某發(fā)動機(jī)油氣分離器的設(shè)計改進(jìn)

毛中欣　楊森　樂毅

摘 要：曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)直接影響發(fā)動機(jī)的性能和實(shí)用性，也可以說是核心子系統(tǒng)。隨著相關(guān)的排放法規(guī)越發(fā)嚴(yán)格，對于發(fā)動機(jī)性能的要求也逐漸提高，促使著曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化完善并且對油氣分離器的設(shè)計提出了更大的挑戰(zhàn)。本文通過對車輛出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行詳細(xì)的分析而找到故障的根本原因，并提出了相應(yīng)的設(shè)計更改方案，并將改進(jìn)后零件通過一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)來簡單證明解決措施的有效性。

關(guān)鍵詞：曲軸箱通風(fēng) 油氣分離器 設(shè)計改進(jìn)

Design Improvement of an Engine Oil-gas Separator

Mao Zhongxin，Yang Sen，Le Yi

Abstract：The crankcase ventilation system directly affects the performance and practicability of the engine， and it can also be said to be the core subsystem. As the relevant emission regulations become more stringent， the requirements for engine performance are gradually increasing， prompting the optimization of the crankcase ventilation system and posing greater challenges to the design of the oil and gas separator. This article finds out the root cause of the failure through detailed analysis of the failure problem of the vehicle， and proposes the corresponding design change plan， and the improved parts are simply proved effective through experiments.

Key words：crankcase ventilation， oil-air separator， design improvement

1 引言

隨著人們的生活質(zhì)量提升，汽車逐漸普及如今已經(jīng)走進(jìn)大眾百姓的家庭中了。發(fā)動機(jī)在進(jìn)行工作時，曲軸箱里面會通過活塞環(huán)滲入一些可燃混合氣和廢氣，所以在進(jìn)行曲軸箱系統(tǒng)設(shè)計時，一定要注意將漏入曲軸箱內(nèi)的氣體排出去，同時還可以對潤滑油變質(zhì)進(jìn)行防范，最后還可以回收可燃?xì)怏w減輕排放污染。曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)中最重要的部位，油氣分離器有著極其重要的作用。在一個車輛進(jìn)行耐久性實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)燒油的現(xiàn)象，本文就是對這個現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，通過了解問題的影響因素，進(jìn)而對油氣分離器進(jìn)行改造升級，最后通過一些實(shí)踐實(shí)驗(yàn)進(jìn)行零件試用，從而證明設(shè)計的有效性和科學(xué)性。

2 某發(fā)動機(jī)燒機(jī)油成因的研究與改善

2.1 狀況車輛故障說明

一輛要進(jìn)行耐久性測驗(yàn)的車在東北某地進(jìn)行運(yùn)行時，出現(xiàn)了發(fā)動機(jī)燒機(jī)油的現(xiàn)象。而該測試的車輛在3000公里以內(nèi)的路程耗油量遠(yuǎn)大于正常水平。從理論上來講，燒機(jī)油是由于機(jī)油通過某些渠道，進(jìn)入了燃燒室和其他氣體燃燒，最后出現(xiàn)可以直接觀測到的圖一所展示的排氣管冒藍(lán)煙的情況，并且還伴著多量的油滴漏出，還有就是機(jī)油的量十分缺乏。這里所涉及到的燒機(jī)油的現(xiàn)象不是一種故障。這將會大大提升維修成本，同時還有引起事故存在的隱患。而引起發(fā)動機(jī)燒機(jī)油的主要原因有這幾個：第一就是因?yàn)槟p造成活塞與氣缸壁之間間隙過大，從而引起機(jī)油進(jìn)入燃燒室。第二可能是因?yàn)橛蜌夥蛛x器，比如其內(nèi)不順暢的回油或者密封狀態(tài)不嚴(yán)導(dǎo)致出現(xiàn)漏油，漏油之后進(jìn)入氣道最后進(jìn)入燃燒室。

2.2 發(fā)動機(jī)容易燒機(jī)油的成因探索

結(jié)合多個發(fā)動機(jī)燒機(jī)油的案例我們就可以發(fā)現(xiàn)，很多時候的原因都是因?yàn)?，發(fā)動機(jī)上的渦輪增壓器。渦輪室的渦輪轉(zhuǎn)動是通過發(fā)動機(jī)排出的廢氣的推動力實(shí)現(xiàn)的，也帶動了連接著的葉輪，這樣就可以對經(jīng)過空濾器送來的自然空氣進(jìn)行運(yùn)送和加壓最終進(jìn)入氣缸。

2.3 發(fā)動機(jī)燒機(jī)油現(xiàn)象與原因分析

在車輛耐久性測試過程中，發(fā)動機(jī)的燒機(jī)油問題十分嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在排氣管冒藍(lán)煙，機(jī)油量驟降。以下就是對發(fā)動機(jī)燒機(jī)油原因的詳細(xì)分析。

2.3.1 渦輪增壓器分析

首先從渦輪增壓器上拆下空氣管，就發(fā)現(xiàn)機(jī)油殘留在渦輪增壓器排氣口，而且在壓縮機(jī)排氣口和中冷器的連接管也發(fā)現(xiàn)了機(jī)油的存留。之后將發(fā)動機(jī)上的渦輪增壓器拆下來，觀察渦輪增壓器發(fā)現(xiàn)展很多不明物質(zhì)，廢氣渦輪和渦輪殼體的表面都有大量黑碳沉積物，這些附著物就是機(jī)油燃燒產(chǎn)物。由于葉片自身沒有產(chǎn)生彎曲變形或者和殼體發(fā)生過接觸，所以進(jìn)氣壓縮機(jī)和它的殼體表面都是十分的光滑，而且也沒有變形或者產(chǎn)生附著物。

2.3.2 曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)分析

除去渦輪增壓器本身情況，其漏油的原因還可能是因?yàn)榛赜投氯约坝吐穬?nèi)部壓強(qiáng)過大所造成的泄露。首先我們要了解其內(nèi)部構(gòu)造，渦輪增壓器和發(fā)動機(jī)的油路直接相通，曲軸箱內(nèi)部直接和回油管路相接，所以潤滑油可以在重力影響下直接進(jìn)入曲軸箱內(nèi)，然后到達(dá)油底殼。因?yàn)榍S箱和油管路的連接方式，所以對曲軸箱內(nèi)部壓力有一定要求，如果它的壓力過大不僅會造成回油不流暢，而且會導(dǎo)致連貫反應(yīng)的出現(xiàn)，以致油路壓力也增大，進(jìn)而產(chǎn)生泄漏的現(xiàn)象。曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的堵塞問題，最普遍的情況就是因?yàn)榍S箱內(nèi)部壓力大。曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)是否形成堵塞還需要再觀察，通過對相同類型的車輛進(jìn)行環(huán)境的改變，將其放置零下20度的環(huán)境維持12小時，然后對部件進(jìn)行拆分觀查。

通常情況下，如果發(fā)動機(jī)停止運(yùn)行后會逐漸冷卻，所以通風(fēng)管中存在的水蒸氣也會變成水，留在油氣分離器中。我們假設(shè)一個條件就是發(fā)動機(jī)持續(xù)9個小時一直工作，隨后立刻停止運(yùn)行，當(dāng)時所在環(huán)境為高寒地區(qū)，那么水蒸氣會迅速變成水。但是，如果水不能回到油氣分離器中的話，就會積累在通風(fēng)管和油氣分離器的連接部位。

3 油氣分離器設(shè)計改進(jìn)和驗(yàn)證

3.1 油氣分離器設(shè)計改進(jìn)

對油氣分離器進(jìn)行改進(jìn)分析時，需要針對油氣分離器出口易冷卻凝結(jié)的問題，所以對油氣分離器的出口部位進(jìn)行拆分，發(fā)現(xiàn)了殘留液體難回流的原因是凹槽，如果在溫度較低的狀態(tài)液體積攢一定程度后，就很容易形成冰塊，進(jìn)而形成通氣不暢。為了解決低溫條件下通風(fēng)系統(tǒng)堵塞引起的渦輪增壓器燒機(jī)油故障，也可以說是油氣分離器出口處凹槽易積液體，進(jìn)而產(chǎn)生冷卻凝結(jié)堵塞通風(fēng)管問題。因此對油氣分離器進(jìn)行改進(jìn)時，我們特意在其凹槽位置開了1.5毫米的小口，保證液體可以回流到油氣分離器中，進(jìn)而避免產(chǎn)生積攢結(jié)冰造成的堵塞。

3.2 油氣分離器設(shè)計驗(yàn)證

我們對改進(jìn)后的油氣分離器能否有效防止燒機(jī)油進(jìn)行測驗(yàn)。先用舊的油氣分離器在低溫的環(huán)境中進(jìn)行故障再現(xiàn)。之后我們將油氣分離器分別安裝在兩個實(shí)驗(yàn)車上，這兩個實(shí)驗(yàn)車在不同的溫度條件下：分別為零下15度和常溫狀態(tài)下下進(jìn)行同時觀察。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)動機(jī)在自然吸氣的狀態(tài)下如果想要維持正常運(yùn)行的話就要曲軸箱為負(fù)壓，當(dāng)然如果是增壓機(jī)型，那么曲軸箱可以為正壓，同時壓力也有一定的范圍控制。測試中兩輛車在不同的溫度條件下，曲軸箱的壓力均為正常范圍，同時發(fā)動機(jī)的各項指標(biāo)也是正常范圍，并且在測試車輛上安裝了新的油氣分離器，經(jīng)過在正常行駛了200000公里后，檢查兩輛汽車均沒有出現(xiàn)燒機(jī)油的故障，以此證明設(shè)計改進(jìn)成功。在進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)完成后，進(jìn)行設(shè)計驗(yàn)證是最后并且最重要的一步，通過驗(yàn)證可以查看設(shè)計是否合理性，并且即使設(shè)計不成功通過驗(yàn)證也可以找到理論和設(shè)計的漏洞。

4 結(jié)語

文中介紹了通過對耐久性車輛的發(fā)動機(jī)，在進(jìn)行測驗(yàn)時遇到的問題進(jìn)行觀測分析，如：排氣冒藍(lán)煙和機(jī)油在運(yùn)行中驟降即燒機(jī)油。而且通過用去除篩選法進(jìn)行實(shí)質(zhì)深入的分析和并對可能產(chǎn)生現(xiàn)象的部位進(jìn)行仔細(xì)排查，最終得到問題的本質(zhì)原因：是發(fā)動機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計存在問題。本文就是針對故障本質(zhì)的因素進(jìn)行分析、改進(jìn)，提出了解決辦法和設(shè)計方案，之后將進(jìn)行改進(jìn)完善后的零件在某些測試車輛或者發(fā)動機(jī)臺架上進(jìn)行實(shí)際使用和驗(yàn)證，最后通過測試，以驗(yàn)證解決辦法和設(shè)計方案的可行性。

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