用于内燃发动机的曲轴箱通风系统的制作方法

本发明涉及一种用于包括曲轴箱的内燃发动机的曲轴箱通风系统。本发明还涉及一种包括这种装置的内燃发动机。

背景技术：

当操作内燃发动机时，有必要处理经过气缸的活塞环泄漏并进入发动机的曲轴箱中的少量气体。在一些应用中，曲轴箱气体可以排放到大气中，或者作为替代方案，曲轴箱气体可以被反馈到进气歧管中，以作为空气和燃料的新鲜混合气(freshcharge)的一部分重新进入燃烧室中。

然而，在重新进入燃烧室或进入大气中之前，曲轴箱气体通常被清洁，从而允许除去悬浮在曲轴箱气体中的小颗粒、固体和/或液体。已经提出了不同类型的曲轴箱通风系统，包括：具有某种形式的过滤器构件的被动式曲轴箱通风系统，或例如具有离心分离器的主动式曲轴箱通风系统。

us7562652中公开了一种示例性的被动式曲轴箱通风系统。在us7562652中，使用疏水、疏油的隔膜作为过滤器构件，以在曲轴箱气体离开曲轴箱之前从曲轴箱气体分离出油滴。该隔膜允许空气和其他蒸汽通过，但将油滴分离出来以返回到曲轴箱，从而减少通过曲轴箱排放控制系统的油损失。

ep1532353b1中公开了一种示例性的主动式曲轴箱通风系统。在ep1532353b1中，固体和/或液体颗粒被从曲轴箱气体分离出来。该分离器具有锥形转子，该锥形转子被形成为板堆叠体(platestack)并且位于被设置于此的壳体中，其中，该锥形转子被设定为由电动机旋转。待清洁的曲轴箱气体轴向地进入壳体并在从径向内侧到径向外侧的方向上流过转子。所分离出的颗粒接触该离心分离器的壳体的周向壁的内表面，并且它们在重力的作用下从该内表面被向下引导到单独的出口。清洁后的气体沿轴向方向向上流动到设置于那里的清洁气体出口。

与主动式曲轴箱通风系统相比，被动式曲轴箱通风系统通常包括较少的活动部件，因此使得主动式曲轴箱通风系统更容易发生故障。另一方面，例如，由于污染物积聚在过滤器构件的表面处，被动式曲轴箱通风系统在某些情形中可能带来曲轴箱气体的不期望的压降(pressuredrop)。鉴于以上问题，似乎存在进一步改进为了曲轴箱气体清洁而提供的曲轴箱通风系统的空间。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，通过一种用于包括曲轴箱的内燃发动机的曲轴箱通风系统至少部分地减轻了上述问题：该系统包括第一过滤器装置，该第一过滤器装置被布置成用于清洁在发动机的操作期间产生的曲轴箱气体，其中，该系统包括用于朝着期望温度改变曲轴箱气体的温度的装置，在该期望温度下，第一过滤器装置适合于高效的清洁。

通过使曲轴箱通风系统包括温度改变装置，能够调整曲轴箱气体的温度，使得第一过滤器装置被允许在曲轴箱气体的高效清洁水平成为可能的情况下操作，其中，该温度可以针对于(targetedto)特定类型的第一过滤器装置。

优选地，第一过滤器装置包括用于清洁受污染的曲轴箱气体的过滤器元件。当第一过滤器装置包括过滤器元件并且该过滤器元件适于清洁曲轴箱气体时，例如可以调整曲轴箱气体的温度以免实现上述不期望的压降。

在一个实施例中，过滤器元件是疏油型的，优选是疏水型的，该过滤器元件被布置成阻止曲轴箱气体包含的液体污染物通过。使用这种过滤器元件的一个优点是：当考虑污染物在过滤器元件的表面处的积聚时，这种类型的过滤器元件与例如包括编织式过滤器介质的过滤器元件相比受液体污染物的影响较小。

在一个优选实施例中，该过滤器元件是膨胀疏油型的。与例如在上述us7562652中例示的“非膨胀”疏油型过滤器元件相比，使用膨胀疏油型的过滤器元件的优点在于：膨胀疏油型过滤器元件可以具体地布置成具有定制的膨胀比，这将有助于平衡曲轴箱通风系统的背压和通风要求。这是可能的，因为与非膨胀疏油型过滤器元件相比，可以为膨胀疏油型过滤器元件提供更均匀的微孔尺寸。

在一个实施例中，该膨胀疏油型过滤器元件可以布置为隔膜，例如，该隔膜由在用疏油/疏水物质处理的薄的无纺聚酯载体上浇铸的改性丙烯酸共聚物或由在用疏油/疏水物质处理的无纺聚酯载体上浇铸的改性聚醚砜聚合物制成。这种疏油/疏水物质的实例包括含氟聚合物，例如氟砜(例如聚氟砜丙烯酸酯)、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯(ptfe)，并且最优选是膨胀聚四氟乙烯(eptfe)。在一个具体实施例中，该隔膜的孔隙率至少为80％。

在一个实施例中，所述温度改变装置适合于朝着期望温度控制曲轴箱气体的温度，以优选冷却该曲轴箱气体。将曲轴箱气体冷却到基于过滤器元件的类型选择的期望温度已经证明是有利的，特别是在过滤器元件为膨胀疏油型的情况下。

可以使用主动器件和被动器件中的至少一种或其组合来提供温度控制。在一个实施例中，所述温度改变装置包括第一导管，该第一导管被布置成在第一端处连接到曲轴箱并在第二端处连接到第一过滤器装置，其中，例如，第一导管可以构造成例如使用风扇来主动冷却流过第一导管的曲轴箱气体。替代地或另外，第一导管被构造成例如通过将第一导管布置在发动机的冷侧来被动冷却流过第一导管的被污染的曲轴箱气体。

在一个实施例中，所述温度改变装置还包括控制单元和温度传感器，其中，该温度传感器电连接到控制单元并且被构造成测量曲轴箱气体的温度。该控制单元还被配置成将感测到的温度与预定阈值进行比较，并且如果感测到的温度高于该预定阈值，则产生控制信号。本实施例的优点包括能够仅在曲轴箱气体的温度已经达到预定义的温度水平(预定阈值)之后才冷却曲轴箱气体，从而还确保了曲轴箱气体的温度保持足够高，使得在例如冬季条件下发动机的操作不会由于曲轴箱气体包含的水蒸气而带来可能的结冰问题。这例如可以通过将温度改变装置布置成进一步包括热交换器来实现，该热交换器优选与发动机的冷却系统以可操作方式连接。例如，可以基于所提到的控制信号来操作/激活该热交换器。

在一个实施例中，过滤器元件被布置成具有球形形式或圆柱形形式中的至少一种，优选地，该过滤器元件的表面积为至少0.01m²，优选为至少0.015m²。利用所建议的形式和表面积，与所述温度改变装置相结合，可以实现对曲轴箱气体的增强的清洁，同时使压降保持低于期望的压降阈值。如上所述，当过滤器元件为膨胀疏油型时，它优选地被布置为隔膜。当被以球形形式或圆柱形形式布置时，该隔膜优选布置在第一过滤器装置所包括的壳体内。

在一个可能的实施例中，所述曲轴箱通风系统还包括与第一过滤器装置对应的第二过滤器装置，其中，第二过滤器装置与第一过滤器装置串联地布置，在第一过滤器装置的下游。这种实施方式的优点是能够进一步改善对曲轴箱气体的清洁，或者允许选择第一和第二过滤器装置的每一个中设有的过滤器元件以提供相对较低的压降，因为所述清洁可以在这两个过滤器装置之间分开。所公开的曲轴箱通风系统当然可能包括不止一个第二过滤器装置。

第一过滤器装置可以设置有曲轴箱气体出口，其中，第一过滤器装置的曲轴箱气体出口被连接到第二过滤器装置所包括的曲轴箱气体入口。相应地，第一过滤器装置可以构造成包括曲轴箱气体入口，该曲轴箱气体入口通常连接到如上所述的第一导管。第二过滤器装置还可以包括曲轴箱气体出口。如上所述，第一和第二过滤器装置均可以包括壳体，每个壳体包括所述气体入口和气体出口。

在一个实施例中，第一(并且还有第二)过滤器装置还包括污染物出口，该污染物出口设置在所述壳体处并且被构造成将污染物释放到发动机所包括的贮油槽。该污染物出口优选布置在所述壳体处。因此，由于污染物通常包括来自发动机的油滴，因此它们被允许重新进入发动机中。

在一个可能的实施例中，所述曲轴箱通风系统被构造成使曲轴箱气体再循环通过第一过滤器装置。例如，如果确定(例如通过连接到上述控制单元的、被包括于此的传感器)曲轴箱气体尚未被充分清洁；则曲轴箱气体可以再次被允许通过第一过滤器装置。这例如可以使用可控阀机构来实现，该可控阀机构被构造成基于曲轴箱气体压力来调节曲轴箱气体再循环水平。可能地，该阀机构可以构造成基于曲轴箱中的曲轴箱气体压力而受到控制。

在一个可能的实施例中，所述曲轴箱通风系统还包括风扇，该风扇被构造成控制流过第一过滤器装置的曲轴箱气体的流量。因此，这种实施方式可进一步允许曲轴箱气体的压降最小化，或者至少被控制到期望的范围内。

所述曲轴箱通风系统优选形成内燃发动机的一部分。该内燃发动机又可以形成动力传动系的一部分。特别是与卡车、公共汽车或任何形式的建筑设备相关地，该传动系优选布置在诸如重型车辆的车辆中。

当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。本领域技术人员会认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合以产生除了下文中描述的那些之外的实施例。

附图说明

从以下详细描述和附图中，将容易理解本发明的各个方面，包括其特定特征和优点，其中：

图1示出了配备有根据本发明的内燃发动机的车辆；

图2概念性地示出了配备有曲轴箱通风系统的内燃发动机；

图3a和3b概念性地示出了所公开的曲轴箱通风系统的第一和第二实施例；并且

图4a和4b概念性地示出了该曲轴箱通风系统所包括的过滤器元件的第一和第二当前优选实施例。

具体实施方式

现在，将在下文中参考附图更充分地描述本发明，这些附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应解释为限于本文阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了充分性和完整性，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。相同的附图标记始终表示相同的元件。

现在参考附图并且特别参考图1，其中描绘了一种示例性的车辆，在此被示出为卡车100。卡车100设置有动力源102，以经由将动力源连接到车轮的传动系来推进该卡车。动力源102由柴油发动机形式的内燃发动机(ice)构成。为了便于说明，在下文中将把其称为内燃发动机102。

图2示出了配备有根据本发明的曲轴箱通风系统200的内燃发动机102。

在ice102的使用期间，环境空气将被抽吸穿过空气过滤器202，经过涡轮204并进入气缸206的在活塞208上方的上部分中，在该上部分中，它将与例如柴油或汽油的燃料混合。当气缸206中的该空气/燃料混合物被点燃时，一部分燃烧气体将经过活塞208的侧面(经过活塞的活塞环)泄漏并进入ice102所包括的曲轴箱210中。

进入曲轴箱210的燃烧气体包含污染物，例如烟灰颗粒。该燃烧气体将进一步与曲轴箱210中包含的其他污染物(例如油)形成接触并与其部分地混合，从而形成被污染的曲轴箱气体。由进入曲轴箱210的该燃烧气体形成的压力需要通过曲轴箱通风系统200根据本公开以受控的方式排出。曲轴箱气体被允许通过例如布置在ice102的上部分处的出口212离开曲轴箱210，这种出口的其他放置方式当然是可能的并且在本发明的范围内。

第一导管214被设置成将曲轴箱气体从ice102的出口212输送到曲轴箱通风系统200的入口216。如下面将进一步讨论的，曲轴箱气体在曲轴箱通风系统200内被清洁，并且清洁后的曲轴箱气体将通过曲轴箱通风系统200的第一出口218被释放。可以在曲轴箱通风系统200的内部和/或外部提供风扇功能，以辅助将曲轴箱气体输送通过曲轴箱通风系统200。例如，如图2中所示，清洁后的曲轴箱气体可以在进入涡轮204之前与环境空气混合。第二导管220可以设置成将曲轴箱通风系统200的第一出口218连接到涡轮204。替代地，清洁后的曲轴箱气体可以被允许进入大气中，在这样做之前可能通过另外的过滤器构件。

已经从被污染的曲轴箱气体中去除的污染物/颗粒优选通过曲轴箱通风系统200的第二出口222并且通过第三导管224被送回到ice102所包括的贮油槽。此外，应该注意，希望在曲轴箱通风系统200的第二出口222与曲轴箱210之间布置某种形式的止回阀(单向阀)功能，从而仅允许污染物被送回到曲轴箱210而不允许被污染的曲轴箱气体被“逆向”吸入到曲轴箱通风系统200中。

现在转向图3a，其示出了可以与ice102一起使用的单级曲轴箱通风系统200的示例性实施例。在所示出的实施例中，曲轴箱通风系统200包括第一过滤器装置300。第一过滤器装置300又包括壳体302，该壳体302具有气体入口304和气体出口306。第一导管214被布置成连接到气体入口304，并且第二导管220被布置成连接到气体出口306。壳体302还包括污染物出口308，该污染物出口308被布置成连接到第三导管224。

第一过滤器装置300还包括下文关于图4a和4b进一步讨论的、被形成为圆柱体的膨胀疏油隔膜310形式的过滤器元件。

此外，曲轴箱通风系统200还包括被动式温度改变装置，在所示出的实施例中，该温度改变装置是通过与第一导管214布置在一起的热法兰盘(heatflanges)312实现的。

在曲轴箱通风系统200的操作期间，曲轴箱气体将被出口212从曲轴箱抽吸并通过第一导管214。当经过第一导管214时，例如通过将第一导管214布置在ice102的冷侧(完全被动冷却)或布置在ice102所包括的风扇附近(未示出，提供半被动冷却)，环境空气将在曲轴箱气体到达第一过滤器装置300之前改变曲轴箱气体的温度。例如，可以选择热法兰盘312的设计，使得该曲轴箱气体一旦到达第一过滤器装置300便具有与膨胀疏油隔膜310的过滤温度基本匹配的期望温度，在该温度下，所达到的曲轴箱气体的清洁如特定的实施方式所期望的那样执行。例如，可以改变曲轴箱气体的温度，使得附着到膨胀疏油隔膜310的内表面的污染物的量减少，和/或使得通过膨胀疏油隔膜310的气体流量保持高于预定阈值。在一个实施例中，热法兰盘312被实现，使得一旦曲轴箱气体到达第一过滤器装置300，该曲轴箱气体的温度便在250-320摄氏度之间。

一旦曲轴箱气体到达第一过滤器装置300，膨胀疏油隔膜310便将阻止例如曲轴箱气体包含的液体污染物通过。因此，所述液体污染物将“留在被圆柱形地形成的膨胀疏油隔膜310的内部”。膨胀疏油隔膜310的非粘性属性然后将与重力一起迫使液体污染物朝着第一过滤器装置300的壳体302的向下指向的锥形底部部分316，最终到达污染物出口308，从而随后到达ice102的贮油槽314，以在ice102的操作期间进一步使用。

在所示出的实施例中，第一过滤器装置300的气体入口304还设置有通道318，从而允许液体污染物向下行进到壳体302的底部部分316。通道318被布置成至少部分地环绕壳体302的气体入口304。

在所示出的实施例中，壳体302包括所述底部部分316和顶部部分320。在本发明的可能的实施例中，底部部分316和顶部部分320可以分离(即，以可拆卸方式连接)，从而一旦膨胀疏油隔膜310的使用寿命已到(例如当执行ice102的维修时)，便允许更换膨胀疏油隔膜310。替代地，一旦曲轴箱通风系统200被维修，整个第一过滤器装置都被更换。

现在转向图3b，其示出了曲轴箱通风系统200的可替代的示例性实施例，在这里呈现为多级曲轴箱通风系统200'的形式。除了图3a中示出的单级曲轴箱通风系统200所包括的第一过滤器装置300之外，多级曲轴箱通风系统200'还包括与第一过滤器装置300对应的第二过滤器装置322，其中，第二过滤器装置322与第一过滤器装置300串联地布置，在第一过滤器装置300的下游。

优选地，第二过滤器装置322被布置成使得第一过滤器装置300的气体出口306连接到第二过滤器装置322的壳体326所包括的、第二过滤器装置322的气体入口324。第二过滤器装置322还包括连接到第二导管220的气体出口328。第二过滤器装置322还包括与第一过滤器装置300所包括的膨胀疏油隔膜相对应的膨胀疏油隔膜310。

如上所述，图3a中所示的曲轴箱通风系统200包括被动式温度改变装置。相比之下，图3b中所示的曲轴箱通风系统200'设置有通过热交换器330实现的主动式温度改变装置。在所示出的实施例中，热交换器330与第一导管214布置在一起，使得曲轴箱气体被允许流过热交换器330。热交换器330又连接到例如ice102的冷却回路(未示出)。流过热交换器330的冷却剂的流量例如可以由热交换器330所设有的阀334控制。

在图3b中所示的曲轴箱通风系统200'的操作期间，例如可以使用布置在气体入口324附近的温度传感器336来监测曲轴箱气体的温度。控制单元338例如可以布置成对来自温度传感器336的信号进行采样，确定曲轴箱气体的温度并将所确定的温度与预定阈值进行比较。在该温度超出预定阈值/温度范围(例如，上文所述的250-320摄氏度)的情况下，阀334可以受到控制以增加或减少流过热交换器330的冷却剂的流量，从而朝着期望温度/温度范围改变曲轴箱气体的温度。还能够允许已加热的流体被循环通过热交换器330，从而允许曲轴箱气体被朝着期望温度加热。

如上所述，通过引入第二过滤器装置322，能够适应例如膨胀疏油隔膜310的参数，例如允许更高的通量(pass-through)，从而例如在曲轴箱气体的相同清洁水平下提供降低更少的、曲轴箱气体的压降。替代地，因为曲轴箱气体必须通过两个单独的且基本相同的过滤器装置。所以可以实现曲轴箱气体的增加的清洁。

应该理解，也能够替代地将第一过滤器装置300与第二过滤器装置322并联地布置。这种实施方式可以允许提高的冗余度。另外，来自第一过滤器装置300和第二过滤器装置322的液体污染物可以都被收集在贮油槽314内。

最后转向图4a和4b，其概念性地示出了曲轴箱通风系统所包括的过滤器元件的第一和第二当前优选实施例。

在如图4a所示的过滤器元件的第一实施例中，该过滤器元件被布置为例如3a和3b所示的、被圆柱形地形成的膨胀疏油隔膜310。

在如图4b所示的过滤器装置的第二实施例中，该过滤器元件被布置为球形地形成的膨胀疏油隔膜402。该过滤器元件的形式通常取决于手头的实施，以及当实施卡车100的ice102时施加的、可能的实际区域约束(real-estateconstraints)。在任一情况下并且如上所述，期望选择所述形式以使得表面积足够大，以便仅对曲轴箱气体施加较小的压降。在一个具体实施例中，过滤器元件的表面积为至少0.01m²，优选为至少0.015m²。

总之，本发明涉及一种用于包括曲轴箱的内燃发动机的曲轴箱通风系统，该系统包括被布置成用于清洁在发动机的操作期间产生的曲轴箱气体的第一过滤器装置，其中，该系统包括用于朝着期望温度改变曲轴箱气体的温度的装置，在该期望温度下，第一过滤器装置适合于高效的清洁。

通过使曲轴箱通风系统包括温度改变装置，能够调整曲轴箱气体的温度，使得第一过滤器装置被允许在曲轴箱气体的高效清洁水平成为可能的情况下操作，其中，该温度可以针对于特定类型的第一过滤器装置。

尽管已经参考其具体示例性实施例描述了本公开，但对于本领域技术人员来说，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，许多不同的修改、变型等将变得明显。另外，在权利要求书中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。