[发明专利]用于去除发动机油中的水和燃料污染物的吸附性结构

说明书

技术领域

本发明涉及用于从机动车内燃发动机中循环的润滑油临时吸附水和燃料污染物的装置和方法。更具体地，本发明涉及使用适当定位的晶体颗粒材料来从相对冷的发动机油吸附这种污染物以延长油寿命并使得发动机部件的潜在腐蚀性损害最小化。所述污染物随后在发动机操作且油相对热时从油释放以便从发动机去除。

背景技术

柴油、汽油和酒精燃料内燃发动机在机动车辆和如电动机-发电机的固定应用中具有广泛应用。

许多这种发动机使用烃基润滑油系统，其中，油在发动机操作期间从下面的贮存器向上泵送经过活塞、气缸壁、进气和排气阀、发动机构和操作发动机的其它部件，且被往回抽吸通过曲轴箱并进入油盘或槽。循环油被泵送通过油过滤器，以便去除通过燃烧过程或者发动机部件磨损引入油中的固体。但是，水和未燃或部分燃烧燃料成分（例如，低分子量烃和/或酒精）也引入循环油。这些液态和气态材料不能通过油过滤器去除且可能减少油的有用寿命并具有引起发动机表面腐蚀的可能性。

这种发动机还可以具有曲轴箱强制通风（PCV）系统，其使用发动机空气进气系统来将空气在油贮存器上方循环通过曲轴箱，以将气体和蒸汽从油中清除出曲轴箱。这些曲轴箱气体和蒸汽引入PCV空气流，且首先被传送到发动机空气入口歧管且然后进入发动机气缸，其中，它们可以被消耗且从发动机排出。

因而，在发动机操作中，燃烧产物和未燃燃料（水、酒精、小烃）的一些部分与循环发动机油混合。当发动机已经操作足够长时间以使循环油达到例如大约100℃的温度时，这些污染物汽化且从油和曲轴箱连续地去除。但是，在短期车辆使用期间，发动机并没有运行足够长时间以将油加热至足以将这种污染物排出到PCV系统中的温度。水或酒精或燃料物质保留在油中，其中，它们可能腐蚀发动机部件。

这种低发动机油温度在第一次启动发动机（即，还没有运行一定时间段）时通常遇到，但是当然，在大多数发动机操作模式下，该低发动机油温度状况是临时的。随着连续发动机操作，油温度将升高；污染物将基本上汽化，积聚在曲轴箱中，且通过PCV系统扫除。

然而，在一些情况和应用中，发动机可能零星地操作仅仅短时间段，从而导致持续低的油温度。该状况可能在例如重复用于不频繁短行程的车辆或者在混合动力电动车辆（其中，用于给蓄电池充电的辅助发动机仅仅偶尔使用）中遇到。

在这些状况下，冷凝污染物可能保留在发动机油中一定显著时间段且造成提前油降级。因而，需要管理油中的水、酒精和低分子量烃的浓度的改进方法，尤其是在低发动机油温度下。

发明内容

在机动车辆的发动机中，污染物可通过“漏气”引入循环润滑油中，其中，发动机气缸中的气态燃烧产物和未燃燃料蒸汽的一部分在高燃烧压力下被驱动到活塞环和气缸壁之间且进入曲轴箱。在大约100℃的稳态发动机油温度下，这些污染物保持为气体和蒸汽且通过曲轴箱强制通风（PCV）系统从曲轴箱去除，PCV系统几乎连续地循环环境空气以冲洗曲轴箱蒸汽。

在低发动机油温度下，这些污染物中的一些可能冷凝且保留在发动机润滑油中并造成油寿命减少和发动机的损害。这些冷凝漏气污染物包括比润滑油中存在的烃和添加剂显著更低分子量的分子，因而具有较小分子大小。根据本发明的实施例，这种相对小的污染物分子可通过微孔晶体固体从油中选择性地吸附，例如沸石，其可具有或者可形成为具有纳米大小的孔，具有可预测和一致尺寸。这种吸附性沸石颗粒的合适体积可以例如置于油循环路径中或者油贮存器中，使得油与吸附性颗粒接触。沸石可从相对冷的油吸附并临时去除水、酒精或烃燃料，从而这种冷凝污染物不循环经过发动机表面。随后，当油通过发动机操作合适地加热时，污染物从吸附剂颗粒材料解吸到较热油中且污染物然后汽化并通过发动机PCV系统的正常操作从发动机去除。

沸石是自然发生但更通常是合成的晶体微孔硅酸铝。这些微孔材料可以基于大小来区分分子，小分子可以进入且吸附在孔中，而大分子（分子大小超过孔尺寸的那些）将被拒绝进入。基于大小来区分分子的该能力可用于区分发动机油中可见的长链烃及高分子量添加剂与污染物分子，所述污染物分子通常小且包括水、乙醇、甲醇和主要具有小于七个碳原子的烃。

有利地，被吸附分子在升高温度下可解吸。因而，具有合适孔径大小的沸石，在沉浸到或者与低温（例如，20℃）油接触时可吸附油中的冷凝污染物中的基本上全部或大部分。随着油温度增加，污染物吸附变得较为不利且一些污染物可解吸以再次结合到油中。随着油温度继续增加，将发生进一步的污染物解吸，污染物的蒸汽压力将增加且污染物气体和蒸汽将积聚在曲轴箱中，在曲轴箱，它们可以通过PCV系统永久性去除。