發動機燃料汽化管理系統的製作方法
2023-06-19 02:35:11 1
專利名稱：發動機燃料汽化管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及發動機燃料管理。
背景技術：
本節提供與本發明有關的背景信息，其並不必然是現有技術。在發動機工作期間，燃料可從燃燒室遷移到曲軸箱，並最終進入到發動機油中，導 致油的稀釋。隨著發動機的升溫，燃料可轉化為燃料蒸氣。燃料蒸氣可經由曲軸箱通風系 統與曲軸箱中其他氣體一起被傳送到進氣歧管並回到燃燒室以用於隨後的燃燒事件。這個 過程可導致燃料蒸氣到燃燒室的未經調節的引入。
發明內容
本節提供本發明的總體概要，並不是對本發明的所有特徵或全部範圍的全面表 述。一種發動機總成，可包括發動機缸體，該發動機缸體限定氣缸膛，氣缸膛中設置 有活塞；氣缸蓋，其與發動機缸體聯接並且限定與氣缸膛流體相通的空氣進口 ；以及與發 動機缸體和空氣進口流體相通的曲軸箱通風組件。曲軸箱通風組件可包括具有冷凝單元與 汽化單元的燃料分離組件。冷凝單元可包括氣體區、液體容納區、氣體進口、第一氣體出口 和液體出口。氣體進口可與氣體區流體相通，並且與來自發動機缸體的包括燃料蒸氣的氣 體流流體相通。冷凝單元基於該冷凝單元的第一溫度，可把燃料蒸氣轉化為液體燃料。第 一氣體出口可與空氣進口流體相通，並將氣體流的剩餘部分提供到空氣進口。流體區可存 儲液體燃料。汽化單元可包括液體進口和第二氣體出口。液體進口可與冷凝單元的液體出 口流體相通，並接收來自冷凝單元的液體燃料。汽化單元可基於該汽化單元的第二溫度把 液體燃料轉化為燃料蒸氣。第二氣體出口可將燃料蒸氣提供到空氣進口。一種燃料汽化管理方法，其可包括燃料分離組件的冷凝單元內接收來自發動機 曲軸箱的氣體流，並在冷凝單元內把氣體流中的燃料成分分離出來。該分離可包括基於冷 凝單元的第一溫度把氣體流中的燃料蒸氣轉化為液體燃料，並把液體燃料儲存在冷凝單元 中。氣體流的剩餘部分可排出冷凝單元並被提供到發動機空氣進口。可將液體燃料從冷凝 單元傳輸到汽化單元。本方法還可包括基於汽化單元的第二溫度將汽化單元中的液體燃 料轉化為燃料蒸氣，以及將燃料蒸氣提供到發動機空氣進口。本發明還涉及以下技術方案方案1. 一種發動機總成，包括發動機缸體，其限定氣缸膛，所述氣缸膛內設置有活塞；氣缸蓋，其聯接到所述發動機缸體，並限定與所述氣缸膛流體相通的空氣進口 ；以 及 曲軸箱通風組件，其與所述發動機缸體和所述空氣進口流體相通，所述曲軸箱通 風組件包括燃料分離組件，所述燃料分離組件具有
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冷凝單元，其包括氣體區、液體容納區、氣體進口、第一氣體出口、以及液體出口， 所述氣體進口與所述氣體區流體相通，並與來自所述發動機缸體的包含燃料蒸氣的氣體流 流體相通，所述冷凝單元基於所述冷凝單元的第一溫度把所述燃料蒸氣轉化為液體燃料， 所述第一氣體出口與所述空氣進口流體相通並將所述氣體流的剩餘部分提供給所述空氣 進口，所述流體區存儲所述液體燃料；以及汽化單元，其包括液體進口和第二氣體出口，所述液體進口與所述冷凝單元的液 體出口流體相通並接收來自所述冷凝單元的液體燃料，所述汽化單元基於所述汽化單元的 第二溫度把所述液體燃料轉化為燃料蒸氣，所述第二氣體出口將所述燃料蒸氣提供給所述
空氣進口。方案2.如方案1所述的發動機總成，其中，所述燃料分離組件包括與所述空氣進 口和所述第二氣體出口流體相通並在這兩者之間選擇性地提供流體相通的閥。方案3.如方案1所述的發動機總成，其中，所述燃料分離組件包括在所述冷凝單 元的液體出口和所述汽化單元的液體進口之間延伸並在這兩者之間提供流體相通的導管， 所述導管使所述冷凝單元和所述汽化單元彼此熱隔絕。方案4.如方案1所述的發動機總成，其中，所述汽化單元與發熱的發動機部件處 於熱交換關係中，所述發動機部件將所述汽化單元加熱到所述第二溫度。方案5.如方案4所述的發動機總成，其中，所述發動機部件包括所述氣缸蓋。方案6.如方案4所述的發動機總成，其中，所述冷凝單元與所述發熱的發動機部 件隔絕。方案7.如方案6所述的發動機總成，其中，所述第一溫度大致是環境空氣溫度。方案8.如方案1所述的發動機總成，其中，所述曲軸箱通風組件包括油分離機構， 所述油分離機構與來自所述發動機缸體的氣體流流體相通，所述油分離機構去除所述氣體 流中夾帶的油。方案9.如方案8所述的發動機總成，其中，所述氣體流在行進通過所述燃料分離 組件之前通過所述油分離機構。方案10. —種曲軸箱通風組件，包括燃料分離組件，其與發動機缸體和通向發動機燃燒室的空氣進口流體相通，所述 燃料分離組件包括冷凝單元，其包括氣體區、液體容納區、氣體進口、第一氣體出口、以及液體出口， 所述氣體進口與所述氣體區流體相通，並與來自所述發動機缸體的包含燃料蒸氣的氣體流 流體相通，所述冷凝單元基於所述冷凝單元的第一溫度把所述燃料蒸氣轉化為液體燃料， 所述第一氣體出口與所述空氣進口流體相通並將所述氣體流的剩餘部分提供給所述空氣 進口，所述流體區存儲所述液體燃料；以及汽化單元，其包括液體進口和第二氣體出口，所述液體進口與所述冷凝單元的液 體出口流體相通並接收來自所述冷凝單元的液體燃料，所述汽化單元基於所述汽化單元的 第二溫度把所述液體燃料轉化為燃料蒸氣，所述第二氣體出口將所述燃料蒸氣提供給所述
空氣進口。方案11.如方案10所述的曲軸箱通風組件，其中，所述燃料分離組件包括與所述 空氣進口和所述第二氣體出口流體相通並在這兩者之間選擇性地提供流體相通的閥。
方案12.如方案10所述的曲軸箱通風組件，其中，所述燃料分離組件包括在所述 冷凝單元的液體出口和所述汽化單元的液體進口之間延伸並在這兩者之間提供流體相通 的導管，所述導管使所述冷凝單元和所述汽化單元彼此熱隔絕。方案13.如方案10所述的曲軸箱通風組件，其中，所述汽化單元與發熱的發動機 部件處於熱交換關係中，所述發動機部件將所述汽化單元加熱到所述第二溫度。方案14.如方案13所述的曲軸箱通風組件，其中，所述冷凝單元與所述發熱的發 動機部件隔絕。方案15.如方案10所述的曲軸箱通風組件，還包括油分離機構，所述油分離機構 與來自所述發動機缸體的氣體流流體相通，所述油分離機構去除所述氣體流中夾帶的油。方案16. —種方法，包括在燃料分離組件的冷凝單元中接收來自發動機曲軸箱的氣體流；在所述冷凝單元中將燃料成分從所述氣體流中分離出來，所述分離包括基於所 述冷凝單元的第一溫度把所述氣體流中的燃料蒸氣轉化為液體燃料，並將所述液體燃料存 儲在所述冷凝單元中，所述氣體流的剩餘部分從所述冷凝單元中排出並提供給發動機空氣 進口 ；將所述液體燃料從所述冷凝單元傳輸到汽化單元；基於所述汽化單元的第二溫度，將所述汽化單元中的液體燃料轉化為燃料蒸氣； 以及將所述燃料蒸氣提供給所述發動機空氣進口。方案17.如方案16所述的方法，其中，將所述燃料蒸氣提供給所述發動機空氣進 口包括使用閥來提供受控的燃料蒸氣流。方案18.如方案16所述的方法，其中，所述冷凝單元通過在所述冷凝單元與所述 汽化單元之間延伸的導管與所述汽化單元熱隔絕，所述導管在儲存於所述冷凝單元和所述 汽化單元中的液體燃料之間提供流體相通。方案19.如方案16所述的方法，還包括通過來自發熱的發動機部件的傳熱將所 述汽化單元加熱到所述第二溫度。方案20.如方案19所述的方法，其中，所述冷凝單元與所述發熱的發動機部件隔絕。從本文提供的描述中，更多的應用範圍將變得顯而易見。本發明內容部分中的描 述和具體示例僅用於說明之目的，並不意圖限制本發明的範圍。
本文所描述的附圖僅用於圖示說明之目的，而並不意圖以任何方式限制本發明的範圍。附圖是根據本發明的發動機總成的示意圖。在附圖的全部若干視圖中，相應的附圖標記表示相應的部件。
具體實施例方式現在將參照附圖更全面地描述本發明的示例。以下描述在本質上僅是示例性的，且並不意圖限制本發明、其應用或使用。附圖中，示意性圖示出發動機總成10。發動機總成10可包括發動機缸體12、氣缸 蓋14、油盤16、曲軸18、活塞20 (僅示出其中一個)、氣門系組件22、火花塞24、燃料系統 26、進氣歧管28、以及曲軸箱通風組件30。發動機缸體12可限定氣缸膛32 (僅示出其中一 個)，每個氣缸膛在其內設置有活塞20。要理解的是，本教導可應用到任意數目的活塞_氣 缸布置和各種發動機構造，包括但不限於，V型發動機、直列式發動機、水平對置發動機、以 及頂置凸輪式構造和整體凸輪式構造(cam-in-block configuration)。此外，要理解的是， 本教導可以等同地應用於曲軸箱強制通風(PCV)系統和封閉型曲軸箱通風(CCV)系統。氣缸蓋14可包括進氣道34和排氣道36。發動機缸體12、氣缸蓋14和活塞20可 協作以限定燃燒室38。進氣道34可以形成到燃燒室38的空氣進口，排氣道36可以形成離 開燃燒室38的排氣出口。火花塞24可位於氣缸蓋14內，並延伸到燃燒室38中。油盤16 可聯接到發動機缸體12，並可將油保持在發動機總成10中。發動機缸體12和油盤16可協 作以限定發動機曲軸箱40。氣門系組件22可由氣缸蓋14支撐，並可包括進氣凸輪軸42和排氣凸輪軸44、以 及進氣門組件46和排氣門組件48。進氣凸輪軸42可與進氣門組件46接合，排氣凸輪軸 44可與排氣門組件48接合。燃料系統26可包括與燃料供給裝置52 (例如，燃料箱)相通的燃料泵50和燃料 噴射器54。燃料噴射器54可與燃燒室38流體相通。在該非限制性示例中，燃料噴射器54 可位於氣缸蓋14內，並延伸到燃燒室38內，從而形成直噴式構造。但要理解的是，本發明 絕不限於直噴式應用。本教導可被用在各種其他燃料噴射應用中，包括進氣口噴射構造。進氣歧管28可與新鮮空氣供給源56、曲軸箱通風系統30、以及氣缸蓋14內的進 氣道34流體相通。曲軸箱通風系統30可包括油分離組件58和燃料分離組件60。油分離 組件58可與發動機曲軸箱40和進氣歧管28流體相通。更具體的說，油分離組件58可接 收來自曲軸箱40的曲軸箱氣體流。當曲軸箱氣體通過油分離組件58時，該氣體中夾帶的 油可與該氣體分離，而氣體流的剩餘部分可繼續流向進氣歧管28。雖然油分離組件58被圖 示出是在曲軸箱40和燃料分離組件60之間，但要理解的是，油分離組件58也可替代性地 位於燃料分離組件60和進氣歧管28之間。燃料分離組件60可包括冷凝單元62、汽化單元64、在冷凝單元62和汽化單元64 之間延伸的通道66、和閥68。冷凝單元62可形成包括氣體區70、液體區72、氣體進口 74、 第一氣體出口 76和液體出口 78的容器。氣體進口 74可與氣體區70和曲軸箱40流體相 通，並可接收來自於曲軸箱40的曲軸箱氣體流。在該非限制性示例中，氣體進口 74可接 收從油分離組件58排出的曲軸箱氣體流。第一氣體出口 76可與氣體區70和進氣歧管28 流體相通，並可以向冷凝單元62中延伸一定距離以便有助於燃料分離，如以下所論述的那 樣。液體出口 78可與冷凝單元62的液體區72流體相通，並經由通道66與汽化單元64流 體相通。冷凝單元62可與發動機總成10的發熱部件隔絕。冷凝單元62可用導熱材料(例 如，導熱金屬)製成，並且可以暴露於環境空氣溫度中，正如以下所論述的那樣。通道66可 由絕熱材料構成，用來限制汽化單元64和冷凝單元62之間的傳熱。可以使用包括塑料和 彈性體在內的各種絕熱材料。
汽化單元64可包括液體進口 80和第二氣體出口 82。液體進口 80可經由通道66 與冷凝單元62的液體區72流體相通。第二氣體出口 82可與進氣歧管28流體相通。閥68 可位於汽化單元64的第二氣體出口 82和進氣歧管28之間，並可與這兩者都流體相通，以 便選擇性地提供這兩者之間的流體連通。汽化單元64可處於與發動機總成10的發熱部件 的傳熱關係中。更具體地，汽化單元64可以鄰接發動機總成10的發熱部件。在該非限制 性示例中，發熱的發動機部件可包括氣缸蓋14。然而要理解的是，各種其他的發熱部件也可 以被使用，這些發熱部件包括但不限於發動機缸體12、散熱器(未示出)、或電加熱器(未 示出)。汽化單元64可由導熱材料製成，比如導熱金屬。在發動機工作期間，燃料被提供到燃燒室38內並在其中燃燒。燃料的一部分可對 限定燃燒室38的氣缸壁產生衝擊，並可能遷移到發動機曲軸箱40中。遷移到曲軸箱40中 的燃料可積累在油盤16中。發動機曲軸箱40(和其中的油/燃料混合物)可達到燃料沸 騰並轉變成燃料蒸氣的工作溫度。然後，燃料蒸氣會與曲軸箱氣體混合。曲軸箱氣體可經 由曲軸箱通風組件30最終行進到進氣歧管28，並從而到達進氣道34。燃料分離組件60可 對引入進氣道34的燃料蒸氣的量進行控制。具體的說，曲軸箱氣體流可進入冷凝單元62。當曲軸箱氣體流進入冷凝單元62 時，其可經歷溫度下降，導致燃料蒸氣從曲軸箱氣體中冷凝出。冷凝單元可以以第一溫度工 作，以便把燃料蒸氣轉化為液體狀態。第一溫度可低於60攝氏度。如上面所述，冷凝單元 62可與發熱的發動機部件大致隔絕。冷凝單元可暴露在環境空氣溫度下，例如，車輛發動 機艙空氣溫度。然而，儘管被圖示為通過環境空氣條件來冷卻，但要理解的是，可替代性和 /或額外地使用冷卻裝置(未示出)來控制冷凝單元62的工作溫度。在該非限制性示例中，曲軸箱氣體流可衝擊冷凝單元62的壁以增強對燃料蒸氣 的冷卻。由燃料蒸氣的冷凝所產生的液體燃料可落入並存儲在冷凝單元62的液體區72中。 曲軸箱氣體流的剩餘部分可經由第一氣體出口 76排出冷凝單元62，並行進到進氣歧管28， 最終進入進氣道34。第一氣體出口 76在冷凝單元62中的延伸可有助於防止燃料蒸氣在氣 體狀態下排出冷凝單元62。被保持在冷凝單元62的液體區72中的液體燃料可經由通道66和液體進口 80提 供給汽化單元64。汽化單元64中的液體燃料可被加熱到第二溫度，以便使液體燃料返回到 氣體狀態(燃料蒸氣)。第二溫度可包括足以使液體燃料沸騰的溫度。更具體的說，第二溫 度可高於80攝氏度。如上面所述，汽化單元64可被來自發熱的發動機部件的傳熱所加熱。 但要理解的是，可以替代性地和/或額外地使用發動機部件以外的加熱裝置(未示出)來 控制汽化單元64的工作溫度。汽化單元64產生的燃料蒸氣可經由第二氣體出口 82提供 給進氣歧管28，並最終進入進氣道34。排出汽化單元64的燃料蒸氣的量可通過閥68來控制。作為非限制性示例，閥68 可包括脈衝寬度調製(PWM)控制的電磁閥，該電磁閥與控制模塊電連通，例如，該控制模塊 是發動機控制模塊84。
權利要求
一種發動機總成，包括發動機缸體，其限定氣缸膛，所述氣缸膛內設置有活塞；氣缸蓋，其聯接到所述發動機缸體，並限定與所述氣缸膛流體相通的空氣進口；以及曲軸箱通風組件，其與所述發動機缸體和所述空氣進口流體相通，所述曲軸箱通風組件包括燃料分離組件，所述燃料分離組件具有冷凝單元，其包括氣體區、液體容納區、氣體進口、第一氣體出口、以及液體出口，所述氣體進口與所述氣體區流體相通，並與來自所述發動機缸體的包含燃料蒸氣的氣體流流體相通，所述冷凝單元基於所述冷凝單元的第一溫度把所述燃料蒸氣轉化為液體燃料，所述第一氣體出口與所述空氣進口流體相通並將所述氣體流的剩餘部分提供給所述空氣進口，所述流體區存儲所述液體燃料；以及汽化單元，其包括液體進口和第二氣體出口，所述液體進口與所述冷凝單元的液體出口流體相通並接收來自所述冷凝單元的液體燃料，所述汽化單元基於所述汽化單元的第二溫度把所述液體燃料轉化為燃料蒸氣，所述第二氣體出口將所述燃料蒸氣提供給所述空氣進口。
2.如權利要求1所述的發動機總成，其中，所述燃料分離組件包括與所述空氣進口和 所述第二氣體出口流體相通並在這兩者之間選擇性地提供流體相通的閥。
3.如權利要求1所述的發動機總成，其中，所述燃料分離組件包括在所述冷凝單元的 液體出口和所述汽化單元的液體進口之間延伸並在這兩者之間提供流體相通的導管，所述 導管使所述冷凝單元和所述汽化單元彼此熱隔絕。
4.如權利要求1所述的發動機總成，其中，所述汽化單元與發熱的發動機部件處於熱 交換關係中，所述發動機部件將所述汽化單元加熱到所述第二溫度。
5.如權利要求4所述的發動機總成，其中，所述發動機部件包括所述氣缸蓋。
6.如權利要求4所述的發動機總成，其中，所述冷凝單元與所述發熱的發動機部件隔絕。
7.如權利要求6所述的發動機總成，其中，所述第一溫度大致是環境空氣溫度。
8.如權利要求1所述的發動機總成，其中，所述曲軸箱通風組件包括油分離機構，所述 油分離機構與來自所述發動機缸體的氣體流流體相通，所述油分離機構去除所述氣體流中 夾帶的油。
9.一種曲軸箱通風組件，包括燃料分離組件，其與發動機缸體和通向發動機燃燒室的空氣進口流體相通，所述燃料 分離組件包括冷凝單元，其包括氣體區、液體容納區、氣體進口、第一氣體出口、以及液體出口，所述 氣體進口與所述氣體區流體相通，並與來自所述發動機缸體的包含燃料蒸氣的氣體流流體 相通，所述冷凝單元基於所述冷凝單元的第一溫度把所述燃料蒸氣轉化為液體燃料，所述 第一氣體出口與所述空氣進口流體相通並將所述氣體流的剩餘部分提供給所述空氣進口， 所述流體區存儲所述液體燃料；以及汽化單元，其包括液體進口和第二氣體出口，所述液體進口與所述冷凝單元的液體出 口流體相通並接收來自所述冷凝單元的液體燃料，所述汽化單元基於所述汽化單元的第二 溫度把所述液體燃料轉化為燃料蒸氣，所述第二氣體出口將所述燃料蒸氣提供給所述空氣進口。
10. 一種方法，包括在燃料分離組件的冷凝單元中接收來自發動機曲軸箱的氣體流； 在所述冷凝單元中將燃料成分從所述氣體流中分離出來，所述分離包括基於所述冷 凝單元的第一溫度把所述氣體流中的燃料蒸氣轉化為液體燃料，並將所述液體燃料存儲 在所述冷凝單元中，所述氣體流的剩餘部分從所述冷凝單元中排出並提供給發動機空氣進n ；將所述液體燃料從所述冷凝單元傳輸到汽化單元；基於所述汽化單元的第二溫度，將所述汽化單元中的液體燃料轉化為燃料蒸氣；以及 將所述燃料蒸氣提供給所述發動機空氣進口。
全文摘要
本發明涉及發動機燃料汽化管理系統。具體地，提供了一種發動機總成，其可包括具有燃料分離組件的曲軸箱通風組件。燃料分離組件可包括冷凝單元和汽化單元。冷凝單元可包括氣體區和液體容納區。氣體進口可與氣體區流體相通，並且與來自發動機缸體的包含燃料蒸氣的氣體流流體相通。冷凝單元可把燃料蒸氣轉化為液體燃料。第一氣體出口可與發動機空氣進口流體相通，並將氣體流的剩餘部分提供給空氣進口。液體區可存儲液體燃料，並通過液體進口將液體燃料提供給汽化單元。汽化單元可把液體燃料轉化為燃料蒸氣，並且第二氣體出口可將燃料蒸氣提供給空氣進口。
文檔編號F01M13/00GK101876286SQ20101016998
公開日2010年11月3日 申請日期2010年4月29日 優先權日2009年4月29日
發明者C·E·平託, L·D·納戴, P·A·裡德爾, T·A·斯皮克斯 申請人:通用汽車環球科技運作公司