浮动式曲轴箱通风系统以及方法与流程

本发明总体涉及一种曲轴箱通风系统，且更具体地涉及一种用于内燃机的过滤式曲轴箱通风系统。

背景技术：

典型的内燃机通过将燃料和空气引入汽缸用以燃烧而运作。活塞在汽缸内移动以压缩用以燃烧的燃料和空气混合物。燃烧的燃料扩大汽缸中的空气体积从而产生动力。每个活塞和其中运作活塞的相应孔之间的滑动密封有助于密封压缩燃料和空气混合物，并且在体积膨胀和汽缸中压力增加时将燃料产物密封在汽缸中。然而，废气产物可泄露经过活塞密封件并进入曲轴箱的内部体积。废气产物还可通过进气或排气阀密封件、涡轮增压器冷却油流以及可能的其他源进入内部发动机空腔。这些燃料产物有时称为“泄漏气体”或“泄露”。泄漏气体包含通常在废气比如烃类(hc)、一氧化碳(co)、nox、煤烟和未燃烧或部分燃烧燃料中发现的污染物。曲轴箱中的润滑油趋向于雾化或以其他方式夹带在热泄露气体中以形成所谓的气溶胶。

曲轴箱中的泄露气体(包括夹带的润滑油)通常被过滤或以其他方式处理以在返回到发动机的进气系统或环境之前去除油。其他系统将曲轴箱排放物引导入他们接受相同程度的排放物处理的发动机废气系统，发动机废气在释放到环境之前接受处理。曲轴箱排放物被再引入发动机用于燃烧的那些系统属于封闭式曲轴箱通风(ccv)系统的类别，而在其中曲轴箱排放物被处理并释放到环境的系统通常称为开放式曲轴箱通风(ocv)系统。

例如，一些发动机(比如大型柴油机)利用强制进气来提高发动机的功率输出。这可涉及增压器或涡轮增压器。将曲轴箱排放物返回到增压器或涡轮增压器中的压缩机的进气侧可导致压缩机叶轮在相对短的时间内污损。当下游压缩机单元中的热增加时，污损在多个涡轮增压器系统中是复合的。另外，增压机或涡轮增压器下游的冷却单元会被污损。因此，曲轴箱排放物通常在返回到增压式或涡轮增压式发动机中的进气口之前被纯化。

slaughter等的美国专利申请公开no.2014/0290634a1(“slaughter”)公开了一种曲轴箱通风系统。slaughter描述了一种用于具有汽缸体的内燃机的曲轴箱通风系统，该汽缸体至少部分地限定至少一个汽缸，并包括配置成安装在对应于单个汽缸的单个汽缸盖上的阀盖且在其中形成空腔。曲轴箱通风口与阀盖相关联，且曲轴箱通气器被结合在阀盖中。

技术实现要素：

在一个方面，本发明描述了一种内燃机。内燃机包括具有第一多个开口和第二多个开口的曲轴箱，该第一多个开口沿着曲轴箱的长度以第一高度彼此对准，且第二多个开口沿着曲轴箱的长度以第二高度彼此对准。油盘连接到曲轴箱的底部。第一油分离模块具有流体连接到第一导管的至少一个第一入口壳体，和设置成在该导管和油盘之间流体连接的第一油分离过滤器。该至少一个第一入口壳体可连接到来自第一多个开口或来自第二多个开口的开口，使得用于将存在于曲轴箱中的气体从曲轴箱的内部空腔排放到至少一个第一入口壳体、第一导管并穿过所述第一油分离过滤器的流体回路被限定。

在另一方面，本发明描述了一种用于具有限定内部空腔的曲轴箱的内燃机的曲轴箱通风系统。该曲轴箱具有第一多个开口和第二多个开口。第一多个开口沿着曲轴箱的长度以第一高度彼此对准，且第二多个开口沿着曲轴箱的长度以第二高度彼此对准。该内燃机进一步包括连接到曲轴箱的底部的油盘。曲轴箱通风系统包括第一油分离模块，该第一油分离模块具有每一个都流体连接到第一导管的两个第一入口壳体，和设置成在该导管和油盘之间流体连接的第一油分离过滤器。该两个第一入口壳体可选择性地连接到来自第一多个开口或来自第二多个开口的两个邻近开口，使得用于将存在于曲轴箱中的气体从曲轴箱的内部空腔排放到两个第一入口壳体、第一导管并穿过第一油分离过滤器的流体回路被限定。

曲轴箱通风系统包括第二油分离模块，该第二油分离模块具有每一个都流体连接到第二导管的两个第二入口壳体，设置成在第二导管和油盘之间流体连接的第二油分离过滤器。该两个第二入口壳体可连接到来自第一多个开口或来自第二多个开口的两个其他邻近开口，使得用于将存在于曲轴箱中的气体从曲轴箱的内部空腔排放到两个第二入口壳体、第二导管并穿过第二油分离过滤器的附加流体回路被限定。

在又一方面，本发明描述了一种在操作期间从发动机曲轴箱排出气体的方法。该方法包括提供具有沿着汽缸排形成的第一多个开口和第二多个开口的曲轴箱，第一多个开口沿着曲轴箱的长度以第一高度彼此对准，且第二多个开口沿着曲轴箱的长度以第二高度彼此对准，该曲轴箱具有连接到曲轴箱的底部的油盘。该方法进一步包括提供第一油分离模块，该第一油分离模块具有每一个都流体连接到第一导管的两个第一入口壳体，和设置成在该导管和油盘之间流体连接的第一油分离过滤器，并将两个第一入口壳体连接到来自第一多个开口或来自第二多个开口的两个邻近开口，使得用于将存在于曲轴箱中的气体从曲轴箱的内部空腔排放到两个第一入口壳体、第一导管并穿过第一油分离过滤器的流体回路被限定。

在一个实施例中，当汽缸排具有x数目的汽缸时，第一油分离模块相对于曲轴箱以及相对于第一多个开口和第二多个开口中的每一个可连接到发动机的许多部位，该许多部位等于(x-1)个可能位置。因此，该方法还可包括从来自(2x-2)个总位置的第一和第二多个开口之间选择用于第一油分离的可能位置，使得第一油分离不干扰周围发动机结构。

附图说明

图1是根据本发明的内燃机的框图。

图2是根据本发明的ccv装置的一个实施例的透视图。

图3是根据本发明的ccv装置的另一实施例的透视图。

图4和5是根据本发明分别来自俯视图和前视图的框图。

具体实施方式

本发明涉及一种曲轴箱通风(cv)系统以及用于内燃机的方法。cv系统包括被模块化且可以在单个发动机上重复的装置以基于发动机结构性配置、额定功率等选择性地调节发动机的cv容量。根据本发明的cv系统可安装到发动机的各个部分，该发动机的各个部分与发动机的曲轴箱的内部空腔流体连通，使得cv气体的有效去除可以在运作期间有效地从发动机去除。在本文所示的实施例中，所述结构有利地将高漏气流量cv、油分离模块或“通气器”集成到结构性阀盖中和/或直接集成到发动机的曲轴箱上。如果适用，cv或油分离装置支撑下游高效油雾分离器。假定阀盖集成的油分离模块与单元汽缸盖相关联，或可选地，油分离模块被连接到汽缸盖中的开口上和/或直接连接到曲轴箱上，则所得曲轴箱通风模块可根据需要沿着发动机的长度向前或向后浮动或设置，或者在曲轴箱的顶部和与发动机的油盘的界面之间的曲轴箱上向上或向下浮动或设置，且可以容易地设置在发动机的左侧、右侧、顶部、底部，和/或发动机的任一侧或两侧上。该模块化途径还通过将附加曲轴箱通风模块添加到发动机配置而使得漏气流量递增。该系统还可通过简单地创建一个新的阀盖基座部件而适于其他单元汽缸基发动机平台。通过标准化部件与部件界面几何形状(包括阀盖集成的通气器的前部上的现有安装模式)，常见部件比如软管、安装支架、高效率油雾分离器、加热器、绝缘器在发动机平台之间变得可能。

从图1的侧视图示出了发动机100的简略图。所示发动机100具有公知的v型配置，但本发明可用于其他发动机类型，比如具有“i”型或换句话说直列式配置的发动机。此外，尽管发动机100示出为具有总共十六个汽缸(每排八个汽缸)，但具有更少或更多汽缸的发动机也适用于本发明的益处。发动机100包括容纳曲轴(未示出)的曲轴箱102。曲轴经由连杆(未示出)连接到多个活塞(未示出)。活塞可滑动地和可往复地设置在形成于汽缸外壳104中的孔中(未示出)，该汽缸外壳104可与曲轴箱一起集成于单个结构，并向曲轴提供动力用以以已知方式将有用的机械加工运动提供到发动机100的飞轮108和前平衡器106。汽缸盖110覆盖孔的顶部开放端，该孔容纳活塞以形成发动机100的多个动力汽缸111。从图1示出的透视图可看到在发动机100上的八个动力汽缸111。

汽缸盖110包括用于将燃料和空气提供到汽缸以及还用于在运作期间以传统方式从汽缸去除废气和其他副产物的阀门。空气经由进气歧管112提供到汽缸，废气从各个发动机汽缸被收集在废气收集器114中。如所示，废气收集器114连接到涡轮机116，该涡轮机操作用以向压缩机118提供动力。压缩机118是发动机100的进气系统120的一部分，其可进一步包括进气冷却器122。在发动机运作期间，压缩机118允许来自入口124的空气，并在通过进气冷却器122和进气歧管112将其提供到汽缸之前压缩该空气。

为了覆盖操作每个动力汽缸111的各个进气阀和排气阀的致动机构，发动机100包括设置成覆盖每个动力汽缸111组中的每个汽缸的阀盖126。可选地，单个阀盖可覆盖发动机排中的所有汽缸，或者直列式发动机配置中的所有发动机汽缸。发动机曲轴箱102进一步形成附加开口，该附加开口中的每一个通过盖或板密封地覆盖。在所示实施例中，曲轴箱102形成多个凸轮开口，该多个凸轮开口中的每一个通过凸轮盖128封闭，该凸轮盖为板形且围绕相应凸轮开口密封地和可释放地接合曲轴箱102的区域，以允许例如在维修期间当去除凸轮盖128时检查对应于特定动力汽缸111的凸轮圆凸的通路。

类似地，曲轴箱102形成多个曲轴开口，该多个曲轴开口中的每一个通过曲柄盖130封闭，该曲柄盖为板形且围绕相应曲柄开口密封地和可释放地接合曲轴箱102的区域，以允许例如在维修期间当去除曲柄盖130时检查对应于特定动力汽缸111的曲柄轴承和连杆的通路。曲轴箱102可形成附加开口，由于检查和其他原因，该附加开口被可拆卸盖覆盖。

在发动机100的下部，油盘132覆盖曲轴箱102的底部以密封地封闭曲轴箱102的内部体积。油盘132限定收集发动机润滑油并以已知方式用作机油箱的空腔。

发动机100可包括油分离或cv装置，该装置将曲轴箱102的内部空腔与运作期间由发动机产生的cv气体的吸收池流体互连。这些气体(通常包括废气成分和以气溶胶形式悬挂的各种大小的发动机润滑液滴)被过滤以在释放到环境、再循环回发动机空气入口之前去除尽可能多的油，或者与发动机废气混合用于处理和消除某些废气成分。在当气体释放到环境时的情况下，油分离配置称为开放式曲轴箱通风(ocv)，而在当cv气体在发动机进气口或排气口中再循环时的情况下，油分离配置称为封闭式曲轴箱通风(ccv)。

在本发明中，呈示了两个油分离模块实施例，其可以用于ocv或ccv油分离配置任一。在第一油分离实施例中，油分离模块200配置成采用曲轴箱气体运作并通过发动机阀盖126接收曲轴箱气体。油分离模块200的简略图示出在图2中。油分离模块200包括两个入口壳体202，该两个入口壳体中的每一个替代相应阀盖(例如，如图1所示的126)并连接到发动机100(图1)以替代两个邻近的阀盖126。每个入口壳体202包括具有多个紧固件206的安装凸缘204，当安装在发动机上时，该多个紧固件206接合发动机结构以将油分离模块200安装到发动机。

每个入口壳体202进一步形成环绕出口开口的出口凸缘208。帽210连接到出口凸缘208并通过紧固件212紧固到其上。用于将帽210安装到相应出口凸缘208的模式可以是对称的，使得相同帽210可以用于两个入口壳体202之间的镜像位置，如图2所示。每个帽210形成其上可以连接有出口导管216的出口孔214。通常为t形或y形的出口导管216形成两个入口开口和出口开口218，该两个入口开口中的每一个与相应出口孔214流体连接，该出口开口形成在细长导管220的端部。

在运作期间，通过活塞密封件逸出的气体可以收集在曲轴箱空腔(其以其他方式被密封)中。这些气体可向上飘到环绕汽缸阀的区域并占据发动机的阀盖内的空间。由于产生在曲轴箱中的相对较高的压力和油分离模块出口226处的相对较低的压力之间的压力差，到达入口壳体202(其为中空的)的气体可允许穿过入口壳体，更具体地，在发动机运作期间产生和收集在曲轴箱空腔内的气体趋于增加曲轴箱空腔内的压力。通过将cv气体供给到低压力区域(比如发动机空气入口)，压力差在油分离模块200两端产生，从而趋于使气体从油分离模块入口224和油分离模块出口226在那里穿过。

在所示实施例中，油分离模块结构222具有油分离模块入口224和油分离模块出口226。油分离模块结构222设置成在发动机操作期间从曲轴箱的内部空腔接收和处理通过细长导管220(其经由夹具236连接)提供的气体。可以假设为任何已知配置的油分离模块结构222包括油分离器或过滤器228，该油分离器或过滤器228流体设置在油分离模块入口224和油分离模块出口226之间且配置成去除夹带在通过油分离模块收集的曲轴箱气体流中的油滴，以通过油分离模块出口226提供过滤的气体流。从气体流冷凝或沉降的油经由油返回导管230而去除返回到发动机。

在运行期间，用于曲轴箱气体的流动路径通过油分离模块200而限定。气体经由限定在安装凸缘204内的开口进入油分离模块200。气体穿过限定在每个壳体202的主体232内的内部中空的体积，并转移到限定在每个帽210的主体234内的内部中空的体积中。帽呈漏斗形以将从其经过的气体输送到他们相应的出口孔214中。气体因此进入细长导管220并在经由油分离模块出口226提供到封闭或开放式气体吸收池任一之前穿过过滤器228，这可包括将气体释放到环境，使气体再循环入发动机的进气口，将气体与发动机废气混合等，如上所述。

用于油分离模块300的替代实施例示出在图3中。为了简明起见，通过与先前使用的相同的附图标记来表示油分离模块300的结构和特征(其与以上描述且示于图2的油分离模块200的相应结构和特征相同或类似)。油分离模块300主要相对于其在发动机100上的安装位置与油分离模块200不同(图2)。更具体地，尽管油分离模块200配置成安装在发动机100上的两个邻近阀盖126的适当位置，但油分离模块300配置成安装在曲轴箱102的侧部上的两个邻近凸轮盖128(见图1)的适当位置。油分离模块300在其他方面与油分离模块200功能相同，并使用与油分离模块200公用或可互换的许多部件。

如图3所示，油分离模块300包括两个入口壳体302，该两个入口壳体中的每一个替代相应凸轮盖128(图1)并因此连接到发动机100(图1)。每个入口壳体302包括具有多个紧固件306的安装凸缘304，当安装在发动机上时，多个紧固件306接合发动机结构以将油分离模块300安装到发动机。

还可用于油分离模块200的本实施例中的帽210包括加热器303。可以是电热元件的加热器303操作用以在发动机运作期间加热经过帽210的cv气体，且通常用以降低油(其可以在油分离模块之前或之内混凝)的粘度，以促进其因重力从过滤器228通过排水管线230排回到发动机100。此外，加热器有助于使cv气体维持在他们的露点温度之上。

工业实用性

本发明可应用于内燃机，且具体地可应用于内燃机的cv系统。本发明提供了一种浮动式曲轴箱通风系统。在本发明的上下文中，“浮动式”指的是依据发动机周围的组装封套(其可用于各种发动机应用)，朝发动机或多个发动机类型的前部、后部，或者侧部、顶部、中部或底部任一将一个或多个油分离模块安装在发动机各个部位处的能力。此外，用于油分离模块的发动机安装结构的模块化和互换性提供以并行回路配置将多于一个油分离模块安装在发动机上的灵活性，以基于应用选择性地增加发动机曲轴箱的呼吸量。

示出了发动机100上的多个油分离模块布放的简图在图4和5中示出。图4示出了发动机100的俯视图，其中呈示了各种阀盖部位402，且图5示出了发动机100的前视图以示出以不同高度将油分离模块放置到发动机上。更具体地，且参照图4和5，油分离模块200示出为连接到图4中的发动机100上的右上位置。油分离模块200占据其上连接有入口壳体202的两个阀盖部位402。如本文所示，每个入口壳体202包括有助于收集进入油分离模块200的较大油滴的网筛404。网筛404可具体化为任何已知的形式，包括但不限于，挡板、穿孔板、膨化金属介质以及其他结构。入口壳体202连接到导管220，该导管220将气体提供到过滤器228。气体管线406例如通过压缩机入口124(图1)将过滤的气体从过滤器提供到示例性示出的发动机进气系统408，且排水管线410将从通气器气体除去或分离的液态油输送到油盘132。如使用虚线所示，油分离模块200可通过占据邻近阀盖部位402假定为发动机100上的任何位置，且多于一个油分离模块可以以并行回路连接而连接到发动机，即，使每个油分离模块入口与曲轴箱的内部空腔流体连通，且使每个油分离模块出口与公用流体吸收池(比如用于示例性ccv型油分离模块的发动机的压缩机入口)或另一流体吸收池流体连通。

从发动机的前视图可以看出，在图5中，油分离模块300连接到曲轴箱102侧部的低于油分离模块200(也示于图5中)的部位。油分离模块300占据其上连接有入口壳体302(仅一个壳体可见)的两个凸轮盖128部位(如图1的侧视图所示)。如本文所示，每个入口壳体302包括有助于收集进入油分离模块300的较大油滴的网筛404。入口壳体302连接到导管220，该导管220将气体提供到过滤器228。气体管线406将过滤的气体从过滤器提供到示例性示出的发动机进气系统408，且排水管线410将从cv气体除去或分离的液态油输送到油盘132。正如油分离模块200，油分离模块300可通过占据邻近的凸轮盖128部位沿着发动机100位于任何位置，且多于一个油分离模块可以以并行回路连接而连接到发动机，即使每个油分离模块入口与曲轴箱的内部空腔流体连通，且使每个油分离模块出口与公用流体吸收池(比如用于示例性ccv型油分离系统的发动机的压缩机入口)或另一流体吸收池流体连通。

当观察其中发动机具有以两排六个汽缸布置的十二个汽缸的图4的布置时，可以看出油分离模块200可假设为沿着每个发动机排的五个可能位置中的任何一个。因此，通常对于具有沿着汽缸排布置的x个汽缸的发动机，油分离模块可假设为沿着用于阀盖和凸轮盖开口中的每一个的汽缸排的(x-1)个位置中的任何一个。例如，在图4和5中示出的其中每排具有六个汽缸的发动机100中，对于用于安装油分离模块200或油分离模块300的总共10个可能位置，则有两组五个可能位置或者(2x-2)个可能位置，其中x＝6。当考虑到发动机两侧时，有二十个可能的油分离模块安装部位，其在发动机组装设计中提供很大灵活性。此外，可设想可以使用占据单个安装部位的单个入口壳体。在这种情况下，对于本文示出的示例性发动机实施例中的总共2x个可能部位，将会有用于安装多个开口的油雾分离模块沿着发动机的x个可能部位。

将会意识到，前述描述提供了所公开系统和技术的示例。然而，可设想本发明的其他实施方式可以与前述示例在细节上不同。本发明的所有引用或其示例旨在在该处引用所讨论的特定示例，并且更一般地不旨在暗示对本发明的范围的任何限制。所有对于某些特征的区别和贬低的语言只是用来表示这些特征并不是优选的，除非另外说明，并不打算将这些特征完全排除在本发明的范围之外。

除非本文另外指出，否则本文对数值范围的叙述仅仅用作一种速记方法，分别涉及落入范围内的各单独数值，并且各单独数值包含在说明书内，如同在此个别列举一样。本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非本文另有说明或者上下文清楚地相反指示。

术语“一”和“一个”和“该”和“至少一个”以及描述本发明的上下文中(尤其在以下权利要求书的上下文中)的类似引用的使用将解释成包涵单数和复数，除非本文另有说明或上下文清楚地相反指示。随后是一个或多个项目的列表的术语“至少一个”(例如，a和b中的至少一个)将解释成意思是选自所列项目(a或b)或者所列项目(a和b)中的两个或多个的任意组合中的一个项目，除非本文另有说明或上下文清楚地相反指示。

因此，只要适用的法律允许，本发明包括附加的权利要求书中所述的主题的所有修改和等价物。此外，在其所有可能变型中的上述要素的任意组合包括在本发明中，除非本文另有说明或上下文清楚地相反指示。