[发明专利]用于从内燃机的发动机油中分离水和燃料的膜分离装置

说明书

技术领域

本发明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，本发明涉及使用机油在其中沿着膜的表面循环的装置的方法，并且在其中水和例如汽油、柴油燃料或乙醇的燃料成分通过膜被选择性地从机油中去除。总体来说，水和燃料成分在独立的流动空气流中从膜表面去除。

背景技术

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的液体完成，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。

在各汽缸内发生的燃烧过程终结时，汽缸将包含多种化学物质，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期间从汽缸中排出，但是一部分将通过活塞环被输送到曲轴箱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，机油中积累了颗粒物质，这些颗粒物质可通过使机油循环通过过滤器而去除。但是机油中还积累水、未燃烧的燃料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而从机油中排出。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如此工作时，机油温度不能增加到足以蒸发和驱除这些杂质，因而这些杂质会逐渐累积。这些累积的水、燃料和燃烧副产物(主要是液体)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。需要一种在车辆上从润滑油中去除燃料和水的方法和设备或装置。

发明内容

本发明提供了使用合适的膜以便当润滑油在工作的发动机中循环时从润滑油中去除水和燃料(及类似物)的实践。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浓度梯度或其他驱动力作用下通过其厚度传输的组成和微结构。虽然本发明可在静止的内燃机上实施，然而其特别适用于由发动机提供动力的车辆。

在本发明的一个实施方式中，发动机润滑油的至少一部分循环流被迫沿着合适的膜的表面流动。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。膜表面的化学性质导致和允许水和/或燃料分子从流动的机油中通过膜而扩散到相对表面。在本发明的优选实施方式中，气流在膜的相对表面上流过以带走处于渗透流中的透过的水分子或燃料分子(或者两者)。分子从第二膜表面的清除在膜的厚度上维持杂质物质的浓度梯度，从而促使水和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，优选可通过第一膜(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情况下的例如乙醇和燃料等溶质可分开处理。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，例如在发动机中再利用。

在本发明的一些实施方式中，膜可以呈支撑在平板上的扁平薄膜的形式。在其他一些实施方式中，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窜漏副产物的水或者燃料。在另外一些实施方式中，膜可以卷绕成螺旋或者其他合适构造。各种形式的膜通常支撑在合适的金属或聚合物框架或壳体内，这些壳体的形状和构造形成为用以接收循环的机油(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。优选地，机油流是紊流，并且如果需要给予紊流，本发明构想到在机油流中引入合适的扰流器或者流动改变装置。壳体还允许空气(或者其他清扫流体)沿着壳体的下游(或渗透)侧流动以去除水和/或燃料成分。如下面在本说明书中更详细所述的，膜可以构造并且支撑成用以在壳体内的分组的膜表面的独立区域中或者在位于同一或不同壳体内的独立分组膜结构中去除水和含碳成分。