专利名称：污染控制系统的制作方法
污染控制系统
背景技术：
本发明涉及污染控制系统，尤其涉及系统地控制PCV阀门组件以再循环发动机燃料副产品、降低排放并改善发动机性能的系统。标准内燃机的基本运行基于燃烧过程的类型、汽缸数量及期望的用途/功能而有所不同。例如，在传统两冲程发动机中，机油在进入曲轴箱之前与燃料和空气预先混合。在进气过程中，利用活塞产生的真空将该机油/燃料/空气混和物吸入曲轴箱中。机油/燃料混和物可润滑汽缸壁、曲轴箱中的曲轴和连杆轴承。接着，压缩燃料并使用火花塞点燃该燃料，以使该燃料燃烧。随后向下推动活塞，并于活塞暴露排气口时，将废气排出汽缸。活塞运动可增大曲轴箱中剩余的机油/燃料的压力，并允许额外的新鲜机油/燃料/空气进入汽缸，从而同时将剩余的废气经由排气口排出。重复该过程时，动力驱动活塞返回压缩冲程。或者，在四冲程发动机中，曲轴和连杆轴承的机油润滑独立于燃料/空气混和物。这时，曲轴箱中主要填充有空气和机油。进气歧管自独立的源头接收并混合燃料和空气。该进气歧管中的燃料/空气混和物被吸入燃烧汽缸中，由火花塞点燃并燃烧。利用活塞汽缸内围绕活塞外径设置的一系列活塞环大体将燃烧室与曲轴箱密封隔离，从而将机油保持于曲轴箱中而不会如两冲程发动机一样将其作为燃烧冲程的一部分而燃烧。不幸的是，该活塞环无法完全密封活塞汽缸。因此，试图润滑汽缸的曲轴箱机油被吸入燃烧室内并于燃烧过程中燃烧。另外，汽缸中包括未燃烧燃料和废气的燃烧废气同时经过该活塞环进入曲轴箱。通常将进入曲轴箱的废气称为“吹漏气”。吹漏气主要由污染物例如碳氢化合物(未燃烧燃料)、二氧化碳或水蒸气组成，所有这些污染物都对发动机曲轴箱有害。曲轴箱中的吹漏气量是进气歧管中碳氢化合物浓度的数倍。简单地将该些气体排入大气中会增加空气污染。不过，将吹漏气限制在曲轴箱中将使污染物凝结并随着时间推移逐渐累积。凝结的污染物在曲轴箱内部形成腐蚀性酸和油泥，从而降低机油润滑汽缸和曲轴箱的能力。质量变差的机油无法正常润滑曲轴箱部件 (例如曲轴和连接杆)，因而成为发动机性能低下的一个因素。曲轴箱润滑不充分导致活塞环发生不必要的磨损，同时降低燃烧室与曲轴箱之间的密封质量。随着发动机老化，活塞环与汽缸壁之间的间距逐渐增大，导致更多的吹漏气进入曲轴箱中。进入曲轴箱的过多吹漏气可引起功率损耗，甚至引起发动机失效。而且，吹漏气中的冷凝水可使发动机零件生锈。 因此，业界开发了曲轴箱通风系统以弥补曲轴箱中吹漏气的存在。一般而言，曲轴箱通风系统将吹漏气排出曲轴箱强制通风(positive crankcase ventilation ；PCV)阀门并进入进气歧管以再燃烧。PCV阀门使曲轴箱中的吹漏气再循环(亦即排出)返回至进气歧管中，从而得以在燃烧期间与新鲜供应的空气/燃料一起再次燃烧。由于没有简单地将有害的吹漏气排放至大气，因而这是极其理想的。曲轴箱通风系统应当设计为限制或理想情况下消除曲轴箱中的吹漏气，以保持曲轴箱尽可能干净。早期的PCV阀门包括简单的单向止回阀。该些PCV 阀门仅依赖于曲轴箱与进气歧管之间的压力差而正确发挥功能。当进气期间活塞向下运动时，该进气歧管中的气压低于周围大气环境。通常将该结果成为“发动机真空”。该真空将空气吸入进气歧管。相应地，能够将空气自该曲轴箱经PCV阀门吸入进气歧管中，该PCV阀门在曲轴箱与进气歧管之间提供通道。该PCV阀门基本打开单向路径，以使吹漏气自该曲轴箱排入该进气歧管。如果压力差变化(亦即该进气歧管中的压力相对高于该曲轴箱中的压力)，则该PCV阀门关闭并阻止气体排出该进气歧管并进入该曲轴箱。因此，该PCV阀门为“积极的”曲轴箱通风系统，其中仅允许气体单向流动-自该曲轴箱流入该进气歧管中。 该单向止回阀基本是一个或者完全开放或者完全关闭的阀门。亦即，当该进气歧管中的压力相对低于该曲轴箱中的压力时，该阀门完全开放。或者，当该曲轴箱中的压力相对低于该进气歧管中的压力时，该阀门完全关闭。基于单向止回阀的PCV阀门无法随时区分曲轴箱中吹漏气量的变化。该曲轴箱中的吹漏气量随不同的驱动条件以及发动机的品牌和型号而变化。PCV阀门设计已经得到改善而优于基本的单向止回阀，并可更好地调节自该曲轴箱排向该进气歧管的吹漏气量。一种PCV阀门设计使用弹簧以相对出口定位内部限制器例如圆锥或圆盘，其中，吹漏气自曲轴箱经由该出口流向进气歧管。该内部限制器邻近该出口的距离正比于发动机真空相对弹簧张力的程度。该弹簧旨在响应该曲轴箱与进气歧管之间的真空压力的变化。该设计意图改善或者完全开放或者完全关闭的单向止回阀。例如，在空转状态时，发动机真空很高。该弹簧偏置的限制器被设置为针对大的压力差排出大量吹漏气，即使该发动机正产生相对少量的吹漏气。该弹簧定位该内部限制器以大体允许自曲轴箱至进气歧管的空气流动。加速期间，由于发动机负载增加，发动机真空降低。因此，该弹簧能够向下回推该内部限流器，以降低自曲轴箱至进气歧管的空气流动，即使发动机正产生更多的吹漏气。接着，当车辆逐渐具有恒定的行使速度时，随着加速降低(亦即发动机负载降低)，真空压力增加。该弹簧再次将该内部限流器吸离该处口，以大体允许自曲轴箱向进气歧管的空气流动。在此情况下，希望基于压力差增加自该曲轴箱向该进气歧管的空气流动，因为较高的发动机转速(RPM)使处于行驶速度的发动机产生较多的吹漏气。因此， 这样一个仅基于发动机真空和弹簧偏置限制器的改善阀门无法最优化自曲轴箱向进气歧管的吹漏气排出，特别是在车辆不断变化速度的情况下(例如城市行驶或停止和走高速公路)。曲轴箱通风的一个关键方面是发动机真空受发动机负载而不是发动机速度的影响而变化，并且吹漏气量部分地受发动机速度而不是发动机负载的影响而变化。例如，当发动机速度保持相对恒定时(例如空转状态或以恒定速度行驶)，发动机真空较高。因此，当发动机空转(每秒900转(900rpm))时的发动机真空量与发动机在高速公路上以恒定速度行驶(例如转速在2500至^OOrpm之间)时的发动机真空量基本相同。转速为2500rpm 时产生吹漏气的速度远高于转速为900rpm时产生吹漏气的速度。但是，基于弹簧的PCV阀门无法区分2500rpm和900rpm之间吹漏气产量的差别，因为在这些不同的发动机速度下， 对于基于弹簧的PCV阀门，其所受的进气歧管与曲轴箱之间的压力差类似。该弹簧仅响应空气压力的变化，其受发动机负载而不是发动机速度的影响。例如，当加速或爬山时，发动机负载通常会增加。随着车辆加速，吹漏气产量增加，而发动机真空由于增加的发动机负载而降低。因此，在加速期间，基于弹簧的PCV阀门自曲轴箱排出的吹漏气量不足。由于该弹簧仅响应发动机真空，因此这样一个基于弹簧的PCV阀门系统不能够基于吹漏气产量排出吹漏气。
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发明人Collins的美国专利5，228，424示例两级基于弹簧的PCV阀门，其调节自曲轴箱向进气歧管的吹漏气排出，其内容包括于此作为参照。具体而言，Collins揭露的 PCV阀门中具有两个圆盘以调节曲轴箱与进气歧管之间的空气流量。第一圆盘中具有一系列小孔，并设于出口与第二圆盘之间。第二圆盘的大小能够覆盖第一圆盘中的小孔。当真空很少或没有时，该第二圆盘抵靠第一圆盘，导致该两圆盘抵靠该出口。最终结果是允许很少的空气流量通过该PCV阀门。增加的发动机真空使该圆盘推挤弹簧并离开该出口，从而允许更多的吹漏气自曲轴箱经该PCV阀门流回进气歧管中。发动机真空至少使该第二圆盘移离，从而自该发动机曲轴箱排出吹漏气。每当节流阀位置标明发动机以恒定的低速(例如空转时)运行时，该第一圆盘通常基本覆盖该出口。车辆加速时，当节流阀位置标明发动机正在加速或正以较高的恒定速度运行时，该第一圆盘可移离该出口，以排出更多的吹漏气。 该第一圆盘的定位主要基于节流阀位置，该第二圆盘的定位主要基于该进气歧管与曲轴箱之间的真空压力。但是，吹漏气产量并不仅仅基于真空压力、节流阀位置或其组合。相反， 吹漏气产量基于多个不同的因素，包括发动机负载。因此，当在类似的节流阀位置发动机负载发生变化时，Collin的PCV阀门也不能够将曲轴箱的吹漏气充分地排至进气歧管。PCV阀门系统的维护很重要而且相对简单。必需周期更换润滑油以移除在该阀门系统中逐渐沉积的有害污染物。不能适当地按时(通常每3000英里至6000英里)更换润滑油可导致PCV阀门系统被油泥污染。堵塞的PCV阀门系统将最终损坏发动机。如能按时更换润滑油，则在发动机的寿命期中PCV阀门系统应当保持清洁。为努力消除洛杉矶盆地的烟雾，从20世纪60年代开始，加州开始要求在所有型号汽车上装设排放控制系统。1968年，联邦政府开始在全国范围内推广这些排放控制法规。1970年，国会通过了“大气净化法”，并成立了环境保护局(environmental protection agency ；EPA)。从那时起，车辆厂商不得不满足车辆生产和维护方面的一系列分级排放控制标准。其包括实施控制发动机功能并诊断发动机问题的设备。更具体而言，汽车厂商开始集成电性控制元件，例如电燃料供给和点火系统。此外还加入传感器以测量发动机效率、系统性能和污染。能够访问这些传感器以作为早期诊断辅助。车载诊断系统(on-baoard diagnostics ；0BD)是指车辆的早期自诊断系统和报告功能。OBD系统为各种车辆子系统提供当前状态信息。自从20世纪80年代早期引入车载电脑以来，OBD所提供的可用诊断信息量发生了很大变化。最初的OBD就检测到的问题点亮故障指示灯，但不能提供有关问题本质的信息。现代的OBD实施采用标准化的快速数字通信口以提供与标准化的诊断故障代码(diagnostic trouble codes ；DTC)系列结合的实时数据，从而建立故障的快速识别并在车辆内形成相应的处理。加州空气资源委员会(CaliforniaAir Resources Board ；CARB或者简称ARB)颁布法规要求使用第一代0BD(现称为“0BD-I”)。CARB旨在鼓励汽车厂商设计可靠的排放控制系统。CARB拒绝登记未能通过CARB车辆排放标准的车辆，以期望降低加州的车辆排放。不幸的是，由于测试和报告有关排放的诊断信息的基础结构未能标准化或者获得广泛认同，因此当时OBD-I未能成功。自车辆获得标准化且可靠的排放信息所存在的技术困难导致无法有效实施年度测试计划。在最初实施OBD-I后，OBD变得越来越复杂。OBD-II是20世纪90年代中期引入的新标准，其实施汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers ；SAE)开发的一系列新标准和惯例。该些标准最终被EPA和CARB采纳。OBD-II包括增强功能以提供较好的发动机监控技术。OBD-II还监控底盘件、车身及附件设备，并且包括车辆诊断控制网络。与 OBD-I相比，OBD-II在功能和标准化方面都有改进。OBD-II规定了诊断连接器的类型、针组态、电信号协议、信息格式并提供DTC的扩展列表。OBD-II还监控特定系列的车辆参数， 并针对各该参数编码性能数据。因此，单个设备可查询任意车辆中的车载电脑。报告诊断数据的简化使CARB期望的综合排放测试计划具有可行性。因此，非常需要改进PCV阀门系统以最佳地调节发动机吹漏气自曲轴箱向进气歧管的流动。这样一污染控制设备应当包括能够调节自曲轴箱至进气歧管的空气流量的电性控制PCV阀门，电性耦接至该PCV阀门以调节该PCV阀门的控制器，以及一系列用以测量发动机性能例如发动机速度和发动机负载的传感器。这样一污染控制设备应当降低燃料消耗的速率，应当降低有害污染排放的速率，并且应当增加发动机性能。本发明实现了这些需求并提供进一步的相关优点。
发明内容
这里所揭露的污染控制系统包括控制器，其耦接至监控燃烧发动机的运行特性的传感器。该传感器可包括发动机温度传感器、火花塞传感器、加速计传感器、PCV阀门传感器或排气传感器。在一实施例中，该控制器经由该发动机温度传感器监控发动机燃烧速率， 从而确定吹漏气产生量。该控制器可包括无线发送器或无线接收器以发送和/或接收与该传感器所收集的信息相关的数据。为此，该控制器可包括预编程软件程序、闪存可更新软件程序或行为学习软件程序。在一优选实施例中，可透过该发送器和/或该接收器无线访问操控该控制器的该软件程序。可自该控制器检索由该行为学习软件程序开发的例如定制运行条件等信息，随后使用该信息以更有效地运行该污染控制系统。该污染控制系统还包括PCV阀门，其具有进口和出口，用于自燃烧发动机排出吹漏气。较佳地，该PCV阀门为两级止回阀。在该污染控制系统中使用与该PCV阀门关联并响应该控制器的流体调节器，以选择性调节发动机真空压力，从而调节增加或降低自该燃烧发动机排出的吹漏气的流体流速。该控制器部分地基于一个或多个前述传感器的测量调节性定位该流体调节器以改变发动机真空程度。在一优选实施例中，该PCV阀门进口连接曲轴箱，该PCV阀门出口连接内燃机的进气歧管。在该内燃机中的吹漏气产量减少期间，该控制器降低该发动机真空压力，从而降低通过该PCV阀门的该流体流速；以及在该内燃机中的吹漏气产量增加期间，该控制器增加该发动机真空压力，从而增加通过该PCV阀门的该流体流速。该控制器可在多种不同条件的其中任一条件下启动和/或关闭该流体调节器。例如，在一发动机频率(例如谐振频率)或一系列发动机频率下，该控制器启动和/或关闭该流体调节器。或者，该控制器还可耦接至具有窗口开关的发动机转速传感器。基于该窗口开关设定的一个预定发动机转速或多个发动机转速可选择性定位该流体调节器。在另一替代实施例中，该控制器可包括接通延时定时器，其设置该流体调节器以在该燃烧发动机启动后的预定期间内防止流体流动。该流体调节器防止流体流动的该预定期间是时间、发动机温度或发动机转速的函数。在另一替代实施例中，该污染控制系统还可包括补充燃料，其流体耦接至该PCV阀门和该空气流量调节器。电子耦接至该控制器的单向止回阀选择性调节该补充燃料向该PCV阀门和该流体调节器的排放。该补充燃料可包括压缩天然气(compressed natural gas ；CNG)或氢气。较佳地，该氢气由耦接至该控制器并由该控制器调节的氢气发生器根据需要制造。随着真空压力的增加以及流体流速的相应增加，该控制器增加氢气产量；随着真空压力的降低以及流体流速的相应降低，该控制器减少氢气产量。该真空压力和该流体流速的调节可基于燃烧发动机运行特性的测量，该运行特性可包括发动机温度、发动机汽缸数、实时加速计算或发动机转速。参照示例本发明原理之附图阅读下面的详细说明后，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚。
图1显示有效耦接至多个传感器和PCV阀门的控制器的示意图。图2显示该PCV阀门与燃烧发动机的总体功能示意图。图3显示用于污染控制系统的PCV阀门的透视图。图4显示图3的PCV阀门的分解透视图。图5显示该PCV阀门的部分分解透视图，其显示空气流量限制器的装配。图6显示该PCV阀门的部分分解透视图，其显示部分地下压该空气流量限制器。图7显示该PCV阀门无空气流动的剖视图。图8显示该PCV阀门具有有限空气流动的剖视图。图9显示该PCV阀门具有充分空气流动的剖视图。
具体实施例方式如图所示，本发明的污染控制系统在附图中标记为10。图1中，污染控制系统10 具有控制器12，其较佳地设于汽车16的发动机盖14的下方。该控制器12电性耦接至监控和测量汽车16的实时运行条件和性能的复数传感器的其中任意一者。籍由数字控制PCV 阀门18和流量控制口 19，该控制器12可调节燃烧发动机中的发动机真空，从而调节吹漏气的流速。控制器12自传感器接收实时输入，该传感器可包括发动机温度传感器20、火花塞传感器22、电池传感器M、流量控制传感器25、PCV阀门传感器沈、发动机转速传感器28、 加速计传感器30、排气传感器32以及气体/蒸汽注入传感器33。控制器12自传感器20、 22、24、25、26、观、30、32、33获得的数据用于调节PCV阀门18和流量控制口 19，下面将作详细描述。图2显示污染控制系统10内的PCV阀门18和流量控制口 19的运行示意图。如图2所示，PCV阀门18设于发动机36的曲轴箱34和进气歧管38之间。运行时，进气歧管 38经由燃料管道40和空气管道42接收燃料和空气的混合物。空气过滤器44可设于空气管道42和进气管道46之间，以使进入污染控制系统10的新鲜空气经过滤后与进气歧管38 中的燃料混合。当活塞50在气缸48内自上死点下降时，进气歧管39中的空气/燃料混合物被传输至活塞汽缸48。活塞50自上死点下降在燃烧室52内形成真空。因此，转速为曲轴34速度的一半的输入凸轮轴M打开输入阀门56以使进气歧管38处于发动机真空下， 从而将燃料/空气自进气歧管38吸入燃烧室52中。
燃烧室52中的燃料/空气由火花塞58点燃。点燃的燃料/空气在燃烧室52中快速膨胀，从而下压汽缸48内的活塞50。燃烧后，排气凸轮轴60打开排气阀门62，以允许燃烧室52的燃烧气体排出排气管道64。通常，在燃烧循环期间，额外的废气经由设于活塞 50的顶部68的一对活塞环66漏出。该些“吹漏气”作为高温高压气体进入曲轴箱34。随着时间推移，有害废气例如碳氢化合物、一氧化碳、氧化亚氮和二氧化碳自气态凝结并覆盖曲轴箱34的内部，并与润滑曲轴箱34内机件的机油70混合。不过，污染控制系统10用于将该些吹漏气自曲轴箱34排至进气歧管38，从而作为发动机36的燃料进行再循环。这籍由利用曲轴箱34与进气歧管38之间的压力差实现。运行期间，该吹漏气透过出口 72自压力相对较高的曲轴箱34排出，经排气管道74、PCV阀门18、回流管道76、流量控制口 19，最终经辅助回流管道76，进入耦接至辅助回流管道76，的压力相对较低的进气歧管38。相应地，自曲轴箱34经PCV阀门18和流量控制口 19排至进气歧管38的吹漏气量由图1所示的控制器12数字调节。图3中的PCV阀门18通常经由一对电性连接78电性耦接至控制器12。籍由电性连接78，控制器12至少部分调节流过PCV阀门18的吹漏气量。图3中，PCV阀门18包括橡胶壳体80，其包围部分刚性外壳82。连接导线78经外壳82中的开孔(未图示)延伸出外壳82。较佳地，外壳82为单一结构，其包括进气口 84和排气口 86。一般而言，控制器 12操控外壳82内部的限制器以调节吹漏气进入进气口 84和排出排气口 86的速度。图4显示PCV阀门18的分解透视图。橡胶壳体80覆盖端盖88，端盖88大体密封外壳82以封闭螺线管机制90和空气流量限制器92。螺线管机制90包括设于螺线管96 内的柱塞94。连接导线78操控螺线管96并延伸穿过设于端盖88中的开孔98。类似地， 橡胶壳体80包括开孔(未图示)以使连接导线78电性耦接至控制器12 (图2)。一般而言，进气歧管38 (图2)中的发动机真空引导曲轴箱34的吹漏气经过PCV阀门18(图4)中的进气口 84并导出排气口 86。图4中所示的空气流量限制器92用于调节自曲轴箱34向进气歧管38排出的吹漏气量。调节吹漏气的流速极为有利，因为在吹漏气产量较高期间，污染控制系统10能够增加自曲轴箱34排出吹漏气的速度，而在吹漏气产量较低期间，污染控制系统10能够降低自曲轴箱34排出吹漏气的速度，下面将作详细描述。 控制器12耦接至多个传感器20、22、M、25J6、28、30、32、33以监控汽车16的总体效率和运行，并依据传感器20、22、24、25、26、沘、30、32、33所作的测量实时操控PCV阀门18以最大化吹漏气的再循环。对于每个发动机及每辆装设有独立发动机的汽车而言，吹漏气的运行特性和产量是独特的。污染控制系统10能够在工厂或后期生产中装设，以最大化汽车燃料效率、降低有害废气排放、再循环机油和其他气体以及去除曲轴箱内的污染物。污染控制系统10旨在基于吹漏气产量有计划地将吹漏气自曲轴箱34排入进气歧管38。因此，基于发动机速度、其他运行特征以及传感器20、22、M、25J6、28、30、32、33所作的实时测量，控制器12数字调节控制PCV阀门18和流量控制口 19。重要的是，污染控制系统10适合应用于任意内燃机。例如，污染控制系统10可用于基于汽油、甲醇、柴油、乙醇、压缩天然气(compressed natural gas ;CNG)、液体丙烷气(liquid propane gas ;LPG)、氢、酒精的发动机，或几乎任意其他基于可燃烧气体和/或蒸汽的发动机。这包括两冲程和四冲程内燃机及所有轻型、 中等和重型组态。污染控制系统10还可集成于用于产生能量或用于工业用途的固定发动
8机中。尤其，基于汽车的发动机速度及其他运行特性排出吹漏气降低了碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物和二氧化碳的排放量。污染控制系统10籍由在燃烧循环中燃烧该些气体而将其再循环，从而不再有大量的污染物经车辆排气管排出。因此，对于每辆汽车，污染控制系统10能够使空气污染降低40%到50%，每加仑汽油里程增加20%到30%，马力性能增加20%到30%，汽车发动机损耗降低30%到50% (由于其中保持低碳)，以及机油更换次数从约每5000英里降低为约每50000英里。考虑到美国每天大约消耗8. 7亿加仑石油， 使用污染控制系统10再循环吹漏气降低15%的消耗即表示美国每天大约节约1. 3亿加仑石油。全世界每天消耗将近33亿加仑石油，相应每天大约节约5亿加仑石油。在一实施例中，进入PCV阀门18的进气口 84的吹漏气量由图4所示的空气流量限制器92调节。空气流量限制器92包括杆100，其具有后部102、中部104和前部106。前部106的直径稍小于后部102和中部104。前弹簧108同心设置于中部104和前部106上方，包括杆100的前表面110上方。较佳地，前弹簧108为线圈弹簧，其直径自进气口 84向前表面110方向逐渐缩小。凹入套圈112隔离后部102和中部104，并提供触点以供后扣环114附着于杆100。前弹簧108的直径应当相当于或略小于后扣环114的直径。后扣环 114的一侧与前弹簧108接合，另一侧与后弹簧116接合。与前弹簧108 —样，后弹簧116 从螺线管96附近较宽的直径逐渐缩小为相当于或略小于后扣环114的直径。较佳地，后弹簧116为线圈弹簧，并置于螺线管96的前表面118与后扣环114之间。前部106还包括凹入套圈120，其提供前扣环122的附着点。前扣环122的直径小于呈锥形的前弹簧108的直径。前扣环122将前盘124固定保持于杆100的前部106上。因此，前盘124固设于前扣环122与前表面110之间。前盘124的内径经组态而可滑动接合杆100的前部106。前弹簧108经尺寸设定以与如下所述的后盘1 接合。盘124、1 控制进入进气口 84和排出排气口 86的吹漏气量。图5和图6显示组装至螺线管机制90并在橡胶壳体80和外壳82外面的空气流量限制器92。相应地，柱塞94 装配于螺线管96的后部中，如图所示。连接导线78耦接至螺线管96并籍由调节供给螺线管96的电流来操控柱塞94在螺线管96内的位置。增加或降低通过螺线管96的电流相应增加或降低螺线管96中产生的磁场。磁化柱塞94籍由滑入或滑出螺线管96而响应磁场的变化。透过连接导线78增加螺线管96的供给电流增加螺线管96中的磁场，从而使磁化柱塞94在螺线管96内进一步下压。相反，透过连接导线78降低螺线管96的供给电流降低螺线管96中的磁场，从而使磁化柱塞94滑出螺线管96的内部。这里将详细显示的是， 柱塞94在螺线管96内的定位至少部分决定在任意特定时间可进入进气口 84的吹漏气量。 这籍由柱塞94与杆100及固定至杆100的相应前盘IM之间的交互作用实现。图5具体显示处于关闭位置的空气流量限制器92。杆100的后部102的外径大致为螺线管96的延伸部128的内径尺寸。因此，杆100可在延伸部1 和螺线管96内滑动。 如图7至图9所示，由于后部106与柱塞94接合，杆100在外壳82中的位置取决于柱塞94 的定位。如图5所示，后弹簧116压缩于延伸部128的前表面118与后扣环114之间。类似地，前弹簧108压缩于后扣环114与后盘1 之间。如图7至图9所示，前盘IM包括延伸部130，其直径小于底座132的直径。后盘126的底座132的直径相当于呈锥形的前弹簧108的直径。以此方式，前弹簧108装配于后盘126的延伸部130的上方，以与具有较大直径的底座132的平坦表面接合。后盘126的内径大致为杆100的中部104的外径尺寸， 以使后盘126能够在其上滑动。前盘124的内径大致为杆100的前部106的外径尺寸，前部106的直径小于中部104或外部102的直径。为此，前盘IM锁固于前表面110与前扣环122之间的杆100的前部106上。因此，前盘124的位置取决于耦接至柱塞94的杆100 的位置。如前所述，依据连接导线78供给的电流量，柱塞94滑入或滑出螺线管96。图6显示PCV阀门18，其中，曲轴箱34与进气歧管38之间真空的增加使后盘1 退离进气口 84，从而允许空气流过进气口 84。在此情况下，在盘1 上施加的发动机真空压力必须克服由前弹簧108施加的相反作用力。这时，小量吹漏气可经由前盘124中的一对开孔134穿过PCV阀门18。图7至图9较详细显示依据污染控制系统10的PCV阀门18的功能。图7显示处于关闭位置的PCV阀门18。这时，无吹漏气进入进气口 84。如图所示，前盘IM抵靠进气口 84中定义的凸缘136。后盘126的底座132的直径延伸于前盘124的开孔134上方并包围开孔134，以防止空气流过进气口 84。在此位置，柱塞94设于螺线管96内，以将杆100压向进气口 84，从而使后弹簧116压缩于螺线管96的前表面118与后扣环114之间。同样， 前弹簧108压缩于后扣环114与后盘126的底座132之间。图8所示实施例显示进气歧管相对曲轴箱施加的真空压力大于前弹簧108施加的压力以对紧靠前盘124的后盘1 定位的情况。在此情况下，后盘126能够沿杆100的外径滑动，从而开放前盘124中的开孔134。有限量的吹漏气可经由进气口 84进入PCV阀门 18，如箭头方向所示。当然，该吹漏气经由排气口 86排出PCV阀门18。在图8所示的位置中，由于前盘1 坐落于凸缘136上，因此吹漏气流动仍受限制。因此，仅有限的空气流量可通过开孔134。增加发动机真空相应增加施加于后盘1 上的气压，因而进一步压缩前弹簧108以使后盘1 继续远离前盘124，从而形成较大的空气流量路径以排出额外的吹漏气。而且，螺线管96中的柱塞94可在PCV阀门18内定位杆100，以在弹簧108、116上施加或多或少的压力，从而限制或允许通过进气口 84的空气流量，其由控制器12确定。图9显示另一种情况，其中，透过连接导线78改变电流使柱塞94退出螺线管96， 从而允许额外的空气流量流过进气口 84。降低流过螺线管96的电流降低其中产生的相应磁场，从而使磁性柱塞94退离。相应地，杆100与柱塞94 一起退离进气口 84，从而使前盘 IM离开凸缘136，因此允许额外的空气流量沿前盘124的外径周围进入进气口 84。当然， 增加流过进气口 84并流出排气口 86的空气流量可增加自曲轴箱向进气口的吹漏气排出。 在一实施例中，柱塞94使杆100完全退出外壳82以使前盘124和后盘126不再限制流过进气口 84并流出排气口 86的空气流量。这在发动机产生较多吹漏气的高发动机转速和高发动机负载的情况下尤其理想。当然，弹簧108、116可依据即将在污染控制系统10纳入PCV 阀门18的特定汽车而具有不同的刚度。在污染控制系统10的另一实施方式中，在PCV阀门18和进气歧管38之间设置流量控制口 19，如图2所示。流量控制口 19调节发动机运行期间通过回流管道76的空气流量，并且适用于这里所述的任意实施例。更具体而言，在PCV阀门18和进气歧管38之间设置的线路块140中设有固定螺丝138。固定螺丝138和线路块140用于调节曲轴箱34与进气歧管38之间的真空压力。利用流量控制口 19增加和/或降低真空压力影响吹漏气自曲轴箱；34向进气歧管38排出的速度。例如，经由排气口 86排出PCV阀门18的吹漏气进入回流管道76。回流管道76压力密封于线路块140。如图2中的箭头方向所示，固定螺丝 138可旋入或旋出线路块140。固定螺丝138用于调节通过线路块140的空气流量。固定螺丝138旨在充当回流管道76与辅助回流管道76’之间的空气流量限制器。将固定螺丝 138插入线路块140限制回流管道76与辅助回流管道76’之间的空气流量。相应地，固定螺丝138在回流管道76中形成抵消发动机真空的回压。这样，自曲轴箱34排至排气管道 74并进入PCV阀门18的吹漏气量降低。若污染控制系统10试图增加自曲轴箱34排入进气歧管38的吹漏气量时，则控制器12将固定螺丝138退出线路块140以降低发动机真空上的回压，从而允许更多的吹漏气自回流管道76流向辅助回流管道76’。固定螺丝138可由控制器12进行数字电性控制，并且固定螺丝138的定位可取决于控制器12籍由传感器 20、22、M、25J6、28、30、32、33中的其中任意一者所作的测量或取决于控制器12接收或计算的任意其他数据。固定螺丝138包括复数螺纹142，其与线路块140中类似系列的螺纹(未图示)啮合。依据控制器12提供的指令，耦接至固定螺丝138的电子系统可将固定螺丝138旋入或旋出线路块140。本领域的技术人员很容易了解，现有技术有许多机械和/或电性机制能够以与耦接至线路块140的固定螺丝138相同的方式调节回流管道76与辅助回流管道76’ 之间的空气流量。一般而言，类似于流量控制口 19，能够调节进气歧管38与曲轴箱34之间的空气流量的任意机制都可用于替代固定螺丝138与线路块140。如前面参照图1和图2所述，控制器12利用固定螺丝138控制回流管道76与辅助回流管道76，之间的空气流速，并利用柱塞94控制流过PCV阀门18的空气流速。该些特征一起作用以控制污染控制系统10内的真空压力，从而控制曲轴箱34与进气歧管38之间的空气流速。控制器12可包括一个或多个电子电路例如开关、定时器、间隔定时器、继电器或其他已知车辆控制模块。控制器12响应该些控制模块的其中一个或多个的运行来操控PCV阀门18和/或流量控制口 19。例如，控制器12可包括西弗吉尼亚贝克利的Baker Electronix公司提供的RWS窗口开关模块。该RWS模块为电开关，超过预选的发动机转速时启动，超过较高的预选发动机转速时关闭。由于该RWS模块在转速窗口期间启动输出，因此可将该RWS模块看作“窗口开关”。该RWS模块可例如与发动机转速传感器观一起作用， 以调节自曲轴箱34排出的吹漏气的流速。较佳地，当设定固定螺丝138在流量控制口 19中的位置时或者设定柱塞94在螺线管96中的位置时，该RWS模块利用大多数转速计所使用的标准线圈信号工作。汽车转速计是测量实时发动机转速的设备。在一实施例中，该RWS模块可启动流量控制口 19定位固定螺丝138以阻止自回流管道76向辅助回流管道76’的空气流动。这时，PCV阀门18不会自曲轴箱34向进气歧管38排出吹漏气。在另一实施例中，当吹漏气产量极小时，在低发动机转速下，该RWS模块可启动螺线管96内的柱塞94。这时，柱塞94将杆100推向进气口 84，从而使前盘IM抵靠凸缘136，如图7所示。这样，即使发动机真空很高，但PCV阀门18 仅使少量吹漏气自曲轴箱经前盘124中的开孔134排向进气歧管。该高发动机真空迫使吹漏气通过开孔134，从而迫使后盘1 离开前盘124，进而压缩前弹簧108。在空转状态时， 该RWS模块启动螺线管96以阻止前盘IM离开凸缘136，从而防止大量空气在该发动机曲轴箱与该进气歧管之间流动。这在低发动机转速时极为理想，因为此时尽管发动机真空相对较高，但该发动机内产生的吹漏气量相对较低。明显地，控制器12可同时调节PCV阀门18和流量控制口 19以在污染控制系统10中实现期望的真空压力，从而设定自曲轴箱34排出的吹漏气的流速。当加速时，当发动机负载增加以及发动机转速较高时，吹漏气产量增加。相应地， 该RWS模块可启动流量控制口 19以使固定螺丝138部分或完全离开线路块140。由于进气歧管38中具有较高的发动机真空，因而有效增加自曲轴箱34至进气歧管38的空气流速。 而且，该RWS模块可关闭或降低进入螺线管96的电流使柱塞94退出螺线管96，以使前盘 124离开凸缘136 (图9)，从而允许较大量的吹漏气自曲轴箱34排入进气歧管38。该些功能可发生于该RWS模块中预编程的选定转速或给定范围的选定转速下。当汽车超过另一预先选定的转速例如较高转速时，该RWS模块可重新启动，以将固定螺丝138重新插入线路块 140内或使柱塞94重新接合于螺线管96内。在一替代实施例中，依据自曲轴箱34至进气歧管38的期望空气流速，该RWS模块可使固定螺丝138选择性梯级退出或进入线路块140。在该实施例中，固定螺丝138可以 25%、50%或75%设于线路块140内，以选择性部分阻止回流管道76与辅助回流管道76’ 之间的空气流动。或者，该RWS模块可使柱塞94选择性梯级退出螺线管96。例如，转速为 900rpm时，供给螺线管96的电流使柱塞94将前盘IM与进气口 84的凸缘136接合。转速为1700rpm时，该RWS模块可启动第一阶段，其中，供给螺线管96的电流降低一半。在此情况下，柱塞94从螺线管96中退出一半，从而部分打开进气口 84以供吹漏气流动。当发动机转速达到2500rpm时，例如，该RWS模块可停止向螺线管96供给电流，以使柱塞94完全退出螺线管96，从而完全打开进气口 84。在该位置，较佳地，前盘IM与后盘1 不再限制进气口 84和排气口 86之间的空气流动。可利用发动机转速或其他参数以及基于传感器 20、22、M、25J6、28、30、32、33的读数由控制器12所作的计算调节该些步骤。可对控制器12进行预编程，在安装后对其编程，或对其进行更新或闪存更新以符合特定的汽车或车载诊断(on-bard diagnostics ；0BD)规格。在一实施例中，控制器12装设有自学习软件，以使开关(若为RWS模块)能够在线路块140内最佳地定位固定螺丝138， 并能够在最佳时间启动或关闭螺线管96，或梯级定位柱塞94在螺线管96中的位置，以最佳地增加燃料效率并降低空气污染。在一优选实施例中，控制器12基于传感器20、22、对、 25、26、观、30、32、33所作的实时测量最优化吹漏气的排出。例如，控制器12可籍由排气传感器32的反馈确定汽车16正排出更多的有害废气。在此情况下，控制器12可使固定螺丝 138移出线路块140或使柱塞94退出螺线管96，以自该曲轴箱排出额外的吹漏气，从而降低由排气传感器32测得的经汽车16的排气管排出的污染物数量。在另一实施例中，控制器12设有LED灯，其闪烁表示正在工作且表示控制器12正等待接收发动机速度脉冲。该LED灯还可用于判断控制器12是否正常工作。该LED灯一直闪烁直至汽车达到特定的转速，此时控制器12改变固定螺丝138的定位或籍由连接导线 78改变供给螺线管96的电流。在一优选实施例中，控制器12保持固定螺丝138的位置或供给螺线管96的电流量直至发动机转速低于启动点10%。该机制称为滞后现象。其实施于污染控制系统10中以消除较短期间内发动机转速突然高于或低于固定点时发生的开/ 关脉冲，亦即颤震。该滞后现象还可实施于上述基于电子的梯级系统中。控制器12还可设有接通延时定时器，例如由美国伊利诺伊斯州艾迪生的 instrument&control systems公司生产的KHl模拟系列接通延时定时器。延时定时器尤其
12适用于初始启动期间。在低发动机转速时产生少量吹漏气。因此，延时定时器可集成于控制器12中以延迟启动固定螺丝138或螺线管96及相应的柱塞94。较佳地，延迟定时器籍由将固定螺丝138完全设于流量控制口 19的线路块140内而确保启动时完全阻止回流管道76与辅助回流管道76’之间的空气流动。另外，这样一接通延时定时器可在开放流量控制口 19后确保柱塞94完全插于螺线管96内，从而保持前盘IM抵靠凸缘136以限制进入进气口 84的吹漏气量。可设置延迟定时器以在预定期间(例如一分钟)后启动盘124、126 的其中一者使其离开进气口 84。或者，控制器12可将延迟定时器设为由发动机温度传感器20测得的发动机温度或者由发动机转速传感器观或加速计传感器30测得的发动机转速的函数，或自火花塞传感器22、电池传感器M或排气传感器32接收的测量结果的函数。 该延迟可包括一变化范围，其取决于上述任意读数。可变定时器还可集成于RWS开关中。在另一替代实施例中，控制器12可利用火花塞传感器22自动感测发动机中的汽缸数量和类型。在该实施例中，火花塞传感器22测量该发动机内火花塞点火之间的延迟。 例如，四缸发动机的火花塞点火时序不同于六缸、八缸或十二缸发动机。控制器12可利用该信息自动调整PCV阀门18或流量控制口 19。感测汽车发动机中阀门的数量的能力允许控制器12在最低用户干预的情况下自动装设于汽车16。这样，无需编程控制器12。相反， 控制器12籍由火花塞传感器22自动感测阀门数量并依据针对所感测的发动机设计的储存于控制器12的内部电路中的程序操控PCV阀门18或流量控制口 19。较佳地，控制器12设于图1所示的汽车16的发动机盖14的内部。可将控制器12 打包为安装包，以使用户能够如图所示装设控制器12。电性上，控制器12可由任意适当的 12伏电路断路器供电。具有控制器12的安装包可包括适配器，其中，可自电路板移除一个 12伏的电路断路器并以具有多个连接的适配器(未图示)替代，其中一个连接用于连接初始电路，至少第二个连接用于连接控制器12。控制器12包括一组电线(未图示)，其单向连接至PCV阀门18的连接导线78以避免安装污染控制系统10的用户搞错控制器12与PCV 阀门18之间的线路。还可利用远程控制或手持单元无线访问控制器12，以访问或下载实时计算和测量结果、储存的数据或其他由控制器12读取、储存或计算的信息。在污染控制器系统10的另一实施方式中，控制器12基于发动机运行频率调节PCV 阀门18或流量控制器口 19。例如，当该发动机通过谐振频率时，控制器12可启动或关闭柱塞94。或者，控制器12可基于所感测的发动机频率在线路块140中选择性定位固定螺丝 138。在一优选实施例中，控制器12阻止全部空气自曲轴箱34流向进气口 38，直至该发动机通过该谐振频率。其实现可籍由将固定螺丝138完全定位在线路块140内从而阻止空气自回流管道76流向辅助回流管道76’。如前所述，还可编程控制器12以基于不同运行条件下该发动机所感测的频率调节PCV阀门18或流量控制口 19。另外，污染控制系统10可用于各种发动机，包括无铅和柴油汽车发动机。污染控制系统10还可用于较大型的固定发动机或船舶或其他重型机械。污染控制系统10可包括一个或多个控制器12、一个或多个PCV阀门18和/或一个或多个流量控制口 19以及测量该发动机或车辆性能的复数传感器。如上所述，有关汽车的污染控制系统10的使用仅为优选实施例。当然，污染控制系统10可广泛应用于使用可燃烧材料有废气产生并可再循环和再利用该废气的各种学科中。在污染控制系统10的另一实施方式中，控制器12可调节PCV阀门18和流量控制口 19的控制。流量控制口 19的主要功能是控制曲轴箱34与进气歧管38之间的发动机真空量。固定螺丝138在线路块140内的定位主要控制自曲轴箱34进入进气口 38的吹漏气的流速。在一些系统中，流量控制口 19可为简单的开孔，籍由该开孔组态选择性的空气流量，以使系统不低于原始设备制造商(original equipment manufacturer ；OEM)的特定约束。若控制器12失效，污染控制系统10默认恢复原厂设置，其中，PCV阀门18为两级止回阀。污染控制系统10的特定优选方式籍由包括闪存可更新控制器12而与当前及未来的 OBD标准兼容。而且，污染控制系统10的运行不影响当前的OBD和OBD-II系统的运行条件。可依据标准的OBD协议访问查询控制器12，并且闪存更新可修改基本输入输出系统，以使控制器12保持与未来OBD标准兼容。较佳地，控制器12 —并操控PCV阀门18和流量控制口 19以调节曲轴箱34与进气歧管38之间的发动机真空，从而控制其中的空气流速，以便最优化系统10内的吹漏气排出。在污染控制系统10的另一实施方式中，气体/燃料蒸气源144(图2、可利用止回阀146耦接至排气管道74。控制器12调节蒸气源144和止回阀146。较佳地，蒸气源144 包括氢气源，其选择性注入排气管道74以返回进气管38内，从而供应额外的燃料在发动机 36内燃烧。因此，控制器12选择性操控止回阀146以使蒸气源144处于发动机真空下。当控制器12打开止回阀146时，该发动机真空自蒸气源144吸取燃料。控制器12可依据污染控制系统10的运行以及自复数传感器20、22、M、25J6、28、30、32、33的任意一者接收的反馈信息调节止回阀146的开放和/或关闭。蒸气源144可包括例如压缩天然气(compressed natural gas ；CNG)源或包括氢气发生器，其动态产生的氢气正比于期望供给排气道管74 的量，以最佳地辅助进气歧管38内混合的吹漏气和燃料的燃烧。例如，氢气发生器依靠电能产生氢。在空转状态时，由于低发动机转速，氢气需求较低，因此控制器12将蒸气源144 设置为在低电压产生少量氢。在较高发动机转速时，可增加供给排气管道74的氢气量。接着，控制器12可例如籍由增加蒸气源144中的供应电压而增加蒸气源144的氢气产量。由蒸气源144透过止回阀146供应的燃料量可较佳地优化发动机36内吹漏气的再循环和燃
；Bs
JyCi。在污染控制系统10的另一实施方式中，控制器12可针对PCV阀门18、流量控制口 19或蒸汽源144调节工作元件的启动和/或关闭，如上详细所述。这样的调节透过例如前述RWS开关、接通延迟定时器或其他电子电路实现，其数字启动、关闭或选择性中间定位上述控制元件。例如，控制器12可选择性启动PCV阀门18 —两分钟，接着选择性关闭PCV阀门18十分钟。例如，可基于驱动模式依据预定时序或学习时序设定该些启动/关闭时序。 可透过控制器12的闪存更新改变预编程的时序。尽管这里为说明目的详细描述了多个实施例，但可对本发明作各种变更而不背离本发明的范围和精神。因此，除所附权利要求书外，本发明不受实施例的限制。
权利要求
1.一种污染控制系统，包括控制器，耦接至监控燃烧发动机的运行特性的传感器；PCV阀门，具有进口和出口，用于自该燃烧发动机排出吹漏气；以及流体调节器，与该PCV阀门关联并响应该控制器以选择性调节发动机真空压力，从而调节增加或降低自该燃烧发动机排出的吹漏气的流体流速。
2.如权利要求1所述的系统，其中，在吹漏气产量减少期间，该控制器降低该发动机真空压力以降低通过该PCV阀门的该流体流速；以及在吹漏气产量增加期间，该控制器增加该发动机真空压力以增加通过该PCV阀门的该流体流速。
3.如权利要求1所述的系统，包括补充燃料，其流体耦接至该PCV阀门和该空气流量调节器。
4.如权利要求3所述的系统，包括单向止回阀，其电子耦接至该控制器以选择性调节该补充燃料向该PCV阀门和该空气流量调节器的排放。
5.如权利要求4所述的系统，其中，该补充燃料包括压缩天然气(CNG)或氢气。
6.如权利要求5所述的系统，包括氢气发生器，其与该控制器关联并响应该控制器以制造所需氢气。
7.如权利要求1所述的系统，其中，该控制器包括预编程软件程序、闪存可更新软件程序或行为学习软件程序。
8.如权利要求1所述的系统，其中，该控制器部分地基于该传感器的测量调节性定位该流体调节器以改变该发动机真空压力。
9.如权利要求1所述的系统，其中，该控制器包括耦接至发动机转速传感器的窗口开关，其中，基于该窗口开关设定的一个预定发动机转速或多个发动机转速可选择性定位该流体调节器。
10.如权利要求1所述的系统，其中，在一发动机频率或一系列发动机频率下，该控制器启动和/或关闭该流体调节器。
11.如权利要求1所述的系统，其中，该控制器包括接通延迟定时器，其设置该流体调节器以在该燃烧发动机启动后的预定期间内防止流体流动。
12.如权利要求11所述的系统，其中，该预定期间是时间、发动机温度或发动机转速的函数。
13.如权利要求1所述的系统，其中，该PCV阀门包括两级止回阀。
14.如权利要求1所述的系统，其中，该控制器包括无线发送器或无线接收器。
15.如权利要求1所述的系统，其中，该传感器包括发动机温度传感器、火花塞传感器、 加速计传感器、PCV阀门传感器或排气传感器。
16.如权利要求15所述的系统，其中，该运行特性包括发动机温度、发动机汽缸数、实时加速计算或发动机转速。
17.如权利要求1所述的系统，其中，该进口连接曲轴箱，该出口连接内燃机的进气歧
全文摘要
污染控制系统包括控制器，其耦接至监控燃烧发动机的运行特性例如发动机转速的传感器。具有进口和出口的PCV阀门用于自该燃烧发动机排出吹漏气。与该PCV阀门关联并响应该控制器的流体调节器选择性调节发动机真空压力，以调节增加或降低自该燃烧发动机排出的吹漏气的流体流速。该控制器选择性调节定位该流体调节器以改变真空压力程度，从而最优化吹漏气的再循环。
文档编号F01M13/02GK102216574SQ200980145733
公开日2011年10月12日 申请日期2009年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者S·V·蒙罗斯 申请人:S·V·蒙罗斯