用於去除發動機油中的水和燃料汙染物的吸附性結構的製作方法

2023-12-02 17:59:16

專利名稱：用於去除發動機油中的水和燃料汙染物的吸附性結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於從機動車內燃發動機中循環的潤滑油臨時吸附水和燃料汙染物的裝置和方法。更具體地，本發明涉及使用適當定位的晶體顆粒材料來從相對冷的發動機油吸附這種汙染物以延長油壽命並使得發動機部件的潛在腐蝕性損害最小化。所述汙染物隨後在發動機操作且油相對熱時從油釋放以便從發動機去除。
背景技術：
柴油、汽油和酒精燃料內燃發動機在機動車輛和如電動機-發電機的固定應用中具有廣泛應用。許多這種發動機使用烴基潤滑油系統，其中，油在發動機操作期間從下面的貯存器向上泵送經過活塞、氣缸壁、進氣和排氣閥、發動機構和操作發動機的其它部件，且被往回抽吸通過曲軸箱並進入油盤或槽。循環油被泵送通過油過濾器，以便去除通過燃燒過程或者發動機部件磨損引入油中的固體。但是，水和未燃或部分燃燒燃料成分(例如，低分子量烴和/或酒精)也引入循環油。這些液態和氣態材料不能通過油過濾器去除且可能減少油的有用壽命並具有引起發動機表面腐蝕的可能性。這種發動機還可以具有曲軸箱強制通風(PCV)系統，其使用發動機空氣進氣系統來將空氣在油貯存器上方循環通過曲軸箱，以將氣體和蒸汽從油中清除出曲軸箱。這些曲軸箱氣體和蒸汽引入PCV空氣流，且首先被傳送到發動機空氣入口歧管且然後進入發動機氣缸，其中，它們可以被消耗且從發動機排出。因而，在發動機操作中，燃燒產物和未燃燃料(水、酒精、小烴)的一些部分與循環發動機油混合。當發動機已經操作足夠長時間以使循環油達到例如大約100°c的溫度時，這些汙染物汽化且從油和曲軸箱連續地去除。但是，在短期車輛使用期間，發動機並沒有運行足夠長時間以將油加熱至足以將這種汙染物排出到PCV系統中的溫度。水或酒精或燃料物質保留在油中，其中，它們可能腐蝕發動機部件。這種低發動機油溫度在第一次啟動發動機(S卩，還沒有運行一定時間段)時通常遇至IJ，但是當然，在大多數發動機操作模式下，該低發動機油溫度狀況是臨時的。隨著連續發動機操作，油溫度將升高；汙染物將基本上汽化，積聚在曲軸箱中，且通過PCV系統掃除。然而，在一些情況和應用中，發動機可能零星地操作僅僅短時間段，從而導致持續低的油溫度。該狀況可能在例如重複用於不頻繁短行程的車輛或者在混合動力電動車輛 (其中，用於給蓄電池充電的輔助發動機僅僅偶爾使用)中遇到。在這些狀況下，冷凝汙染物可能保留在發動機油中一定顯著時間段且造成提前油降級。因而，需要管理油中的水、酒精和低分子量烴的濃度的改進方法，尤其是在低發動機油溫度下。

發明內容
在機動車輛的發動機中，汙染物可通過「漏氣」弓丨入循環潤滑油中，其中，發動機氣缸中的氣態燃燒產物和未燃燃料蒸汽的一部分在高燃燒壓力下被驅動到活塞環和氣缸壁之間且進入曲軸箱。在大約100°C的穩態發動機油溫度下，這些汙染物保持為氣體和蒸汽且通過曲軸箱強制通風(PCV)系統從曲軸箱去除，PCV系統幾乎連續地循環環境空氣以衝洗曲軸箱蒸汽。 在低發動機油溫度下，這些汙染物中的一些可能冷凝且保留在發動機潤滑油中並造成油壽命減少和發動機的損害。這些冷凝漏氣汙染物包括比潤滑油中存在的烴和添加劑顯著更低分子量的分子，因而具有較小分子大小。根據本發明的實施例，這種相對小的汙染物分子可通過微孔晶體固體從油中選擇性地吸附，例如沸石，其可具有或者可形成為具有納米大小的孔，具有可預測和一致尺寸。這種吸附性沸石顆粒的合適體積可以例如置於油循環路徑中或者油貯存器中，使得油與吸附性顆粒接觸。沸石可從相對冷的油吸附並臨時去除水、酒精或烴燃料，從而這種冷凝汙染物不循環經過發動機表面。隨後，當油通過發動機操作合適地加熱時，汙染物從吸附劑顆粒材料解吸到較熱油中且汙染物然後汽化並通過發動機PCV系統的正常操作從發動機去除。 沸石是自然發生但更通常是合成的晶體微孔矽酸鋁。這些微孔材料可以基於大小來區分分子，小分子可以進入且吸附在孔中，而大分子(分子大小超過孔尺寸的那些)將被拒絕進入。基於大小來區分分子的該能力可用於區分發動機油中可見的長鏈烴及高分子量添加劑與汙染物分子，所述汙染物分子通常小且包括水、乙醇、甲醇和主要具有小於七個碳原子的烴。有利地，被吸附分子在升高溫度下可解吸。因而，具有合適孔徑大小的沸石，在沉浸到或者與低溫(例如，20°c)油接觸時可吸附油中的冷凝汙染物中的基本上全部或大部分。隨著油溫度增加，汙染物吸附變得較為不利且一些汙染物可解吸以再次結合到油中。隨著油溫度繼續增加，將發生進一步的汙染物解吸，汙染物的蒸汽壓力將增加且汙染物氣體和蒸汽將積聚在曲軸箱中，在曲軸箱，它們可以通過PCV系統永久性去除。因而，沸石和PCV系統協作以使得冷凝漏氣汙染物的任何有害影響最小化。在低油溫度下，沸石通過在其微孔內吸附汙染物而起作用將冷凝汙染物與油分離。隨著溫度增力口，沸石將從微孔解吸汙染物且將汙染物釋放回到油中，但是增加的油溫度將促使這些汙染物的更大量汽化，從而它們可通過PCV系統去除。在本發明的一個實施例中，可以採用最適合吸附水的沸石顆粒。除了特定微孔大小之外，這種沸石顆粒可展現親水表面化學性質。這種親水化學性質可通過選擇沸石中二氧化矽與氧化鋁的比率來引入；二氧化矽與氧化鋁的比率優選小於10且更優選在1和3之間將導致沸石顆粒是親水的。在第二實施例中，可採用多層沸石顆粒，具有由第二沸石成分的外層或塗層覆蓋和環繞的第一成分內部體積。顆粒的沸石外層將是非極性的，且僅僅基於分子大小來區分分子。通常合適的沸石成分是具有高二氧化矽與氧化鋁比率的那些，通常大於10且優選在從50至100的範圍內。這些包括適合於接納一直到C7烯烴和C6 Π-烯烴的低分子量烴燃料組分以及甲醇、乙醇和水的孔徑。多層沸石顆粒的內部沸石體積可以具有用於極性汙染物(例如，水、甲醇和乙醇) 的特定親和性。因而，所有汙染物將接納在多層顆粒的外層中，但是極性分子將被吸入每個顆粒的內層，留下非極性分子佔據外層。如前文所述，在具有低二氧化矽與氧化鋁比率的沸石中觀察到強的親水屬性，通常比率小於大約10且優選比率在從1至3的範圍內。這種多層配置具有確保所有級別汙染物都隔離在多層結構中的益處，從而使得任何一個汙染物級別被不平衡吸附的可能性最小化。合成沸石通過製備為小晶體沉澱物，通常通過溶膠凝膠(sol-gel)過程。但是獨立沉澱物可使用合適粘合劑聚集以形成具有基本一致大小(例如，大約1毫米左右)的便於處理的顆粒。在第一和第二實施例兩者中，都優選進一步聚集顆粒以避免將可能研磨顆粒引入車輛油循環系統。因而，藉助於粘合劑材料，顆粒可以粘合在一起以形成微孔沸石顆粒的大孔隙結構，使得潤滑油能夠容易進入所述結構，從而將油暴露於微孔沸石顆粒的大表面面積以促進油和沸石結構之間的大範圍相互作用。大孔隙結構可以承載在合適容器中，以置於油迴路中的任何便利位置，從而油可以進入容器且與吸附性顆粒接觸。該結構旨在吸附和存儲在低溫操作時間段期間產生的汙染物，直到油接下來經受更高溫度。因而，多層沸石顆粒的大孔隙結構可以依據包裝約束適當地定尺寸，以接納在高油溫度事件之間產生的汙染物。例如，所述結構可沉浸在油盤中， 可能緊固到油吸取管，或者位於油循環路徑的其它地方，包括例如包含在油過濾器中，只要其位於過濾介質的下遊即可，使得其可能不會被油中的顆粒堵塞。在該實施例中，汙染物從大孔隙多層沸石顆粒結構的吸附和釋放僅僅取決於該結構的溫度或者油溫度(由於該結構沉浸在油中且與油親密熱接觸)。在任何溫度下，汙染物的總濃度將在多孔結構和油之間劃分，比例由汙染物吸附的平衡常數及其在油和該結構中的相對濃度決定。在低溫下，平衡強烈利於汙染物吸附。在高溫下，平衡利於所吸附汙染物中的至少一些的解吸，且油中的汙染物濃度將增加。然而，在升高溫度下，油中的任何汙染物將具有足以在曲軸箱中汽化且由PCV系統從曲軸箱帶走的蒸汽壓力。由於PCV系統提供去除汙染物的機構，因而熱油中的汙染物濃度不可能與多孔結構實現平衡，且多孔結構將繼續解吸汙染物。因而，隨著時間的經過，僅僅多孔結構的吸附容量在低和高溫下的適度差異將使油汙染物濃度為可接受的低水平。在本發明的另一個實施例中，大孔隙多層沸石顆粒結構可以呈現為部分懸浮的， 從而其可以僅僅部分地沉浸在油盤的油貯存器中，懸浮結構的一部分向上延伸到曲軸箱中。這可以例如通過適當添加浮力室到該結構中來實現。延伸到曲軸箱中的部分將與曲軸箱中的循環氣體流直接接觸。在該配置中，由於大孔隙結構和冷油之間的接觸，發生吸附。然而，解吸可通過兩個途經發生；第一，通過將大孔隙結構中的沉浸部分中的汙染物解吸到熱油中，其中，如前文所述，其將汽化且釋放到曲軸箱中；第二途經是通過將來自於延伸到曲軸箱中的大孔隙結構部分的汙染物直接解吸到曲軸箱中。在該實施例的另外方面，延伸到曲軸箱中的大孔隙多層沸石結構部分可包含內部加熱器。加熱器可用於加熱大孔隙結構的至少一部分，以促進汙染物解吸到曲軸箱中，甚至在油-大孔隙結構平衡將利於吸附時的低油溫下也是如此。加熱器將由控制器響應於油或發動機溫度的傳感器測量值操作，其將僅僅在油溫小於閾值時操作加熱器。在溫度大於閾值時，例如高於大約80°C，大孔隙結構可以通過已加熱油來加熱，如第一實施例中那樣。在本發明的又一方面，懸浮大孔隙多層沸石結構可以支撐在中空結構上，如包含在油盤中的柱。在這方面，加熱器可以位於中空結構中，且不與油接觸，而藉助於通過中空結構的壁的傳導來與大孔隙結構熱連通。同樣，加熱器將僅僅在低油溫下操作，且在油達到其閾值時關閉。方案1. 一種用於從內燃發動機的潤滑油可逆地吸附水和燃料分子的大孔隙結構，所述結構包括多個多層微孔顆粒，每個顆粒包括外部矽酸鋁成分的外層和帶有內部矽酸鋁成分的內層，所述外層適合於吸附水和燃料分子兩者，所述內層適合於選擇性地吸附極性分子。方案2.根據方案1所述的大孔隙主體，其中，顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率小於10的二氧化矽和氧化鋁。方案3.根據方案1所述的大孔隙主體，其中，顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率在1和3之間的二氧化矽和氧化鋁。方案4. 一種內燃發動機，所述內燃發動機具有曲軸箱和用於循環潤滑油的系統， 帶有用於從循環油去除冷凝漏氣汙染物的系統，所述系統包括
曲軸箱強制通風系統，用於從曲軸箱去除氣體和蒸汽；以及大孔隙結構，所述大孔隙結構位於油循環系統中且至少部分地沉浸在循環的潤滑油中；
所述大孔隙結構包括具有至少一種矽酸鋁成分的多個微孔顆粒，用於從潤滑油選擇性地可逆地吸附冷凝漏氣汙染物；
所述結構在較低溫度下比在較高溫度下吸附更多數量的汙染物，從而在較低溫度下由該結構吸附的汙染物能在較高溫度下釋放到潤滑油；以及
在較高溫度下汽化以將汙染物蒸汽釋放到曲軸箱中，以便由曲軸箱強制通風系統去除。方案5.根據方案4所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，所述微孔顆粒是多層的，具有由外部成分的矽酸鋁大致環繞的內部成分的矽酸鋁。方案6.根據方案5所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，多層微孔顆粒的內部矽酸鋁成分選擇性地吸附極性分子。方案7.根據方案5所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，多層微孔顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率小於10的二氧化矽和氧化鋁。方案8.根據方案5所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，多層微孔顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率在1和3之間的二氧化矽和氧化鋁。方案9.根據方案4所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，大孔隙主體位於油循環系統的油盤中。方案10.根據方案4所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，大孔隙主體位於油循環系統的油過濾器中。方案11.根據方案4所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，大孔隙結構的至少一部分由外部加熱器加熱。方案12.根據方案4所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，大孔隙結構包含浮力室以致使所述主體部分地懸浮。方案13. —種使用大孔隙結構從內燃發動機的發動機潤滑油循環流去除冷凝漏氣汙染物的方法，所述大孔隙結構包括至少一種微孔矽酸鋁成分的多個顆粒，且適合於允許從發動機油可逆地吸附汙染物，所述結構在較低溫度下比在較高溫度下吸附更多數量的汙染物；所述發動機具有曲軸箱和曲軸箱強制通風系統，所述方法包括 將該結構定位在循環油流中且與循環油處於大致熱和化學平衡；以及操作發動機。方案14.根據方案13所述的方法，其中，所述大孔隙結構位於發動機油盤中。方案15.根據方案13所述的方法，其中，所述大孔隙結構位於發動機油過濾器中。方案16.根據方案13所述的方法，其中，所述大孔隙結構包括加熱器，所述方法還包括加熱所述大孔隙結構。方案17.根據方案16所述的方法，其中，加熱器由控制器響應於發動機潤滑油溫度控制，所述方法還包括在發動機潤滑油溫度小於大約80°C時，操作加熱器。本發明的其它目的和優勢將從該說明書中隨後的優選實施例的描述顯而易見。


圖1示出了車輛發動機的示意性截面圖，圖示了 PCV系統和油循環系統的配置和操作。圖2以截面圖示出了代表性多層多孔晶體固體。圖3以截面部分剖視圖示出了位於油過濾器中的多層多孔晶體固體。圖4示出了圖1的發動機的油盤和曲軸箱的部分示意性截面圖，圖示了配置用於設置在油盤中且與(任選)外部加熱器熱接觸的懸浮多層多孔晶體固體的配置和操作。
具體實施例方式圖1以截面圖示出了具有軸箱強制通風(PCV)系統的機動車發動機10的示意性部分剖視圖。在PCV系統的操作中，入口空氣12由空氣過濾器14過濾，且進入入口歧管15。 在入口空氣12與節氣門板16建立的入口歧管15的限制區域接觸之前，入口空氣12的一部分12』分流到通氣軟管18中且經由氣缸蓋19和通道21傳輸到曲軸箱四中。在曲軸箱四中，入口空氣12』與從燃燒室排出且通過氣缸壁32和活塞36的活塞環35之間的間隙引入曲軸箱四的漏氣沈混合。入口空氣12』與漏氣沈的混合物(顯示為曲軸箱氣體混合物28)在穿越通氣室38且通過PCV軟管42和PCV閥40之前在曲軸箱 29中循環。在通過PCV閥40之後，曲軸箱氣體混合物通過在節氣門板16下遊的入口歧管15 的部分15』中引入的降低壓力而被推動通過PCV軟管42』，以便與空氣流12結合。入口空氣流12、曲軸箱氣體混合物洲和燃料(未示出)的氣體和蒸汽混合物然後傳送到燃燒室38 中，其在此燃燒且燃燒產物通過排氣20排出。圖1還示出了容納油30的油盤33，油盤33的表面暴露於流動的曲軸箱氣體混合物28。當發動機10和油30處於低溫時，漏氣可包括來自於未燃燃料的烴和酒精(如甲醇和乙醇)和作為燃燒產物的水)可至少部分地冷凝。冷凝部分可結合到油中，作為溶液或者擴散物或乳液。如果車輛操作足以使得發動機和油加熱到其大約100°c的正常操作溫度的長時間段，那麼這些冷凝液體將汽化，佔據曲軸箱容積，且結合到空氣流12』中以形成曲軸箱氣體28，且傳送出曲軸箱，如前文所述。然而，如果發動機和油未實現至少相當且優選大於這些冷凝液體的沸點的溫度， 液體將保持在油中，且如果發生在低油溫下的進一步車輛操作，可繼續積聚。在重複低溫操作之後油中的這些冷凝液體的比例可能是顯著的。例如，在經受低於冷凍溫度的區域中在大約240英裡短行程冬天駕駛在油中可積聚高達大約18%重量的水和高達12%重量的燃料。這些汙染物的延長保持對油性能和壽命可能是有害的。甚至在春天期間在這些區域中遇到的較暖和環境溫度下，同樣240英裡進程可導致油中具有高達5%重量的水和高達 11%重量的燃料。這些冷凝汙染物中的許多包括低分子量小尺寸分子，且可以使用微孔晶體固體或分子篩基於大小與發動機潤滑油中可見的高分子量大尺寸分子分開。微孔晶體固體包括自然發生和合成結構兩者，包括具有可預測和一致尺寸的納米大小的通道。最常見示例是沸石。因而，這些材料能夠基於大小區分分子。具有小於孔徑大小的分子大小的小分子可進入孔且被吸附，而分子大小超過孔徑大小的大分子將被拒絕進入。汙染物的烴燃料部分將包括具有一定範圍碳原子每分子的烴分子。烴分子中的一些大，且難以從油和油添加劑分子分開。然而，這些分子以低濃度存在，且定尺寸孔以接納僅僅一直到具有7個或更少碳原子的烴，例如一直到C7烯烴和C6 η-烯烴，以在區分油和烴汙染物和優化汙染物去除之間實現滿意的平衡。另外的區分可通過用不同表面特徵將多個這種多孔晶體固體聯接來實現。例如， 沸石是多孔晶體矽酸鋁，包括通過共用氧原子或離子結合在一起的SiO4和AlO4四面體組合物。大多數沸石是離子的且具有對水和其它極性分子的高親和性，但是隨著二氧化矽/氧化鋁比率增加，沸石可變得疏水性的。因而，多孔晶體固定可合成以「定製」其屬性以便修改其孔徑大小和其化學選擇性。這種沸石可以通過在存在鹼金屬和有機模板劑(organic template)的情況下結晶二氧化矽-氧化鋁而合成。該溶膠凝膠過程與其它固體(包括金屬氧化物)的引入相容， 從而多層沸石固體可以通過用第一溶膠成分獲得的沸石晶體結晶第二溶膠成分來形成。這些多層沸石固體然後可以例如通過燒結或通過使用粘合劑(例如，水玻璃(矽酸鈉))與熱處理結合來聚集，以形成大孔隙多層沸石結構。這種大孔隙多層沸石結構包括一個或多個非極性微孔層，孔大小允許所有目標分子進入，可覆蓋一個或多個極性微孔層。下層極性層的孔可具有表面化學性質和大小，以選擇性地吸引在覆蓋的非極性孔結構的孔中容納的極性分子中的一個或多個。所述結構不需要限於僅僅兩個這種多孔晶體固體。結合附加多孔固體可能是有利的，以實現被吸收物物質之間的進一步區分。這種大孔隙多層沸石結構，如果沉浸在含有極性和非極性汙染物的發動機潤滑油中，可以用於臨時地將冷凝汙染物隔離在其多孔層中。通過藉助於調節層厚度而適當地定尺寸極性和非極性層的總體孔容積，多層結構可以製成與其在潤滑油中的預期濃度大致成比例地吸附汙染物物質。即，如果佔優汙染物是極性的，那麼極性微孔層將構成大部分多層多孔結構，反之亦然。圖2示出了適合於完全沉浸在潤滑油中的示例性大孔隙多層沸石結構50的截面。 在該示例中，採用僅僅兩個多孔固體，但是，所述結構可容易地擴展成包括附加層或者在多孔固體基體中獨立地嵌入多個不同這種固體。在所示示例中，非極性多層晶體固體52的外殼環繞極性多孔晶體固體M。大孔隙多層沸石結構50示出為矩形截面，但是將理解的是， 其可以根據需要定形為任何便利外部配置或截面。圖1中示出了典型車輛發動機油循環系統的示意性概圖。通常，容納在油盤33中的油30由油吸取器43收集，以在油泵46的推動下如箭頭45所示依次流動通過油吸取器管44和油過濾器60。除了其它發動機位置之外，在通過油過濾器60之後，油如箭頭45』所示流向氣缸蓋和主軸承，在此之後，通過重力排出，其排出到油盤33以重複迴路。例如，如果大孔隙多層沸石結構50沉浸在容納在油盤33中的油中，那麼其可以展現大致矩形方面和大小，從而允許其穩定地定位在油盤33的底部中。可選地，這種大孔隙多層沸石結構50 (圖2)可以由油吸取器43 (未示出)或者由支架或其它支撐結構(未示出)支撐在油盤33 中。另一種方法可以是將大小較不規則的大孔隙多層沸石結構緊固到油吸取器管44(未示出)。又一種方法可以是將更像圓柱形的大孔隙多層沸石結構50』定位在發動機油過濾器 60的中空油返回腔中，如圖1所示且更具體地如圖3所示。圖3所示的發動機油過濾器60通常是常規的。屋頂形蓋62附連到基板65，以限定由過濾器介質68部分佔據的內部容積，過濾器介質68通常具有打褶纖維結構，由穿孔圓柱形支撐件74支撐。基板65通過螺紋72與發動機本體中的帶螺紋中空凸臺(未示出)接合而抵靠配合發動機本體密封地緊固，在擰緊時，基板65抵靠發動機本體壓縮柔性密封件 66以消除油洩漏。油作為流45進入過濾器，且在通過大孔隙多層沸石結構50』之前，被引導圍繞且通過過濾器介質68和穿孔支撐件74，大孔隙多層沸石結構50』至少部分地佔據內部腔室76。在其暴露於大孔隙多層沸石結構50』之後，油離開過濾器60且作為流45』再次進入發動機。從這些示例將理解，可以作出大孔隙多層沸石結構的尺寸、形狀和直徑的各個變型，例如，以適應增加的汙染物體積或使得主體適應可選形狀位置，而不偏離本發明的意圖或範圍。同樣，使用具有可能不同成分的多個共同定位、或獨立定位的大孔隙多層沸石結構也在本發明的範圍內。在這些實施例中，大孔隙多層沸石結構沉浸在潤滑油中。因而，大孔隙結構將通常處於油溫且與油處於化學平衡。對於平衡的系統，液體汙染物將根據取決於溫度的平衡常數在大孔隙多層沸石結構和油之間平衡。在低溫下，例如大約25°C和以下，平衡利於汙染物吸附在多層沸石中；在更高升高溫度，平衡較不利於吸附且一些汙染物將解吸並進入油中。在低溫和高溫下的吸附濃度的該差異不需要大，以允許吸附汙染物的幾乎完全釋放。油中的液體汙染物試圖與大孔隙多層沸石結構中的吸附汙染物且還與曲軸箱中的汙染物蒸汽保持平衡。但是曲軸箱蒸汽(包括汙染物蒸汽)通過藉助於PCV系統的操作而衝洗通過曲軸箱的環境空氣連續地帶走。這擾亂液體-蒸汽平衡，且引起油中的液體的進一步汽化。但是，液體的進一步汽化將減少液體中的液體汙染物濃度，且擾亂大孔隙固體-油平衡。繼而，這將導致汙染物從大孔隙多層沸石結構進一步解吸到油中，從而所述序列步驟可以重複。在低油溫下，冷凝汙染物的蒸汽壓力可以低。在該情況下，去除作為蒸汽的汙染物的PCV系統在去除汙染物方面效率低。因而，液體汙染物濃度可增加。但是這些液體汙染物可極大地吸附並隔離在大孔隙多層沸石結構中，僅僅由化學平衡決定的低濃度剩留在油中。在更高升高溫度下，通過從大孔隙多層沸石結構累積地釋放汙染物到油，汙染物隨後在油中汽化以結合在曲軸箱氣體中且通過發動機PCV系統去除，總汙染物濃度能以受控方式減少。因而，多層大孔隙固體和發動機PCV系統協作以保持油中的低汙染物水平，以在寬範圍的發動機操作溫度(代表許多不同駕駛循環)內提高油壽命。可選方法是僅僅將大孔隙多層沸石結構的一部分沉浸在油盤中的油中，且允許多層多孔固體的其餘部分延伸到曲軸箱中。這將是可行的，以將大孔隙多層沸石結構簡單地設置在油盤(未示出)中的支架或升高平臺上以將其升高並將一部分暴露於曲軸箱。然而， 藉助於這種固定配置，在油液位變化時，例如由於在車輛操作期間油的消耗或者在車輛操縱期間油盤中的油的濺灑，一致地保持大孔隙多層沸石結構的優選比例沉浸在油中可能是有挑戰的。更優選方法在圖4中示出，圖4示出了大孔隙多層沸石結構150，大孔隙多層沸石結構150總體上類似於圖2所示，且同樣包括極性和非極性微孔元件(未示出)。沸石具有大約2. 2的比重，且除非被支撐，否則將沉沒在油30中，油30具有大約0. 9的比重。然而， 大孔隙多層沸石結構150可以通過增加浮力室(如標識為86)或類似物而致使懸浮。當合適地定尺寸時，浮力室86可以將沸石結構150穩定地保持部分沉浸在油30中，從而沸石結構150的一部分延伸到曲軸箱中。在所示實施例中，多孔固體和浮力室具有中空圓柱體的形式，且可滑動地設置在中空柱80上，中空柱80從油盤33的下表面133幾乎豎直地向上延伸。柱80用於橫向地約束大孔隙沸石結構150和浮力室86，同時允許它們保持大孔隙多層沸石結構150的幾乎恆定部分沉浸在油30中，甚至在油液位變化時也是如此。藉助於僅僅部分沉浸在油中，大孔隙多層沸石結構150可以將一些吸附汙染物直接提供給曲軸箱氣體，以便由PCV系統去除。因而，在解吸期間，在傳送給曲軸箱以便由PCV 系統去除之前，至少一些汙染物不需要從大孔隙固體傳輸到油。任選地，可以採用與大孔隙多層沸石結構的通向曲軸箱的部分熱接觸的加熱器 82，以在油溫低時促進汙染物汽化。在所示配置中，加熱器82可以優選地設置在中空柱80 的內部，如圖所示。這允許加熱器82的電供應線路84在油盤和曲軸箱之外延伸。如果採用，加熱器82將僅在低油溫下操作。簡單控制器(未示出)將響應於油或發動機溫度而開關加熱器。在車輛在正常油溫下操作的狀況下，加熱器將不需要。但是，在發動機油溫度低於閾值溫度的狀況下，加熱器將促進汙染物的解吸及其由PCV系統去除，以使得其在多層多孔晶體固體中的積聚最小化。回憶典型穩態油溫是大約100°c，合適的閾值溫度可以是大約80°c。本發明的方法和裝置已經具體地參考其在機動車輛的冷氣候短行程操作的應用描述。然而，將理解的是，存在發動機不頻繁地或者僅短時間段地使用的其它應用，其中，本發明的實踐和裝置可以有利地使用。示例包括發動機功率緊急發電機和用於混合動力車輛 (特別是延長裡程插電式混合動力車輛)的補充內燃發動機，其在大多數操作模式下基於蓄電池功率提供足夠的裡程，從而補充發動機僅僅不頻繁地使用。因而，所述實施例僅僅旨在說明本發明而不是限制其範圍。
權利要求
1.一種用於從內燃發動機的潤滑油可逆地吸附水和燃料分子的大孔隙結構，所述結構包括多個多層微孔顆粒，每個顆粒包括外部矽酸鋁成分的外層和帶有內部矽酸鋁成分的內層，所述外層適合於吸附水和燃料分子兩者，所述內層適合於選擇性地吸附極性分子。
2.根據權利要求1所述的大孔隙主體，其中，顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率小於10的二氧化矽和氧化鋁。
3.根據權利要求1所述的大孔隙主體，其中，顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率在1和3之間的二氧化矽和氧化鋁。
4.一種內燃發動機，所述內燃發動機具有曲軸箱和用於循環潤滑油的系統，帶有用於從循環油去除冷凝漏氣汙染物的系統，所述系統包括曲軸箱強制通風系統，用於從曲軸箱去除氣體和蒸汽；以及大孔隙結構，所述大孔隙結構位於油循環系統中且至少部分地沉浸在循環的潤滑油中；所述大孔隙結構包括具有至少一種矽酸鋁成分的多個微孔顆粒，用於從潤滑油選擇性地可逆地吸附冷凝漏氣汙染物；所述結構在較低溫度下比在較高溫度下吸附更多數量的汙染物，從而在較低溫度下由該結構吸附的汙染物能在較高溫度下釋放到潤滑油；以及在較高溫度下汽化以將汙染物蒸汽釋放到曲軸箱中，以便由曲軸箱強制通風系統去除。
5.根據權利要求4所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，所述微孔顆粒是多層的，具有由外部成分的矽酸鋁大致環繞的內部成分的矽酸鋁。
6.根據權利要求5所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，多層微孔顆粒的內部矽酸鋁成分選擇性地吸附極性分子。
7.根據權利要求5所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，多層微孔顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率小於10的二氧化矽和氧化鋁。
8.根據權利要求5所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，多層微孔顆粒的內部成分包括二氧化矽與氧化鋁的比率在1和3之間的二氧化矽和氧化鋁。
9.根據權利要求4所述的循環油冷凝漏氣汙染物去除系統，其中，大孔隙主體位於油循環系統的油盤中。
10.一種使用大孔隙結構從內燃發動機的發動機潤滑油循環流去除冷凝漏氣汙染物的方法，所述大孔隙結構包括至少一種微孔矽酸鋁成分的多個顆粒，且適合於允許從發動機油可逆地吸附汙染物，所述結構在較低溫度下比在較高溫度下吸附更多數量的汙染物；所述發動機具有曲軸箱和曲軸箱強制通風系統，所述方法包括將該結構定位在循環油流中且與循環油處於大致熱和化學平衡；以及操作發動機。
全文摘要
公開了從內燃發動機的循環發動機潤滑油去除具有小分子大小的冷凝漏氣汙染物的裝置和方法，所述內燃發動機包括機動車發動機，帶有曲軸箱強制通風系統。這些可冷凝漏氣汙染物包括水、酒精和具有主要7個或更少碳原子的烴。包括具有微孔的矽酸鋁顆粒的大孔隙結構至少部分地沉浸在循環油中。微孔定尺寸為吸附小的冷凝漏氣汙染物分子，但是不吸附較大油分子。顆粒可以是多層的，內層適合於吸附極性分子。吸附在較低油溫下最大，且隨著油溫增加而減少。因而，在低溫下，汙染物分子可以被吸附，從油去除且臨時存儲在微孔中。在高溫下，一些汙染物將解吸且再次結合到油中。解吸汙染物將隨著較高溫度油一起傳送到發動機曲軸箱，在此它們可以汽化且由發動機曲軸箱強制通風系統去除。
文檔編號B01J20/16GK102451663SQ20111033386
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月28日 優先權日2010年10月28日
發明者莫爾杜霍維奇 G. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司