊的發動機的壓縮機入口)或另一流體吸收池流體連通。

從發動機的前視圖可以看出，在圖5中，油分離模塊300連接到曲軸箱102側部的低于油分離模塊200(也示于圖5中)的部位。油分離模塊300占據其上連接有入口殼體302(僅一個殼體可見)的兩個凸輪蓋128部位(如圖1的側視圖所示)。如本文所示，每個入口殼體302包括有助于收集進入油分離模塊300的較大油滴的網篩404。入口殼體302連接到導管220，該導管220將氣體提供到過濾器228。氣體管線406將過濾的氣體從過濾器提供到示例性示出的發動機進氣系統408，且排水管線410將從cv氣體除去或分離的液態油輸送到油盤132。正如油分離模塊200，油分離模塊300可通過占據鄰近的凸輪蓋128部位沿著發動機100位于任何位置，且多于一個油分離模塊可以以并行回路連接而連接到發動機，即使每個油分離模塊入口與曲軸箱的內部空腔流體連通，且使每個油分離模塊出口與公用流體吸收池(比如用于示例性ccv型油分離系統的發動機的壓縮機入口)或另一流體吸收池流體連通。

當觀察其中發動機具有以兩排六個汽缸布置的十二個汽缸的圖4的布置時，可以看出油分離模塊200可假設為沿著每個發動機排的五個可能位置中的任何一個。因此，通常對于具有沿著汽缸排布置的x個汽缸的發動機，油分離模塊可假設為沿著用于閥蓋和凸輪蓋開口中的每一個的汽缸排的(x-1)個位置中的任何一個。例如，在圖4和5中示出的其中每排具有六個汽缸的發動機100中，對于用于安裝油分離模塊200或油分離模塊300的總共10個可能位置，則有兩組五個可能位置或者(2x-2)個可能位置，其中x＝6。當考慮到發動機兩側時，有二十個可能的油分離模塊安裝部位，其在發動機組裝設計中提供很大靈活性。此外，可設想可以使用占據單個安裝部位的單個入口殼體。在這種情況下，對于本文示出的示例性發動機實施例中的總共2x個可能部位，將會有用于安裝多個開口的油霧分離模塊沿著發動機的x個可能部位。

將會意識到，前述描述提供了所公開系統和技術的示例。然而，可設想本發明的其他實施方式可以與前述示例在細節上不同。本發明的所有引用或其示例旨在在該處引用所討論的特定示例，并且更一般地不旨在暗示對本發明的范圍的任何限制。所有對于某些特征的區別和貶低的語言只是用來表示這些特征并不是優選的，除非另外說明，并不打算將這些特征完全排除在本發明的范圍之外。

除非本文另外指出，否則本文對數值范圍的敘述僅僅用作一種速記方法，分別涉及落入范圍內的各單獨數值，并且各單獨數值包含在說明書內，如同在此個別列舉一樣。本文所述的所有方法可以以任何合適的順序進行，除非本文另有說明或者上下文清楚地相反指示。

術語“一”和“一個”和“該”和“至少一個”以及描述本發明的上下文中(尤其在以下權利要求書的上下文中)的類似引用的使用將解釋成包涵單數和復數，除非本文另有說明或上下文清楚地相反指示。隨后是一個或多個項目的列表的術語“至少一個”(例如，a和b中的至少一個)將解釋成意思是選自所列項目(a或b)或者所列項目(a和b)中的兩個或多個的任意組合中的一個項目，除非本文另有說明或上下文清楚地相反指示。

因此，只要適用的法律允許，本發明包括附加的權利要求書中所述的主題的所有修改和等價物。此外，在其所有可能變型中的上述要素的任意組合包括在本發明中，除非本文另有說明或上下文清楚地相反指示。