用于渦輪增壓發動機的曲軸箱通風壓力管理系統的制作方法
【專利摘要】用于渦輪增壓發動機的曲軸箱通風系統具有用于怠速狀態和增壓狀態的完全雙向氣流。在怠速狀態中，PCV閥將來自曲軸箱的空氣流提供至進氣歧管。在怠速狀態中，在第一通風管中的限制件限制新鮮空氣進入曲軸箱。在增壓狀態中，PCV旁路允許單向氣流通過第二通風管繞過PCV閥進入曲軸箱中。與第一通風管連通的泄壓閥被構造成當曲軸箱中的壓力超過閾值壓力時在增壓狀態中繞開限制件。在優選的實施例中，PVC旁路被構造成在增壓狀態中繞開PCV閥和拉動式分離器(即，在第二通風管處的氣油分離器)。
【專利說明】
用于渦輪増壓發動機的曲軸箱通風壓力管理系統
技術領域
[0001]本發明大體上涉及用于內燃發動機的曲軸箱通風設備，并且，更具體地，涉及汽油發動機的通風設備，該汽油發動機采用渦輪增壓器以壓縮高發動機負載的進氣空氣。
【背景技術】
[0002]在發動機旋轉期間，當氣體從發動機汽缸繞過發動機活塞并且進入曲軸箱時氣體在發動機曲軸箱中積累。這些氣體通常被稱作漏氣。使用使漏氣返回至發動機進氣口并且與新鮮空氣燃料混合物一起燃燒的曲軸箱強制通風(PCV)系統能夠使漏氣在發動機汽缸內燃燒以減少發動機碳氫化合物排放。通過發動機汽缸燃燒曲軸箱氣體會需要起動力以使曲軸箱氣體從發動機曲軸箱移動至發動機進氣口。一個提供起動力以將曲軸箱氣體移動至發動機汽缸的傳統的方法為在曲軸箱與發動機節氣門體下游的發動機進氣歧管的低壓區域(例如，真空)之間提供導管。此外，來自節氣門體的上游點的新鮮空氣通過獨立的導管(例如，通氣管)加入到曲軸箱以幫助沖洗來自曲軸箱并進入進氣歧管中的漏氣產物。
[0003]使用具有渦輪增壓的內燃發動機正變得越來越普遍。在廢氣渦輪增壓器中，例如，壓縮機和渦輪機被布置在相同的軸(被稱作增壓軸)上，其中，被供應至渦輪機的熱廢氣流在渦輪機內膨脹以釋放能量并且引起增壓軸旋轉。該增壓軸驅動同樣布置在增壓軸上的壓縮機。壓縮機連接在位于空氣引入和過濾系統與發動機進氣歧管之間的進氣導管之間中，使得當致動渦輪增壓器時，供應至進氣歧管和發動機汽缸的增壓空氣被壓縮。
[0004]由于供應至各個汽缸較大的空氣量，渦輪增壓增加了內燃發動機的功率。增加了燃料量和平均有效壓力，從而提高了體積功率輸出。因此，為了以增大效率和減少燃料使用的方式操作，可將用于任何特定車輛的發動機排量減小，其中，渦輪增壓器在低功率需求期間停用并且在諸如全開節氣門(WOT)的高負載期間啟用。此外為了減少燃料消耗，渦輪增壓具有降低二氧化碳和污染物的排放的有益效果。
[0005]由于在通過渦輪增壓器壓縮機壓縮入口空氣導致的高負載運行期間在進氣歧管處增大的壓力，改變傳統的曲軸箱通風系統是必要的。特別是，壓縮機的下游(例如，在進氣歧管中)引入的高壓能夠使通風管中的氣流反向流動從而將曲軸箱加壓至可能導致密封失敗的程度。為了防止這種反向，止回閥通常放置在通風管中。為了避免漏氣在曲軸箱中積累，允許氣流在其它通風管(例如，同樣從節氣門體的上游點和渦輪增壓器壓縮機提供新鮮空氣至曲軸箱的通氣管)中反向流動。因此，防止可能損壞密封件的在曲軸箱中的任何壓力積累。
[0006]在發動機怠速期間，當在進氣歧管處存在大量真空時，期望在曲軸箱中保持負壓。為了保證在增壓氣體(例如，渦輪增壓)發動機的怠速時的負的曲軸箱壓力，通常限制供給至曲軸箱的新鮮空氣是必要的。利用在相應通氣管或通風管中進行合適的尺寸限制來完成此目的。然而，如果過大地限制曲軸箱新鮮空氣供給，則曲軸箱會在滿載情況(例如，當限制通風管或通氣管反向氣流以將漏氣疏散至進氣口系統的低壓部分中時)下變成正壓，這會危害曲軸箱密封完整性。在滿載運行期間沒有產生不期望的大正壓時，通常很難或不可能找到在怠速時提供所需的真空的限制水平。
[0007]于2014年10月28日提交的題為“用于渦輪增壓發動機的曲軸箱通風設備”共同審理中的編號為14/525,554的美國申請案通過引用結合于此，其公開了具有進入曲軸箱的第一流量和從曲軸箱出去的大于第一流量的第二流量的雙作用閥。雙作用閥當發動機在怠速狀態時提供所需的限制并且當發動機在增壓狀態(例如，當渦輪增壓器加壓進氣歧管)時提供更大的氣流以避免曲軸箱的過量增壓。然而，在這樣的系統中，未稀釋的漏氣被收集以被發動機吸收。由于在曲軸箱中與漏氣混合的新鮮空氣不足，因此在到達氣油分離器之前會發生諸如沉積、涂漆和乳化等的油降解。未稀釋的漏氣諸如在減速斷油期間可能積累高水平的未燃燒的燃料，這可能會增加污染或導致其他問題。
【發明內容】
[0008]本發明采用在增壓狀態期間允許合適流量的加壓空氣從進氣歧管進入曲軸箱中的合適尺寸的PCV旁路以稀釋漏氣。氣流控制部件以能夠使部件具有獨立尺寸和在所有操作條件下獲得期望曲軸箱壓力的能力的方式配置。
[0009]在本發明的一個方面，車輛包括內燃發動機，內燃發動機具有通過進氣管接收新鮮空氣的進氣歧管，其中，發動機包括曲軸箱。渦輪增壓器具有壓縮機，壓縮機具有連接至進氣管的入口和連接至進氣歧管的出口，其中發動機和渦輪增壓器具有怠速狀態和增壓狀態。第一通風管在曲軸箱和壓縮機入口之間連通。第二通風管在曲軸箱和進氣歧管之間連通。與第二通風管連通的PCV閥在怠速狀態中響應于進氣歧管中的真空壓力以允許空氣從曲軸箱流動至進氣歧管。與第一通風管連通的限制件被構造成在怠速狀態中限制通過第一通風管進入曲軸箱的新鮮空氣的流量。PCV旁路被構造成在增壓狀態中允許單向氣流通過第二通風管繞過PCV閥進入曲軸箱。與第一通風管連通的泄壓閥被構造成當曲軸箱中的壓力超過閾值壓力時在增壓狀態中旁通該限制件。在優選的實施例中，PCV旁路被構造成在增壓狀態中旁通PCV閥和拉動式氣油分離器(S卩，在第二通風管處的氣油分離器)。
【附圖說明】
[0010]圖1描繪了具有傳統曲軸箱通風裝置的渦輪增壓內燃發動機。
[0011]圖2描繪了顯示在怠速狀態期間的氣流的本發明的改進的通風系統。
[0012]圖3描繪了顯示在增壓狀態期間的氣流的本發明的改進的通風系統。
[0013]圖4為示出了包含流量限制件和壓力釋放件的推動式分離器的一個實施例的橫截面圖。
[0014]圖5為包含止回閥的PCV旁路的一個實施例的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0015]參考圖1，在自動車輛中的內燃發動機10包括多個汽缸。示出的一個汽缸包括燃燒室11和具有定位在其中的活塞13的汽缸壁12，活塞13連接至曲軸14。燃燒室11通過由各自的凸輪操縱的各自的進氣氣門和排氣氣門與進氣歧管15和排氣歧管16相連通。
[0016]發動機10可優選地利用在本領域中公知的直接燃料噴射和電子無分電器點火系統。將新鮮的外部空氣通過空氣過濾器20、節氣門體21和連接至進氣歧管15的進氣道22引導至發動機10。通過導管23引導排氣歧管16排出的燃燒產物至在通向排氣系統(未示出)的路徑中的催化轉化器24。渦輪增壓系統包括渦輪25，渦輪25定位在催化轉化器24前面的廢氣流中且通過驅動軸27連接至壓縮機26。經過渦輪機25的廢氣驅動轉子組件，轉子組件繼而使驅動軸27旋轉。依次地，驅動軸27轉動在壓縮機26中包括的葉輪，因此增加了傳送到燃燒室11的空氣的密度。這樣，可增加發動機的功率輸出。可提供一個或多個旁通閥(諸如廢氣門)用于渦輪25和/或壓縮機26，根據發動機負載以期望方式控制渦輪25和/或壓縮機26以致動或停用渦輪增壓。
[0017]曲軸箱30涉及例如可部分地由油盤31和凸輪蓋32限定的曲軸箱體積。當在發動機燃燒室11中燃燒空氣-燃料混合物時，小部分的燃燒氣體可通過活塞環進入曲軸箱30。這種氣體被稱為漏氣。利用包括第一通風管(通氣管)33和第二通風管34的曲軸箱強制通風(PCV)系統以防止這種未被處理的氣體直接排放到大氣中。第一通風管33連接在凸輪蓋32與位于壓縮機26的低壓側之間，諸如在節氣門21(或可替代地在沿進氣道22的任何其它位置處)。第二通風管34連接至靠近油盤31的曲軸箱30和壓縮機26的高壓側(例如，連接至進氣歧管15)。氣油分離器35、37優選地包括在通風管33、34與曲軸箱30的連接處以從返回至發動機進氣口的任何氣體中除去夾帶的油。
[0018]當渦輪增壓器壓縮機26未被致動時，在發動機怠速和低負載情況期間，在進氣歧管15中的真空壓力導致曲軸箱通風流，在該曲軸箱通風流中，新鮮空氣通過第一通風管33進入曲軸箱30并且通過第二通風管34離開曲軸箱30。在第二通風管34中的單方向止回閥38(例如，傳統的PCV閥)允許在該方向上的氣流。在第一通風管36中的限制件36具有限制允許進入曲軸箱30的新鮮空氣量的尺寸(例如，流量)，其中，，選擇流量以在在怠速狀態期間的曲軸箱30中保持期望的真空壓力。當在諸如全開節氣門的高負載情況期間致動壓縮機26時，進氣歧管15中的壓力增大到高于曲軸箱30中的壓力。通過止回閥38阻止在第二通風管34中的反向氣流。通過允許在第一通風管33中的反向氣流避免漏氣在曲軸箱30中的過度積累。限制件36的尺寸在期望具有在怠速期間維持曲軸箱30中的期望負壓的足夠小的流量(如果無限量的新鮮空氣通過第一通風管33進入，可能會失效)與期望具有在高發動機負載期間避免在曲軸箱30中高壓積累的足夠大的流量之間折衷。如上面所描述的，缺少新鮮空氣供應至曲軸箱可能導致油降解和其它問題。
[0019]本發明介紹了用于圖2中示出的車輛系統40的在包括怠速狀態和增壓狀態的所有情況下使曲軸箱通風的新鮮空氣的供應。發動機41包括積累繞過活塞43進入曲軸箱42的漏氣44的曲軸箱42。新鮮空氣進入進氣管45且通過渦輪增壓器壓縮機46穿過節氣門47并且進入進氣歧管50。
[0020]第一通風管51通過推動式氣油分離器54和限制件53在曲軸箱42與進氣管45之間連通。泄壓閥55與限制件53平行地放置在第一通風管51和推動式氣油分離器54之間。第二通風管52通過PCV閥56和拉動式氣油分離器57在進氣歧管50和曲軸箱42之間連通。在增壓狀態中，PCV旁路58被構造成允許單向氣流通過第二通風管52繞過PCV閥56流入曲軸箱42。在優選的實施例中，PCV旁路58也繞過拉動式氣油分離器57，否則會引起大的壓降，在增壓狀態下可遇上相對高的流速。
[0021]圖2示出了在由進氣歧管50中的真空壓力驅動的發動機41的怠速狀態下的PCV氣流。因此，新鮮空氣通過第一通風管51流經限制件53和推動式氣油分離器54進入曲軸箱42用于與漏氣44混合。該混合物流經拉動式氣油分離器57和PCV閥46進入進氣歧管50用于由發動機41吸收。限制件53、拉動式氣油分離器57和PCV閥56的流量可針對怠速狀態調整，而不針對增壓狀態的流量需求進行任何顯著地折衷。
[0022]在圖3示出的增壓狀態中，在進氣歧管50中的增大的壓力驅動新鮮空氣流通過第二通風管52經過PCV旁路58并且進入曲軸箱42。新鮮空氣與漏氣44混合，并且通過推動式氣油分離器54將該混合物引導至第一通風管51和進氣道45。當曲軸箱42中的壓力最初上升到高于大氣壓時，該混合物流經限制件53。隨著曲軸箱42中的壓力進一步增加，泄壓閥55打開以在限制件53周圍提供旁路，因此限制在曲軸箱42中的正壓力。在一個優選的實施例中，在大約2.5kPa的曲軸箱壓力時致動泄壓閥55。不僅在增壓狀態期間可致動泄壓閥55，也可在發動機回火時提供壓力釋放。此外，PCV旁路58、推動式氣油分離器54以及泄壓閥55的流量可針對增壓狀態調整而不對怠速狀態的流量需求做出任何顯著折衷。因此，本發明將通風系統的兩側分離，從而允許每個系統部件出于其具體目具有合適的參數規格并且能夠在所有運行條件下完成曲軸箱壓力的控制。
[0023]圖4示出了用于第一通風管中的限制件和壓力釋放部件的另一實施例。為了同時獲得在發動機怠速期間限制新鮮空氣的流入以及在高發動機負載期間完全排放漏氣的優化性能，該實施例利用具有根據空氣流動的方向改變流量的雙作用閥。可與凸輪蓋整合為一體的氣-油分離器60包括用于連接至第一通風管的入口 61、用于連接至曲軸箱的出口 62、以及收集油并且將油通過放油口 64返回至曲軸箱的多個內部擋板63。密封壁65將氣油分離器60分成由雙作用閥66可選擇性連通的兩個單獨的室。雙作用閥66包括在密封壁65中的大開口 68，開口 68被構造成在漏氣從曲軸箱流出期間提供大的流量。活動板68被布置以覆蓋開口 67且具有與開口 60對準的更小孔口 69，孔口 69被構造成在進入曲軸箱的方向中提供用于新鮮空氣流動的更小流量。通過緊固銷將活動板68在樞軸點處連接至密封壁65。活動板68可優選的包括由金屬板或其它材料形成的平板彈簧，該平板彈簧自然返回至如圖4示出的抵靠開口 67的平板構造。
[0024]圖5示出的PCV旁路的實施例包括止回閥70。閥體71包括具有閥座73的開口72，開口72用于接收柱塞74，柱塞74通常通過彈簧75抵靠閥座73設置。在增壓狀態期間，由箭頭76指示的反向PCV流將柱塞74從閥座73提升以提供用于向曲軸箱中供給新鮮空氣的期望流量。例如，閥體71適于用作連接在通風管中的分離裝置或用作與連接器一起形成的一體式
目.ο
【主權項】
1.一種車輛，包括: 內燃發動機，所述內燃發動機具有通過進氣管接收新鮮空氣的進氣歧管，其中，所述發動機包括曲軸箱； 渦輪增壓器，所述渦輪增壓器具有壓縮機，所述壓縮機具有連接至所述進氣管的入口和連接至所述進氣歧管的出口，所述發動機和所述渦輪增壓器具有怠速狀態和增壓狀態；在所述曲軸箱和所述進氣管之間連通的第一通風管；以及在所述曲軸箱和所述進氣歧管之間連通的第二通風管； 與所述第二通風管連通的PCV閥，在所述怠速狀態中所述PCV閥響應于所述進氣歧管中的真空壓力以允許空氣從所述曲軸箱流動至所述進氣歧管； 與所述第一通風管連通的限制件，所述限制件被構造成在所述怠速狀態中限制通過所述第一通風管進入所述曲軸箱的新鮮空氣的流量； PCV旁路，所述PCV旁路被構造成在所述增壓狀態中允許單向氣流通過所述第二通風管繞過所述PCV閥進入所述曲軸箱；以及 與所述第一通風管連通的泄壓閥，所述泄壓閥被構造成當所述曲軸箱中的壓力超過閾值壓力時在所述增壓狀態中繞開所述限制件。2.根據權利要求1所述的車輛，進一步包括: 與所述第二通風管連通的拉動式分離器；以及 與所述第一通風管連通的推動式分離器；其中，所述PCV旁路被構造成在所述增壓狀態中繞開所述PCV閥和所述拉動式分離器二者。3.根據權利要求1所述的車輛，其中，所述PCV旁路包括止回閥。4.一種用于具有渦輪增壓器的內燃發動機的曲軸箱的通風系統，包括: 相互配合以在怠速狀態下清除曲軸箱氣體以及保持曲軸箱真空的PCV閥和新鮮空氣限制件；以及相互配合以在增壓狀態下清除曲軸箱氣體以及限制正曲軸箱壓力的PCV旁路和泄壓閥。5.根據權利要求4所述的通風系統，進一步包括:將所述限制件和所述泄壓閥連接至所述渦輪增壓器的新鮮空氣入口的第一通風管；以及 將所述PCV閥和所述PCV旁路連接至所述發動機的進氣歧管的第二通風管。6.根據權利要求5所述的通風系統，進一步包括: 與所述第二通風管連通的拉動式分離器；以及 與所述第一通風管連通的推動式分離器； 其中，所述PCV旁路被構造成繞開所述PCV閥和所述拉動式分離器二者。7.根據權利要求4所述的通風系統，其中，所述PCV旁路包括止回閥。
【文檔編號】F01M13/02GK106065798SQ201610258588
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年4月22日 公開號201610258588.X, CN 106065798 A, CN 106065798A, CN 201610258588, CN-A-106065798, CN106065798 A, CN106065798A, CN201610258588, CN201610258588.X
【發明人】亞當·M·克里斯汀, 克里斯多夫·W·紐曼, 凱瑟琳·簡·蘭德爾
【申請人】福特環球技術公司