改善机油稀释的装置的制作方法

本发明涉及一种改善机油稀释的装置，更具体地说，涉及一种在附壁燃油流入油底壳之前将其送回到气缸并再次燃烧以改善机油稀释的装置。

背景技术：

机油，即，汽车发动机中的润滑油，有清洗、润滑、密封、散热等重要功能。因此，汽车发动机中的机油好比人体中的血液一样重要。当发动机处于冷启动、高转速和高负荷状态下时，燃油容易产生雾化不良的情况。在这种情况下，燃油液滴会附着在气缸壁上，然后渗入曲轴箱并流到油底壳内，最终混入机油内，导致机油被稀释。在缸内直喷式发动机中，由于没有充分的雾化时间和空间条件，这一现象尤其明显。

机油过于稀释会造成两方面的不良后果。一方面，机油稀释会导致其压力和粘度相应降低，使用寿命也随之缩短；另一方面，发动机的润滑效果会变差，这会加剧发动机内部机件的磨损。举例来说，如果缺少足够润滑的话，发动机的曲柄连杆机构容易损坏，各齿轮之间的磨损也会加剧，因此发动机的使用寿命会受到很大的影响。

目前业内主要采用从油底壳中分离出混入其中的燃油的方法来防止机油被过于稀释。然而，这种处理方案一方面需要设计结构复杂的监测、控制和分离系统来实现燃油从机油中的分离，其成本相对较高；另一方面所分离出来的燃油的绝对量并不太高，与监测、控制和分离系统的配置成本相比性价比较低。

为此，目前急需设计一种能够有效且经济地改善机油稀释的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够有效且经济地改善机油稀释的装置。

本发明的第一方面涉及一种改善机油稀释的装置，包括：用于刮取并收集附壁燃油的集油环；以及从集油环中吸取所收集燃油的电控阀门，其中，集油环设置在活塞壁上，以便在附壁燃油流入油底壳之前将其收集在集油环中，电控阀门将所收集燃油送回到气缸并再次燃烧。

在本发明的多个实施例中，集油环可以设置在以下位置中的一处：

(i)活塞壁上的隔热槽内；

(ii)开设在活塞壁上的隔热槽和第一气环槽之间的集油环槽中；或者

(iii)开设在活塞壁的第二气环槽和油环槽之间的集油环槽中。

此外，在本发明的另一个实施例中，集油环可以设置在开设在活塞壁的油环槽下方的集油环槽中。在该实施例中，本发明的装置还需要配置燃油/机油分离装置，以分离混入所收集燃油中的机油。

在本发明的又一个较佳实施例中，集油环大致呈コ形状，包括上区段、下区段、靠近集油环的内侧且连接上区段和下区段的连接区段。

在该实施例中，集油环的上区段和/或下区段的最外侧部分被倒角或形成锐边。

替代地，集油环的上区段位于连接区段外侧的部分可以具有由内向外逐渐减少的厚度或者由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度，并且集油环的下区段位于连接区段外侧的部分可以具有由内向外逐渐增加的厚度或者由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度。

较佳的是，集油环的下区段可以被局部挖空，以形成至少一个存油腔室。更佳的是，存油腔室上部还可以形成有挡环，挡环向上倾斜、水平延伸或向下倾斜。

在上述实施例中，装置还包括填充在连接区段与活塞壁之间的板衬弹簧，从而提供径向单位面积压力，以使集油环紧贴活塞壁。

此外，电控阀门可以设置在气缸壁内，且位于当ecu检测到活塞运动至下止点(bdc)时集油环所处的位置处，较佳的是，气缸壁设置有电控阀门的开口做成喇叭口状。

本发明的第二方面涉及一种改善机油稀释的方法，该方法包括以下步骤：

(a)提供一种改善机油稀释的装置，所述装置包括：用于刮取并收集附壁燃油的集油环；以及从集油环中吸取所收集燃油的电控阀门；

(b)将集油环设置在活塞壁上，并且在附壁燃油流入油底壳之前将其收集在集油环中；

(c)当ecu检测到活塞运动至下止点时，打开电控阀门；

(d)利用负压将集油环内的所收集燃油送回到气缸再次燃烧。

上述技术方案的优点在于：本发明从优化机油稀释的目的出发，采用了一种不同于现有技术的设计构思，即：在附壁燃油从活塞壁流入油底壳之前将其收集在集油环中，并且借助电控阀门利用进气歧管内产生的负压将收集在集油环内的燃油送回到气缸并再次燃烧。这样，就从根本上减少甚至消除附壁燃油混入油底壳的可能，直接而有效地降低机油稀释程度，达到优化机油稀释的目的。

附图说明

为了进一步说明本发明的改善机油稀释的装置的结构和工作流程，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，其中：

图1是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第一实施例的发动机控制系统的总体结构示意图；

图2是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第一实施例的发动机气缸的示意图；

图3示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第一实施例；

图4是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第二实施例的发动机控制系统的总体结构示意图；

图5是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第二实施例的发动机气缸的示意图；

图6示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第二实施例；

图7是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第三实施例的发动机控制系统的总体结构示意图；

图8是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第三实施例的发动机气缸的示意图；

图9示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第三实施例；

图10是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第四实施例的发动机控制系统的总体结构示意图；

图11是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第四实施例的发动机气缸的示意图；

图12示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第四实施例；

图13a至13o分别是集油环的十五个示例的侧剖视图；以及

图14是图3的局部放大示意图，其中可以清楚地看到从集油环中吸取燃油的电控阀门的设计细节。

附图标记

1隔热槽

2第一气环槽

3第二气环槽

4油环槽

5集油环槽

10集油环

11电控阀门

12上区段

13下区段

14连接区段

15密封圈

16存油腔室

17挡环

101燃油泵

102电控单元

103节流阀位置开关

104怠速执行器

105调压器

106空气流量计

107火花塞

108喷嘴

109氧传感器

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的改善机油稀释的装置，其中，相同的部件由相同的附图标记进行标示。

本发明从优化机油稀释的目的出发，采用了一种不同于现有技术的设计构思，即：改善机油稀释的装置主要由用于刮取并收集附壁燃油的集油环和从集油环中吸取所收集燃油的电控阀门构成。该集油环添加在活塞壁上，从而在附壁燃油从活塞壁流入油底壳之前将其收集在集油环中。当ecu检测到活塞运动至下止点时，控制电控阀门打开并利用进气歧管内产生的负压将收集在集油环内的燃油送回到气缸并再次燃烧。这样，就从根本上减少甚至消除附壁燃油混入油底壳的可能，直接而有效地降低机油稀释程度，达到优化机油稀释的目的。

(第一实施例)

图1是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第一实施例的发动机控制系统的总体结构示意图。图2是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第一实施例的发动机气缸的示意图。可以看到，除了本发明的改善机油稀释的装置之外，该发动机控制系统还包括燃油泵101、电控单元102、节流阀位置开关103、怠速执行器104、调压器105、空气流量计106、火花塞107、喷嘴108和氧传感器109等部件，该发动机气缸还包括火花塞107和喷嘴108等部件。由于这些部件的结构以及彼此之间的连接关系对于本领域的普通技术人员来说是已知的，且与本发明的发明构思并没有直接联系，因此本文省略对它们的具体描述和限定。

图3示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第一实施例。在本发明的第一实施例中，改善机油稀释的装置包括用于刮取附壁燃油的集油环10和从集油环10中吸取燃油的电控阀门11。该实施例的活塞上总共设计有四道环槽，它们在图3中沿由上至下方向依次为隔热槽1、第一气环槽2、第二气环槽3和油环槽4，其中，集油环10设置在隔热槽1中

需要说明的是，上文中出现的“上”和“下”均参照附图中的示例给出。实际上，“上”是指远离活塞的下止点的方向，而“下”是指靠近活塞的下止点的方向。对于本领域的普通技术人员来说，能够结合实施例的变化而对上述术语进行适当调整。

隔热槽1内不添加环，其主要用于隔断活塞顶部散发的部分热流通路，迫使热流方向转折并分散给下面的环槽。这种设计能够消除第一气环过热产生的积碳，减小第一气环卡死的可能性。

第一和第二气环槽2、3内分别放置有第一和第二气环。这些气环的主要作用包括：活塞与气缸之间的密封；以及将活塞顶部的大部分热量传至气缸壁，再由气缸壁内的冷却系统进行冷却。

油环槽4内放置有油环。活塞油环的主要作用包括：刮出缸壁上多余的机油以防止机油进入燃烧室；在缸壁上涂一层均匀的机油膜以减小活塞与气缸壁间的摩擦；以及密封。

将集油环10设置在隔热槽1内，不会对其分散热流的功能产生任何影响，对气环和油环的密封、润滑的功能亦无影响。而且，也不需要为了设置集油环10另外开槽，减少了加工工艺。但是，这样的设计相对来说容易产生积碳，需要承受燃烧室的高温高压。

(第二实施例)

图4是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第二实施例的发动机控制系统的总体结构示意图。图5是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第二实施例的发动机气缸的示意图。图6示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第二实施例。上述附图与图1至3所示内容基本上是类似的。

在本发明的第二实施例中，改善机油稀释的装置包括用于刮取附壁燃油的集油环10和从集油环10中吸取燃油的电控阀门11。该实施例的活塞壁上总共设计有五道环槽，它们在图6中沿由上至下方向依次为隔热槽1、集油环槽5、第一气环槽2、第二气环槽3和油环槽4，其中，集油环10设置在为其单独开设的集油环槽5中，且该集油环槽5位于隔热槽1和第一气环槽2之间。

在隔热槽1和第一气环槽2之间专门开设集油环槽5，能够保留隔热槽1的所有优点，即：隔热槽1可使活塞顶部传来的热量分散，且不易产生积碳。当然，与第一实施例相比，第二实施例的制造难度有所增加。

(第三实施例)

图7是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第三实施例的发动机控制系统的总体结构示意图。图8是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第三实施例的发动机气缸的示意图。图9示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第三实施例。上述附图与图1至3所示内容基本上是类似的。

在本发明的第三实施例中，改善机油稀释的装置包括用于刮取附壁燃油的集油环10和从集油环10中吸取燃油的电控阀门11。该实施例的活塞壁上总共设计有四道环槽，它们在图9中沿由上至下方向依次为第一气环槽2、第二气环槽3、集油环槽5和油环槽4，其中，隔热槽1被取消，集油环10设置在为其单独开设的集油环槽5中，且该集油环槽5位于第二气环槽3和油环槽4之间。

将集油环槽5设置在第二气环槽3下方，且不添加隔热槽1，其优点包括：减少一道隔热槽1，且集油环10上部有气环保护，其所承受的热量和压力降到最低。但是，与第一和第二实施例相比，会有少量用于润滑的机油渗入。

(第四实施例)

图10是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第四实施例的发动机控制系统的总体结构示意图。图11是配备有本发明的改善机油稀释的装置的第四实施例的发动机气缸的示意图。图12示出了根据本发明的改善机油稀释的装置的第四实施例。上述附图与图1至3所示内容基本上是类似的。

在本发明的第四实施例中，改善机油稀释的装置包括用于刮取附壁燃油的集油环10和从集油环中吸取燃油的电控阀门11。该实施例的活塞壁上总共设计有四道环槽，它们在图12中沿由上至下方向依次为第一气环槽2、第二气环槽3、油环槽4和集油环槽5，其中，隔热槽1被取消，集油环10设置在为其单独开设的集油环槽5中，且该集油环槽5位于油环槽4下方。

将集油环槽5设置在油环槽4下方，基本上不会对活塞上部产生任何干扰。但是，由于收集的燃油中混入了大量上行润滑的机油，因此需要另外加装燃油/机油分离装置。

一种典型的分离装置包括设置在缸壁上的电子抽气阀(图中未示出)，其与吸附燃油用的外部碳罐电磁阀相连接，并将净化过的机油送回油底壳。当碳罐电磁阀吸附的燃油达到一定量时，使阀门打开，存储的燃油借助进气歧管内的负压吸入燃烧室。当然，对于本领域的普通技术人员来说，使用其它类型的分离装置也应当被视为落入本发明的保护范围。

图13a至13o分别是集油环10的十五个示例的侧剖视图。可以看到，集油环10大致呈コ形状，包括上区段12、下区段13、靠近集油环10的内侧且连接上区段12和下区段13的连接区段14以及填充在连接区段14与活塞壁之间的板衬弹簧15。板衬弹簧15能够在集油环径向内侧提供足够的径向单位面积压力，以使集油环10紧贴活塞壁。

需要说明的是，上文中出现的“上”、“下”、“内”和“外”均参照附图中的示例给出。实际上，“上”是指远离活塞的下止点的方向，而“下”是指靠近活塞的下止点的方向，“内”是指靠近活塞中心轴线的方向，而“外”是指远离活塞中心轴线的方向。对于本领域的普通技术人员来说，能够结合实施例的变化而对上述术语进行适当调整。

图13a示出了集油环10的第一示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12和下区段13位于连接区段14外侧的部分具有均匀且彼此相等的厚度。因此，可以利用上区段12和下区段13的最外侧的薄边将附壁燃油刮下。

图13b示出了集油环10的第二示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12和下区段13位于连接区段14外侧的部分具有基本上均匀且彼此相等的厚度，但是对上区段12和下区段13的最外侧的薄边进行了倒角处理。这种构造能够减小薄边与气缸壁之间的摩擦。

图13c示出了集油环10的第三示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐减少的厚度。也就是说，上区段12最外侧的薄边被改造成锐边。这种构造能够加强下行时的刮油效果。

图13d示出了集油环10的第四示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。也就是说，下区段13最外侧的薄边被改造成锐边。这种构造能够加强上行时的刮油效果。

图13e示出了集油环10的第五示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐减少的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。也就是说，上区段12和下区段13最外侧的薄边均被改造成锐边。这种构造能够进一步加强活塞的刮油效果。

图13f示出了集油环10的第六示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐减少、但与第三和第五示例相比有所增加的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。由于上区段12的薄边过于锐利，其在实际使用过程中容易钝化且可能对缸壁造成较大伤害，而第六示例的设计则克服了上述缺陷。

图13g示出了集油环10的第七示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度。这种构造通过将上区段12和下区段13进行曲线化处理，能够起到引流的作用。此外，下区段13所形成的凹坑可用于储存刮下的燃油。

图13h示出了集油环10的第八示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加、且与第七示例相比有所减少的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加、且与第七示例相比有所增加的厚度。这种结构能够改善上区段12的薄边引流效果。。

图13i示出了集油环10的第九示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。下区段13靠近连接区段14的部分被局部挖空，以形成一个大致矩形的存油腔室16。与第七和第八示例相比，存油腔室16的储油能力强于凹坑，从而能够凹坑所存储的大部分燃油再次附着到缸壁上。

图13j示出了集油环10的第十示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。下区段13靠近连接区段14的部分被局部挖空，以形成一个存油腔室16。对该存油腔室16进行倒角处理，以减小燃油的粘滞。

图13k示出了集油环10的第十一示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。下区段13远离连接区段14的部分被局部挖空，以形成一个存油腔室16。对该存油腔室16进行倒角处理，以减小燃油的粘滞。与第十一示例相比，存油腔室16与气缸壁距离较近，且存油空间增大。

图13l示出了集油环10的第十二示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。下区段13远离连接区段14的部分被局部挖空，以形成一个上部带有向上倾斜挡环17的存油腔室16。这种构造能够防止活塞上下运动时因存油腔室太大而使存储在其中的燃油震荡出来并再次粘附到缸壁。

图13m示出了集油环10的第十三示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少再逐渐增加的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。下区段13远离连接区段14的部分被局部挖空，以形成一个上部带有水平延伸挡环17的存油腔室16。通过将向上倾斜挡环改造成水平延伸挡环，能够解决从上区段12经由连接区段14而滑入集油环10内侧的燃油不能进入存油腔室16的问题。

图13n示出了集油环10的第十四示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少、且与第十三示例相比加厚的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。下区段13远离连接区段14的部分被局部挖空，以形成一个上部带有水平延伸挡环17的存油腔室16。通过对上区段12的厚度进行改动，一方面可以防止上区段的局部区段厚度太薄而导致磨损失效的问题，另一方面可以使上区段的引流趋势更为明显。

图13o示出了集油环10的第十五示例，可以看到集油环10大致呈コ形状，并且由上区段12、下区段13、连接区段14和板衬弹簧15四部分构成，其中，上区段12位于连接区段14外侧的部分具有由内向外先逐渐减少、且与第十三示例相比加厚的厚度，并且下区段13位于连接区段14外侧的部分具有由内向外逐渐增加的厚度。下区段13远离连接区段14的部分被局部挖空，以形成一个上部带有向下倾斜挡环17的存油腔室16。通过将向上倾斜或水平延伸挡环改造成向下倾斜挡环，能够利用附壁燃油自身的重力进一步促使经由连接区段14而滑入集油环10内侧的燃油更顺利地进入存油腔室16。

在本发明中，虽然图13o所示的第十五示例是最佳实施例，但对于本领域的普通技术人员来说，诸如图13a至图13n所示的示例以及基于这些示例所衍生得到的其它替代实施例均应当落入本发明的保护范围之内。

如上所述的任一示例所示的集油环10通常由耐热、耐磨、具有高强度和冲击韧性的材料制成。例如，可选用优质铸铁并加入少量铜、铬、钼等合金元素作为材料。当然，也可以采用其它合适的材料，这些均落入本发明的保护范围之内。

图14是从集油环10中吸取燃油的电控阀门11的放大示意图。电控阀门11(通常为电磁阀)设置在气缸壁内，且位于当ecu检测到活塞运动至bdc时集油环10所处的位置处。当ecu检测到活塞运动至bdc时，集油环10恰当到达电控阀门11处。此时，电控阀门11打开并利用进气歧管内产生的负压将收集在集油环10内的燃油送回到气缸并再次燃烧。为了解决电磁阀头部难以做成与缸壁一致的曲面形状的问题，可以将电控阀门11所在气缸壁的开口做成喇叭口状，且喇叭喉部为电磁阀头部的最终行程。这样，可以确保收集在集油环10内的燃油被尽可能地吸出集油环10，且喇叭口状的开口可避免燃油沉积在电磁阀头部的行进通道中。

下面将简单介绍本发明的改善机油稀释的装置的工作过程。

由于活塞壁上安装有如先前所述的集油环10，当活塞往复运动时，集油环10的上区段12和下区段13位于连接区段14外侧的锐边能够刮除附着在气缸壁上的燃油。所收集的燃油随之流入下区段13远离连接区段14的存油腔室16并储存在该处。由于存油腔室16配备有向下倾斜挡环17，其能够利用附壁燃油自身的重力进一步促使经由连接区段14而滑入集油环10内侧的燃油更顺利地进入存油腔室16。

当ecu检测到活塞运动至bdc时，设置在气缸壁上的电控阀门11打开。此时，集油环10恰当到达电控阀门11处。电控阀门11通常为电磁阀。电磁阀头部的行进通道中的压力将高出大气压50-80kpa，因此通道处于负压状态。随着电控阀门11打开，集油环10与阀口相通，通道内的负压将集油环10内收集的燃油吸入进气歧管，并且送回到气缸再次燃烧。

虽然以上结合了若干实施例对本发明的改善机油稀释的装置的结构和工作流程进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。