專利名稱：用于渦輪增壓發動機的漏氣流量控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及流量控制系統，并且具體地涉及用于渦輪增壓發動機的流量控制系統，其中渦輪增壓發動機具有位于附接到渦輪增壓器的PCV通風管路中的流量調節裝置。
背景技術：
在發動機運行中，燃燒氣體會在氣缸和相應的活塞環之間泄漏，并且進入發動機曲軸箱。泄漏的燃燒氣體被稱之為漏氣，并且通常包括未燃的進氣、燃料、排氣、油霧以及水蒸汽。為了使曲軸箱通風并且將漏氣再循環到發動機的進氣側，提供了主動曲軸箱通風(PCV)系統。提供空氣-油分離器來將漏氣從油和霧分離。在渦輪增壓發動機中，流過空氣-油分離器的部分漏氣然后通過PCV管路被引入渦輪增壓器的進口。渦輪增壓器連接到發動機 的進氣歧管。在高增壓條件下，在渦輪增壓器的進口和發動機曲軸箱內部會產生局部真空。在高增壓條件下，當進入渦輪增壓器的氣流增加時，局部真空就會產生。這隨之會導致曲軸箱負壓極限被超出。曲軸箱包括通常設置在發動機體和曲軸之間的唇形密封，并且被用來密封和防止污染物進入和漏油。然而，曲軸箱負壓極限的超出會導致唇形密封被拉離其密封位置。一種方法中，通過減小一部分PCV通風管路直徑來限制曲軸箱真空水平。在替代方法中，在PCV通風管路中設置具有特定尺寸的孔口。然而，選擇合適的PCV管路直徑或孔口通常會花費大量時間、試驗和研制以獲得期望的高增壓條件下的曲軸箱壓力。而且，即便選好了適當的PCV管路直徑或孔口時，也會不滿足PCV結冰或曲軸箱NOx要求。具體地，在寒冷的氣候PCV系統中的冷凝水會集結并凍結，特別是在PCV管路直徑已被減小的區域。PCV管路中的凍結水會導致阻塞的氣流，或者導致通風系統部件的結冰。NOx需求受到不利影響，因為PCV管路中受制的氣流將會隨之導致提供給發動機曲軸箱的變少的新鮮空氣。在限制曲軸箱真空水平的又一方法中，PCV管路長度被大大延長。然而，這種方法同樣在PCV管路中會有集合凝結水的趨勢并結冰。因此，期望提供一種在高增壓條件下不會超出特定曲軸箱真空同時仍然滿足PCV結冰和曲軸箱NOx要求的PCV系統。
發明內容
在本發明的一個示范性實施例中，提供了一種流量控制系統，其具有發動機、渦輪增壓器、主動曲軸箱通風(PCV)通風管路以及流量調節裝置。發動機具有空氣-油分離器和進氣歧管。空氣-油分離器將油從漏氣中分離。渦輪增壓器具有空氣進口和空氣出口，其中空氣出口連接到發動機的進氣歧管。主動曲軸箱通風(PCV)通風管路具有連接到空氣-油分離器的第一端和連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端。PCV通風管路將漏氣從空氣-油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口。流量調節裝置設置在PCV通風管路中。流量調節裝置選擇地限制從空氣-油分離器到渦輪增壓器的空氣進口的漏氣的流量。本發明提供以下技術方案。
I. 一種流量控制系統，包括發動機，其具有空氣-油分離器和進氣歧管，其中空氣-油分離器將油滴和油霧從漏氣中分離；渦輪增壓器，其具有空氣進口和空氣出口，其中空氣出口流體地連接到發動機的進氣歧管；主動曲軸箱通風(PCV)通風管路，其具有流體地連接到空氣-油分離器的第一端和流體地連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端，其中PCV通風管路將漏氣從空氣-油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口 ；以及設置在PCV通風管路中的流量調節裝置，其中流量調節裝置選擇地限制從空氣-油分離器到渦輪增壓器的空氣進口的漏氣的流量。 2.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中，當渦輪增壓器的空氣進口處和發動機的曲軸箱內產生局部真空時流量調節裝置限制漏氣的量，并且其中流量調節裝置被構造成充分消除曲軸箱的負壓極限超出的狀況。3.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中曲軸箱的負壓極限是大約_4kPa。4.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中在流量調節裝置的上游在PCV通風管路中包括止回閥，并且其中止回閥充分防止來自渦輪增壓器的空氣進口的空氣流入空氣-油分離器。5.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中流量調節裝置是文氏管噴嘴、電子控制閥和機械閥之一。6.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中噴嘴將空氣油分離器流體地連接到發動機的進氣歧管。7.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器通過空氣進口流體地連接到空氣過濾器。8.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器包括排氣進口，并且其中排氣管道將發動機的排氣歧管流體地連接到渦輪增壓器的排氣進口。9.根據技術方案I所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器包括排氣進口，其流體地連接到排氣系統。10. —種流量控制系統，包括發動機，其具有空氣-油分離器和進氣歧管，其中空氣-油分離器將油滴和油霧從漏氣中分離；渦輪增壓器，其具有空氣進口和空氣出口，其中空氣出口流體地連接到發動機的進氣歧管；主動曲軸箱通風(PCV)通風管路，其具有連接到空氣-油分離器的第一端和連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端，其中PCV通風管路將漏氣從空氣-油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口；設置在PCV通風管路中的流量調節裝置，其中流量調節裝置選擇地限制從空氣-油分離器到渦輪增壓器的空氣進口的漏氣的流量；以及止回閥，其設置在流量調節裝置的上游的PCV通風管路中，其中止回閥充分防止來自渦輪增壓器的空氣進口的空氣流入空氣-油分離器。
11.根據技術方案10所述的流量控制系統，其中，當渦輪增壓器的空氣進口處和發動機的曲軸箱內產生局部真空時流量調節裝置限制漏氣的量，并且其中流量調節裝置被構造成充分消除曲軸箱的負壓極限被超出的狀況。12.根據技術方案10所述的流量控制系統，其中流量調節裝置是文氏管噴嘴、電子控制閥和機械閥之一。13.根據技術方案10所述的流量控制系統，其中噴嘴將空氣-油分離器流體地連接到發動機的進氣歧管。14.根據技術方案10所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器經由空氣進口流體地連接到空氣過濾器。15.根據技術方案10所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器包括排氣進口，并且 其中排氣管道將發動機的排氣歧管流體地連接到渦輪增壓器的排氣進口。16.根據技術方案10所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器包括排氣出口，其流體地連接到排氣系統。17. —種流量控制系統，包括發動機,其具有空氣-油分離器、進氣歧管和排氣歧管，其中空氣-油分離器將油滴和油霧從漏氣中分離；渦輪增壓器，其具有排氣進口、空氣進口和空氣出口，其中空氣出口連接到發動機的進氣歧管；排氣管道，其將發動機的排氣歧管流體地連接到渦輪增壓器的排氣進口 ；主動曲軸箱通風(PCV)通風管路，其具有流體地連接到空氣-油分離器的第一端和流體地連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端，其中PCV通風管路將漏氣從空氣-油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口；流量調節裝置，其設置在PCV通風管路中，其中當渦輪增壓器的空氣進口處和發動機的曲軸箱內產生局部真空時流量調節裝置限制漏氣的量，并且其中流量調節裝置被構造成充分消除曲軸箱的負壓極限被超出的狀況；以及止回閥，其設置在流量調節裝置上游的PCV通風管路中，其中止回閥充分防止來自渦輪增壓器的空氣進口的空氣流入空氣-油分離器。18.根據技術方案17所述的流量控制系統，其中流量調節裝置是文氏管噴嘴、電子控制閥和機械閥之一。19.根據技術方案17所述的流量控制系統，噴嘴將空氣-油分離器流體地連接到發動機的進氣歧管。20.根據技術方案17所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器經由空氣進口流體地連接到空氣過濾器。本發明的上述特征和優點以及其它特征和優點將結合附圖通過下面的詳細說明
得以呈現。
通過舉例的方式，在下面結合附圖來多個實施例的詳細描述中呈現其它特征、優點以及細節，其中附圖中，示出用于渦輪增壓發動機的流量控制系統的示范性示意圖。
具體實施例方式下面的描述本質上僅是示范性的，并不意圖限制本發明、其適用或用途。應該理解在整個附圖中，相應的附圖標記代表相同或相應的部件和特征。根據本發明的示范性實施例，附圖是由附圖標記10所表示的流量控制系統的示意圖。流量控制系統10包括發動機20、渦輪增壓器22、主動曲軸箱通風(PCV)裝置24以及空氣過濾器26。發動機20包括至少一個活塞-氣缸組件28，其包括往復活塞30和氣缸32。對于每個活塞30，進氣端口 36設置在發動機20的氣缸蓋38中，并用來從進氣歧管40輸送空氣/燃料混合物。排氣端口 42設置用于每個活塞-氣缸組件28并連接到排氣歧管48。排氣歧管48與發動機20流體連通并被構造成將廢氣排出發動機20。在發動機運行期間，活塞30的進氣沖程通過進氣歧管40和進氣端口 36吸入進氣。在活塞30的做功沖程期間，部分燃燒氣體被活塞30吹動并進入發動機20的曲軸箱50，并被稱為漏氣52。PCV系統24設置成將漏氣52經由進氣歧管40再循環回發動機20。PCV系統24包括空氣-油分離器56和噴嘴58，其可以是任何類型的流量控制設 備。空氣-油分離器56可被設置在發動機20的蓋罩60內部，并且通過相應的通氣管54從每個活塞-氣缸組件28吸出漏氣52。空氣-油分離器56被用來將油滴和油霧從漏氣52種分離出來。空氣-油分離器56進一步包括用于放出漏氣52的兩個出口 62、64，其中第一出口 62流體地連接到位于通風管路63中的噴嘴58，第二出口 64流體地連接到PCV通風管路68。空氣-油分離器56可包括具有多個腔室的迷宮式結構以用于排油(未示出)，但是可以理解空氣-油分離器56同樣也可以具有其它結構。在示出的示范性實施例中，噴嘴58是具有進口 70和出口 71的文氏管式噴嘴，但是可以理解其它類型的噴嘴或閥也可以用來在各種發動機運行條件下提供大體穩定流。進口 70流體地連接到空氣-油分離器56的第一出口 62。出口 72流體地連接到進氣歧管40并且當漏氣52通過空氣-油分離器56時將部分漏氣52排出。噴嘴58的例子在普通擁有的美國專利7431023中得到介紹，并且在此通過參考全文引入。渦輪增壓器22包括排氣進口 74、環境空氣進口 76、泄放空氣出口 78、排氣出口79、渦輪80以及壓縮機82。排氣管道84將發動機20的排氣歧管48連接到渦輪增壓器22的排氣進口 74，其中從排氣歧管48排出的廢氣進入到渦輪增壓器22。廢氣被用來驅動位于渦輪增壓器22的渦輪80內的渦輪葉輪(未示出)，其繼而驅動驅動壓縮機82的輪(未示出)的軸86。廢氣通過排氣出口 79排出渦輪增壓器22，其中廢氣通過排氣系統(未示出)排出流量控制系統10。環境空氣通過進氣管道88進入渦輪增壓器22的壓縮機82。在示出的實施例中，空氣過濾器26設置在進氣管道88之前。壓縮機82壓縮或增壓環境空氣，并且然后輸出壓縮的環境空氣通過泄放空氣出口 78并進入進氣歧管40。在一個實施例中，在排氣管道84上設置有廢氣門閥90，其被用來選擇性地從渦輪增壓器22的渦輪80旁通部分或是全部排氣。PCV通風管路68將空氣-油分離器56流體地連接到渦輪增壓器22的進氣管道88。PCV通風管路68將在空氣-油分離器56中收集的部分漏氣52供入渦輪增壓器的上游的進氣管道88。當發動機20在增壓條件下運行時，來自PCV通風管路68的這些漏氣52被引過壓縮機82并且通過進氣歧管40被引回發動機20用于再燃燒。相反，當發動機20在非增壓條件下運行時，漏氣52不被引入PCV通風管路68而是改為經由通風管道63通過常規漏氣流量調節器例如用在當前發動機系統中的噴嘴58被引入進氣歧管40。目前可獲得的現有發動機系統具有常規流量調節器，例如PCV閥、噴嘴、孔口或者曲軸箱壓力調節器。流量調節裝置92位于PCV通風管路68內。流量調節裝置92被用來選擇性地限制從空氣-油分離器56進入渦輪增壓器22的環境空氣進口 76的漏氣52的流量。在一個示范性實施例中，流量控制裝置92可以是文氏管噴嘴，其具有漸縮進口和漸擴出口。盡管如此，應該理解其它形式的流量調節裝置也可以用在PCV管路68中來限制或控制從其經過的漏氣52的流量。例如，流量控制裝置92可以是電子控制的或機械閥。在所示的實施例中，在PCV通風管路68中流量控制裝置92的上游還設置有止回閥94。止回閥94設置成用于基本防止PCV通風管68內發生逆流。也就是說，止回閥94充分阻止或減少了來自進氣管道88的環境空氣通過PCV通風管路68流入空氣-油分離器56的發生。應該看到，盡管在圖I中示出了 PCV系統，但可以理解流量調節裝置92也可以用于其它類型的通風系統。 例如，在其它實施例中，流量調節裝置92可被用在封閉的曲軸箱通風(CCV)系統中。如果有大量空氣流入壓縮機82的環境空氣進口 76，則在環境空氣進口 76和曲軸箱50的內部產生真空。在環境空氣進口 76處的大量空氣流一般發生在高增壓條件。在發動機20的曲軸箱50內部產生局部真空通常是不合需要的，因為局部真空能導致曲軸箱50的負壓極限被超出。在一個實施例中，曲軸箱50的負壓極限為_4kPa，然而可以理解，該值可以根據發動機密封系統的結構改變。這特別成問題，因為超出曲軸箱50的負壓極限會導致位于曲軸箱50內的曲軸密封件(未示出)被拉離密封位置，或被扭曲以致于作用降低。因此，流量調節裝置92被用來限制在高真空條件下進入壓縮機82的環境空氣進口 76的漏氣52進入進氣管道88上游的量。對進入壓縮機82的環境空氣進口 76的漏氣52的量的限制將繼而減少或充分消除壓縮機82在曲軸箱50內部產生局部真空以及負壓極限被超出的狀況。一些其它方法當前也可以使用以限制氣流進入壓縮機82的進氣管道88的量。然而這些方法中每個都有明顯的缺陷。例如,在一種方法中，一部分PCV通風管路直徑在空氣-油分離器處受到限制。在替代方法中，在PCV通風管路中提供有特定尺寸的孔口。然而選擇適當的PCV管路直徑或者孔口有時候會花費數周的時間來試驗和研制。甚至在選好適當的PCV管路直徑或孔口時，也總是不滿足PCV結冰或曲軸箱NOx水平要求。另一種方法是大大地延伸PCV通風管路的長度。然而，這種方法同樣會有集合凝結水和結冰的傾向。提供定位在PCV通風管路68內的流量調節裝置92會減少或防止高增壓條件下的負的曲軸箱壓力被超出，并且同時滿足PCV結冰和曲軸箱NOx水平要求。與現用的一些其它方法相t匕，流量調節裝置92還會是較便宜的，因為當使用流量調節裝置92時研制和試驗時間大大減少。雖然本發明通過示范性實施例進行了描述，但應當理解本領域技術人員可以在不脫離本發明范圍的情況下做出多種改變和對各種部件進行同等替換。而且，可以在不脫離其本質范圍的情況下做出多種修改以將具體情況或材料適于本發明的教導。因此，并不旨在將本發明限制為公開的具體實施例，而是本發明包括落在本申請范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種流量控制系統，包括 發動機，其具有空氣-油分離器和進氣歧管，其中空氣-油分離器將油滴和油霧從漏氣中分離； 渦輪增壓器，其具有空氣進口和空氣出口，其中空氣出口流體地連接到發動機的進氣歧管； 主動曲軸箱通風(PCV)通風管路，其具有流體地連接到空氣-油分離器的第一端和流體地連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端，其中PCV通風管路將漏氣從空氣-油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口 ；以及 設置在PCV通風管路中的流量調節裝置，其中流量調節裝置選擇地限制從空氣-油分離器到渦輪增壓器的空氣進口的漏氣的流量。
2.根據權利要求I所述的流量控制系統，其中，當渦輪增壓器的空氣進口處和發動機的曲軸箱內產生局部真空時流量調節裝置限制漏氣的量，并且其中流量調節裝置被構造成充分消除曲軸箱的負壓極限超出的狀況。
3.根據權利要求I所述的流量控制系統，其中曲軸箱的負壓極限是大約_4kPa。
4.根據權利要求I所述的流量控制系統，其中在流量調節裝置的上游在PCV通風管路中包括止回閥，并且其中止回閥充分防止來自渦輪增壓器的空氣進口的空氣流入空氣-油分離器。
5.根據權利要求I所述的流量控制系統，其中流量調節裝置是文氏管噴嘴、電子控制閥和機械閥之一。
6.根據權利要求I所述的流量控制系統，其中噴嘴將空氣-油分離器流體地連接到發動機的進氣歧管。
7.根據權利要求I所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器通過空氣進口流體地連接到空氣過濾器。
8.根據權利要求I所述的流量控制系統，其中渦輪增壓器包括排氣進口，并且其中排氣管道將發動機的排氣歧管流體地連接到渦輪增壓器的排氣進口。
9.一種流量控制系統，包括 發動機，其具有空氣-油分離器和進氣歧管，其中空氣-油分離器將油滴和油霧從漏氣中分離； 渦輪增壓器，其具有空氣進口和空氣出口，其中空氣出口流體地連接到發動機的進氣歧管； 主動曲軸箱通風(PCV)通風管路，其具有連接到空氣-油分離器的第一端和連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端，其中PCV通風管路將漏氣從空氣油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口； 設置在PCV通風管路中的流量調節裝置，其中流量調節裝置選擇地限制從空氣-油分離器到渦輪增壓器的空氣進口的漏氣的流量；以及 止回閥，其設置在流量調節裝置的上游的PCV通風管路中，其中止回閥充分防止來自渦輪增壓器的空氣進口的空氣流入空氣-油分離器。
10.一種流量控制系統，包括 發動機，其具有空氣-油分離器、進氣歧管和排氣歧管，其中空氣-油分離器將油滴和油霧從漏氣中分離； 渦輪 增壓器，其具有排氣進口、空氣進口和空氣出口，其中空氣出口連接到發動機的進氣歧管； 排氣管道，其將發動機的排氣歧管流體地連接到渦輪增壓器的排氣進口； 主動曲軸箱通風(PCV)通風管路，其具有流體地連接到空氣-油分離器的第一端和流體地連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端，其中PCV通風管路將漏氣從空氣-油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口； 流量調節裝置，其設置在PCV通風管路中，其中當渦輪增壓器的空氣進口處和發動機的曲軸箱內產生局部真空時流量調節裝置限制漏氣的量，并且其中流量調節裝置被構造成充分消除曲軸箱的負壓極限被超出的狀況；以及 止回閥，其設置在流量調節裝置上游的PCV通風管路中，其中止回閥充分防止來自渦輪增壓器的空氣進口的空氣流入空氣-油分離器。
全文摘要
本發明涉及用于渦輪增壓發動機的漏氣流量控制系統，具體地，提供了一種流量控制系統，其具有發動機、渦輪增壓器、主動曲軸箱通風(PCV)通風管路以及流量調節裝置。發動機具有空氣-油分離器和進氣歧管。空氣-油分離器將油滴和油霧從漏氣中分離。渦輪增壓器具有空氣進口和空氣出口，其中空氣出口連接到發動機的進氣歧管。主動曲軸箱通風(PCV)通風管路具有連接到空氣-油分離器的第一端和連接到渦輪增壓器的空氣進口的第二端。PCV通風管路將漏氣從空氣-油分離器輸送至渦輪增壓器的空氣進口。流量調節裝置設置在PCV通風管路中。流量調節裝置選擇地限制從空氣-油分離器到渦輪增壓器的空氣進口的漏氣的流量。
文檔編號F01M13/00GK102777232SQ20121020238
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月11日 優先權日2011年5月13日
發明者T·A·斯皮克斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司