一种分离器的制作方法

专利名称：一种分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分离器，尤其是一种用于将液流中的微粒、液体和浮质污染物分离出来的分离器。本发明的某些实施例涉及一种安装在往复式发动机内的、用于将吹漏气流中的微粒、液体和浮质污染物分离出来的分离器。本发明的实施例同时还涉及一种调节器，尤其是一种安装在曲轴箱通风系统内用于调节压力的调节器。本发明的实施例提供了一种整体的分离器和调节器，适用于曲轴箱通风系统辅助泵。
背景技术：
往复式发动机内部的吹漏气是燃烧过程中产生的副产物。在燃烧过程中，部分燃烧气体的混合物从活塞环或其它密封处溢出，然后进入活塞外的发动机曲轴箱。术语“吹漏”是指气体透过活塞的密封件这一情形。吹漏气的流级取决于若干个因素，例如，发动机的更换、活塞缸的密封效能以及发动机的功率输出。典型的吹漏气包括以下成分油(既是 液体也是浮质，其浮质液滴在O. I微米至10微米之间)、灰粒、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(气态碳氢化合物和气态醒类)、一氧化碳、二氧化碳、氧气、水和其它气态空气成分。如果没有出口的曲轴箱内保留有吹漏气，则曲轴箱内的压力会一直升高直到由于曲轴箱油从发动机内部的其它部位(例如，在曲轴箱密封件、量油尺密封件或涡轮增压器密封件等地方的泄露)泄漏造成压力降低。此种泄漏会损坏发动机。为防止发生此类损坏及过量油耗，可安装排出阀，使吹漏气排入大气。但是，随着环境意识的普遍增强，尤其是在汽车制造业，已经不允许因曲轴箱排油和排放其它污染物造成的吹漏气排入大气了。此外,此类排气也加剧了曲轴箱的耗油速度。为此，人们采用了过滤吹漏气的做法。过滤后的吹漏气或如以前一样排入大气(在开放式回路系统中)，或返回至发动机入口(在封闭式回路系统中)。吹漏气可通过过滤介质或另一已知形式的气体污染物分离器。发动机吹漏气/油分离器使净化气体回流至发动机气体入口的传统布置通常称为是封闭式曲轴箱通风系统(CCV系统)。传统的CCV系统要求使用额外的曲轴箱压力调节器，以保证发动机气体入口产生的过度真空不会通过CCV分离器转换到发动机曲轴箱。对于CCV系统，需要进行过滤以去除油、烟灰和其它污染物，从而保护发动机组件不受污染和任何生成物的损害，进而防止性能降低或组件损坏。不论是开放式还是封闭式环路系统，人们对吹漏气的高效净化需求变得越来越强烈。举个例子说明，对于采用绝对测量过滤器所收集到的颗粒按质量(比重测定)测得的整体油分离效率，很多发动机制造商所需要的是超过98%的分离效率。某些情况下，对于特定尺寸小到O. 2微米的颗粒，效率要求高达85%。因某些过滤器使用寿命有限，堵塞之后便必须更换，所以使用过此类过滤介质进行分离的效果差强人意。发动机制造商和终端用户大多倾向于仅使用能够在整个使用寿命期间保持稳定的发动机组件。然而，当终生受用的分离器为人所知时，迄今为止，典型地仅有动力式离心分离器以及静电除尘器已能够达到所需的分离效率水平。此类分离器制造成本高、耗费电能，且活动件易磨损。低成本、终生受用的撞击式分离器(当受污染的气体流入射到横断气体流的撞击板时，气体发生分离)通常无法达到要求的分离效率。撞击式分离器的又一技术名称为惯性气液撞击式分离器。众所周知，惯性气液撞击式分离器用于封闭式曲轴箱通风系统中。通过狭缝、喷嘴或其它孔口将液体加速到较高速度，并引导液流冲击撞击板，造成方向骤变，从而使污染物从液流中分离出来。帕克汉尼芬(英国)有限公司(Parker Hannifin(UK) Ltd)申请的W02009/037496A2披露了一种从液流中分离出污染物的分离器。分离器包括腔体，内有第一入口及第二入口，第一入口用于接收第一液流，其具有可加速第一液流的收敛喷嘴，第二入口可接收第二液流，液流中附连有污染物。第二入口与第一入口相对布置，从而使得第一液流能够附连并加速第二液流，进而在腔体内形成混合液流。腔体表面与腔体连接，使该表面在混合液流入射到上面时产生一个偏差，以使污染物从混合液流中分离出来。根据分离器的此种已知形式，无需驱动或使用活动件，亦可将从液流中分离出污染物这一过程提升到高效率水平。分离器适用于将污染物从气体流中分离，如内燃发动机 内产生的吹漏气流。第一液流可来自涡轮压缩机或车辆发动机内的其它种类的压缩空气，用于吸走发动机曲轴箱中的吹漏气。第一液流形成了腔体中一个降压区。此类分离器由于无需顾虑到活动件损坏，或过滤介质易发生堵塞、要求定期更换，所以，其是一种终生受用的分离器。分离器设有撞击面，通过使液流发生偏转来实现分离。可在液流流经的地方安装一个喷嘴，以提高分离效率。喷嘴将液流加速，使液流以更快的速度入射撞击面。为获得最快流速和最高分离效率，采用具有尽可能小的横截面的喷嘴最为合适。然而，这种方式有一个不尽人意的结果一在穿过分离器时会造成更高的压降。为防止曲轴箱压力升高到不可接受水平，必须限制喷嘴的尺寸和相应的分离器性能。为了将曲轴箱压力控制在可接受的限制程度内，必须在分离器的上游或下游位置增设一个压力调节器。如上所述，此类惯性分离器配有固定截面的喷嘴，能够使速度统一的气流通过撞击平面。由于不同尺寸的颗粒具有不同的惯性，因此，部分分离效率特征曲线显示了，较更大更重的颗粒，最小颗粒成功分离的可能性明显更小。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种避免或缓解一个或多个背景技术中提到的问题(包括在此说明或其它地方说明的问题)，尤其是提供一种高效且终生受用的分离器，该分离器能将污染物从液流中分离出来，且不依赖电力或结构复杂的转动部件。本发明进一步要解决的问题是提供一种高效的分离器，其可防止液体入口压力升高到无法承受的水平。本发明的第一方面，是提供一种将污染物从液流中分离出来的分离器，所采用的技术方案为该分离器，用于将污染物从液流中分离出来，包括一第一腔体，具有第一入口以接收含有污染物的第一液流；一第二腔体，其通过一个通孔与第一腔体相连通，以使第一液流流经该通孔后进入第二腔体；一执行机构，用于根据第一腔体内的液体压力与参考压力之间的压差来调整所述通孔的横截面；一撞击面，其与所述第二腔体相连，用以使第一液流在进入第二腔体后发生偏转，从而将污染物从第一液流中分离出来；一泵，其用于在所述通孔两侧制造一个压差，从而将所述第一液流通过该通孔吸入；其特征在于所述泵包括一设有第二入口、第三入口的第三腔体，该第二入口用于接收第二液流并进入第三腔体，第二入口包括用以加速第二液流的收敛式喷嘴；该第三入口，用于接收撞击面下游的第一液流，该第三入口与第二入口相对应设置，从而使第二液流可附连并加速第一液流。本发明第一方面的技术方案之优点在于所述泵可在撞击面的下游形成一个降压区，从而保持分离器内两边的高的压差，同时防止液体的入口压力升高到无法接受的水平。而且，所述执行机构可确保入口压力保持在相对于参考压力的预定水平。优选地，所述通孔的横截面面积比第一入口小，以使第一液流加速流向所述的撞击面。优选地，所述通孔的横截面面积的变化率对压差的改变具有非线性响应。 所述通孔的横截面面积的变化率亦可对液体跨过撞击面表面的速度的进行分布。优选地，所述执行机构可以通过增大通孔的开口区域，以响应第一腔体内压力的升高。优选地，所述执行机构可以包括将第一腔体、第二腔体与参考压力隔离开来的隔膜，其中，参考压力又包括一设有空气入口的第四腔体，而使第三腔体保持在大气压下。优选地，所述第一腔体可以为一内管，该内管的第一端用于接收第一液流，所述第二腔体可以为一外管，外管围绕着第一腔体，该外管的第二端由隔膜封闭。优选地，所述隔膜可以沿着内管、外管的纵向轴移动，其移动是根据第一腔体内的压力与参考压力之间的压差变化来响应。优选地，所述通孔可以在内管的第二端和隔膜之间构成一个环状间隙，所述隔膜的移动可增大或减小该环状间隙的尺寸。优选地，所述通孔可以包括一个或多个穿过内管侧壁的通槽，通槽从内管的第二端沿着管壁延伸，并与环状间隙一起结合构成一个联合孔。优选地，所述通孔可以包括贯穿内管的侧壁的通槽，所述隔膜又包括一用以渐进地封闭和开启所述通槽的挠性部分，跟随隔膜的移动来改变所述通孔的开口尺寸。优选地，所述的分离器还可以进一步包括一供净化过的液流排出分离器的液体出口和一供液体污染物在重力作用下从分离器中排出的排出管。本发明的第二方面，是提供一种曲轴箱通风系统，包括吹漏气入口，用于接收来自曲轴箱的吹漏气；一上述的分离器，其中，第一入口与吹漏气入口相连；液体出口与发动机的气体入口系统相连或者将各气体排到周围环境中。本发明的第三方面，是提供一种内燃机，包括上述的曲轴箱通风系统；其中，第二入口用于接收来自涡轮增压器的压缩气流，分离器用于将曲轴箱油从吹漏气中分离出来，分离器的排出管用于使分离的曲轴箱油回流到曲轴箱内。本发明的第四方面，是提供一种将污染物从液流中分离出来的分离器，包括一内管，其形成了一第一腔体，其第一端用于接收含有污染物的第一液流；一外管，其形成了一环状的第二腔体，该第二腔体围绕着第一腔体并通过通孔与第一腔体相连通，从而使第一液流能够经过通孔而进入第二腔体；一第三腔体，其通过一隔膜与第一腔体、第二腔体分隔开，该隔膜封闭了所述外管的第二端，第三腔体具有一个进气口用以使第三腔体内的压力保持为参考气体压力；一撞击面，其与所述第二腔体相连，用以使第一液流在进入第二腔体后发生偏转，从而将污染物从第一液流中分离出来；其中，所述隔膜能沿着内外管的纵向轴移动，以根据第一腔体和第三腔体之中的液体压力的压差来调整通孔的横截面面积。本发明第四方面技术方案之优点在于隔膜的移动是响应液体入口与参考压力之间的压差，来调整通孔的横截面面积，这能允许入口压力保持在相对参考气体压力的预定水平。优选地，所述分离器还可以包括一个泵，该泵用于在所述通孔两侧制造一个压差，从而将所述第一液流通过该通孔吸入。优选地，所述通孔的横截面面积可以比第一入口小，以使第一液流加速流向所述的撞击面。优选地，所述通孔的横截面面积的变化率可以对压差的改变具有非线性响应。 优选地，所述隔膜可以通过增大通孔的开口区域，以响应升高的入口压力。优选地，所述通孔可以在内管的第二端和隔膜之间构成一个环状间隙，所述隔膜的移动可增大或减小该环状间隙的尺寸。优选地，所述通孔可以包括一个或多个穿过内管侧壁的通槽，通槽从内管的第二端沿着管壁延伸，并与环状间隙一起结合构成一个联合孔。优选地，所述通孔可以包括贯穿内管的侧壁的通槽，所述隔膜又包括一用以渐进地封闭和开启所述通槽的挠性部分，跟随隔膜的移动来改变所述通孔的开口尺寸。优选地，所述的分离器还可以包括一供净化过的液流排出分离器的液体出口和一供液体污染物在重力作用下从分离器中排出的排出管。 本发明的第五方面，是提供一种曲轴箱通风系统，包括一进气口，用于接收来自曲轴箱的吹漏气；一如上述任一权利要求所述的分离器，其中，分离器中的第一腔体与所述进气口相连通；一出气口，其与分离器中的第二腔体相连通，该出气口与发动机的气体入口系统相连或者将各气体排到周围环境中。


图I为包含了封闭式曲轴箱通风系统的发动机系统的示意图；图2为应用有本发明实施例一(撞击式分离器)的CCV系统的剖视图，该撞击式分离器能够根据曲轴箱压力变化做出多变性响应；图3为图2中撞击式分离器部分的放大图；图4为图2中撞击式分离器之入口管的立体结构图；图5为本发明实施例二的CCV系统撞击式分尚器的剖视图；图6为图5中处于封闭状态的CCV系统撞击式分离器中隔膜所在区域的放大图；图7为图5中处于打开状态的CCV系统撞击式分离器中隔膜所在区域的放大图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例一
发动机吹漏气/油分离器将净化气体回流至发动机的气体入口传统装置通常称为封闭式曲轴箱通风系统(CCV系统)。已知的CCV系统要求使用曲轴箱压力调节器，以保证发动机气体入口产生的过度真空不会通过CCV系统的分离器转化到发动机曲轴箱。图I说明了传统CCV系统2与柴油发动机4连接的总体布局。来自发动机曲轴箱的吹漏气沿着入口管道6通过CCV系统2。CCV系统2包括一调节器8，调节器8依次连接入口管道6和污染物分离器10。调节器8和分离器10的连接如图I所示。CCV系统可视情况安装一个泵12(图I未完全显示)，用于升高分离器10两边的压降，从而提高过滤效率。净化过的吹漏气经气体出口 14排出CCV系统，并回流到发动机进气系统。特别地，发动机进气系统通过入口 16从车辆外吸入空气，之后空气经过进气过滤器18与消音器、压缩机20和压后冷却器26，其中，压缩机20由涡轮增压器22 (与发动机排气管24轮流带动)来驱动，压后冷却器26用以在压缩空气进入发动机4之前将压缩空 气冷却。净化过的吹漏气从气体出口 14流至压缩机20。油和其它污染物从吹漏气中分离出来,并经排油管28回流到发动机曲轴箱。图I所示的系统中，在涡轮增压器22和进气过滤器18之间产生的部分真空会在吹漏气分离器10上方损失。调节器8控制了剩余真空，防止其接触发动机曲轴箱。由此可见，由涡轮压缩机22吸入的总空气流不一定需要通过关闭调节器来限制，因为此压差可通过发动机进气过滤器18来消除。现在参考图2，该图为应用有本发明实施例一的CCV系统2的剖视图，本发明实施例一的分离器10是用于将液体、浮质和微粒状污染物从吹漏气流中分离出来。该图2显示了一个包括有压力调节器8、分离器10以及泵12的CCV系统2。所述调节器8包括一浮动的膜瓣30、第一腔体32、第二腔体34、第三腔体36、第一弹簧38和第二弹簧40，该膜瓣30可以打开或关闭，以按要求来限制吹漏气流和调节曲轴箱压力。吹漏气通过CCV系统进气口 6进入调节器8的第一腔体32。第一腔体32的压力基本与发动机曲轴箱压力相同。膜瓣30至少部分封闭了第一腔体32和第二腔体34(依次与分离器10相连通)之间的间隙。膜瓣30的第一面与第一腔体32中的吹漏气相接触，膜瓣30的第二面与第三腔体36中的周围气体压力接触，该第三腔体36具有一开口而与周围环境相通。或者，第三腔体36也可与独立设置的参考压力相连通。膜瓣30的浮动由第一弹簧38和第二弹簧40控制。第一弹簧38位于第二腔体34内，控制膜瓣30用以关闭第一腔体32和第二腔体34之间间隙的动作。第二弹簧40位于第三腔体36内，控制膜瓣30用以打开第一腔体32和第二腔体40之间间隙的动作。第一弹簧38和第二弹簧4响应的调整以及膜瓣30的第一面和第二面的相应变形尺寸的调整是根据吹漏气压力以及周围气体压力来进行，这些调整可用以控制膜瓣30的移动速率和变形幅度。整合式泵12的应用改善了 CCV系统2的分离性能，此项应用较新。比起从压缩机20产生的真空，泵12形成了更大的真空，以通过分离器10吸入吹漏气。第一腔体32的压力由泵12具体所形成的真空来调节成所需要的曲轴箱压力，其中，在调节器8内适度的压力如何调节弹簧力度以及分离器10的压力如何响应，将通过以下更为详细的内容来阐述。第二腔体34中的压力由分离器10两边的可变压力损失(根据分离器10的压力响应)以及泵12形成的真空来确定，该泵12所形成的真空值由沿着所选泵的流量与压力性能曲线的运行点来决定。对于安装有泵的CCV分离器系统，若流经泵的液流均能够完全由调节器膜瓣的浮动来加以限制，则效果会更令人满意。对于图2所示的调节器8，如果膜瓣30与分隔第一腔体32和第二腔体34的管状壁42的末端完全接触，则第一腔体32和第二腔体34之间的气体流流通会发生中断。这对泵12的作用效果类似于泵压冲击现象，如未经调节的活塞泵会形成输出压力中的刺突。由调节器8大部分或完全闭合控制形成的限制流会推动泵的运行点至对应的低流量和高真空位置。第二腔体34内升高的真空程度进一步增大了作用于真空调节弹簧38和40的力，吹漏气的流量便受到了进一步限制。只有在因发动机曲轴箱内正压力的增大而出现更大的力作用在膜瓣30上时，才能再次打开调节器。如上所论述的，曲轴箱内产生的过度压力会导致曲轴箱发生损坏和油的溢失。高低压波动的闭合回路控制周期在调节器与泵(采用传统的线性响应调节器根本无法实现对其控制)之间产生效果。配有泵的CCV系统中高低压波动问题在其它形式的曲轴箱通风系统亦出现过。尤其是，压力波动可能会发生在开放式曲轴箱通风系统，无泵封闭式曲轴箱通风系统以及排 气泵送通风系统上。更为普遍地说，包含有压力调节器的任何系统中均可能出现以上所论述的关于传统调节器的问题。改进后的调节器解决了高低压波动和泵压冲击的问题。这种调节器在本申请人在英国的专利申请(申请日为2009年12月10日，申请号为GB0921576. 5)《一种分离器》中有所涉及。在本发明实施例一为一撞击式分离器，撞击式分离器所结合的压力调节器与GB0921576. 5所披露的压力调节器的结构类似。泵12用于形成低气压区，以通过分离器10吸入受污染的吹漏气。根据本发明的某些实施例，可将泵12看作一种喷射泵。W02009/037496A2中公开了与分离器结合的类似的这种喷射泵。泵12设置有可接收一增压气体源的第一入口 50，在此，称之为助推气体。涡轮增压器22可提供助推气体或任何其它诸如废气的气体源。进入助推气体入口时，助推气体无需具有高速。尽管处在压力下，但助推气体却可能处于静止状态。助推气体可由排气或涡轮增压器提供，并在进入助推气体入口前，储存在独立的存气腔体或集气器中。助推气体通过第一入口 50 (即助推气体入口)进入泵12。当助推气体使用在涡轮增压器发动机上时，此类气体可来自于如进气岐管等的压缩气体。另一种选择是，压缩气体可直接来自涡轮增压器，但最好来自于进气岐管，因为此阶段，涡轮增压器气体已通过了热交换器(最好选择中间冷却器)，而使温度从约18(T200° C冷却至5(Γ60° C。使用冷却的助推气体可允许分离器能够采用无需耐高温的较低成本的材料来制成。可选地，涡轮增压器上游或下游的导出气体可作为助推气体使用。典型上地，助推气体的压力介于IBar至4Bar之间。助推气体流经一喷嘴52，喷嘴52加速了助推气体的移动(并造成压力下降)。喷嘴52为一收敛式喷嘴。特别地，喷嘴也可以采用收敛一扩散式喷嘴，例如该技术领域著名的de-Lavaal喷嘴。也有其它形式的适合的喷嘴，其中包括具有限制中央部分的其他任意喷嘴。助推气体被加速到高速度，例如10(T500m. s—1之间，典型的助推气体至少在喷嘴52区域超过马赫数I。收敛式喷嘴能明显地将助推气体加速至极快的速度，随之附带吹漏气并将吹漏气加速至高速。喷嘴的设置是为了形成减压区，以吸入吹漏气。形成的高速助推气体喷进降压腔体54内。高速度的助推气体喷气动作使降压腔体54中邻近喷嘴52的位置形成一个降压区。相对于外部大气压，压力降低了 150mBar。在这种压力的降低情况下，来自分离器10的净化过的气体会沿着箭头56所指的路径被吸入到降压腔体54中。来自调节器8的吹漏气通过分离器10的具体情况会在下面说明。吹漏气被吸入降压腔体54中，吹漏气流被增压空气附带并加速，与助推气体混合并加速至接近助推气体的速度。所述喷嘴52和环状吹漏气入口多以喷气泵形式构成，这在本技术领域中已有所闻。混合后的气体流通过一个扩散器管110。为了达到满意的吹漏气附连和加速效果，扩散器管110的直径比喷嘴52的临界直径(典型上说，即最小直径)应大2至5倍，最好大3至4倍。正如喷嘴设计的技术领域已知的信息，由于空气动力学效果，所述临界直径的位置(可选地，指喷嘴的喉部)可从喷嘴的最窄点开始变化。扩散器管110大多数是一圆柱体，但其侧壁在长度方向上无需保持直线。侧壁可以从靠近喷嘴52的那端朝扩散器管110的末端逐渐向外扩，形成锥形。所形成的锥形扩散 器管110用以控制流向，并控制混合气体流混合。污染的吹漏气被吸出曲轴箱，经过分离器以控制曲轴箱压力。相对于外部大气压，曲轴箱内压力控制在+/-50mBar以内，相对大气压的压差由上述调节器8控制。调节器的第一腔体32内的压力从曲轴箱的压力降至降压腔体54内的低压，所形成的压降允许分离器10进行高效分离，具体如下所述。本说明中所描述的泵的主要形式为一喷射泵(如图2所示)，虽然此喷射泵的效果已令人满意，然而，也可使用其它已知形式的泵来使分离器10的两边达到要求的压降。分离器10两边的压降由泵12形成，该压降克服分离器10两边的高压差，避免在曲轴箱内产生过高压力。即，由于泵12引起的压降，吹漏气可通过较小的撞击间隙被吸入，从而使分离更为有效。吹漏气经过调节器8进入第二腔体34后，会沿着箭头62所示的路径逐渐被吸入到分离器的入口管60。之后，吹漏气沿该入口管60向上流动，入口管60上部被隔膜64部分封闭。入口管60之外围绕有一环状撞击面68,吹漏气经过一个或多个开设在入口管60上的通槽66后,射向入口管60外的环状撞击面68。在该撞击面68上,油和其它污染物从吹漏气中分离出来，并在重力作用下流入围在分离器入口管60外的油槽70，随后经止回阀72进入排油管28。此外，已经在调节器8内从吹漏气分离出来的油也能流入油槽70中。最后，从排出管28出来的油重新回流到曲轴箱中。上述的分离器10可以视作为一种可变的撞击式分离器，因为其可响应吹漏气入口的压力与出口的压力之间的压差，以提高分离效率，这将通过图3的结合来说明。发动机曲轴箱受污染的吹漏气沿着箭头62的路径，进入分离器的入口管60 (相当于一形成腔体的内管)。环状撞击面68 (相当于围绕在内管之外的外管)与入口管60外壁之间的空间为环状撞击腔体80,隔膜64将入口管60的顶端与环状撞击腔体80隔尚开来。隔膜64与入口管60的顶端形成径向密封，或不会完全覆盖住入口管60。隔膜64也将入口管60内部与入口管60上方的外通腔体82隔离开来。外通腔体82通过一空气入口(未显示)使内部压力保持在大气压下。此空气入口与CCV系统的外部相连通。入口管60内部压力基本与发动机曲轴箱的压力相同，从而允许调节器8两边存在压差。吹漏气通过一或多个垂直设置的通槽66进入撞击腔体80,其中，通槽66位于入口管60的顶端并处于末端开口状态。通槽66的形状详见图4的立体结构图所示。通槽66的尺寸和数量决定了可变撞击式分离器系统两边的最小压降。压降直接与CCV系统分离效率有关。由于吹漏气的径向加速度发生了 180° C的转弯，造成吹漏气中油颗粒的撞击和分离，这一过程发生在隔膜64平面和环状撞击面68。环状撞击面68上覆盖有一种材料，该材料位于环状撞击面68中相对通槽66的那一面上，以增强环状撞击面68的侧壁上的油滴恢复能力，从而使环状撞击面68不仅仅起到输送通道的作用。覆盖在撞击面68上的介质是用于避免污染物再次附连到吹漏气中。在撞击面68上，油从吹漏气中分离，然后油在重力作用下自然地流入油槽70中，最后再流到所述的排油管28中。喷射泵12连接到撞击腔体80的下游，用于克服可变撞击式分离器的压降。因此，可达到的分离效率不再如传统无动力撞击系统一样受到限制。同时，还可保持接近大气压的可接受的曲轴箱压力。在不同的发动机负载、速度或发动机磨合条件下，喷射泵12所形成的真空度和吹漏气经过分离器10的体积均有所改变。为能根据喷射泵12形成的不同真空条件，而保持可接受的曲轴箱压力，入口管60的顶部与位于通槽66开口端上方的隔膜64之间的间隙可 以打开或关闭。外通腔体82处于大气压下，从而使得隔膜64上的任何净正压力均可使其打开，在入口管60末端形成或扩大环状缝隙，进而使分离器10两边的压降减小。在喷射泵
12形成净真空的同时，隔膜64完全关闭(如上所述，可能会使隔膜64接触到入口管顶部，或造成缝隙)，保证分离器10以最大分离效率运行。根据调节弹簧84的说明，可以精确调节分离器的压差和曲轴箱压力。调整弹簧84设置在入口管60内，且两端抵在隔膜64与支撑件之间，隔膜64与一中间部件88相连。而且，另一调整弹簧安装在外通腔体82中，作用在隔膜64的背面，以控制正压。根据图2至图4所示的CCV系统，结合有一用于控制曲轴箱压力和撞击式分离器10的压力调节器8。本发明中进一步优化地，分离器10可设置有一个或多个通槽66，根据吹漏气压力和大气压之间的压差，通槽66的形状设计以及横截面面积可作适当的变化，其中，特定横截面面积通槽可以达到此目的。通槽66可与调节器8 一起使用，也可以通过通槽66的设计完全代替调节器8，无需额外设置调节器。实施例二 本实施例二，如图5所示，是一种无需额外设置调节器的分离器10。图5显示，本实施例二的分离器10在实施例一的基础上又整合了反泵压波动调节器的功能。在本实施例中，隔膜64为一滚动隔膜，其用于精确调整可变通槽侧面的开口，以调整曲轴箱压力并控制泵压波动现象。尤其是，隔膜64包括用于连接调节弹簧84的中央部分100。依照图3所示的实施例一，在撞击腔体80内可安装第二个调节弹簧。隔膜64还包括环状滚动部分102，其可以是一滚动回旋面，该环状滚动部分102能随着中央部分100的上下移动逐渐地封闭或开启通槽66。滚动隔膜64可根据泵12产生的有效真空压力，优化撞击式分离器10的性能。随着有效真空压力的增大，隔膜12关闭，从而提高速度并增大分离性能以及撞击器10两边的压差，直至入口压力均衡后的大气压进入分离器中为止。通槽66包括一大体锥形的通槽，其弯曲情况如图所示。锥形的通槽66在朝隔膜64方向明显变宽，即，通槽66在临近隔膜64端部宽度明显增大，从而在泵12产生的有效真空度降低时，能提供大流量的吹漏气，以防止曲轴箱的压力过度升高。如图6所示，隔膜64处于基本关闭状态，但是，如果隔膜64继续下移，效果会更令人满意。此时，仅通槽66中底部的狭窄部分露出并能够让气体流过。如图7所示，隔膜64处于基本打开状态，但是隔膜64还可向上移动，这样效果会更令人满意。通槽66的较大部分均暴露在外，包括较宽的上部，暴露的那部分通槽能够让气体流过。通槽66完全打开时，形似卡通式的对话气泡。通槽66的狭窄部分用于对抗泵压波动条件所需的精确压力控制功能。当隔膜64关闭最小限度的开口区域时，会在分离器10两边产生高压差，并为泵的有效真空提供最优越的撞击器性能。通槽66上部的大区域在高流量条件下，用于调节曲轴箱压力。旧发动机或发动机制动时也会出现高流量情况。隔膜64可向下移动到极限位置，用于完全关闭通槽66，或保证通槽66只有最小的部分处于打开状态。所述弹簧响应的调整动作以及隔膜64第一面和第二面的相对尺寸的调整动作由吹漏气控制，周 围气体压力和泵产生的真空可用于控制隔膜64的移动速率和幅度。所述的通槽66包括可变截面的撞击通槽。通过可移动的隔膜64遮盖或暴露通槽66而使通槽66的尺寸可变，如此，能促进颗粒从吹漏气流中分离处理，并有利于控制曲轴箱压力。所述吹漏气流包含有以同一速度移动、动量不同(由于其尺寸和质量不同)的、一定范围大小的颗粒。大动量的较重颗粒经通槽的较宽部分向入口管的顶部移出。较轻的颗粒则经通槽中较低的部位从入口管移出。由于通槽的底部开口较小，较轻的颗粒被加速到较高的速度，以提高其动量。有利的是，该过程可降低小颗粒和大颗粒之间的动量差，以缩小在小颗粒和大颗粒之间的分离效率差，同时不限制通孔的尺寸(如果限制通孔的尺寸，可能造成曲轴箱压力增加)。进一步地，可变截面的撞击通槽改进了分离器两侧的压力控制。当隔膜升起，露出通槽上部的宽截面，使通孔的有效尺寸增大，这能够适应大体积吹漏气的这一情况，同时将分离器两侧的压差保持在可接受的限度内(因此，吹漏气入口压力和曲轴箱压力也保持在可接受的限度内)。当隔膜降低，通槽较低截面的开口区域减小，会升高分离器两侧的压差，从而防止曲轴箱内形成负压(相对于大气压)。所述通孔开口区域的变化对隔膜的线性移动具有非线性响应，从而改进、控制并调节分离器两侧的压差。鉴于已对压差进行了调整，本发明这些实施例中省略了 CCV系统中吹漏气入口位置上的单独设置压力调节器。所述隔膜64包括一执行机构，用于控制经过通槽66处的吹漏气流量。通槽66嵌置在入口管60的侧壁中。通槽66与管状结构的入口管60相结合确定了开口区域，吹漏气能够通过该开口。通槽66的形状可保证通槽两边的压差适于泵形成的流速和真空特性。通过控制通槽66的形状，泵产生的真空变化、大气压和曲轴箱压力的任何变化与隔膜相应的移动距离之间的线性或非线性关系均可得以实现。更为特别的是，通槽66的形状可以选择成满足如下条件隔膜64以一定速率移动能产生一个针对通槽开口区域的非线性响应。任何封闭式回路控制功能可由隔膜64响应泵输入动作而有效形成。较之传统分离器和调节器，本发明中，曲轴箱的压力调节更为精确。而且，由于曲轴箱压力调节结合了分离器，因此无需提供额外的压力调节器。此外，可通过精确控制吹漏气的流量来提高分离效率。由图5中所示的通槽66可知，随着隔膜64向下移动，通槽开口区域的缩小速度会增大。这是因为通槽66向其封闭端逐渐呈锥形。为确保开口区域不会被完全封闭，可对隔膜64的移动加以限制。
具有相应技术的人员都知道，为达到所需的回路控制功能，通槽66的形状会发生明显变化。例如，为防止开口区域完全封闭，通槽在靠近封闭端时会变宽、或保持宽度不变，或者通槽刚开始呈小的锥形、最后则为扩大部分。而且，入口管60的环状侧壁上开设有多个不同尺寸、形状的通槽。显然地，隔膜64打开和封闭通槽的移动方式可变，本领域技术人员知道，还可选用滚动回旋(属于所附的其中一条权利要求的范围)。所附权利要求的范围应视为涵盖任一一体结合有一调节器的各种分离器，其中第一腔体和第二腔体通过一个或多个通槽相连，各通槽的尺寸可根据隔膜位置或其它可移动执行机构来改变。可移动的执行机构可根据第一腔体和/或第二腔体内气体之间的压差以及外部参考压力来调整位置。本发明中，各种可变分离器已在本申请文件中作为CCV系统的一部分进行了重点描述。但是，本领域的技术人员都知道，分离器还有其它的广泛运用。更为普遍地说，此分离器可用在凡是需要从液流中过滤污染物、希望对第一腔体以及第二腔体的压降进行调节(参考外部压力)等应用中。根据本发明，为避免或减轻泵压波动和压力波动的效果，分离 器对安装有泵的系统有特殊益处。根据本发明的上述实施例，发现分离器对大于或等于O. 3um的颗粒的比重测定分离效率范围在95至98%之间。同时，分离器还可能有效地过滤更小的颗粒。本发明的实施例二适用于将污染物从封闭式环路系统中的吹漏气中过滤出来，吹漏气流量为50-8001/min。当使用源自发动机的涡轮增压器时，通过喷嘴52的助推气体流量不足总发动机气体流量的1%，从而使对发动机性能所造成的影响可以忽略。欢迎对上述CCV系统进行修改。例如，助推气体可来自于车辆排气。类似地，净化过的吹漏气可通过并与排气混合。分离后的油应独立储存，不应回到曲轴箱。具有相应技术的人员能够了解其它可能的配置。分离器采用聚合材料制成，如玻璃纤维尼龙。具有相应技术的人员能够了解其它制造方法和材料。例如，泵的喷嘴采用烧结或金属注塑部件。分离器的各部件采用合适的固定技术连接，技术人员会十分了解夹子、螺栓、粘连或焊接等。O型圈等密封件用于防止分离器发生泄漏。虽然本发明的上述特殊实施例主要涉及到所述分离器在将微粒状和液态浮质污染物从往复式发动机中的吹漏气流中分离出来这一应用，但本发明的应用并不限于此。事实上，分离器能用于将污染物从来自内燃机的其它形式的气体流中分离。更为普遍地说，本发明用于将污染物从任何气体流中分离，如压缩空气线；在机器工作中将切削液从气体流中分离；在工业气体压缩机中分离油雾。一般地，本发明能用于将污染物从液流中分离。即，可用于液流。分离器更可用于将污染物从内燃发动机的油或燃料中分离。分离器可用于开放式回路系统，其中，净化过的液流排入大气；也可用于封闭式回路系统，其中，净化过的液流被重新利用。助推气体可来源于压缩气体，如废气、来自涡轮增压器或发动机进气岐管的压缩气体、来自车辆制动系统或其它来源的压缩气体。分离器包括独立系统设备。另外，分离器还能够轻易地集成到其它发动机组件，例如，发动机阀盖、正时齿轮盖、曲轴箱、汽缸盖、发动机体或涡轮增压器。分离器可直接安装在发动机上，也可不安装在发动机上。本发明的进一步更改和应用可被具有相应技术的人员所了解，且未超出所附的权利要求范围 。
权利要求
1.一种分离器，用于将污染物从液流中分离出来，包括 一第一腔体，具有第一入口以接收含有污染物的第一液流； 一第二腔体，其通过一个通孔与第一腔体相连通，以使第一液流流经该通孔后进入第二腔体； 一执行机构，用于根据第一腔体内的液体压力与参考压力之间的压差来调整所述通孔的横截面； 一撞击面，其与所述第二腔体相连，用以使第一液流在进入第二腔体后发生偏转，从而将污染物从第一液流中分离出来； 一泵，其用于在所述通孔两侧制造一个压差，从而将所述第一液流通过该通孔吸入； 其特征在于所述泵包括一设有第二入口、第三入口的第三腔体，该第二入口用于接收第二液流并进入第三腔体，第二入口包括用以加速第二液流的收敛式喷嘴； 该第三入口，用于接收撞击面下游的第一液流，该第三入口与第二入口相对应设置，从而使第二液流可附连并加速第一液流。
2.根据权利要求I所述的分离器，其特征在于所述通孔的横截面面积比第一入口小，以使第一液流加速流向所述的撞击面。
3.根据权利要求I或2所述的分离器，其特征在于所述通孔的横截面面积的变化率对压差的改变具有非线性响应。
4.根据权利要求3所述的分离器，其特征在于所述执行机构通过增大通孔的开口区域，以响应第一腔体内压力的升高。
5.根据权利要求I所述的分离器，其特征在于所述执行机构包括将第一腔体、第二腔体与参考压力隔离开来的隔膜，其中，参考压力又包括一设有空气入口的第四腔体，而使第三腔体保持在大气压下。
6.根据权利要求5所述的分离器，其特征在于所述第一腔体为一内管，该内管的第一端用于接收第一液流，所述第二腔体为一外管，外管围绕着第一腔体，该外管的第二端由隔膜封闭。
7.根据权利要求6所述的分离器，其特征在于所述隔膜能沿着内管、外管的纵向轴移动，其移动是根据第一腔体内的压力与参考压力之间的压差变化来响应。
8.根据权利要求6或7所述的分离器，其特征在于所述通孔在内管的第二端和隔膜之间构成一个环状间隙，所述隔膜的移动可增大或减小该环状间隙的尺寸。
9.根据权利要求8所述的分离器，其特征在于所述通孔包括一个或多个穿过内管侧壁的通槽，通槽从内管的第二端沿着管壁延伸，并与环状间隙一起结合构成一个联合孔。
10.根据权利要求6或7所述的分离器，其特征在于所述通孔包括贯穿内管的侧壁的通槽，所述隔膜又包括一用以渐进地封闭和开启所述通槽的挠性部分，跟随隔膜的移动来改变所述通孔的开口尺寸。
11.根据上述权利要求中任一一项权利要求所述的分离器，其特征在于所述的分离器还包括一供净化过的液流排出分离器的液体出口和一供液体污染物在重力作用下从分离器中排出的排出管。
12.一种曲轴箱通风系统，包括 吹漏气入口，用于接收来自曲轴箱的吹漏气；一如权利要求11所述的分离器，其中，第一入口与吹漏气入口相连； 液体出口与发动机的气体入口系统相连或者将各气体排到周围环境中。
13.一种内燃机，包括一如权利要求12所述的曲轴箱通风系统；其中，第二入口用于接收来自涡轮增压器的压缩气流，分离器用于将曲轴箱油从吹漏气中分离出来，分离器的排出管用于使分离的曲轴箱油回流到曲轴箱内。
14.一种分离器，用于将污染物从液流中分离出来，包括 一内管，其形成了一第一腔体，其第一端用于接收含有污染物的第一液流； 一外管，其形成了一环状的第二腔体，该第二腔体围绕着第一腔体并通过通孔与第一腔体相连通，从而使第一液流能够经过通孔而进入第二腔体； 一第三腔体，其通过一隔膜与第一腔体、第二腔体分隔开，该隔膜封闭了所述外管的第二端，第三腔体具有一个进气口用以使第三腔体内的压力保持为参考气体压力； 一撞击面，其与所述第二腔体相连，用以使第一液流在进入第二腔体后发生偏转，从而将污染物从第一液流中分离出来； 其中，所述隔膜能沿着内外管的纵向轴移动，以根据第一腔体和第三腔体之中的液体压力的压差来调整通孔的横截面面积。
15.根据权利要求14所述的分离器，其特征在于分离器还包括一个泵，该泵用于在所述通孔两侧制造一个压差，从而将所述第一液流通过该通孔吸入。
16.根据权利要求14或15所述的分离器，其特征在于所述通孔的横截面面积比第一入口小，以使第一液流加速流向所述的撞击面。
17.根据权利要求14或15或16所述的分离器，其特征在于所述通孔的横截面面积的变化率对压差的改变具有非线性响应。
18.根据权利要求14至17中任一权利要求所述的分离器，其特征在于所述隔膜通过增大通孔的开口区域，以响应升高的入口压力。
19.根据权利要求14至18中任一权利要求所述的分离器，其特征在于所述通孔在内管的第二端和隔膜之间构成一个环状间隙，所述隔膜的移动可增大或减小该环状间隙的尺寸。
20.根据权利要求19所述的分离器，其特征在于所述通孔包括一个或多个穿过内管侧壁的通槽，通槽从内管的第二端沿着管壁延伸，并与环状间隙一起结合构成一个联合孔。
21.根据权利要求14至18中任一权利要求所述的分离器，其特征在于所述通孔包括贯穿内管的侧壁的通槽，所述隔膜又包括一用以渐进地封闭和开启所述通槽的挠性部分，跟随隔膜的移动来改变所述通孔的开口尺寸。
22.根据权利要求14至21中任一权利要求所述的分离器，其特征在于所述的分离器还包括一供净化过的液流排出分离器的液体出口和一供液体污染物在重力作用下从分离器中排出的排出管。
23.一种曲轴箱通风系统，包括 一进气口，用于接收来自曲轴箱的吹漏气； 一如上述任一权利要求所述的分离器，其中，分离器中的第一腔体与所述进气口相连通； 一出气口，其与分离器中的第二腔体相连通，该出气口与发动机的气体入口系统相连或者将各气体排到周 围环境中。
全文摘要
本发明公开了一种用于将污染物从液流中分离出来的分离器。该分离器包括第一、第二腔体(60,80)，两个腔体通过一可使液体通过的通孔(66)相连通。第一腔体(60)具有第一入口以接收含有污染物的第一液流；一执行机构(64)，用于根据第一腔体(60)内的液体压力与参考压力(82)之间的压差来调整所述通孔的横截面；一撞击面(68)，其与第二腔体(80)相连，用以使第一液流在进入第二腔体(80)后发生偏转，从而将污染物从第一液流中分离出来；一泵(12)，其用于在通孔(66)两侧制造一个压差，从而将第一液流通过该通孔(66)吸入；泵(12)包括一设有第二入口(50)、第三入口(54)的第三腔体(110)，该第二入口(50)用于接收第二液流并进入第三腔体，该第三入口(54)用于接收撞击面下游的第一液流，从而使第二液流可附连并加速第一液流。在一个本发明的实施例中，第一、第二腔体(60,80)分别由内管和外管形成，以第四腔体(82)由第一、第二腔体(60,80)分隔，而执行机构(64)包括一封闭外管第二端的隔膜，该第四腔体(82)具有一进气口以维持其压力为参考气压(82)。隔膜能沿着内外管的纵向轴移动，以根据第一腔体(60)和第四腔体(82)之中的液体压力的压差来调整通孔的横截面面积。
文档编号B01D45/08GK102781543SQ201180008285
公开日2012年11月14日 申请日期2011年1月13日 优先权日2010年2月5日
发明者丹尼尔·约翰·科普利, 艾德里·理查德·明奇 申请人:帕克汉尼芬制造(英国)有限公司