专利名称：内燃机和用于运行内燃机的方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，其包括曲轴箱、气缸盖、用于为该内燃机提供新鲜空气的空气导管和一个用于曲轴箱窜气的通风装置，该通风装置由通风导管、机油分离器和止回阀构成，其中，沿流动方向在空气导管中布置有至少一个空气过滤器、节气门和空气冷却器，并且空气导管在上游与环境空气连通，在下游与气缸盖连通，并且通风导管在上游与曲轴箱连通，在下游与空气导管连接。此外，本发明涉及一种用于运行内燃机的方法，其中，从曲轴箱中流出的曲轴箱窜气经过机油分离器，在空气导管中与新鲜空气混合并且通过该空气导管再输送至内燃机。
背景技术：
在内燃机，尤其是往复式活塞发动机运行时，气体从燃烧室经过位于活塞或活塞环与气缸之间的区域进入曲轴箱。这种气体被称为曲轴箱窜气(Blowby-Gas)。由于与发动机负载有关的曲轴箱窜气量和活塞的平移运动，在活塞下方的空间内，即在曲轴箱内形成与转速有关的过压。因为曲轴箱通过用于机油回流、曲轴箱通风的通道和必要时存在的链式井道(Kettenschacht)与气缸盖和气缸盖罩连通，所以过压也在这些部位处存在于发动机内部。除了未燃烧的燃料成分，曲轴箱窜气还包括各种排放物质，如废气，并且在曲轴箱中与机油混合，机油在曲轴箱中还以油雾的形式存在。在发动机制造的初期，通过将由机油和曲轴箱窜气组成的混合物未经处理地排入大气中来为内燃机通风。由于曲轴箱窜气的有害成分和由此产生的法律规定，长期以来使用受控的、封闭的通风装置。在这些也称为曲轴箱强制通风装置(PCV)的通风装置中，将曲轴箱窜气导入进气系统的空气导管中并且由此输送给发动机。以此方式可以确保内燃机的壳体中几乎不存在过压。通过扫气空气管路附加地为曲轴箱输送新鲜空气，即所谓的扫气。 扫气吸收了曲轴箱窜气中含有的水蒸气和燃料蒸气并且将其持续地导引出曲轴箱。所述类型的通风装置在专利文献DE 10 2008 018 771 Al中已知。该专利文献示出了一种通过机油分离器和通风导管与空气导管连接的曲轴箱。用于通风装置的机油分离器由DE 101 05 555 Al和DE 199 37 033 Al已知。这些专利文献示出了一种通风装置， 其中，机油分离器布置在通风导管中。若在进气段中设有废气-涡轮增压器，则窜气也有可能从该废气-涡轮增压器中泄露出来而进入空气导管。尽管在通风导管中布置有机油分离器，但输送给内燃机的由新鲜空气和曲轴箱窜气组成的混合空气还是含有机油。所述机油一方面是经过了机油分离器的机油，另一方面设置在空气导管中的废气-涡轮增压器也将机油带入进气段。对于后者来说，机油的来源通常是废气-涡轮增压器的轴承。空气导管中机油的一部分积聚在空气导管的表面上，另一部分被运送到内燃机的燃烧室中并且在该处一同燃烧。这样内燃机的机油循环就不再可用。根据行驶状况，由燃烧引起的机油消耗量也有所变化。此外，有多少机油进入燃烧室并且影响燃烧是不可控制的。
发明内容
在这种背景下，本发明所要解决的技术问题在于，这样设计一种开头所述类型的内燃机和用于运行内燃机的方法，使得可将积聚的机油从空气导管中去除并且减少机油的消耗。该技术问题按本发明通过一种内燃机解决，其包括曲轴箱、气缸盖、用于为该内燃机提供新鲜空气的空气导管和一个用于曲轴箱窜气的通风装置，该通风装置由通风导管、 机油分离器和止回阀构成，其中，沿流动方向在所述空气导管中布置有至少一个空气过滤器、节气门和空气冷却器，并且所述空气导管在上游与环境空气连通，在下游与所述气缸盖中的燃烧室连通，并且所述通风导管在上游与所述曲轴箱连通，在下游与所述空气导管连接，按照本发明，在所述空气导管中布置有用于机油和/或冷凝液的收集装置。按本发明设计一种内燃机，其中，在空气导管中布置有一个收集装置。由此可以将沉积在整个空气导管内表面上的机油汇集到一起并且使油膜具有较小的表面积。油膜表面积的减小使较少的机油进入燃烧室。因为机油会在燃烧室中燃烧，所以由此可以减少机油的消耗。有利的是，收集装置在其所处环境中设计为空气导管在大地测量学上最低的点和 /或与该空气导管一体地设计。这样的点优选位于集成在空气导管中的空气冷却器之前。 因此有利的是，回路在所述空气冷却器与节气门之间与所述空气导管连接。空气冷却器具有较大的表面积并且这在结构上形成最大的缓冲容积。因此，大部分的机油沉积在空气冷却器中，这些机油随即汇集到在大地测量学上布置在空气冷却器下方的收集装置中。收集装置的一种有利实施形式是，该收集装置设计为空气导管的成型部和/或横断面扩大部。若内燃机设计带有废气-涡轮增压器，则经过节气门的气体混合物具有约140°C 的温度，在该温度下挥发性的成分如水或燃料溶解在空气中。而机油反之沉积在空气导管的内表面上并且汇集到收集装置中。与此相关地有利的是，空气导管和/或收集装置通过一条回路与曲轴箱、机油分离器、油底壳或通风导管连接。由此可以将集中在收集装置中的机油从空气导管导入油底壳中并且因此导回机油回路中。由此可以降低内燃机的机油消耗量。通过收集装置和回路还可以将冷凝液导出空气导管。有利的是，在回路中设置一个单向阀。该单向阀优选布置在收集装置上，尤其是布置在收集装置和回路之间。通过设计为止回阀的单向阀，可以在废气-涡轮增压器运行时关闭回路并且由此断开曲轴箱和空气导管之间的连接。这样防止了空气导管中的过压在曲轴箱中产生过压。在内燃机停机或曲轴箱和空气导管之间达到压力平衡时，单向阀打开，机油从收集装置流入油底壳中并且由此再回到机油循环中。在无增压运转中，即在空气导管中处于低压状态时，单向阀是可通过的。曲轴箱窜气由此进入空气导管中。这用于在低负荷行驶方式下用新鲜空气对曲轴箱和内燃机与该曲轴箱连接的部分进行扫气(清洗)。由于曲轴箱窜气从曲轴箱中流出，在曲轴箱中形成低压，新鲜空气由此自由地随之流入，其吸收不期望的机油成分并且与曲轴箱窜气共同输出。有利的是，单向阀布置在收集装置在大地测量学上的最低部位处。积累在空气导管中的机油量与内燃机的运行状况有关。因此，收集装置在不连续的排空时也用作储存容积。有利的是内燃机的一种扩展设计，其中，在收集装置中围绕着通向单向阀的入口设有凸缘。该凸缘防止比机油重的其它成分返回油底壳中。所述技术问题还通过一种用于运行内燃机的方法解决，其中，从曲轴箱中流出的曲轴箱窜气经过机油分离器，在空气导管中与新鲜空气混合并且通过该空气导管输送至该内燃机的燃烧室，按照本发明，在与曲轴箱窜气混合的新鲜空气进入内燃机的燃烧室之前， 从该与曲轴箱窜气混合的新鲜空气中分离出机油。由此可以使更少的机油在燃烧室中燃烧并且这样减少机油的消耗。在此有利的是，将空气导管中的机油收集在收集装置中。有利的是，在内燃机停机和/或在空气导管中的压力低于极限值时，打开单向阀， 并且将位于所述空气导管中和/或收集在所述收集装置中的机油通过回路导引回油底壳中。由此机油又能供机油循环使用。此外，由此也不会在空气导管中再出现混合气形成的差错。有利的是，在空气导管中的压力超过极限值时关闭所述单向阀。由此确保在废气-涡轮增压器运行时增压的空气不会从空气导管流入曲轴箱中并且对该曲轴箱施压。一种有利的扩展设计是，在内燃机处于低负荷运行点时，曲轴箱窜气经由回路和打开的单向阀导入所述空气导管中。由此可以用新鲜空气对曲轴箱进行扫气。
本发明可有多种实施形式。为进一步阐述本发明的基本原理，在附图示出并且在以下描述了其中的一些实施形式。在附图中图1是按第一种设计变型方案的内燃机的示意图，该内燃机带有用于曲轴箱窜气的通风装置和具有废气-涡轮增压器的、用于为内燃机提供新鲜空气的空气导管；图2是按第二种设计变型方案的内燃机的示意图，该内燃机带有用于曲轴箱窜气的通风装置和用于为内燃机提供新鲜空气的空气导管；图3是空气导管的一个区段、空气冷却器和带有单向阀的用于机油的收集装置的示意图；图4是单向阀的一种实施形式的剖视图。
具体实施例方式图1示出了一种内燃机1，其具有油底壳31、曲轴箱2、气缸盖3、燃烧室13和气缸盖罩32。设置在气缸盖3中的燃烧室13通过一个用于为内燃机提供新鲜空气的空气导管4与环境空气12连通。沿流动方向在空气导管4中设置有空气过滤器9、废气-涡轮增压器观、节气门10和空气冷却器11。与废气-涡轮增压器观并联地设有一个分流空气阀 (Schubumluftventil) 300在该实施形式的一种此处未示出的可选方案中，废气-涡轮增压器观不具有旁路。
内燃机1还具有一个用于曲轴箱窜气的通风装置5。该通风装置5由通风导管6、 机油分离器7和止回阀8组成。通风导管6在上游与曲轴箱2连接，在下游与空气导管4 连接。在机油分离器7内从曲轴箱窜气中分离出来的机油经由出口 33导引回曲轴箱2和 /或油底壳31。按照本发明，在空气导管4内，在节气门10与空气冷却器11之间设有一个收集装置14。存在于与曲轴箱窜气混合的新鲜空气中的机油在进入燃烧室13之前沉积在空气导管4和/或空气冷却器11的内表面上并且汇集到收集装置14中。为此，收集装置14设计为空气导管4在大地测量学上的最低点。收集在收集装置14中的机油通过回路15流入机油分离器7中并且从该机油分离器7通过出口 33导引回油底壳31。在回路15和收集装置14之间设有一个单向阀16。在内燃机1停机和/或在空气导管4中的压力低于极限值时，打开单向阀16。空气导管4中和/或收集装置14中的机油随即通过回路15导引回机油循环中。在内燃机1处于低负荷运行点时，曲轴箱窜气经由回路15和打开的单向阀16 导入空气导管4中。可通过一个扫气导管四为内燃机1的壳体输送新鲜空气。在空气导管4内的压力超过极限值时，尤其在废气-涡轮增压器观运行时，单向阀16关闭。图2示出图1描述的内燃机1的一种在空气导管4中不具有废气-涡轮增压器的设计变型方案。此外，在空气导管4中不具有废气-涡轮增压器的设计变型方案可以进一步具有其他可选实施形式，例如，在空气导管4中没有设置空气冷却器或该空气冷却器在空气导管4中由一个进气管代替。图1和图2示出了内燃机1的称为曲轴箱强制通风装置(PCV)的通风装置5，该通风装置设计为分流式PCV。在此，可以根据内燃机1的运行状态使曲轴箱窜气通过通风导管6或回路15流向空气导管4。在此考虑内燃机1的压力状况，以便尽可能好地为曲轴箱2通风。此外，本发明可以使用在设计为全流式PCV的通风装置5中。在一个此处未示出的全流式PCV中只有一个将曲轴箱窜气引向空气导管4的通道。那么这条通道要么如通风导管6那样在节气门10之前与空气导管4连接，要么如回路15那样在节气门10之后与空气导管4连接。图3示出了空气导管4中的收集装置14。收集装置14形成了空气导管4在大地测量学上的最低点并且与空气导管4的一个区段一体地设计。空气导管4还设计为用于空气冷却器11的容纳腔17。空气导管4具有一个用于将该空气导管4与图1所示的气缸盖 3连接的接口 18和一个用于将该空气导管4与图1所示的节气门10连接的接口 19。与曲轴箱窜气混合的新鲜空气经由接口 19通过收集装置14流入空气冷却器11。通过收集装置14中的流动转向，夹带的机油沉积在空气导管4的内壁上。在空气冷却器11中对空气流进行强烈的缓冲，这致使机油基本上沉积在空气冷却器11的壁上。沉积的机油汇集到大地测量学上的最低点处(收集装置14)。在此设置有回路15，通过该回路将机油导出收集装置14并且再输送到机油循环中。在回路15和收集装置14之间设有单向阀16。单向阀 16的一种实施形式可以是一个弹簧加载的止回阀。图4示出设计为带有弹性阀盘沈的止回阀的单向阀16。阀盘沈布置在两个直径不同的同心支承元件25上。此外，单向阀16由基础元件21和阀盖23组成。阀盖23具有开口 27，该开口连接阀腔与收集装置14的空腔。阀盖23的棱边相对于空气冷却器壳体17 突出地构造并且构成凸缘34或者翻领34。该凸缘34防止比机油重的成分进入单向阀16。基础元件21具有用于图1至图3中所示回路15的接口 20。箭头22示出曲轴箱窜气在内燃机1无增压运转中的流动方向。箭头M示出从收集装置14流回机油循环中的机油的流动方向。
权利要求
1.一种内燃机(1)，包括曲轴箱O)、气缸盖(3)、用于为该内燃机(1)提供新鲜空气的空气导管(4)和用于曲轴箱窜气的通风装置(5)，该通风装置(5)由通风导管(6)、机油分离器(7)和止回阀(8)构成，其中，沿流动方向在所述空气导管(4)中布置有至少一个空气过滤器(9)、节气门(10)和空气冷却器(11)，并且所述空气导管(4)在上游与环境空气(12)连通，在下游与所述气缸盖(3)中的燃烧室(1 连通，并且所述通风导管(6)在上游与所述曲轴箱(2)连通，在下游与所述空气导管(4)连接，其特征在于，在所述空气导管(4) 中布置有用于机油和/或冷凝液的收集装置(14)。
2.按权利要求1所述的内燃机(1)，其特征在于，所述收集装置(14)在其所处环境中设计为所述空气导管(4)在大地测量学上最低的点和/或与该空气导管(4) 一体地设计。
3.按权利要求1或2所述的内燃机(1)，其特征在于，所述空气导管(4)和/或所述收集装置(14)通过回路(1 与所述曲轴箱O)、机油分离器(7)或通风导管(6)连接。
4.按权利要求1至3之一所述的内燃机(1)，其特征在于，在所述回路(1 中设有一个单向阀(16)。
5.按权利要求1至4之一所述的内燃机(1)，其特征在于，所述回路(15)在所述空气冷却器(11)与节气门(10)之间与所述空气导管(4)连接。
6.一种用于运行内燃机(1)的方法，其中，从曲轴箱O)中流出的曲轴箱窜气经过机油分离器(7)，在空气导管中与新鲜空气混合并且通过该空气导管(4)输送至该内燃机(1)的燃烧室(13)，其特征在于，在所述与曲轴箱窜气混合的新鲜空气进入所述燃烧室(13)之前，从该与曲轴箱窜气混合的新鲜空气中分离出机油。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述空气导管(4)中的机油收集在收集装置(14)中。
8.按权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在内燃机⑴停机和/或空气导管⑷ 中的压力低于极限值时，打开单向阀(16)，并且将位于所述空气导管(4)中和/或收集在所述收集装置(14)中的机油通过回路(15)导引回机油循环中。
9.按权利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，在空气导管(4)中的压力超过极限值时关闭所述单向阀(16)。
10.按权利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，在所述内燃机处于低负荷点时，曲轴箱窜气经由回路(15)和打开的单向阀(16)导入所述空气导管⑷中。
全文摘要
本发明涉及一种内燃机(1)，其带有用于为该内燃机(1)提供新鲜空气的空气导管(4)和一个用于曲轴箱窜气的通风装置(5)，其中，在该空气导管(4)中布置有用于收集空气导管(4)中机油的收集装置(14)。本发明还涉及一种用于运行内燃机(1)的方法，其中，在与曲轴箱窜气混合的新鲜空气进入内燃机(1)的燃烧室(13)之前，从该与曲轴箱窜气混合的新鲜空气中分离出机油。
文档编号F02M35/104GK102330586SQ20111016144
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月16日 优先权日2010年6月17日
发明者克里斯琴.莫尔, 汉斯.本尼克 申请人:大众汽车有限公司