CN102066705A - 用于内燃机的旋转式惯性冲击气-油分离器 - Google Patents

用于内燃机的旋转式惯性冲击气-油分离器 Download PDF

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Abstract

一种内燃机气-油分离器，由一个或多个旋转式惯性冲击分离器所提供，所述旋转式惯性冲击分离器在发动机的内部腔室中，并且安装至这种内部腔室中的发动机转轴上。

Description

用于内燃机的旋转式惯性冲击气-油分离器
背景技术和发明内容
本发明涉及一种气-油分离器，用于内燃机，所述内燃机包括发动机曲轴箱通风分离***，所述发动机曲轴箱通风分离***包括封闭式曲轴箱通风和开放式曲轴箱通风***。
现有技术中用于内燃机的惯性冲击气-油分离器已为人所知，包括用于来自内燃机曲轴箱的窜漏气体的油分离***。液体油微粒利用惯性冲击从气-油雾中移除，导致急剧的方向上的变化，实现所述的液体油分离。
本发明是在对上述技术的持续开发努力期间产生的。
附图说明
图1是依照本发明用于内燃机的气-油分离器的独立透视图。
图2与图1中的一部分相似并显示了进一步的实施例。
图3是图2中一部分的放大透视图。
图4是图3中结构的侧视图。
图5是图2中沿5-5线取得的剖视图。
图6与图3相似并显示了进一步的实施例。
图7与图2相似并显示了另一个实施例。
图8是图7中一部分的放大透视图。
图9是图8中结构从下方所视的透视图。
图10是图8中沿10-10线取得的剖视图。
图11是图7中沿11-11线取得的剖视图。
图12与图7相似并显示了另一个实施例。
图13是图12中一部分的放大透视图。
图14是图13中结构从下方所视的透视图。
图15是图13中沿15-15线取得的剖视图。
图16是图12中沿16-16线取得的剖视图。
图17与图1相似并显示了另一个实施例。
图18是图17中一部分的分解透视图。
图19是图17中沿19-19线取得的剖视图。
具体实施方式
图1所示为用于内燃机32的气-油分离器30，内燃机32的一部分显示在曲轴箱端板34以及凸轮轴36处。凸轮轴36具有安装到其上并可随其转动的齿轮或凸轮轴轮38。内燃机具有内部腔室40，内部腔室40中具有气-油雾。旋转式惯性冲击器42设置在内部腔室40中并安装至内部腔室中的发动机转轴上，且随其绕旋转轴线44转动。在一个实施例中，分离器42通过诸如46，48的螺栓安装至凸轮轴轮38上并通过○形环垫圈49密封至其上。气-油雾进入多个沿径向延伸的通道，如50、52等，并因分离器42转动而对着通道的壁利用惯性冲击被分离，藉此分离器通过利用惯性冲击从气-油雾中分离出气体和油。经分离的液体油滴被离心力向外抛回到内部腔室40中。分离器42具有排放来自气-油雾的经分离的气体的中心气体出口54，图5。如沿轴向延伸的中空通道56处所示，发动机转轴，如凸轮轴36，是中空的，中空通道56沿其提供了轴向气体流动通道，所述轴向气体流动通道具有气体进口58，气体进口58接收来自分离器的气体出口54的经分离的气体，并且轴向气体流动通道具有排放经分离的气体的气体出口60，图1。中空的发动机转轴36的气体出口60在如管62处排气至一个压力，此压力比内部腔室40中的压力低。例如，中空的发动机转轴36的气体出口60可在出口管62处排气至大气或燃料—空气引入***的空气吸入口侧。因此，在内部腔室40和中空的发动机转轴36的气体出口60之间存在压力差。这个压力差提供了偏向的定向流，所述偏向的定向流被引导至分离器42，通过通道50、52等且再通过中空的发动机转轴36的通道56至气体出口60。在图1的实施例中，分离器42是具有外周缘64的盘，所述盘带有多个沿径向向内地引导流的开口66、68等以及各自的多个所述径向通道50、52等，径向通道50、52等自其沿径向向内地引导流。
图2-4显示了进一步的实施例并在适当的地方采用了上文中的相同标记以易于理解。分离器盘70具有多个沿其形成的末梢，如72、74等，每个末梢具有前表面，如76，所述前表面朝向转动的方向78并且提供引起气-油雾分离的冲击表面，另外所述冲击表面由沿径向向内延伸的诸如50的通道的壁所形成。每个所述的末梢还具有诸如80的后表面，所述后表面带有各自的自其通过的沿径向向内地引导流的开口，如66。在一个实施例中，在沿径向向内地引导流的开口66处的后表面80呈一个后削角(cut-back angle)82，图4，后削角82提供了负压区84于沿径向向内地引导流的开口66处，以便于后者吸入经分离的气体。末梢74具有在距轴线44第一径向距离的第一部分处的最外边缘86，以及在80处的第二部分，所述第二部分跟在86处的所述第一部分后且距轴线44第二径向距离。沿径向向内地引导流的开口66处于所述的第二部分80处，所述的第二径向距离小于所述的第一径向距离。
图6显示了具有外周缘的分离器盘90的进一步实施例，所述外周缘带有多个诸如92的末梢，每个末梢具有前表面，所述前表面朝向转动的方向，并提供引起气-油雾分离的冲击表面，且冲击表面由通道50的壁所提供，并且每个末梢具有后表面96，后表面96带有自其通过的沿径向向内地引导流的开口66。
图7显示了具有分离器盘100的进一步的实施例，分离器盘100具有多个轴向地引导流的喷嘴，如102、104等，轴向地引导流的喷嘴引导流轴向地自其通过，如箭头106处所示，图11，对着引起气-油雾分离的冲击表面。在一个实施例中，冲击收集器108具有引起液体油微粒从气-油流分离的粗糙、多孔的收集或冲击表面，如纤维介质垫，并且与美国专利6290738所示的类似，美国专利6290738作为引用结合于此。在另一个实施例中，例如在100处，采用光滑的、不可渗透的冲击表面，而不用垫108，来提供如同‘738专利中所述的急剧的界限粒径微粒的分离。喷嘴102、104等可由如同所结合的‘738专利中的具有文丘里管或者锥台形状的孔所提供。经分离的液体油滴通过离心力如箭头112处所示被沿径向向外抛出。在所述压力差的驱动下，经分离的气体如箭头114所示流至气体出口116，再通过轴向气体流动通道56通过中空的发动机转轴36，流至气体出口60和管62，以排放至大气(开放式曲轴箱通风，OCV)或回流至发动机的空气吸入***(封闭式曲轴箱通风，CCV)。
盘100具有相对于轴线44沿径向向外与喷嘴102、104等隔开的外部收集腔室120。外部收集腔室具有排放经分离的油的排放开口122。在一个实施例中，在排放开口122处提供了单向排放阀124，如鸭嘴阀或其它单向阀，以允许经分离的油从排放开口排放出来并阻挡以相反方向返回到排放开口的气体的逆流。所述阀具有通常关闭状态并被偏置，如鸭嘴阀或弹簧偏置球阀等的通常偏置关闭状态，以保持关闭直到收集腔室120中的给定的油头压力加上因旋转而产生的离心压力克服了这种包括内部腔室40中的气体压力的偏置。在一个实施例中，校准了排放阀以使在没有收集腔室中所述的给定油头压力的情况下，仅离心压力不足以克服所述偏置并打开排放阀。分离器盘100包括外盖126，外盖126具有自其通过而形成的所述喷嘴102、104等，并且分离器盘100包括配套基座128，配套基座128形成收集腔室120，并如同上文利用螺帽如46、48等安装至凸轮轴齿轮38并用○形环垫圈49密封至其上。
图12-16显示了进一步的实施例并在适当的地方采用了上文中相同的标记以易于理解。分离器盘130具有一个或多个弧形凸部，例如在三角形盘的情况下的三个弧形凸部132、134、136，尽管可采用其它形状。比起盘的其它部分，例如138处，弧形凸部与轴线44沿径向向外地隔开更远。弧形凸部提供多个偏心的收集腔室，如140，每个偏心的收集腔室具有各自的排放开口，如142。在图7-16的每个实施例中，为了防止液体油迁移至气体出口116，可提供部分沿轴线延伸的分隔壁144。与排放口122处的排放阀124相类似地，可在排放口142处设置排放阀。
图17-19显示了进一步的实施例并在适当的地方采用了上文中相同的标记以易于理解。在如上文70处提供第一粗略预清洁旋转式惯性冲击分离器，在如上文100处提供第二精细净化旋转式惯性冲击分离器。第一和第二分离器70和100处于内部腔室40中，并安装至内部腔室40中的发动机转轴36上并随其绕旋转轴线44转动。第一和第二分离器70和100沿着同一旋转轴线44轴向排列并利用惯性冲击从气-油雾中分离出气体和油。气-油雾逐次流经分离器70和100，先通过第一分离器70，再通过第二分离器100。分离器通过所述螺栓46、48安装至彼此并安装至凸轮轴齿轮38上。过渡容腔146由杯形盖148所提供，杯形盖148安装在分离器之间，并在○形环垫圈150处密封至分离器70上，并具有中心孔152，中心孔152与分离器70的中心出口54相连通并提供如箭头154所示至喷嘴102、104等的流动通道。
在前文的描述中，为了简洁，明了及便于理解而使用了某些术语。由于这些术语是出于描述性目的且意在被宽广地进行解释，因此不含有超过现有技术需求的不必要的限制。此处描述的不同的构造，***及方法步骤可单独使用或与其他构造，***及方法步骤组合使用。期望各种等同物，替换物及修改物可能在附上的权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于具有内部腔室的内燃机的气-油分离器，所述内部腔室中具有气-油雾，所述气-油分离器包括旋转式惯性冲击分离器，所述旋转式惯性冲击分离器在所述内部腔室中、安装至所述内部腔室中的发动机转轴上并随所述发动机转轴绕旋转轴线转动，所述分离器利用惯性冲击从所述气-油雾中分离出气体和油。
2.根据权利要求1所述的气-油分离器，其中所述分离器具有气体出口，所述气体出口排放来自所述气-油雾的经分离的气体，所述发动机转轴是中空的并且沿其具有轴向气体流动通道，所述轴向气体流动通道具有气体进口，所述气体进口接收来自所述分离器的所述气体出口的所述经分离的气体，并且所述轴向气体流动通道具有气体出口，所述气体出口排放所述经分离的气体。
3.根据权利要求2所述的气-油分离器，其中所述中空的发动机转轴的所述气体出口被排气至一个压力，所述压力比所述内部腔室中的压力低，使得在两者间存在压力差，偏向的定向流凭借所述压力差被引导至所述分离器且通过所述中空的发动机转轴至所述气体出口。
4.根据权利要求1所述的气-油分离器，其中所述分离器包括具有外周缘的盘，所述盘带有多个沿径向向内地引导流的开口以及自其沿径向向内地引导流的各自的多条径向通道。
5.根据权利要求4所述的气-油分离器，其中所述外周缘具有多个沿其形成的末梢，每个所述末梢具有前表面，所述前表面朝向转动的方向并提供了引起所述气-油雾分离的冲击表面，并且每个所述末梢具有后表面，所述后表面带有各自的自其通过的所述沿径向向内地引导流的开口。
6.根据权利要求5所述的气-油分离器，其中在所述沿径向向内地引导流的开口处的所述后表面呈一个后削角，所述后削角提供了负压区于所述沿径向向内地引导流的开口处，以便于后者将经分离的气体吸入至其中。
7.根据权利要求5所述的气-油分离器，其中所述末梢具有处于距所述轴线第一径向距离的第一部分处的最外边缘，以及跟在所述第一部分后且距所述轴线第二径向距离的第二部分，所述沿径向向内地引导流的开口处于所述第二部分处，所述第二径向距离小于所述第一径向距离。
8.根据权利要求1所述的气-油分离器，其中所述分离器具有气体出口，所述气体出口排放来自所述气-油雾的经分离的气体，所述发动机转轴是中空的并沿其具有轴向气体流动通道，所述轴向气体流动通道具有气体进口，所述气体进口接收来自所述分离器的所述气体出口的所述经分离的气体，并且所述轴向气体流动通道具有气体出口，所述气体出口排放所述经分离的气体，其中所述中空的发动机转轴的所述气体出口排气至一个压力，所述压力比所述内部腔室中的压力低，使得在两者间存在压力差，偏向的定向流凭借所述压力差被引导至所述分离器并通过所述中空的发动机转轴至所述气体出口，其中所述分离器包括具有外周缘的盘，所述盘带有多个沿径向向内地引导流的开口以及各自的多条径向通道，所述多条径向通道自其沿径向向内地引导流，所述多条径向通道在所述轴向气体流动通道处与所述中空的发动机转轴相连通，以使经分离的气体从所述多条径向通道流入所述中空的发动机转轴中。
9.根据权利要求1所述的气-油分离器，其中所述分离器包括盘，所述盘具有多个轴向地引导流的喷嘴，所述多个轴向地引导流的喷嘴对着冲击表面引导沿轴向自其通过的流，所述冲击表面引起所述气-油雾的分离。
10.根据权利要求9所述的气-油分离器，其中所述盘具有相对于所述轴线沿径向向外地与所述多个喷嘴隔开的外部收集腔室，所述外部收集腔室具有排放经分离的油的排放开口。
11.根据权利要求10所述的气-油分离器，包括单向排放阀，所述单向排放阀在所述排放开口处、允许经分离的油从所述排放开口排放出来、并阻挡以相反方向返回到所述排放开口的气体的逆流，所述阀具有通常关闭状态并被偏置以保持关闭直到所述收集腔室中的给定的油头压力加上因所述旋转而产生的离心压力克服这种偏置，所述偏置包括所述内部腔室中的气体压力。
12.根据权利要求11所述的气-油分离器，其中校准了所述排放阀，以使在没有所述收集腔室中的所述给定的油头压力的情况下，仅离心压力不足以克服所述偏置并开启所述排放阀。
13.根据权利要求10所述的气-油分离器，其中所述盘具有一个或多个弧形凸部，所述一个或多个弧形凸部与所述盘的其它部分相比，与所述轴线沿径向向外地隔开更远，并且提供了各自的多个偏心收集腔室，各所述偏心收集腔室具有各自的所述排放开口。
14.根据权利要求10所述的气-油分离器，其中所述分离器具有气体出口，所述气体出口排放来自所述气-油雾的经分离的气体，所述发动机转轴是中空的并沿其具有轴向气体流动通道，所述轴向气体流动通道具有气体进口，所述气体进口接收来自所述分离器的所述气体出口的所述经分离的气体，并且所述轴向气体流动通道具有气体出口，所述气体出口排放所述经分离的气体，其中所述中空的发动机转轴的所述气体出口排气至一个压力，所述压力比所述内部腔室中的压力低，使得在两者间存在压力差，偏向的定向流凭借所述压力差被引导至所述分离器再通过所述中空的发动机转轴至所述气体出口，经分离的油在第一径向方向上沿径向向外地流至所述收集腔室，经分离的气体在相反的第二径向方向上沿径向向内地流至所述中空的发动机转轴并流入所述轴向气体流动通道。
15.一种用于具有内部腔室的内燃机的气-油分离器，所述内部腔室中具有气-油雾，所述气-油分离器包括第一粗略预清洁旋转式惯性冲击分离器，以及第二精细净化旋转式惯性冲击分离器，所述第一和第二分离器处于所述内部腔室中。
16.根据权利要求15所述的气-油分离器，其中所述第一和第二分离器安装至所述内部腔室中的发动机转轴上并随其绕旋转轴线转动。
17.根据权利要求16所述的气-油分离器，其中所述第一和第二分离器沿着同一所述旋转轴线沿轴向排列并利用惯性冲击从所述气-油雾中分离出气体和油。
18.根据权利要求17所述的气-油分离器，其中所述气-油雾逐次流经所述分离器，先经过所述第一分离器，再经过所述第二分离器。
19.根据权利要求17所述的气-油分离器，其中所述发动机转轴是中空的并沿其具有轴向气体流动通道，所述轴向气体流动通道具有气体进口，所述气体进口接收来自所述分离器中的至少一个的经分离的气体，并且所述轴向气体流动通道具有气体出口，所述气体出口排放所述经分离的气体。
20.根据权利要求19所述的气-油分离器，其中所述中空的发动机转轴的所述气体出口排气至一个压力，所述压力比所述内部腔室中的压力低，使得在两者间形成压力差，偏向的定向流凭借所述压力差通过所述中空的发动机转轴被引导至所述气体出口。
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