从内燃机的机油分离水和燃料的加热空气辅助膜分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种从内燃机的机油分离水和燃料的加热空气辅助膜分离装置。污染性的水和／或燃料物质可从循环过工作发动机的部件的内燃机润滑油流中去除。合适的膜材料支撑在合适的壳体内。至少一部分机油流流过膜的一侧，并且水和／或燃料物质通过膜扩散到其另一侧，在此它们被收集并且从壳体中去除。水和燃料物质可使用不同的膜或膜的不同区域独立地回收。可使用利用发动机废热加热到预先选定的温度的流动空气流将它们从膜和壳体中去除从而用于在壳体外部处理。本申请还描述了本发明专利技术在其他能够用膜分离的混合物中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于从在工作的发动机中循环的润滑油中分离水和汽油(或其他燃 料)的方法和装置。更具体地，本专利技术涉及使用一种装置的改进方法，在该装置中机油沿着 膜的表面循环，且水和/或例如汽油、柴油燃料或乙醇等燃料成分通过膜被选择性地从机 油中去除。在合适的压力下被引导过膜的渗透侧的加热空气流加强了水和燃料成分从膜表 面的去除。
技术介绍
大多数汽车由内燃机提供动力，内燃机包括数个互补的汽缸，其中紧密配合的往 复活塞接纳引入的燃料空气混合物、压缩该混合物、使混合物燃烧和排出燃烧产物。燃料可 以是汽油、柴油燃料、乙醇-燃料混合物、乙醇、生物燃料合成物或者可在空气中燃烧的其 他含碳合成物。对移动部件的润滑通过合适的含碳氢化合物液体完成，该液体从发动机下 部的曲轴箱中被泵送上来并且分配到发动机的移动部件。当润滑油排回到集油装置中时就 完成了润滑油的循环。根据发动机的尺寸，机油的体积可以是若干夸脱。在汽缸内发生的燃烧过程终结时，汽缸将含有多种化学物质，包括水蒸汽、未燃烧 的燃料和颗粒物。这些物质中的大多数将在排气冲程中从汽缸中排出，但是其中一部分将 穿过活塞环被输送到曲轴箱内(有时被称为窜漏气体)并且与润滑油相接触。由此，随着 发动机工作以及机油的循环，机油积累了颗粒物质，颗粒物质可通过将机油循环过过滤器 而去除。但是机油还积累了水、未燃烧的燃料物质和其他液体或气体燃烧副产物，它们不能 通过传统的过滤技术去除。在正常的发动机工作温度下，这些燃烧副产物通常足以挥发掉，因为它们可通过 蒸发从机油中排出。然而，当发动机经常仅仅工作相对较短的期间时，特别是在低环境温度 下工作时，机油温度没有增加到足以蒸发和驱除这些污染物，因而污染物便逐渐累积起来。 累积的水、燃料和燃烧副产物-特别是液体，稀释和污染了机油，从而机油必须在其有用的 性能被耗尽之前从发动机中排出。
技术实现思路
本专利技术提供了使用合适的膜分离设备以便当润滑油在工作的发动机中循环时从 润滑油中有效去除水和/或燃料成分(及类似物)的操作实践和设计，其中工作的发动机 可置于车辆内或处于静止工作场合。膜是薄膜状结构的材料，其横向尺寸显著大于其厚度， 并且其具有允许被选择的化学物质在合适的驱动力作用下通过其厚度传输的组分和微观 结构。本专利技术使用在受管理的温度和压力下的空气流来更有效地去除已通过膜扩散的 化学物质。该实践可适于从工作的发动机(例如车辆发动机)中去除水或燃料物质或者两 者都去除。为了在比较有限的文字中提供更全面的描述，在本说明书的下列章节中将描述 本专利技术的实施方式，其中水和燃料物质(例如窜漏气体物质)被从内燃机润滑油的循环液流中去除。在本专利技术的一个总体实施方式中，发动机润滑油的至少一部分循环流被导致沿着 合适的膜表面流动。该膜具有与循环油相接触的第一膜表面以及用于回收从机油中分离和 去除的物质的相对膜表面。第一膜表面构造成使得不透过机油成分但是该膜允许分布在机 油中的水和燃料分子中的至少一种通过。膜表面的化学性质引发和允许水和/或燃料分子 从流动的机油中通过膜而扩散到相对表面。根据本专利技术，一股气流流过而与已扩散过分离 膜的至少一些水或燃料物质相接触。在优选实施方式中，气流可被引导过膜的基本上整个 相对表面以带走处于渗流中的透过的水分子或燃料分子(或者两者)。气流的温度相对于 循环机油的温度被管理以促使渗透物质更快和更彻底地扩散。这种气流被管理而从第二膜 表面上蒸发和去除分子，其帮助在穿过膜的厚度上维持污染物质的浓度梯度，从而促使水 和/或燃料持续地从流动的机油流中分离(剩下的机油流有时称为滞留液流)。总体上，可优选地通过第一膜(或膜区域)从机油中去除水并且通过第二膜区域 去除燃料或其他含碳污染物，从而回收的水(和可能的溶质，如乙醇)和燃料可分开处理。 例如，从机油中去除的水可抛弃到大气环境中；从机油中去除的燃料可存储起来，例如在发 动机中重新利用。在本专利技术的一些实施方式中，膜可以呈支撑在平板上的扁平薄膜形式。在其他实 施方式中，用于该机油清理过程的膜可以呈中空纤维的形式，其中，例如含水和燃料的润滑 油在纤维束的外周表面周围流过，并且空气流经纤维的内部空腔以去除作为窜漏副产物的 水或者燃料。在其他一些实施方式中，膜可以卷绕成螺旋状或者其他合适构造。各种形式 的膜通常支撑在合适的金属或聚合物框架或者壳体内，这些壳体的形状和构造形成为用以 接收循环机油(包含水和燃料的液滴)进入壳体，从而将机油沿着被支撑膜的上游侧引导， 并且允许清理过的机油离开壳体并且再进入泵送到发动机表面上的机油中。现代车辆发动机和它们的计算机控制操作系统允许感测和控制多个发动机工作 参数。根据本专利技术的实施方式，一些此类计算机感测和控制的数据可用于协助发动机油的 清理。例如，对机油温度、发动机冷却剂温度的感测和控制以及对废气再循环、废气处理等 的管理可用于机油清理膜分离系统的操作中。根据本专利技术的实践，循环过本专利技术的膜分离 器的机油温度是已知的。环境空气可通过合适的风机或其他空气输送装置被吸入并且输送 到分离器壳体内的空气入口从而与渗透物质接触。空气的温度被感测并且空气可通过与废 气管线中的废气或者再循环废气等的热交换而被加热。空气的流速及其压力可通过膜分离 器壳体内的阀或其他流动限制装置控制。由此，一个优选实施方式涉及通过预热的清扫空气流的通过来去除污染渗透物或 渗透物，从而更有效地蒸发和带走污染物。预热气流的温度被预先选定以合适地促进污染 物的蒸发。由此，预热气流的温度应当大于循环机油的温度，但是该温度受到膜的最大安全 工作温度的限制。如上所述，合适加热的气流可用来同时或者前后相继地从发动机油中去 除水或者从发动机油中去除燃料成分，或者去除这两种成分。空气的压力受到控制，从而其 促进而不是抑制渗透物质扩散过膜。本专利技术的实践可用于从循环的发动机油中去除水(或水和乙醇)，或者去除窜漏 燃料成分，或者去除两者。在本专利技术的多个实施方式中，水和燃料成分将使用不同的膜或者 不同的膜区域来去除。并且气流的温度和压力可在水分离和燃料成分分离中各不相同。方案1、一种从循环机油流中去除至少一种可蒸发污染物的方法，所述循环机油流 用于对工作的内燃机中的发动机部件进行润滑，发动机的操作利用感测循环机油温度的计 算机控制系统来管理，该方法包括将至少一部分含污染物的机油流转移到设置成用于接收发动机润滑油流的第一 膜区域，所述膜具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面，以及使所述机油流部分流过 第一膜区域的第一表面，机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些污染物离开机油流 并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面；使来自第一膜区域的第二表面的污染物与预定温度的加热空气流接触；以及在发动机工作过程中使含污染物的机油持续循环通过第一膜区域。方案2、如方案1所述的方法，其中加热空气流通过所述膜的第二表面以接触此表 面上的污染物质。方案3、如方案1所述的方法，其中所述污染物包括水。方案4、如方案1所述的方法，其中所述污染物包括碳氢化合物燃料物质。方案5、如方案1所述的方法，其中第一污染物是水，而第二污染物是碳氢化合物 燃料物质，水污染物通过从第一膜区域的第一表面穿过到第一膜的第二表面而离开机油 流，而碳氢化合物燃料物质通过从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从循环机油流中去除至少一种可蒸发污染物的方法，所述循环机油流用于对工作的内燃机中的发动机部件进行润滑，发动机的操作利用感测循环机油温度的计算机控制系统来管理，该方法包括：将至少一部分含污染物的机油流转移到设置成用于接收发动机润滑油流的第一膜区域，所述膜具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面，以及使所述机油流部分流过第一膜区域的第一表面，机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些污染物离开机油流并且穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面；使来自第一膜区域的第二表面的污染物与预定温度的加热空气流接触；以及在发动机工作过程中使含污染物的机油持续循环通过第一膜区域。

【技术特征摘要】
US 2009-9-28 12/5678511.一种从循环机油流中去除至少一种可蒸发污染物的方法，所述循环机油流用于对工 作的内燃机中的发动机部件进行润滑，发动机的操作利用感测循环机油温度的计算机控制 系统来管理，该方法包括将至少一部分含污染物的机油流转移到设置成用于接收发动机润滑油流的第一膜区 域，所述膜具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面，以及使所述机油流部分流过第一 膜区域的第一表面，机油流接合第一膜区域的第一表面，使得一些污染物离开机油流并且 穿过第一表面到达第一膜区域的第二表面；使来自第一膜区域的第二表面的污染物与预定温度的加热空气流接触；以及在发动机工作过程中使含污染物的机油持续循环通过第一膜区域。2.如权利要求1所述的方法，其中加热空气流通过所述膜的第二表面以接触此表面上 的污染物质。3.如权利要求1所述的方法，其中所述污染物包括水。4.如权利要求1所述的方法，其中所述污染物包括碳氢化合物燃料物质。5.如权利要求1所述的方法，其中第一污染物是水，而第二污染物是碳氢化合物燃料 物质，水污染物通过从第一膜区域的第一表面穿过到第一膜的第二表面而离开机油流，而 碳氢化合物燃料物质通过从第二膜区域的第一表面穿过到第二膜的第二表面而离开机油 流。6.如权利要求4所述的方法，其中从第一膜区域去除的水和从第二膜区域去除的碳氢 化合物燃料物质在发动机工作过程中被独立处理。7.如权利要求1所述的方法，其中加热空气使用发动机废热加热。8.—种从工作的内燃机中去除水和燃料物质的方法，机油流在内燃机中循环从而用于 润滑发动机部件，水和燃料物质在发动机工作过程中进入机油，发动机的操作利用感测循 环机油温度的计算机控制系统管理，该方法包括将至少一部分含水和含燃料的机油流转移到第一膜区域和第二膜区域，每个膜区域设 置成用于接收发动机润滑油流，并且所述膜具有一定厚度并且具有第一和第二相对表面， 以及使所述机油流部分流过每个膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：G莫杜克霍维奇，AM曼格，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]