摩托車迷宮式通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計要點

陳禮信　彭北京　亓建永　陳冬冬（浙江錢江摩托股份有限公司　浙江　溫嶺　317500）

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摩托車迷宮式通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計要點

陳禮信彭北京亓建永陳冬冬
（浙江錢江摩托股份有限公司浙江溫嶺317500）

摘要：曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)是發(fā)動機一個重要的功能總成，對發(fā)動機整體的密封、排放、潤滑油損耗等方面都有著重要的作用。主要介紹摩托車發(fā)動機常用的迷宮式通風(fēng)系統(tǒng)的重要性和設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：摩托車通風(fēng)系統(tǒng)FIRE分析計算控制點

引言

摩托車通風(fēng)系統(tǒng)最重要的零件是油氣分離器，曲軸箱內(nèi)的混合氣體通過油氣分離器后，機油從混合氣體中分離出來回到油底殼并再次利用，氣體經(jīng)由分離器后接空濾器再次進入燃燒室燃燒，降低了有害氣體的污染排放。

1油氣分離器主要的種類及優(yōu)缺點

目前發(fā)動機通風(fēng)系統(tǒng)油氣分離器主要的種類及優(yōu)缺點如表1所示。

表1　摩托車發(fā)動機油氣分離器主要的種類及優(yōu)缺點

目前摩托車發(fā)動機最常采用的是迷宮式的通風(fēng)系統(tǒng)，其特點是免維護，便于空間布置，成本低。

2曲軸箱油氣的來源及對發(fā)動機的危害

當(dāng)活塞往復(fù)運動時，活塞環(huán)并不是完全氣密，少量的工作氣體從氣缸壁與活塞之間進入曲軸箱（一般為0.6%的活塞吸氣量）。另外當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機上的運動旋轉(zhuǎn)件（如曲軸，活塞，連桿，凸輪軸及正時鏈條等）會將機油加熱攪動在發(fā)動機內(nèi)腔形成混合氣體，其主要成分包含機油，未燃的烴，水蒸氣，廢氣等。如果混合氣體不能有效分離排出，在發(fā)動機內(nèi)部會稀釋機油，從而加速機油氧化變質(zhì)和消耗。其中的水氣凝結(jié)在機油中會形成油泥，阻塞油路，影響發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的功能。酸性的氣體混入潤滑系統(tǒng)會導(dǎo)致發(fā)動機零件的腐蝕和加速磨損；竄氣還會使曲軸箱壓力升高，破壞曲軸箱的密封，產(chǎn)生機油滲漏現(xiàn)象[1]。

3迷宮式通風(fēng)系統(tǒng)油氣分離器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

一般摩托車通風(fēng)系統(tǒng)都布置在氣缸蓋罩上部和曲軸箱內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)基本是一個密封的分離腔，由進口，分離板，出口，回油孔組成。其工作原理是將曲軸箱內(nèi)部的混合氣體通過進口進入分離腔內(nèi)，由于氣體跟機油的密度相差懸殊，在跟分離板碰撞的過程中，機油因慣性分離通過回油通道回到油底殼，氣體則分離排出[2]，迷宮式油氣分離器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)部分離板布置如圖2所示，回油孔布置如圖3所示，出口布置如圖4所示。

圖1　迷宮式油氣分離器整體結(jié)構(gòu)

圖2　迷宮式油氣分離器內(nèi)部分離板布置

圖3　迷宮式油氣分離器回油孔布置

圖4　迷宮式油氣分離器出口布置

4 CFD計算分析

油氣分離器CFD計算分析屬于氣液兩相流的數(shù)值模擬，包括氣相場和氣液間的相互干擾計算，將混合氣體模擬成流體，通過FIRE軟件模擬從進口到分離板到出口的流速分布區(qū)域，并將各種直徑的10μm的介質(zhì)顆粒模擬混合氣體中的油滴（直徑設(shè)置為10μm，510 μm不等），模擬占混合氣體30%的比例，計算得出油滴分離效率來評價油氣分離器的整體效率。

軟件計算采用歐拉-拉格朗日算法，即對氣相流場采用歐拉方法進行計算，先算出氣流的流場分布；然后在第一步計算出的流場分布中加入一定數(shù)目的油滴，對液滴的運動則采用拉格朗日方法進行計算，最后可以得到不同直徑油滴的分離效率，作為評價的指標[3]。

4.1邊界設(shè)定

進口：給定流量

流量通過最大活塞漏氣量估算，最大活塞漏氣量給定為0.6%倍的活塞吸氣量，每min活塞理論的吸氣量為：n*V/2（n為曲軸轉(zhuǎn)速，V為發(fā)動機排量）。

出口：給定壓力梯度為0

計算模型：k-Δ-f湍流模型介質(zhì)：空氣

4.2計算結(jié)果分析

計算設(shè)置及過程這里就不一一列舉，計算后的氣相流場流速分布如圖5所示，可以清晰地看出密封腔內(nèi)氣體的流速；模擬油滴分布如圖6所示，通過油滴分布圖可以直觀地知道油滴的撞擊軌跡。

而模擬油滴的10 μm介質(zhì)可以清晰地看出在單個分離板上的分離效率，并統(tǒng)計計算出未分離的介質(zhì)占總量的百分比，得出油滴的分離效率。一般認為10 μm介質(zhì)分離效率在70%以上較為理想，作為待評價的參考油氣分離器效率的依據(jù)。

圖5　氣相流場流速分布

圖6　模擬油滴分布

5設(shè)計控制要點

1）入口的選擇

入口一般選擇在曲軸箱內(nèi)壓力波動較小的區(qū)域，不要位于運動件附近，理想的位置如氣缸蓋罩頂部，或者離合器中心背部等。

2）分離板結(jié)構(gòu)

分離板后面需設(shè)計傾斜面以便于分離出來的油液及時迅速地回流，通?？稍黾有泵鎭砑涌旎赜退俣龋煌瑫r回油孔必須設(shè)置在流速較低的區(qū)域，回油孔出口處壓力波動盡量小，最好直接回流至油底殼液面以下。

3）合理利用密封腔的空間

通過分離板的布局及導(dǎo)向，使得氣流在整個密封腔內(nèi)得到最大程度的撞擊，提高油氣分離的效率，這時CFD計算分析顯得尤為重要，不斷通過調(diào)整空間布置計算得出最佳的方案。

4）密封性能

密封腔除進出口外密封性要保證，如密封不嚴，各腔之間產(chǎn)生竄氣，降低油氣的分離效果，必要時在密封面涂抹密封膠或增加墊片。

5）出氣口結(jié)構(gòu)

出氣口增加迂回結(jié)構(gòu)，避免氣體從出口直接排出，這樣會導(dǎo)致部分油液來不及回流就直接被氣流帶出[4]。

6結(jié)束語

由于發(fā)動機曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)主要解決的是油氣分離，分離效率受轉(zhuǎn)速、溫差以及角度等多方面的影響，對整個系統(tǒng)的設(shè)計提出了很高的要求，本文針對迷宮式油氣分離器介紹以及模擬分析的思路，通過軟件模擬加上要點的控制，總結(jié)了迷宮式通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計思路，可以縮短后期試驗周期，提高開發(fā)的進度和效率。

參考文獻

1楊光興，葉盛焱，程善斌.摩托車發(fā)動機原理與設(shè)計[M].武漢：武漢測繪科技大學(xué)出版社，1993

2袁兆成.內(nèi)燃機設(shè)計（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012

3于萍.工程流體力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2008

4余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000

·振動·噪聲·

The Key Points of Design of Labyrinth Ventilation
System for Motorcycle Engine

Chen Lixin，Peng Beijing，Qi Jianyong，Chen dongdong
Zhejiang Qianjiang Motorcycle Co.，Ltd.（Wenling，Zhejiang，317500，China）

Abstract：The ventilation system of the crankcase is one of the important functional assemblies, which is of great significance in the integral sealing, emission and wear of the engine. This article mainly introduces the importanceandthekeypointsofdesignoflabyrinthventilationsystemcommonlyusedinmotorcycleengine.

Keywords：Motorcycle，Ventilation system，F(xiàn)IRE analysis and calculation，Control point

收稿日期：（2015-05-05）

文章編號：2095-8234（2015）03-0068-03

文獻標識碼：A

中圖分類號：U483

作者簡介：陳禮信（1982-），男，助理工程師，主要研究方向為發(fā)動機設(shè)計開發(fā)。