专利名称：具有流量调节文丘里喷嘴的发动机曲轴箱强制通风系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及曲轴箱强制通风(pcv)系统，尤其涉及pcv系统中的流量调节。
背景技术：
在涉及内燃机的技术中已知使用曲轴箱强制通风(pcv)系统从曲轴箱清除曲轴箱蒸汽(包括经过活塞环泄露的未燃烧的燃料和燃烧产物、机油蒸汽以及其它存在于曲轴箱内的蒸汽)。PCV再循环曲轴箱蒸汽而代替将蒸汽排放至大气，由此减少了发动机排放物，同时还提高了发动机效率和发动冲/L寿命。通常，PCV系统利用发动机真空从发动机进气系统抽吸新鲜空气通过曲轴箱。发动机真空的水平随发动机的工况 (即，怠速、加速、匀速、减速)变化而变化。在发动机怠速或减速期间，发动机真空高，因而能够产生通过PCV系统的流率，所述流率基本处于甚至超过曲轴箱充分通风所需的流率。另一方面，在勻速或加速期 间，发动机真空度低，因此其产生比发动机真空高时低的流率。因此，通常调节通过PCV系统的流率，以在全部或者大部分工况下都提供希望的流率。传统地，在pcv系统中通常有两种普通方法来调节从曲轴箱到发动 机进气系统(如进气歧管)的流量。 一种方法是使用弹簧加载的PCV流 量控制阀，而另外一种方法则是使用简单的节流孔来代替PCV阀。弹簧 加载的PCV阀在对黄i 争阀的预定压力差(例如，曲轴箱和阀出口之间的压力差)下打开。当橫跨阀的压力差大于打开阀所需的压力差时，通过阀的流率就基本恒定。虽然弹簧加载的PCV阀在一定压力差以上可以提供大体上恒定的流率，但它比简单的节流孔成本高，并且在某些不稳定的 工作点上还可能产生噪音。另一方面，虽然简单节流孔的设计较简单并且较便宜，但是在发动机运行期间对于pcv系统中的某些压力差范围，无法提供理想的流量调节。因此，需要一种pcv系统，该pcv系统既节 省成本，又能提供通过PCV系统的流率，该流率在曲轴箱与发动坤几进气系统之间的扩展压力差范围上大致恒定。发明内容本发明提供一种用于内燃机的pcv系统，该pcv系统用文丘里喷嘴 调节流量以代替弹簧加载的pcv阀或简单的节流孔。文丘里喷嘴成本较 低并且设计上简单，同时能够在pcv系统中的压力差的大部分范围上保持大致恒定的流率。在本发明的 一 个示例性实施例中，发动机中的曲轴箱强制通风(pcv )系统包括连接至相关气缸的气缸进气系统和通向曲轴箱的被过滤空气的入口，该空气入口用于接收空气以与曲轴箱窜气以及其它曲轴 箱蒸汽(在此全部称为曲轴箱蒸汽)混合。在气缸进气系统中布置有节气门，用于控制进入相关发动机气缸的空气流量。pcv系统还包括文丘里喷嘴，该文丘里喷嘴具有入口和出口。文丘里喷嘴的入口连接至曲轴 箱，用于接收被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物。文丘里喷嘴的出口在 节气门和气缸之间承受可变进气真空压力的位置处连接至气缸进气系 统，以允许被过滤空气与曲轴箱蒸汽的混合物被吸入输送至节气门下游 的气缸的进气中。在另一个实施例中，本发明提供一种内燃机，该内燃机包括曲轴箱 和至少一个气缸。活塞可在每个气缸中往复运动，并在其中限定容积可变的燃烧室。带滤清器的气缸进气系统与每个燃烧室流体连通。在气缸 进气系统和曲轴箱之间连接有曲轴箱空气入口 ，用于将^皮过滤空气接收 到曲轴箱中以与曲轴箱蒸汽混合。在气缸进气系统中在曲轴箱空气入口 下游设有一节气门。发动机还包括文丘里喷嘴，该文丘里喷嘴具有入口 和出口。文丘里喷嘴的入口连接至曲轴箱，用于接收^l过滤空气和曲轴 箱蒸汽的混合物。文丘里喷嘴的出口在节气门和燃烧室之间连接至气缸 进气系统，以允许被过滤空气与曲轴箱蒸汽的混合物通过在节气门下游 形成的真空被吸入到进气中，该进气输送至燃烧室。文丘里喷嘴的尺寸 设计成在发动机运行的大部分真空压力范围期间可达到声波流速度，从而在大部分发动机运行范围上将pcv蒸汽流量控制在恒定的值。通过下面结合附图对本发明的特定实施例的说明，可以更全面地理 解本发明的这些和其它特征和优点。
附图1是内燃机的示意图，示出根据本发明的曲轴箱强制通风(pcv )系统；附图2是包含在本发明的PCV系统中的文丘里喷嘴剖视图；以及 附图3是对于三种尺寸的通过文丘里喷嘴的相对流量图，横轴为横 跨文丘里喷嘴的相对压降。
具体实施方式
现在详细参照附图，附图标记10总体上指示根据本发明的内燃机。 内燃机10通常包括曲轴箱12以及至少一个气缸14。每个气缸14中都 有可往复运动的活塞16,活塞16在其中限定容积可变的燃烧室18。带 滤清器的气缸进气系统20与每个燃烧室18流体连通。气缸进气系统20 通常从新鲜空气入口 22延伸至位于气缸进气口 26中的气缸进气门24。 气缸进气系统20可包括一个或多个空气滤清器28、增压器组件(未示 出)和进气歧管30。在气缸进气系统20中还设有节气门32,用于控制 到相联气缸14的进气流量。气缸进气系统20也称为进气系统。在发动机运行期间，随着进气门24的打开和关闭，新鲜空气经由 气缸进气系统2 0进入燃烧室18。新鲜进气与燃料混合以形成可燃混合 气，可燃混合气被点燃以驱动活塞16。在四冲程发动机中，在发生燃烧 的做功沖程期间， 一些燃烧产物和未燃烧的燃料经过活塞16的活塞环 和相邻的气缸14的壁窜入曲轴箱12中。经过活塞环窜出的气体通常称 为曲轴箱窜气。曲轴箱窜气和曲轴箱内的其它蒸汽(例如机油蒸汽)在 下文统称为曲轴箱蒸汽34,在附图1中以黑色箭头表示。曲轴箱的内部强制通风是延长发动机机油的使用寿命和防止受控 制空气污染物从发动机排出所必须的。为了管理曲轴箱蒸汽34,发动机 IO使用曲轴箱强制通风(PCV)系统36。 PCV系统36包括曲轴箱空气入 口 38,该曲轴箱空气入口在节气门32的上游连接在气缸进气系统20和 曲轴箱12之间。曲轴箱空气入口 38将被过滤空气40从气缸进气系统 20接收到曲轴箱12中以与曲轴箱12中的曲轴箱蒸汽"混合，所述被 过滤空气40在附图1中以白色箭头示意性表示。曲轴箱空气入口 38可包括导管42，比如管子或者软管，该导管42 从气缸进气系统20延伸至发动机10上的管接头，诸如发动片几10的气 门室盖44中的管接头或诸如凸轮室盖的其它类似相关部件中的管接头。 PCV系统36还包^舌文丘里喷嘴46,该文丘里喷嘴具有入口 48和出口 50。文丘里喷嘴的入口 48连接至曲轴箱12,用于接收被过滤通风空气和曲 轴箱蒸汽的混合物52,该混合物在附图1中以虛线箭头表示。文丘里喷 嘴的出口 50在节气门32和气缸14之间承受可变进气真空压力的位置 处连接至气缸进气系统20。这允许空气与曲轴箱蒸汽的混合物52被吸 入到气缸进气系统20中的进气中，该进气输送至气缸14。 PCV系统36 由此对曲轴箱进行通风，并将曲轴箱蒸汽34再循环到燃烧室18中，以 燃烧曲轴箱蒸汽并通过发动机的排气系统(未示出)将其排出。在特定的实施例中，文丘里喷嘴的出口 50可以连接至增压器组件 的进气口，该增压器组件连接在气缸进气系统20中。或者，如图1所 示，文丘里喷嘴出口 50可连接至气缸进气系统20中的进气歧管30。文 丘里喷嘴出口 50可通过诸如管子或软管的导管54连接至进气歧管30。 文丘里喷嘴46也可安装在发动机盖上，例如发动机10的气门室盖56 或者诸如凸轮室盖其它类似部件，被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物52 通过该文丘里喷嘴46输送至进气系统的真空部分。通常，文丘里喷嘴 46可以代替弹簧加载的PCV流量控制阀、节流孔和传统PCV系统中的其 它流量调节装置。图2示出示例性的文丘里喷嘴46的设计。文丘里喷嘴46的尺寸设 计成在其中节气门32至少部分地关闭并且存在显著进气真空的发动机 工况下提供大致恒定的流量。文丘里喷嘴46的尺寸优选地设计成在发 动机的大多数正常工况下达到足以保持曲轴箱内真空的声波流速度，由 此在大多数发动机运行范围上将PCV蒸汽流量控制在恒定的值。如附图3曲线所示，借助示例性文丘里喷嘴46,当文丘里喷嘴的出 口 50处的压力与文丘里喷嘴的入口 48处的压力的比值(x轴)等于或 小于约O. 90时，通过文丘里喷嘴的流率(y轴)大致恒定，其中文丘里 管控制了最大流量。相对于简单节流孔的设计而言这是显著的进步，该 简单节流孔在压力比等于或者小于大约0. 时开始限制流率。因此， 对于相同的压力比，文丘里喷嘴46能够为曲轴箱通风输送大得多的最 大流率，而简单节流孔则只能提供小于所述最大流率的三分之二。而且， 可在发动机大多数运行范围上保持该最大流率，该最大流率4又当P。ut/P' 压力比降低至0.90以下时才开始下降，这种情况可能发生于发动机在 节气门全开或接近全开时的运行期间。理想地配置的文丘里喷嘴可以在 达到最大流率之前达到高达0. 95的出口/入口压力比。文丘里喷嘴46直径最小的点也称为喷嘴的喉部46,其决定了通过 文丘里喷嘴46的最大稳定流率，即扼流条件。例如，在形状大致如附 图2所示的文丘里喷嘴46中，大约0. 9206 min的喉部半径产生约30升 /分钟(lpm)的最大流率，大约1. 1 835 mm的喉部半径产生约50 lpm 的最大流率，并且大约1. 3978咖的喉部半径产生约70 lpm的最大流 率。图3示出对于三种喷嘴尺寸作为喷嘴压降的函数的相对流率，相对流率是通过文丘里喷嘴的实际流率相对于通过文丘里喷嘴的最大流率。 半径为0. 9206 mm的喷嘴以线60表示，半径为1. 1 835 mm的喷嘴以线 62表示，半径为1.3978 mm的喷嘴以线64表示。从图3可以明显看出，不同尺寸喷嘴的相对流量特性几乎一样。因 此，文丘里喷嘴46的适宜尺寸和形状取决于诸如发动机10的尺寸和使 发动机曲轴箱12充分通风所需的流率之类的因素。本发明并不局限于 任何特定尺寸和形状的文丘里喷嘴。虽然已通过参考某些优选实施例说明了本发明，但应理解，在上述 发明性概念的思想和范围内可以做出许多修改。因此，本发明并不局限 于所公开的实施例，而是具有以下权利要求书所允许的全部范围。
权利要求
1.一种用于内燃机的曲轴箱强制通风系统，该系统包括发动机，其具有连接至相关气缸的气缸进气系统和通向曲轴箱的被过滤空气入口，所述空气入口用于接收空气以与曲轴箱蒸汽混合；节气门，所述节气门设置在所述气缸进气系统中，用于控制到所述相关气缸的气缸进气流量；和文丘里喷嘴，其具有入口和出口；所述文丘里喷嘴的入口连接至曲轴箱以接收被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物，并且所述文丘里喷嘴的出口在所述节气门和气缸之间承受可变进气真空压力的位置处连接至所述气缸进气系统，以允许被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物被吸入到输送至节气门下游的气缸的进气中。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述文丘里喷嘴的尺寸设计 成在当节气门至少部分地关闭并存在显著的进气真空时的发动机工况 下提供大致恒定的流量。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中当在所述文丘里喷嘴出口处 的压力与在所述文丘里喷嘴入口处的压力之比等于或小于大约0. 90时， 通过所述文丘里喷嘴的流率大致恒定。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述被过滤空气入口在所述 节气门上游与气缸进气系统连接。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中所述文丘里喷嘴出口连接至 发动机增压器组件的进气口 ，所述发动机增压器组件连接在所述气缸进 气系统中。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中文丘里喷嘴的出口连接至所 述气缸进气系统中的发动机进气歧管。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述文丘里喷嘴安装在发动 机盖中，被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物的流通过所述文丘里喷嘴输 送至所述进气系统的真空部分。
8. —种内燃才几，该内燃4几包括 曲轴箱和至少一个气缸；活塞，所述活塞可在每个气缸中往复运动并在其中限定容积可变的 燃烧室；带滤清器的气缸进气系统，该气缸进气系统与每个燃烧室流体连通；曲轴箱空气入口 ，所述曲轴箱空气入口连接在所述气缸进气系统与 所述曲轴箱之间，用于将被过滤空气接收到曲轴箱中以与曲轴箱蒸汽混 合；节气门，该节气门在所述曲轴箱空气入口下游设置在所述气缸进气 系统中；和文丘里喷嘴，其具有入口和出口，并且所述文丘里喷嘴的入口连接 至曲轴箱以接收被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物，所述文丘里喷嘴的 出口在所述节气门和燃烧室之间承受可变进气真空压力的位置处连接 至所述气缸进气系统，以允许被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物被吸入 输送至所述节气门下游的燃烧室的进气中。
9. 根据权利要求8所述的内燃机，其中所述文丘里喷嘴的尺寸设 计成在当节气门至少部分地关闭并存在显著的进气真空时的发动机工 况下提供大致恒定的流量。
10. 根据权利要求8所述的内燃机，其中当在所述文丘里喷嘴的出 口处的压力与在所述文丘里喷嘴的入口处的压力之比等于或小于大约 0. 90时，通过所述文丘里喷嘴的流率大致恒定。
11. 根据权利要求8所述的内燃机，其中所述气缸进气系统包括增 压器组件，并且所述文丘里喷嘴的出口连接至所述增压器组件的进气 c 。
12. 根据权利要求8所述的内燃机，其中所述气缸进气系统包括发 动机进气歧管，并且所述文丘里喷嘴的出口连接至所述发动机进气歧管。
13. 根据权利要求8所述的内燃机，其中所迷文丘里喷嘴安装在发 动机盖中，被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物的流通过所述文丘里喷嘴 输送至所述进气系统的真空部分。
全文摘要
本发明涉及具有流量调节文丘里喷嘴的发动机曲轴箱强制通风系统，并具体公开了一种用于内燃机的曲轴箱强制通风系统。该系统包括发动机，该发动机具有连接至相关气缸的气缸进气系统和连接至曲轴箱的被过滤空气入口，该空气入口用于接收空气以与曲轴箱蒸汽混合。在气缸进气系统中设置有节气门，该节气门用于控制到相关气缸的空气流量。该系统还包括文丘里喷嘴，该文丘里喷嘴具有入口和出口。文丘里喷嘴的入口连接至曲轴箱以接收被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物。文丘里喷嘴的出口在节气门和气缸之间承受可变进气真空压力的位置处连接至气缸进气系统，以允许被过滤空气和曲轴箱蒸汽的混合物被吸入输送至节气门下游的气缸的进气中。
文档编号F01M13/00GK101230792SQ200810003779
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月22日 优先权日2007年1月23日
发明者D·K·斯蒂尔斯, S·A·卡瓦纳, T·A·斯皮克斯 申请人:通用汽车环球科技运作公司