专利名称：用于清洁曲轴箱气体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于清洁由内燃机在推进车辆的运行过程中所产生的曲轴箱气体的方法和装置。
清洁曲轴箱气体需要一种能够有效去除以悬浮形式出现于曲轴箱气体中的极小的固体和/或液体颗粒的清洁装置。近年来，已经提出了用于进行这种清洁工作的各类型的离心分离器，并且已经提出了用来驱动用于这种用途的离心分离器的不同方法。因此，已经提出了应当利用内燃机的普通轴之一例如曲柄轴或凸轮轴来机械地驱动离心分离器(例如请看US 5,954,035)。另一种建议是应当利用电机来驱动离心分离器(例如请看WO 01/36103)。还有一种建议是流体、气体或液体应当利用内燃机来加压，并用于驱动一种或另一种联接于离心转子上的涡轮以便清洁曲轴箱气体(例如请看WO 99/56883)。
关于使用离心分离器来清洁由车辆所载有的内燃机产生的曲轴箱气体的一个出发点在于用来驱动离心分离器的能量应当来源于内燃机，直接或间接地通过某种能量源，例如发电机或蓄电池或压缩机或包含压缩空气的压力容器。
然而，这样并非完全没有问题，原因是内燃机在运行过程中不同程度地承载以便推进车辆并为车辆上的各种辅助设备供能。来自所述能量源的能量供应受到限制，尤其是，为了驱动车辆，能量源在某些情况下可能承载相当大，以致出于安全原因而不可能或不容许进行能量的进一步回收。
本发明的一个主要目的是提供一种用于清洁来自内燃机的曲轴箱气体的方法和装置，其中该内燃机设置成用于推进车辆，从而使得对清洁的效果和能量需求得以最小化和/或最优化。
根据本发明，这个目的可以通过利用一种装置来实现，该装置包括-离心分离器，其具有设置成安装于车辆上并用于清洁所述曲轴箱气体的离心转于，-电机，其为了运行可连接于车辆上的电流源上并设置成用于引起离心转子旋转，以及
-用于改变离心分离器清洁效率的设备，其包括设置成用于在内燃机保持运行的过程中改变电机转速从而改变离心转子转速的控制设备。
利用这种装置，曲轴箱气体的清洁工作可以利用尽可能少的能量根据这种清洁工作所提出的要求而按照最佳途径来进行。因此，还可以避免这种装置的各种部件如轴承等等发生不必要的磨损。曲轴箱气体清洁还可以定期地完全中断，尽管内燃机仍保持运行。本发明基于以下理解，即在内燃机使用的整个时间，曲轴箱气体清洁并不需要具有同一效率，以及离心分离器的清洁效率可以通过改变离心转子的转速而得以控制。
电机进而离心转子的转速的控制可以按照各种不同途径进行，尤其取决于所使用的电机的类型。例如，此前已知的涉及频率变换的技术可能用于控制电机的转速。然而，在最简单的情况下，可以利用一个或多个常规型继电器进行控制。在这种继电器中，输入电路可以设置成受到用于改变离心分离器的清洁效率的数据影响，输出电路可以设置成用于根据这些数据来改变电机的转速。
关于在此所述的用于进行控制的所需输入数据，根据本发明的装置优选地可连接于可从车辆上得到的信息源上，并且该信息源被设置成用于输送与对清洁内燃机产生的曲轴箱气体的现有或即将出现的需求相关的数据。因此，优选地，控制设备适于受到来自所述信息源的数据影响，以便连续地或逐步地调节离心转子的转速以适于所述曲轴箱气体清洁的需求。然而，车辆上的一些其它操作有时可能提出极大的能量需求，而这些操作优先于曲轴箱气体清洁工作，因而在某些时段期间，刚刚所述的这种准确控制可能因此被迫中断。在这种时段期间，可能需要完全中断或者交替中断曲轴箱气体清洁过程以便将其减少至车辆的各种运行状态所需的预定和预编程的程度。因此，有时候，根据本发明装置的所述控制设备受到影响的方式可能必须得不同于当控制设备使得离心分离器的清洁效率准确地适应于实际的现有清洁需要时所发生的影响方式。
在大型载重汽车和作业机器的现代车辆中，通常安装有计算机网络。一种此前已知的此类计算机网络称作CAN-总线(CAN＝ControllerArea Network控制器区域网)。这种计算机网络优选地包括车辆计算机并且联接于许多不同的传感器上，这些传感器安置于车辆的不同零件与内燃机中，在这种计算机网络中，可得到大量关于车辆上现有的各种功能和条件的数据。可得到的数据的实例有-当前发动机速度-当前发动机负载-车辆驾驶者所要求的发动机负载(车辆加速器踏板上的当前压力)-发动机温度-周围空气温度-车辆速度-从发动机初次使用时起的发动机总运行时间-从发动机初次使用时起的车辆驾驶距离-从发动机上次起动时起的运行时间当然，根据车辆中所存在的部件的不同，在这种网络中可以得到许多其他数据。利用与网络相连接的车辆计算机，可以将各种数据组合并转化成用于控制车辆上的各种功能的各种控制信号，例如用于控制根据本发明的曲轴箱气体清洁的信号。
在根据本发明装置的优选实施例中，其用于改变离心分离器清洁效率的设备可包括解码或选择装置，该装置仅适于接收或选择可在这种信息源中得到的若干数据中的特定数据，所述控制设备适于由这些所接收或选择的数据来启动，而又由此与其独立地改变电机的转速。
不管是否可以得到前述类型的计算机网络，本发明的有利实施例中的清洁装置优选地可以连接于这样一种传感器上，这种传感器设置用于检测由内燃机产生的曲轴箱气体量的实际变化。替代地或另外地，清洁装置可以连接于这样一种传感器上，这种传感器设置用于检测待清洁曲轴箱气体中存在的颗粒、固体或液体量的变化，例如位于内燃机的曲轴箱与离心分离器之间的曲轴箱气体。在这种设置结构中，离心分离器的清洁效率可与能够用公式表示的清洁需要相适应，该公式包括待清洁曲轴箱气体中出现的颗粒量的值与这种曲轴箱气体的实际流量。
除了上述类型的装置之外，本发明还包括根据随后的权利要求的曲轴箱气体的清洁方法。
在下文中将参看附图对本发明进行更详细的描述，其中
图1示出了一种可包括于根据本发明的装置中的电机驱动型离心分离器的实例，图2示出了沿图1中的线II-II剖开的剖面图，而图3示意性地示出了装备有根据本发明的装置的车辆。
图1中示出了离心分离器的剖视图，该离心分离器可安装于车辆上，并用于清洁悬浮于曲轴箱气体中的颗粒，这些颗粒的密度大于气体密度。离心分离器包括限定了室2的壳体1。壳体形成了待清洁气体所用的通向室2的进气口3和洁净气体所用的离开室2的出气口4。壳体还形成了从气体中所分离出的颗粒所用的离开室2的颗粒出口5。
壳体1包括利用多个螺钉6保持在一起的两部分。这些螺钉6还适于将壳体固定于由某些弹性材料制成的悬挂构件7上，壳体通过这些悬挂构件而被支承于所述车辆上(未示出)。
在室2内，转子8被设置成可绕着垂直旋转轴线R旋转。电机9被设置成用于带动转子8旋转。转子8包括垂直延伸的心轴10，该心轴在其上端处通过轴承11和轴承座12而轴颈支承于壳体1中，而在其下端处通过轴承13和轴承座14而轴颈支承于壳体1中。轴承座14位于壳体的进气口3中，并因此带有通孔15以便使室2中的待清洁气体进入。
转子8还包括上端壁16和下端壁17，所述的两端壁与心轴10相连接。下端壁17在中央部中分带有通孔18，以便使得转子内部可以与进气口3相连通。而且，下端壁17带有环形凸缘19，该凸缘19设置成与轴承座14的类似环形凸缘20配合工作，以便使得通过进气口3进入的气体被通过刚才所述的孔18导入转子8内部。凸缘19和20可以设置成互相完全密封，但是这二者之间的完全密封并非必要。
下端壁17与中空柱21作为单件成形，中空柱21从端壁17向上沿轴向延伸并紧紧围绕心轴10。柱一直延伸至上端壁16。在柱21的区域中，心轴10为柱形，因成本原因优选地为圆柱形，柱21的内侧按照与心轴外侧相同的方式形成。柱21的外侧具有非圆形的截面形状，这从图2中可以看出。
在端壁16和17之间设置有一叠圆锥形分离盘22。每个分离盘均具有一个形成为圆锥的截头锥体的部分和一个与其整体形成的最靠近柱21的平面部分23。如图2所示，形成的平面部分使得其可与非圆形的柱21接合，其接合方式使得分离盘不能相对于柱21旋转。而且，平面部分23带有若干通孔24。不管各分离盘22中的孔24是否沿轴向对齐，它们均与位于分离盘22的中央部分之间的间隙一起形成位于转子内的中央入口空间25(参看图1)，该中央入口空间25与进气口3相连通。
为清楚起见，图中仅示出了几个具有大的轴向间隙的分离盘22。实际上，端壁16与17之间设置有更多的分离盘，以便使得端壁之间所形成的间隙较小。
图2示出了分离盘22的侧面，其在图1中朝上。该侧面在下文中称作分离盘的内侧，因为其朝内面向转子的旋转轴线。可以看出，分离盘在其内侧带有若干细长的肋26，这些肋形成了位于该分离盘与盘叠中的上方最近的分离盘之间的分隔构件。在位于两个分离盘之间的间隙中的相邻肋26之间，形成了待清洁气体所用的流动通路27。如图2所示，肋26沿着弯曲的路径延伸，至少在盘的径向外部圆周部分处与分离盘的母线形成一定角度。由于肋26为弯曲形式，因此待清洁气体所用的流动通路27也按照相应方式沿着弯曲的路径延伸。优选地，肋26基本上延伸穿过每个分离盘的整个锥形部分，并且结束于邻近分离盘的径向外部边缘处。
环形空间28围绕着壳体1中的转子8并构成了室2的一部分。
上述离心分离器此前已见于WO 01/36103中并且在其中对其功能进行了详尽的描述。这种功能可以简要描述如下。
利用电机9的作用，转子8开始绕着垂直轴线R旋转。曲轴箱气体由内燃机(未示出)产生，并且其不带油颗粒但可能还有固体颗粒悬浮于其中，这种气体通过进气口3进入后被向上导至转子8的中心空间25中。曲轴箱气体由此被导入分离盘22的锥形部分之间的间隙中，在此将气体吸入转子旋转中。由于旋转的作用，就使得悬浮于气体中的颗粒通过对着分离盘内侧的离心力被抛出而得以分离，然后分离盘上的颗粒就沿径向向外朝着分离盘周围边缘滑动、或者以液体形式运动。成团或聚结的颗粒就被从这些周围边缘朝着固定式壳体1的周壁向外抛出，沿着该壁向下运动并且通过颗粒出口5离开。
不带颗粒的曲轴箱气体从分离盘22之间的间隙流出至环形空间28中，在此气体就通过其出气口4离开。
离心分离器的分离效率或清洁效率很大程度上取决于离心转子8的转速。分离效率随转速的增大而增大。通过控制电机9的转速可以改变离心分离器的效率。甚至在非旋转状态下，由于曲轴箱气体若干次被迫改变流动方向并流过位于其穿过离心转子的通路上方的狭窄通道，所以离心转子仍具有一定的清洁效应，尽管这很小。
图3示出了车辆30和由其支承并设置用于推进车辆的内燃机31。内燃机31还设置用于运行与蓄电池33相连接的发电机32。车辆30还装备着图1和2中所示的这种离心分离器34。管道35设置用于将受污染的曲轴箱气体从发动机31的曲轴箱导至离心分离器的进气口，而管道36和37设置用于将洁净的曲轴箱气体和从曲轴箱气体中分离出的颗粒与油分别导回至内燃机。洁净气体被导入内燃机的进气口，而分离出的颗粒与分离出的油一起被导回至内燃机所谓的油盘。替代地，洁净气体可以释放于周围大气中，而分离出的颗粒与油可收集于单独的容器中。
图3还示出了电机9，该电机9可以从图1中看到，其设置用于驱动离心分离器的转子8。控制设备38设置成连接于电机9上，其适于以各种速度驱动电机9。为了获得供向其自身及电机的电流供应，控制设备38连接于发电机32和蓄电池33上。
车辆30上还安装有包括车辆计算机39和所谓的数据总线40的计算机网络。大量的各种传感器连接于计算机网络上以用于收集关于车辆不同功能的数据。所述控制设备38也连接于这个计算机网络上，其从该网络收集信息以便与电机9连接和断开或者利用控制设备改变电机的转速。通过连接于计算机网络上，还可以由此获得例如电机与离心分离器的条件和运行情况以及受污染的曲轴箱气体与洁净的曲轴箱气体中的污染物程度之类的信息。
前述电机9可以是直流电机或交流电机；可以是同步电机或异步电机。根据电机的类型，控制设备38可以按照不同的方式进行设计，这对电机领域的普通技术人员不言而喻。
如果控制设备38连接于上述类型的计算机网络上，关于其用于处理来自车辆上不同传感器的信号的能力不必特别复杂。即，在那种情况下，装备着前述车辆计算机以便用于所需的这种信号处理并产生驱动电机的控制信号。在这种情况下，控制设备38必须包括解码装置(接口)，其利用该解码装置可以选择来自计算机网络的正确信号，此后该信号可以用于控制电机转速。
在最简单的情况下，控制设备可以包括设置成利用所接收的控制信号来起动或停止电机运行的继电器。这种继电器可以具有输入电路和输出电路，其中输入电路可以受到用于控制离心分离器34的分离效率的数据影响，输出电路设置成根据这些数据来改变电机9的转速。
然而，优选地，控制设备包括用于以不同速度驱动电机9的装置；从而可以获得有限数量的速度或者可以连续地改变电机速度。用于电机(直流电机和交流电机)速度调节的不同类型的装置已是众所周知，因此在本文中不需要更详细地描述。直流电机可以使用用来进行电压控制的简单装置。交流电机可以使用各种频率控制设备。这种设备可以利用直流电或交流电来产生可变频率的交流电。
不管控制设备是否复杂，其都应当使得在内燃机仍处于运行状态时，如内燃机处于空转状态或内燃机的速度低于一定值时，能够中断电机的运行。如果需要，电机的运行可以在内燃机已起动一定时段之后或者内燃机达到一定转速之后手动断开和/或自动连接。电机应当适于在电压为48伏或更低如14、28或42伏的情况下运行。
至于信号，利用该信号应当可以对电机的速度进行控制或调节，其可为许多不同可变因子的函数。因此，可以包括一个或多个下述因子，例如-内燃机曲轴箱中的气体压力-内燃机进气口中的气体压力-内燃机的转速-内燃机上的负载-周围空气温度-内燃机的润滑油温度-内燃机的总运行时间若没有上述类型的计算机网络，则电机的转速可以利用从某种适用类型的传感器直接传递至控制设备38的数据进行调节或控制。例如，传感器可以设置成按照不同方式来检测内燃机每次产生的曲轴箱气体量。所产生的曲轴箱气体量的测量方式可以由内燃机的曲轴箱中或曲轴箱与所述离心分离器之间的曲轴箱气体通路中存在的压力来构成。曲轴箱气体的产生情况的另一种测量方式可以由所述通路中存在的气流的值来构成。
对清洁所产生的曲轴箱气体量的需求的另一种测量方式可以由曲轴箱气体中的油雾含量的检测值来构成。这种测量值可以与表示所产生曲轴箱气体量(即容积)的值结合来组成用于控制电机转速的信号。
在上文中，假定了曲轴箱气体的所需清洁实际上通过利用根据对假定或检测的曲轴箱气体清洁需求而产生的信号来对电机转速进行所述控制而实现。当然，若需要，替代地，其可利用表示离开离心分离器的曲轴箱气体实际清洁程度的检测参数来控制电机转速。因此，可以设置传感器以用于检测仍以悬浮形式保留于离开离心分离器的曲轴箱气体中的颗粒量，并启动控制装置以便使得电机的转速增加或减少。甚至可能采取不同控制方法的组合。因此，举例来说，电机的特定转速(如步进式选择的转速)可以根据前面所述的一个或若干个因子来设定，之后对转速的精确控制可以利用如刚才所述的检测参数来进行，这些检测参数表示利用离心分离器清洁的曲轴箱气体的实际结果。
如果洁净的曲轴箱气体将释放于周围大气中(而非被导至内燃机的进气口)，则可以适用按照最后所述的方法进行精确控制。在这种情况下，可能未被充分清洁的曲轴箱气体仍会通过其进气口被导回内燃机。
权利要求
1.一种用于清洁在设置用于推进车辆(30)的内燃机(31)运行过程中产生的曲轴箱气体的装置，所述装置包括-离心分离器(34)，其具有设置成安装于车辆上并用于清洁所述曲轴箱气体的离心转子(8)，以及-电机(9)，其为了运行可连接于车辆(30)上的电流源(33)上并设置成用于引起离心转子(8)旋转，其特征在于，-用于改变离心分离器(34)清洁效率的设备，其包括设置成用于在保持内燃机(31)运行的过程中改变电机(9)转速从而改变离心转子(8)转速的控制设备(38)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中控制设备(38)设置成用于将电机(9)的转速从第一值变化为第二值，这两个值均大于零。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其可以连接于可在车辆(30)上得到的信息源(39、40)上。
4.根据权利要求3所述的装置，其中信息源(39、40)适于提供与由内燃机(31)产生的曲轴箱气体的当前或即将出现的清洁需求相关的数据，控制设备(38)设置成由来自所述信息源(39、40)的数据启动并根据这些数据来改变电机(9)的转速。
5.根据权利要求3所述的装置，其中用于改变离心分离器(34)清洁效率的所述设备包括解码或选择装置，该装置设置成用于仅接收或选择可在所述信息源(39、40)中得到的若干数据中的某些数据，所述控制设备设置成通过接收或选择这些数据而启动并根据其来改变电机(9)的转速。
6.根据权利要求3所述的装置，其中所述信息源包括设置用于检测离开离心分离器(34)的曲轴箱气体清洁度的传感器。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其可以连接于一种传感器上，该传感器设置用于检测并提供代表由内燃机(31)产生的曲轴箱气体量的实际变化的数据，控制设备(38)设置成利用由传感器提供的数据来启动。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述传感器设置用于检测由于内燃机(31)产生曲轴箱气体而引起的流的变化。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述传感器设置用于检测由于内燃机(31)产生曲轴箱气体而引起的过压变化。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述控制设备(38)包括具有输入电路和输出电路的继电器，所述输入电路可以通过用于控制离心分离器(34)的分离效率的数据而启动，所述输出电路设置成用于根据这些数据改变电机(9)的转速。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述控制设备(38)设置成用于基本上连续地改变电机(9)的转速。
12.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述控制设备(38)适于在至少两个大于零的值之间步进地改变电机(9)的转速。
13.一种用于清洁在设置用于推进车辆的内燃机(31)运行过程中产生的曲轴箱气体的方法，所述方法包括-使用离心分离器(34)，其具有安装于车辆上(30)的离心转子(8)，以便用于清洁所述曲轴箱气体，以及-使用电机(9)，其为了运行可连接于车辆(30)上的电流源(33)上，以便引起离心转子(8)旋转，其特征在于，-在保持内燃机(31)处于运行状态的过程中，通过改变电机(9)的转速从而改变离心转子(8)的转速来改变离心分离器(34)分离效率。
14.根据权利要求13所述的方法，包括将电机(9)的转速从第一值变化为第二值，这两个值均大于零。
15.根据权利要求13所述的方法，包括通过从可在车辆(30)上得到的信息源所收集的数据的控制而改变电机的转速。
16.根据权利要求15所述的方法，包括从信息源收集所述数据，这种信息源包括比那些用于改变离心分离器的清洁效率所需的数据更多的数据。
17.根据权利要求16所述的方法，包括从计算机网络(39、40)收集所述数据。
18.根据权利要求13所述的方法，包括利用代表由内燃机(31)产生的曲轴箱气体量的实际变化的数据来改变电机(9)的转速。
19.根据权利要求18所述的方法，包括利用所检测到的因内燃机(31)产生曲轴箱气体而引起的曲轴箱气流的变化来改变电机(9)的转速。
20.根据权利要求18所述的方法，包括利用所检测到的因内燃机(31)产生曲轴箱气体而引起的曲轴箱气体过压的变化来改变电机(9)的转速。
21.根据权利要求13所述的方法，包括使用包含输入电路和输出电路的继电器，以便改变电机(9)的转速，引起呈电信号形式的数据影响所述输入电路，引起继电器的输出电路启动电机(9)从而改变其转速。
22.根据权利要求15所述的方法，包括利用从所述信息源收集的数据来基本上连续地改变电机(9)的转速。
23.根据权利要求15所述的方法，包括利用从所述信息源收集的数据步进地改变电机(9)的转速。
全文摘要
为了清洁由用来推进车辆(30)的内燃机(31)所产生的曲轴箱气体，利用一种具有安装于车辆上的离心转子的离心分离器(34)。离心分离器的清洁效率通过改变电机(9)的转速而改变，该电机连接于车辆的电源上并且设置成用于驱动所述离心转子。
文档编号F01M13/00GK1675453SQ03819825
公开日2005年9月28日 申请日期2003年5月12日 优先权日2002年6月20日
发明者M·埃克罗思 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司