用于去除发动机油中的水和燃料污染物的吸附性结构的制作方法

专利名称：用于去除发动机油中的水和燃料污染物的吸附性结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从机动车内燃发动机中循环的润滑油临时吸附水和燃料污染物的装置和方法。更具体地，本发明涉及使用适当定位的晶体颗粒材料来从相对冷的发动机油吸附这种污染物以延长油寿命并使得发动机部件的潜在腐蚀性损害最小化。所述污染物随后在发动机操作且油相对热时从油释放以便从发动机去除。
背景技术：
柴油、汽油和酒精燃料内燃发动机在机动车辆和如电动机-发电机的固定应用中具有广泛应用。许多这种发动机使用烃基润滑油系统，其中，油在发动机操作期间从下面的贮存器向上泵送经过活塞、气缸壁、进气和排气阀、发动机构和操作发动机的其它部件，且被往回抽吸通过曲轴箱并进入油盘或槽。循环油被泵送通过油过滤器，以便去除通过燃烧过程或者发动机部件磨损引入油中的固体。但是，水和未燃或部分燃烧燃料成分(例如，低分子量烃和/或酒精)也引入循环油。这些液态和气态材料不能通过油过滤器去除且可能减少油的有用寿命并具有引起发动机表面腐蚀的可能性。这种发动机还可以具有曲轴箱强制通风(PCV)系统，其使用发动机空气进气系统来将空气在油贮存器上方循环通过曲轴箱，以将气体和蒸汽从油中清除出曲轴箱。这些曲轴箱气体和蒸汽引入PCV空气流，且首先被传送到发动机空气入口歧管且然后进入发动机气缸，其中，它们可以被消耗且从发动机排出。因而，在发动机操作中，燃烧产物和未燃燃料(水、酒精、小烃)的一些部分与循环发动机油混合。当发动机已经操作足够长时间以使循环油达到例如大约100°c的温度时，这些污染物汽化且从油和曲轴箱连续地去除。但是，在短期车辆使用期间，发动机并没有运行足够长时间以将油加热至足以将这种污染物排出到PCV系统中的温度。水或酒精或燃料物质保留在油中，其中，它们可能腐蚀发动机部件。这种低发动机油温度在第一次启动发动机(S卩，还没有运行一定时间段)时通常遇至IJ，但是当然，在大多数发动机操作模式下，该低发动机油温度状况是临时的。随着连续发动机操作，油温度将升高；污染物将基本上汽化，积聚在曲轴箱中，且通过PCV系统扫除。然而，在一些情况和应用中，发动机可能零星地操作仅仅短时间段，从而导致持续低的油温度。该状况可能在例如重复用于不频繁短行程的车辆或者在混合动力电动车辆 (其中，用于给蓄电池充电的辅助发动机仅仅偶尔使用)中遇到。在这些状况下，冷凝污染物可能保留在发动机油中一定显著时间段且造成提前油降级。因而，需要管理油中的水、酒精和低分子量烃的浓度的改进方法，尤其是在低发动机油温度下。

发明内容
在机动车辆的发动机中，污染物可通过“漏气”弓丨入循环润滑油中，其中，发动机气缸中的气态燃烧产物和未燃燃料蒸汽的一部分在高燃烧压力下被驱动到活塞环和气缸壁之间且进入曲轴箱。在大约100°C的稳态发动机油温度下，这些污染物保持为气体和蒸汽且通过曲轴箱强制通风(PCV)系统从曲轴箱去除，PCV系统几乎连续地循环环境空气以冲洗曲轴箱蒸汽。 在低发动机油温度下，这些污染物中的一些可能冷凝且保留在发动机润滑油中并造成油寿命减少和发动机的损害。这些冷凝漏气污染物包括比润滑油中存在的烃和添加剂显著更低分子量的分子，因而具有较小分子大小。根据本发明的实施例，这种相对小的污染物分子可通过微孔晶体固体从油中选择性地吸附，例如沸石，其可具有或者可形成为具有纳米大小的孔，具有可预测和一致尺寸。这种吸附性沸石颗粒的合适体积可以例如置于油循环路径中或者油贮存器中，使得油与吸附性颗粒接触。沸石可从相对冷的油吸附并临时去除水、酒精或烃燃料，从而这种冷凝污染物不循环经过发动机表面。随后，当油通过发动机操作合适地加热时，污染物从吸附剂颗粒材料解吸到较热油中且污染物然后汽化并通过发动机PCV系统的正常操作从发动机去除。 沸石是自然发生但更通常是合成的晶体微孔硅酸铝。这些微孔材料可以基于大小来区分分子，小分子可以进入且吸附在孔中，而大分子(分子大小超过孔尺寸的那些)将被拒绝进入。基于大小来区分分子的该能力可用于区分发动机油中可见的长链烃及高分子量添加剂与污染物分子，所述污染物分子通常小且包括水、乙醇、甲醇和主要具有小于七个碳原子的烃。有利地，被吸附分子在升高温度下可解吸。因而，具有合适孔径大小的沸石，在沉浸到或者与低温(例如，20°c)油接触时可吸附油中的冷凝污染物中的基本上全部或大部分。随着油温度增加，污染物吸附变得较为不利且一些污染物可解吸以再次结合到油中。随着油温度继续增加，将发生进一步的污染物解吸，污染物的蒸汽压力将增加且污染物气体和蒸汽将积聚在曲轴箱中，在曲轴箱，它们可以通过PCV系统永久性去除。因而，沸石和PCV系统协作以使得冷凝漏气污染物的任何有害影响最小化。在低油温度下，沸石通过在其微孔内吸附污染物而起作用将冷凝污染物与油分离。随着温度增力口，沸石将从微孔解吸污染物且将污染物释放回到油中，但是增加的油温度将促使这些污染物的更大量汽化，从而它们可通过PCV系统去除。在本发明的一个实施例中，可以采用最适合吸附水的沸石颗粒。除了特定微孔大小之外，这种沸石颗粒可展现亲水表面化学性质。这种亲水化学性质可通过选择沸石中二氧化硅与氧化铝的比率来引入；二氧化硅与氧化铝的比率优选小于10且更优选在1和3之间将导致沸石颗粒是亲水的。在第二实施例中，可采用多层沸石颗粒，具有由第二沸石成分的外层或涂层覆盖和环绕的第一成分内部体积。颗粒的沸石外层将是非极性的，且仅仅基于分子大小来区分分子。通常合适的沸石成分是具有高二氧化硅与氧化铝比率的那些，通常大于10且优选在从50至100的范围内。这些包括适合于接纳一直到C7烯烃和C6 Π-烯烃的低分子量烃燃料组分以及甲醇、乙醇和水的孔径。多层沸石颗粒的内部沸石体积可以具有用于极性污染物(例如，水、甲醇和乙醇) 的特定亲和性。因而，所有污染物将接纳在多层颗粒的外层中，但是极性分子将被吸入每个颗粒的内层，留下非极性分子占据外层。如前文所述，在具有低二氧化硅与氧化铝比率的沸石中观察到强的亲水属性，通常比率小于大约10且优选比率在从1至3的范围内。这种多层配置具有确保所有级别污染物都隔离在多层结构中的益处，从而使得任何一个污染物级别被不平衡吸附的可能性最小化。合成沸石通过制备为小晶体沉淀物，通常通过溶胶凝胶(sol-gel)过程。但是独立沉淀物可使用合适粘合剂聚集以形成具有基本一致大小(例如，大约1毫米左右)的便于处理的颗粒。在第一和第二实施例两者中，都优选进一步聚集颗粒以避免将可能研磨颗粒引入车辆油循环系统。因而，借助于粘合剂材料，颗粒可以粘合在一起以形成微孔沸石颗粒的大孔隙结构，使得润滑油能够容易进入所述结构，从而将油暴露于微孔沸石颗粒的大表面面积以促进油和沸石结构之间的大范围相互作用。大孔隙结构可以承载在合适容器中，以置于油回路中的任何便利位置，从而油可以进入容器且与吸附性颗粒接触。该结构旨在吸附和存储在低温操作时间段期间产生的污染物，直到油接下来经受更高温度。因而，多层沸石颗粒的大孔隙结构可以依据包装约束适当地定尺寸，以接纳在高油温度事件之间产生的污染物。例如，所述结构可沉浸在油盘中， 可能紧固到油吸取管，或者位于油循环路径的其它地方，包括例如包含在油过滤器中，只要其位于过滤介质的下游即可，使得其可能不会被油中的颗粒堵塞。在该实施例中，污染物从大孔隙多层沸石颗粒结构的吸附和释放仅仅取决于该结构的温度或者油温度(由于该结构沉浸在油中且与油亲密热接触)。在任何温度下，污染物的总浓度将在多孔结构和油之间划分，比例由污染物吸附的平衡常数及其在油和该结构中的相对浓度决定。在低温下，平衡强烈利于污染物吸附。在高温下，平衡利于所吸附污染物中的至少一些的解吸，且油中的污染物浓度将增加。然而，在升高温度下，油中的任何污染物将具有足以在曲轴箱中汽化且由PCV系统从曲轴箱带走的蒸汽压力。由于PCV系统提供去除污染物的机构，因而热油中的污染物浓度不可能与多孔结构实现平衡，且多孔结构将继续解吸污染物。因而，随着时间的经过，仅仅多孔结构的吸附容量在低和高温下的适度差异将使油污染物浓度为可接受的低水平。在本发明的另一个实施例中，大孔隙多层沸石颗粒结构可以呈现为部分悬浮的， 从而其可以仅仅部分地沉浸在油盘的油贮存器中，悬浮结构的一部分向上延伸到曲轴箱中。这可以例如通过适当添加浮力室到该结构中来实现。延伸到曲轴箱中的部分将与曲轴箱中的循环气体流直接接触。在该配置中，由于大孔隙结构和冷油之间的接触，发生吸附。然而，解吸可通过两个途经发生；第一，通过将大孔隙结构中的沉浸部分中的污染物解吸到热油中，其中，如前文所述，其将汽化且释放到曲轴箱中；第二途经是通过将来自于延伸到曲轴箱中的大孔隙结构部分的污染物直接解吸到曲轴箱中。在该实施例的另外方面，延伸到曲轴箱中的大孔隙多层沸石结构部分可包含内部加热器。加热器可用于加热大孔隙结构的至少一部分，以促进污染物解吸到曲轴箱中，甚至在油-大孔隙结构平衡将利于吸附时的低油温下也是如此。加热器将由控制器响应于油或发动机温度的传感器测量值操作，其将仅仅在油温小于阈值时操作加热器。在温度大于阈值时，例如高于大约80°C，大孔隙结构可以通过已加热油来加热，如第一实施例中那样。在本发明的又一方面，悬浮大孔隙多层沸石结构可以支撑在中空结构上，如包含在油盘中的柱。在这方面，加热器可以位于中空结构中，且不与油接触，而借助于通过中空结构的壁的传导来与大孔隙结构热连通。同样，加热器将仅仅在低油温下操作，且在油达到其阈值时关闭。方案1. 一种用于从内燃发动机的润滑油可逆地吸附水和燃料分子的大孔隙结构，所述结构包括多个多层微孔颗粒，每个颗粒包括外部硅酸铝成分的外层和带有内部硅酸铝成分的内层，所述外层适合于吸附水和燃料分子两者，所述内层适合于选择性地吸附极性分子。方案2.根据方案1所述的大孔隙主体，其中，颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率小于10的二氧化硅和氧化铝。方案3.根据方案1所述的大孔隙主体，其中，颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率在1和3之间的二氧化硅和氧化铝。方案4. 一种内燃发动机，所述内燃发动机具有曲轴箱和用于循环润滑油的系统， 带有用于从循环油去除冷凝漏气污染物的系统，所述系统包括
曲轴箱强制通风系统，用于从曲轴箱去除气体和蒸汽；以及大孔隙结构，所述大孔隙结构位于油循环系统中且至少部分地沉浸在循环的润滑油中；
所述大孔隙结构包括具有至少一种硅酸铝成分的多个微孔颗粒，用于从润滑油选择性地可逆地吸附冷凝漏气污染物；
所述结构在较低温度下比在较高温度下吸附更多数量的污染物，从而在较低温度下由该结构吸附的污染物能在较高温度下释放到润滑油；以及
在较高温度下汽化以将污染物蒸汽释放到曲轴箱中，以便由曲轴箱强制通风系统去除。方案5.根据方案4所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，所述微孔颗粒是多层的，具有由外部成分的硅酸铝大致环绕的内部成分的硅酸铝。方案6.根据方案5所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，多层微孔颗粒的内部硅酸铝成分选择性地吸附极性分子。方案7.根据方案5所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，多层微孔颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率小于10的二氧化硅和氧化铝。方案8.根据方案5所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，多层微孔颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率在1和3之间的二氧化硅和氧化铝。方案9.根据方案4所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，大孔隙主体位于油循环系统的油盘中。方案10.根据方案4所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，大孔隙主体位于油循环系统的油过滤器中。方案11.根据方案4所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，大孔隙结构的至少一部分由外部加热器加热。方案12.根据方案4所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，大孔隙结构包含浮力室以致使所述主体部分地悬浮。方案13. —种使用大孔隙结构从内燃发动机的发动机润滑油循环流去除冷凝漏气污染物的方法，所述大孔隙结构包括至少一种微孔硅酸铝成分的多个颗粒，且适合于允许从发动机油可逆地吸附污染物，所述结构在较低温度下比在较高温度下吸附更多数量的污染物；所述发动机具有曲轴箱和曲轴箱强制通风系统，所述方法包括 将该结构定位在循环油流中且与循环油处于大致热和化学平衡；以及操作发动机。方案14.根据方案13所述的方法，其中，所述大孔隙结构位于发动机油盘中。方案15.根据方案13所述的方法，其中，所述大孔隙结构位于发动机油过滤器中。方案16.根据方案13所述的方法，其中，所述大孔隙结构包括加热器，所述方法还包括加热所述大孔隙结构。方案17.根据方案16所述的方法，其中，加热器由控制器响应于发动机润滑油温度控制，所述方法还包括在发动机润滑油温度小于大约80°C时，操作加热器。本发明的其它目的和优势将从该说明书中随后的优选实施例的描述显而易见。


图1示出了车辆发动机的示意性截面图，图示了 PCV系统和油循环系统的配置和操作。图2以截面图示出了代表性多层多孔晶体固体。图3以截面部分剖视图示出了位于油过滤器中的多层多孔晶体固体。图4示出了图1的发动机的油盘和曲轴箱的部分示意性截面图，图示了配置用于设置在油盘中且与(任选)外部加热器热接触的悬浮多层多孔晶体固体的配置和操作。
具体实施例方式图1以截面图示出了具有轴箱强制通风(PCV)系统的机动车发动机10的示意性部分剖视图。在PCV系统的操作中，入口空气12由空气过滤器14过滤，且进入入口歧管15。 在入口空气12与节气门板16建立的入口歧管15的限制区域接触之前，入口空气12的一部分12’分流到通气软管18中且经由气缸盖19和通道21传输到曲轴箱四中。在曲轴箱四中，入口空气12’与从燃烧室排出且通过气缸壁32和活塞36的活塞环35之间的间隙引入曲轴箱四的漏气沈混合。入口空气12’与漏气沈的混合物(显示为曲轴箱气体混合物28)在穿越通气室38且通过PCV软管42和PCV阀40之前在曲轴箱 29中循环。在通过PCV阀40之后，曲轴箱气体混合物通过在节气门板16下游的入口歧管15 的部分15’中引入的降低压力而被推动通过PCV软管42’，以便与空气流12结合。入口空气流12、曲轴箱气体混合物洲和燃料(未示出)的气体和蒸汽混合物然后传送到燃烧室38 中，其在此燃烧且燃烧产物通过排气20排出。图1还示出了容纳油30的油盘33，油盘33的表面暴露于流动的曲轴箱气体混合物28。当发动机10和油30处于低温时，漏气可包括来自于未燃燃料的烃和酒精(如甲醇和乙醇)和作为燃烧产物的水)可至少部分地冷凝。冷凝部分可结合到油中，作为溶液或者扩散物或乳液。如果车辆操作足以使得发动机和油加热到其大约100°c的正常操作温度的长时间段，那么这些冷凝液体将汽化，占据曲轴箱容积，且结合到空气流12’中以形成曲轴箱气体28，且传送出曲轴箱，如前文所述。然而，如果发动机和油未实现至少相当且优选大于这些冷凝液体的沸点的温度， 液体将保持在油中，且如果发生在低油温下的进一步车辆操作，可继续积聚。在重复低温操作之后油中的这些冷凝液体的比例可能是显著的。例如，在经受低于冷冻温度的区域中在大约240英里短行程冬天驾驶在油中可积聚高达大约18%重量的水和高达12%重量的燃料。这些污染物的延长保持对油性能和寿命可能是有害的。甚至在春天期间在这些区域中遇到的较暖和环境温度下，同样240英里进程可导致油中具有高达5%重量的水和高达 11%重量的燃料。这些冷凝污染物中的许多包括低分子量小尺寸分子，且可以使用微孔晶体固体或分子筛基于大小与发动机润滑油中可见的高分子量大尺寸分子分开。微孔晶体固体包括自然发生和合成结构两者，包括具有可预测和一致尺寸的纳米大小的通道。最常见示例是沸石。因而，这些材料能够基于大小区分分子。具有小于孔径大小的分子大小的小分子可进入孔且被吸附，而分子大小超过孔径大小的大分子将被拒绝进入。污染物的烃燃料部分将包括具有一定范围碳原子每分子的烃分子。烃分子中的一些大，且难以从油和油添加剂分子分开。然而，这些分子以低浓度存在，且定尺寸孔以接纳仅仅一直到具有7个或更少碳原子的烃，例如一直到C7烯烃和C6 η-烯烃，以在区分油和烃污染物和优化污染物去除之间实现满意的平衡。另外的区分可通过用不同表面特征将多个这种多孔晶体固体联接来实现。例如， 沸石是多孔晶体硅酸铝，包括通过共用氧原子或离子结合在一起的SiO4和AlO4四面体组合物。大多数沸石是离子的且具有对水和其它极性分子的高亲和性，但是随着二氧化硅/氧化铝比率增加，沸石可变得疏水性的。因而，多孔晶体固定可合成以“定制”其属性以便修改其孔径大小和其化学选择性。这种沸石可以通过在存在碱金属和有机模板剂(organic template)的情况下结晶二氧化硅-氧化铝而合成。该溶胶凝胶过程与其它固体(包括金属氧化物)的引入相容， 从而多层沸石固体可以通过用第一溶胶成分获得的沸石晶体结晶第二溶胶成分来形成。这些多层沸石固体然后可以例如通过烧结或通过使用粘合剂(例如，水玻璃(硅酸钠))与热处理结合来聚集，以形成大孔隙多层沸石结构。这种大孔隙多层沸石结构包括一个或多个非极性微孔层，孔大小允许所有目标分子进入，可覆盖一个或多个极性微孔层。下层极性层的孔可具有表面化学性质和大小，以选择性地吸引在覆盖的非极性孔结构的孔中容纳的极性分子中的一个或多个。所述结构不需要限于仅仅两个这种多孔晶体固体。结合附加多孔固体可能是有利的，以实现被吸收物物质之间的进一步区分。这种大孔隙多层沸石结构，如果沉浸在含有极性和非极性污染物的发动机润滑油中，可以用于临时地将冷凝污染物隔离在其多孔层中。通过借助于调节层厚度而适当地定尺寸极性和非极性层的总体孔容积，多层结构可以制成与其在润滑油中的预期浓度大致成比例地吸附污染物物质。即，如果占优污染物是极性的，那么极性微孔层将构成大部分多层多孔结构，反之亦然。图2示出了适合于完全沉浸在润滑油中的示例性大孔隙多层沸石结构50的截面。 在该示例中，采用仅仅两个多孔固体，但是，所述结构可容易地扩展成包括附加层或者在多孔固体基体中独立地嵌入多个不同这种固体。在所示示例中，非极性多层晶体固体52的外壳环绕极性多孔晶体固体M。大孔隙多层沸石结构50示出为矩形截面，但是将理解的是， 其可以根据需要定形为任何便利外部配置或截面。图1中示出了典型车辆发动机油循环系统的示意性概图。通常，容纳在油盘33中的油30由油吸取器43收集，以在油泵46的推动下如箭头45所示依次流动通过油吸取器管44和油过滤器60。除了其它发动机位置之外，在通过油过滤器60之后，油如箭头45’所示流向气缸盖和主轴承，在此之后，通过重力排出，其排出到油盘33以重复回路。例如，如果大孔隙多层沸石结构50沉浸在容纳在油盘33中的油中，那么其可以展现大致矩形方面和大小，从而允许其稳定地定位在油盘33的底部中。可选地，这种大孔隙多层沸石结构50 (图2)可以由油吸取器43 (未示出)或者由支架或其它支撑结构(未示出)支撑在油盘33 中。另一种方法可以是将大小较不规则的大孔隙多层沸石结构紧固到油吸取器管44(未示出)。又一种方法可以是将更像圆柱形的大孔隙多层沸石结构50’定位在发动机油过滤器 60的中空油返回腔中，如图1所示且更具体地如图3所示。图3所示的发动机油过滤器60通常是常规的。屋顶形盖62附连到基板65，以限定由过滤器介质68部分占据的内部容积，过滤器介质68通常具有打褶纤维结构，由穿孔圆柱形支撑件74支撑。基板65通过螺纹72与发动机本体中的带螺纹中空凸台(未示出)接合而抵靠配合发动机本体密封地紧固，在拧紧时，基板65抵靠发动机本体压缩柔性密封件 66以消除油泄漏。油作为流45进入过滤器，且在通过大孔隙多层沸石结构50’之前，被引导围绕且通过过滤器介质68和穿孔支撑件74，大孔隙多层沸石结构50’至少部分地占据内部腔室76。在其暴露于大孔隙多层沸石结构50’之后，油离开过滤器60且作为流45’再次进入发动机。从这些示例将理解，可以作出大孔隙多层沸石结构的尺寸、形状和直径的各个变型，例如，以适应增加的污染物体积或使得主体适应可选形状位置，而不偏离本发明的意图或范围。同样，使用具有可能不同成分的多个共同定位、或独立定位的大孔隙多层沸石结构也在本发明的范围内。在这些实施例中，大孔隙多层沸石结构沉浸在润滑油中。因而，大孔隙结构将通常处于油温且与油处于化学平衡。对于平衡的系统，液体污染物将根据取决于温度的平衡常数在大孔隙多层沸石结构和油之间平衡。在低温下，例如大约25°C和以下，平衡利于污染物吸附在多层沸石中；在更高升高温度，平衡较不利于吸附且一些污染物将解吸并进入油中。在低温和高温下的吸附浓度的该差异不需要大，以允许吸附污染物的几乎完全释放。油中的液体污染物试图与大孔隙多层沸石结构中的吸附污染物且还与曲轴箱中的污染物蒸汽保持平衡。但是曲轴箱蒸汽(包括污染物蒸汽)通过借助于PCV系统的操作而冲洗通过曲轴箱的环境空气连续地带走。这扰乱液体-蒸汽平衡，且引起油中的液体的进一步汽化。但是，液体的进一步汽化将减少液体中的液体污染物浓度，且扰乱大孔隙固体-油平衡。继而，这将导致污染物从大孔隙多层沸石结构进一步解吸到油中，从而所述序列步骤可以重复。在低油温下，冷凝污染物的蒸汽压力可以低。在该情况下，去除作为蒸汽的污染物的PCV系统在去除污染物方面效率低。因而，液体污染物浓度可增加。但是这些液体污染物可极大地吸附并隔离在大孔隙多层沸石结构中，仅仅由化学平衡决定的低浓度剩留在油中。在更高升高温度下，通过从大孔隙多层沸石结构累积地释放污染物到油，污染物随后在油中汽化以结合在曲轴箱气体中且通过发动机PCV系统去除，总污染物浓度能以受控方式减少。因而，多层大孔隙固体和发动机PCV系统协作以保持油中的低污染物水平，以在宽范围的发动机操作温度(代表许多不同驾驶循环)内提高油寿命。可选方法是仅仅将大孔隙多层沸石结构的一部分沉浸在油盘中的油中，且允许多层多孔固体的其余部分延伸到曲轴箱中。这将是可行的，以将大孔隙多层沸石结构简单地设置在油盘(未示出)中的支架或升高平台上以将其升高并将一部分暴露于曲轴箱。然而， 借助于这种固定配置，在油液位变化时，例如由于在车辆操作期间油的消耗或者在车辆操纵期间油盘中的油的溅洒，一致地保持大孔隙多层沸石结构的优选比例沉浸在油中可能是有挑战的。更优选方法在图4中示出，图4示出了大孔隙多层沸石结构150，大孔隙多层沸石结构150总体上类似于图2所示，且同样包括极性和非极性微孔元件(未示出)。沸石具有大约2. 2的比重，且除非被支撑，否则将沉没在油30中，油30具有大约0. 9的比重。然而， 大孔隙多层沸石结构150可以通过增加浮力室(如标识为86)或类似物而致使悬浮。当合适地定尺寸时，浮力室86可以将沸石结构150稳定地保持部分沉浸在油30中，从而沸石结构150的一部分延伸到曲轴箱中。在所示实施例中，多孔固体和浮力室具有中空圆柱体的形式，且可滑动地设置在中空柱80上，中空柱80从油盘33的下表面133几乎竖直地向上延伸。柱80用于横向地约束大孔隙沸石结构150和浮力室86，同时允许它们保持大孔隙多层沸石结构150的几乎恒定部分沉浸在油30中，甚至在油液位变化时也是如此。借助于仅仅部分沉浸在油中，大孔隙多层沸石结构150可以将一些吸附污染物直接提供给曲轴箱气体，以便由PCV系统去除。因而，在解吸期间，在传送给曲轴箱以便由PCV 系统去除之前，至少一些污染物不需要从大孔隙固体传输到油。任选地，可以采用与大孔隙多层沸石结构的通向曲轴箱的部分热接触的加热器 82，以在油温低时促进污染物汽化。在所示配置中，加热器82可以优选地设置在中空柱80 的内部，如图所示。这允许加热器82的电供应线路84在油盘和曲轴箱之外延伸。如果采用，加热器82将仅在低油温下操作。简单控制器(未示出)将响应于油或发动机温度而开关加热器。在车辆在正常油温下操作的状况下，加热器将不需要。但是，在发动机油温度低于阈值温度的状况下，加热器将促进污染物的解吸及其由PCV系统去除，以使得其在多层多孔晶体固体中的积聚最小化。回忆典型稳态油温是大约100°c，合适的阈值温度可以是大约80°c。本发明的方法和装置已经具体地参考其在机动车辆的冷气候短行程操作的应用描述。然而，将理解的是，存在发动机不频繁地或者仅短时间段地使用的其它应用，其中，本发明的实践和装置可以有利地使用。示例包括发动机功率紧急发电机和用于混合动力车辆 (特别是延长里程插电式混合动力车辆)的补充内燃发动机，其在大多数操作模式下基于蓄电池功率提供足够的里程，从而补充发动机仅仅不频繁地使用。因而，所述实施例仅仅旨在说明本发明而不是限制其范围。
权利要求
1.一种用于从内燃发动机的润滑油可逆地吸附水和燃料分子的大孔隙结构，所述结构包括多个多层微孔颗粒，每个颗粒包括外部硅酸铝成分的外层和带有内部硅酸铝成分的内层，所述外层适合于吸附水和燃料分子两者，所述内层适合于选择性地吸附极性分子。
2.根据权利要求1所述的大孔隙主体，其中，颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率小于10的二氧化硅和氧化铝。
3.根据权利要求1所述的大孔隙主体，其中，颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率在1和3之间的二氧化硅和氧化铝。
4.一种内燃发动机，所述内燃发动机具有曲轴箱和用于循环润滑油的系统，带有用于从循环油去除冷凝漏气污染物的系统，所述系统包括曲轴箱强制通风系统，用于从曲轴箱去除气体和蒸汽；以及大孔隙结构，所述大孔隙结构位于油循环系统中且至少部分地沉浸在循环的润滑油中；所述大孔隙结构包括具有至少一种硅酸铝成分的多个微孔颗粒，用于从润滑油选择性地可逆地吸附冷凝漏气污染物；所述结构在较低温度下比在较高温度下吸附更多数量的污染物，从而在较低温度下由该结构吸附的污染物能在较高温度下释放到润滑油；以及在较高温度下汽化以将污染物蒸汽释放到曲轴箱中，以便由曲轴箱强制通风系统去除。
5.根据权利要求4所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，所述微孔颗粒是多层的，具有由外部成分的硅酸铝大致环绕的内部成分的硅酸铝。
6.根据权利要求5所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，多层微孔颗粒的内部硅酸铝成分选择性地吸附极性分子。
7.根据权利要求5所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，多层微孔颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率小于10的二氧化硅和氧化铝。
8.根据权利要求5所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，多层微孔颗粒的内部成分包括二氧化硅与氧化铝的比率在1和3之间的二氧化硅和氧化铝。
9.根据权利要求4所述的循环油冷凝漏气污染物去除系统，其中，大孔隙主体位于油循环系统的油盘中。
10.一种使用大孔隙结构从内燃发动机的发动机润滑油循环流去除冷凝漏气污染物的方法，所述大孔隙结构包括至少一种微孔硅酸铝成分的多个颗粒，且适合于允许从发动机油可逆地吸附污染物，所述结构在较低温度下比在较高温度下吸附更多数量的污染物；所述发动机具有曲轴箱和曲轴箱强制通风系统，所述方法包括将该结构定位在循环油流中且与循环油处于大致热和化学平衡；以及操作发动机。
全文摘要
公开了从内燃发动机的循环发动机润滑油去除具有小分子大小的冷凝漏气污染物的装置和方法，所述内燃发动机包括机动车发动机，带有曲轴箱强制通风系统。这些可冷凝漏气污染物包括水、酒精和具有主要7个或更少碳原子的烃。包括具有微孔的硅酸铝颗粒的大孔隙结构至少部分地沉浸在循环油中。微孔定尺寸为吸附小的冷凝漏气污染物分子，但是不吸附较大油分子。颗粒可以是多层的，内层适合于吸附极性分子。吸附在较低油温下最大，且随着油温增加而减少。因而，在低温下，污染物分子可以被吸附，从油去除且临时存储在微孔中。在高温下，一些污染物将解吸且再次结合到油中。解吸污染物将随着较高温度油一起传送到发动机曲轴箱，在此它们可以汽化且由发动机曲轴箱强制通风系统去除。
文档编号B01J20/16GK102451663SQ20111033386
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者莫尔杜霍维奇 G. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司