用于聚結(jié)夾帶在第二流體的流中的第一流體的顆粒的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于聚結(jié)夾帶在第二流體的流中的第一流體的顆粒的裝置，其中第一流體具有比第二流體更高的密度，以及涉及用于將夾帶在第二流體的流中的第一流體的顆粒從第二流體的流中分離的組件和裝置。具體地，但不是排他性地，本發(fā)明涉及用于在內(nèi)燃機中將散布在竄漏氣體中的油粒進(jìn)行聚結(jié)和分離的裝置和組件。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機由法律管理，法律限制了燃燒過程排放到大氣的碳?xì)浠衔锖推渌难苌?。?nèi)燃機的制造商所面臨的問題之一是如何管理當(dāng)引擎運行的時候經(jīng)過活塞泄漏進(jìn)入到曲柄箱中的氣體。這些氣體被稱為竄漏氣體，其必須從曲柄箱通風(fēng)以避免壓力增強。但是，一些法律也要求將竄漏氣體回收到引擎的進(jìn)氣歧管。
[0003]由于竄漏氣體從活塞環(huán)、曲柄軸承以及曲柄的游隙處收集油粒，因此這是不可取的。在進(jìn)入進(jìn)氣歧管之前，需要將上述油盡可能多的從竄漏氣體移除。經(jīng)過排氣歧管的過量的油將導(dǎo)致不可接受的廢氣排放、進(jìn)氣閥污染以及引擎油耗增加。因此，需要油分離器以將散布在竄漏氣體中的油粒分離。
[0004]參考圖1，示出了連接到內(nèi)燃機的氣缸的曲柄箱2的已知類型的油分離器。曲柄箱2包括貯油槽4，油保存在其中以潤滑引擎。竄漏的燃?xì)庋丶^A的方向經(jīng)過活塞6泄漏。但是，曲柄箱2中的壓力必須保持在大氣壓處或大氣壓以下，并且曲柄箱因此必須通風(fēng)以使得竄漏氣體能夠漏出。因此，通過通道8對曲柄箱通風(fēng)。油分離室10連接到通道8，以致竄漏氣體沿箭頭B的方向進(jìn)入分離室10。
[0005]可以僅通過在重力作用下從空氣中落下而分離油?；蛘撸梢栽谑?0中設(shè)置若干擋板(未示出)以使油能夠撞擊在擋板上以收集并且然后脫落。然后，油或者返回貯油槽4或者被收集在單獨的儲油器中。分離室10具有回到氣缸的進(jìn)氣歧管14的出口 12。因此，在分離室10中移除了一些油，以致重新進(jìn)入進(jìn)氣總管14的空氣適合用于燃燒。
[0006]圖1中示出的油分離器受到以下缺點的影響。僅將竄漏氣體送入到室內(nèi)且允許油在重力作用下分離不是特別有效的，且愈發(fā)嚴(yán)格的排放法規(guī)意味著需要將油分離器制作地更加有效且移除更大比例的油。在另一方面，商業(yè)和市場需求意味著制造成本必須縮到最小。此外，存在處于I到2微米范圍內(nèi)的超細(xì)顆粒形式的大量的油，且這些非常難從空氣流中移除。在圖1的示例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種類型的油分離器僅在移除具有大于5微米的尺寸的顆粒中有效，這是不夠的。
[0007]參考圖2，另一類型的已知分離器是旋風(fēng)分離器20。旋風(fēng)分離器20包括進(jìn)氣口22，空氣經(jīng)過該進(jìn)氣口 22進(jìn)入旋風(fēng)室24?？諝庋h(huán)并下降，且油滴通過離心力被沉積在室24的壁上。較大的油粒也在重力的作用下落下。通過在室底部的具有擋板28的排出裝置26將在室內(nèi)收集的油移除。潔凈空氣以渦流的方式上升至出口 30。
[0008]諸如圖2中示出的示例之類的旋風(fēng)分離器可有效移除具有約2微米的直徑的油粒。但是，這樣的旋風(fēng)分離器受如下缺點的影響。已知的是，如果具有多個小旋風(fēng)分離器，則對于相同的壓降和空氣流動的速率，在分離較小的顆粒方面它們比單個大的旋風(fēng)分離器更有效。但是，設(shè)計并制造各自具有入口、出口和排出裝置的多個旋風(fēng)分離器可能復(fù)雜且昂貴。它們也可能難以安裝到引擎中的可用空間內(nèi)。由于成本的原因，經(jīng)常將油分離器并入到凸輪罩中。這意味著分離器應(yīng)該理想地需要相對較小的高度且被裝入較淺的立方體積中。但是，旋風(fēng)分離器通常不符合該要求。
[0009]US2003/0057151描述了具有軸向氣體出口的多單元旋風(fēng)分離器。
[0010]在US6110242和W000/49933中描述了用于將固體從氣體中分離且具有軸向氣體出口的旋風(fēng)分離器的進(jìn)一步的示例。在這些文獻(xiàn)中描述的旋風(fēng)分離器具有軸向氣體出口以使清潔的氣體能夠離開。如果氣體與灰塵或其他固體一起切向地離開，則將不會完成分離。
[0011]EP1747054描述了旋風(fēng)分離器的供替代的選擇。描述了一種具有流通管的分離設(shè)備，在流通管中設(shè)置了所謂的螺旋狀元件。在每一流動路徑中，將具有逆時針螺距的螺旋狀元件布置在具有順時針螺距的螺旋狀元件旁邊。因此，將螺旋狀元件布置成將經(jīng)過流動路徑的空氣流在一個方向上扭轉(zhuǎn)90度，并且然后將空氣流在另一個方向上扭轉(zhuǎn)90度?？諝庑D(zhuǎn)的逆轉(zhuǎn)意在將油珠從空氣分離并將油珠聚結(jié)成更大的顆粒，然后通過下游分離器和擋板將該顆粒分離。
[0012]EP1747054的裝置受下列缺點影響。在某些環(huán)境中，通過導(dǎo)致空氣流在順時針和逆時針螺旋狀元件之間快速逆轉(zhuǎn)，可以導(dǎo)致湍流，該湍流趨向于保持將油夾帶在空氣流中而不是將油分離。螺旋狀元件還可能導(dǎo)致不可取的壓降。最后，塑造像螺旋狀元件的小特征可能是困難的。
[0013]在US6860915中提出了針對上文提及的問題的另一解決方案。描述了一種用于將油滴從竄漏氣體中分離的三級分離器。第一級是初步分離器，其僅是具有擋板的室。第二級是螺旋管，空氣以螺旋的路徑流過螺旋管以使得油滴撞擊該路徑的外表面。第三級是過濾元件。
[0014]US6860915的裝置受到其難以制造且還需要過濾器的缺點的影響。使用過濾器總是不可取的，因為過濾器變得堵塞且需要定期置換。
[0015]EP1767276描述了一種旋風(fēng)分離器裝置，其具有初步渦流室，以用于在粉狀和粒狀固體殘渣經(jīng)過用于分離的旋風(fēng)分離器室之前積累該殘渣。該裝置受到具有較大的尺寸和低效的缺點的影響，這使得其不能用于將油從內(nèi)燃機中的竄漏氣體中分離。
[0016]W02011/067336描述了一種用于將油從內(nèi)燃機中的氣流中分離的分離系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括將氣流送入到較大的旋風(fēng)分離室內(nèi)的多個小聚結(jié)裝置。還期望的是提高該裝置的聚結(jié)效率并且去掉對旋風(fēng)室的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的優(yōu)選實施方式尋求克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于聚結(jié)夾帶在第二流體的流中的第一流體的顆粒的裝置，其中第一流體具有比第二流體更高的密度，該裝置包括:
[0019]外罩；
[0020]被形成在外罩中的腔體，該腔體限定了縱軸且其具有至少一個曲壁，該曲壁被布置成引導(dǎo)流體沿著至少一個所述曲壁在彎曲路徑上流動；
[0021]腔體的第一進(jìn)氣管，其沿著縱軸被設(shè)置在第一位置，以用于使流體流能夠大致上沿著至少一個所述曲壁的切線引入，第一進(jìn)氣管限定了第一通道，流體流沿著該第一通道被引導(dǎo)，該第一通道具有沿著流體流動的方向減小的橫截面積；
[0022]腔體的出口，其沿著縱軸被設(shè)置在第二位置，其遠(yuǎn)離第一位置，以用于使流體流能夠大致上沿著至少一個所述曲壁的切線離開，其中，腔體被布置成引導(dǎo)流體在設(shè)置在腔體中的第一進(jìn)氣管的端部與出口之間沿著至少一個曲壁流動，以導(dǎo)致第一流體的顆粒聚結(jié)并從出口尚開。
[0023]通過設(shè)置限定了具有沿著流體流動的方向減小的橫截面積的第一通道的腔體的第一進(jìn)氣管，這提供了減小進(jìn)入腔體的流體流的湍流以及確保流體流隨著切線路徑進(jìn)入到腔體的優(yōu)點。減小湍流并改進(jìn)進(jìn)入到腔體的切向和層流的流將壓降縮小到最小并將第一流體的顆粒被聚結(jié)的量提升到更大的顆粒和液滴。
[0024]其結(jié)果是，由于液滴中流體的量與液滴半徑的立方成正比，因此增加被聚結(jié)的顆粒的液滴尺寸大致上增加了在被聚結(jié)的液滴中的流體質(zhì)量的量。因為較大的液滴較容易從流體流中移除，所以增加液體尺寸簡化了將流體從氣流中移除且顯著地增加了從氣流中移除的流體質(zhì)量的量。