一種新型汽油發(fā)動機油氣分離裝置的分析

0 引言

伴隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，從前被人們所忽略的各類污染問題現(xiàn)在已嚴(yán)重影響到了人類的生活，所以我們現(xiàn)在極力倡導(dǎo)保護環(huán)境、節(jié)能減排、低碳生活，這已經(jīng)成為當(dāng)前勢在必行，刻不容緩的事情。而對于通用小型汽油機行業(yè)來講，汽油發(fā)動機的降排放減污染也越來越受到社會的高度重視。眾所周知，四沖程汽油發(fā)動機作為發(fā)電機、水泵、清洗機等園林機械、農(nóng)業(yè)機械的“心臟”，在國內(nèi)外市場有著極大的發(fā)展前景，產(chǎn)品覆蓋家家戶戶。隨著人們對環(huán)境污染要求的不斷提高，汽油發(fā)動機降排放已然成為了當(dāng)前必須要解決的課題。包括我國在內(nèi)的各個國家都已經(jīng)出臺了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對汽油發(fā)動機的排放均有強制性規(guī)定，如：出口美國的汽油發(fā)動機必須要通過EPA、CARB認(rèn)證，出口歐洲的也有相應(yīng)的歐Ⅱ、歐Ⅴ認(rèn)證等，我們國家也更加注重環(huán)保，現(xiàn)階段也對國內(nèi)銷售的發(fā)動機及整機的污染物排放限值有了嚴(yán)格的硬性規(guī)定，銷售的產(chǎn)品都需要在環(huán)保部相關(guān)網(wǎng)站上進行信息公開。而我們的產(chǎn)品既要能在國內(nèi)市場銷售，又想要出口占據(jù)美國、歐洲等市場，就必須要有效地減少機油的消耗，降低四沖程汽油發(fā)動機的排放污染，才能滿足不同市場不同客戶的需求。

1 油氣的形成

汽油發(fā)動機是在內(nèi)部燃燒汽油，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再通過活塞的往復(fù)運動及曲軸連桿機構(gòu)將熱能輸出轉(zhuǎn)換成機械能的一種動力機械。四沖程汽油發(fā)動機的工作循環(huán)是由進氣、壓縮、作功、排氣四個行程來完成的，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)四個行程即完成一個工作循環(huán)。

“你小子呀，總算來了?！毙”斫銞顣悦钒褍杀P菜放在餐桌正中間，“你快坐下吧。你們娘倆多親近，我這還有兩個菜，你們先吃著，我就來?！?/p>

a.進氣行程：在進氣行程中，排氣門關(guān)閉，進氣門開啟，隨著活塞下行，氣缸內(nèi)產(chǎn)生低壓，新鮮空氣通過空濾器到化油器，再與汽化的汽油組成可燃混合氣經(jīng)過進氣道、進氣門被吸入到氣缸內(nèi)；

b.壓縮行程：隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)，進氣行程結(jié)束，進、排氣門關(guān)閉，活塞由下止點向上止點運動，即開始壓縮行程，活塞上方的氣缸容積逐步縮小，在壓縮行程后期，進氣行程階段吸入氣缸內(nèi)的可燃混合氣經(jīng)壓縮后，密度急速增大，溫度及壓力也會急劇升高；

d.排氣行程：在接下來活塞下行到接近下止點的位置時，進入排氣行程，此時排氣門開啟，燃燒后的大部分高溫廢氣會經(jīng)過排氣門，再通過消音器排到大氣中，氣缸壓力下降，隨著活塞上行，廢氣繼續(xù)被排出氣缸外，少量的殘余廢氣會與下一個循環(huán)的進氣行程中吸入氣缸的可燃混合氣混合，再次重復(fù)下一個循環(huán)。

本文產(chǎn)品采用了一種新結(jié)構(gòu)的氣缸蓋罩，可以有效進行油氣分離，防止缸頭內(nèi)混合氣中的機油再次進入燃燒室內(nèi)燃燒。該新型氣缸蓋罩分為外罩和內(nèi)蓋，外罩和內(nèi)蓋相連接形成一個環(huán)形的腔室，內(nèi)蓋上焊接擋油板，擋油板將環(huán)形腔室分隔成兩部分，并用把氣缸蓋罩上的進氣孔和出氣孔分隔在擋油板兩側(cè)，從而形成一條迷宮通道。內(nèi)蓋上相對迷宮通道的一端開設(shè)的進氣孔是與曲軸箱和缸頭上方相連通的，相對迷宮通道的另一端開設(shè)的出氣孔是在外罩上的，汽油機裝配時會裝一根廢氣管連接缸蓋罩的出氣孔和空氣濾清器。在內(nèi)蓋上還焊有可吸附機油的過濾網(wǎng)，此過濾網(wǎng)位于從進氣孔到出氣孔之間的迷宮通道上，另外，在內(nèi)蓋上靠下方位置還有兩個回油小孔，此小孔是與缸頭和曲軸箱相通的。

c.作功行程：當(dāng)活塞接近上止點時，火花塞點燃壓縮后的可燃混合氣使之燃燒，即開始作功行程，可燃混合氣燃燒后釋放出大量的熱量、使燃燒室內(nèi)的壓力和溫度迅速上升，活塞在高溫高壓的燃?xì)馔苿酉驴焖傧蛳逻\動，并帶動曲柄連桿機構(gòu)對外做功；

當(dāng)Y≤τ時，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新速度對創(chuàng)新效益的彈性系數(shù)為θ1;當(dāng)Y＞τ時，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新速度對創(chuàng)新效益的彈性系數(shù)為θ2。如果存在多個門檻，那么應(yīng)當(dāng)引入更多的τ，不過實際實證研究中往往以雙門檻或三門檻居多，具體要進行門檻數(shù)量檢驗。

在氣缸蓋罩內(nèi)蓋的進氣孔處裝有簧片閥，簧片閥能完全遮擋住進氣孔，簧片的一端通過鉚釘固定在內(nèi)蓋進氣孔邊緣上，因為簧片具有一定的彈性，所以整片簧片與內(nèi)蓋的外壁是完全貼合的，而且簧片只能單向地朝環(huán)形腔室內(nèi)側(cè)打開。所以正常狀態(tài)時，進氣孔是處于關(guān)閉狀態(tài)的，當(dāng)缸頭上部的油氣混合氣積累到一定量，形成的壓力高于氣缸蓋罩內(nèi)外蓋之間的腔室中的壓力時，混合氣推開簧片進入到氣缸蓋罩內(nèi)外蓋之間的環(huán)形腔室中，缸頭內(nèi)的油氣混合氣濃度就會降低，壓力減小，被推開的簧片又恢復(fù)到原始的貼合狀態(tài)，此時進氣孔又呈關(guān)閉狀態(tài)，即可有效防止進入到環(huán)形腔室內(nèi)的油氣混合氣再回流到缸頭與曲軸箱內(nèi)。

2)“一張圖”大數(shù)據(jù)服務(wù)?；诮y(tǒng)一的礦圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系及“一張圖”數(shù)據(jù)庫，采用面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)實現(xiàn)符合OGC國際標(biāo)準(zhǔn)的地理空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享接口，可以為煤礦安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的深度挖掘和與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成提供堅實基礎(chǔ)。

2 新型油氣分離氣缸蓋罩的結(jié)構(gòu)及原理

在臨床治療中,婦科腹腔鏡手術(shù)是首選的手術(shù)治療方法。婦科腹腔鏡手術(shù)方法具體眾多優(yōu)點,如手術(shù)安全性高、手術(shù)中出血量小、手術(shù)后恢復(fù)快等,從而有利于患者術(shù)后康復(fù)。但是婦科腹腔鏡手術(shù)效果與麻醉技術(shù)有著密切關(guān)系,因此在實施腹腔鏡手術(shù)過程中,麻醉至關(guān)重要[2][3]。

透明質(zhì)酸鈉凝膠聯(lián)合芬嗎通預(yù)防高危人流術(shù)后宮腔粘連及對血清IL-10及IL-18水平的影響 ……………………………………………………………… 鄧麗娜，等(8):966

在實際循環(huán)行程中，尤其是膨脹作功過程，因氣缸內(nèi)壓力非常高，燃燒室也并不是完全密封的空間，總會有一部分高溫高壓的混合氣會經(jīng)由活塞環(huán)與氣缸壁之間的縫隙竄入到曲軸箱，一般約為總量的0.2%，同時，這些高溫高壓的混合氣也會使得附著在氣缸壁上的機油產(chǎn)生霧化，這些霧化的機油會隨混合氣一同進入到與曲軸箱相通的氣缸蓋上方。氣缸蓋上方的氣缸蓋罩上設(shè)置有與外部環(huán)境相連通的出氣孔，出氣孔上會裝廢氣管，廢氣管另一端接在空氣濾清器的進氣管上。進入曲軸箱的混合氣經(jīng)由氣缸蓋罩上的出氣孔排出，并經(jīng)由廢氣管進入發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，從而得以再次燃燒利用。但由于混合氣中霧化的機油是不能夠燃燒的，如果這些機油通過進氣系統(tǒng)進入到燃燒室，則會在排氣行程中通過排氣門直接排到大氣，對環(huán)境造成污染。因此必須要將混合氣中的油氣分離開，分離出來的霧化機油經(jīng)沉降重新變?yōu)橐簯B(tài)機油回流到曲軸箱內(nèi)，而分離后的氣體則通過發(fā)動機的廢氣管重新進入到進氣系統(tǒng)中參與燃燒，從而可以有效地降低燒機油引起的廢氣排放，并減少了機油的消耗。

b.通過一塊擋油板將環(huán)形的腔室分隔成較長的迷宮通道，使得油氣混合氣通過過濾網(wǎng)時可以吸附掉機油，提高油氣分離效果，從而有效地節(jié)省了機油，并降低廢氣排放。

3 新型油氣分離氣缸蓋罩的優(yōu)點及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

3.1 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置具有以下優(yōu)點：

a.本裝置結(jié)構(gòu)簡單小巧，零部件少，安裝方便，加工難度低。

當(dāng)缸頭上部的油氣混合氣從進氣孔進入到外罩和內(nèi)蓋組合所形成的環(huán)形腔室中時，擋油板阻止了油氣混合氣直接從進氣孔到達出氣孔，使得混合氣只能沿著迷宮通道通過過濾網(wǎng)，再到達出氣孔，這樣，油氣混合氣就要經(jīng)過較長的行程，延長了油氣混合氣在腔室內(nèi)的停留時間，即延長了油氣分離的過程。當(dāng)油氣混合氣通過迷宮通道上的過濾網(wǎng)時，油氣混合氣中的機油被過濾網(wǎng)所吸附，凈化后的無油或少油的氣體從出氣孔排出，通過廢氣管、空氣濾清器重新進入到發(fā)動機的進氣系統(tǒng)中，供發(fā)動機重新利用；而在過濾網(wǎng)及環(huán)形腔室內(nèi)積存的機油液滴會經(jīng)過位于缸蓋罩下方的回油小孔流回到曲軸箱。這樣既降低了發(fā)動機的排放污染，又避免了機油的浪費。所以，從結(jié)構(gòu)和原理上分析，此結(jié)構(gòu)的油氣分離裝置結(jié)構(gòu)簡單，而且通過實踐也證明使用了帶有此結(jié)構(gòu)的缸蓋罩的汽油機是有一定的油氣分離效果的。

3.2 國內(nèi)外法規(guī)要求的排氣污染物排放限值：

由于內(nèi)燃機運行過程中排出的氣體，如柴油機、汽油機汽車尾氣中的有毒成分是造成城市大氣污染的重要因素，其排氣污染物主要包括氮氧化合物NOx，一氧化碳CO，未燃燒完全的碳?xì)浠衔颒C等，因此，內(nèi)燃機污染物質(zhì)的排放特性已成為內(nèi)燃機性能好壞的重要標(biāo)志。為標(biāo)定內(nèi)燃機的排放指標(biāo)，比較不同內(nèi)燃機的排放量，我們一般用比排放量來評價內(nèi)燃機排放性能，比排放量是指單位時間，單位輸出功率內(nèi)燃機排出污染物的質(zhì)量流量，單位為mg/kW·h或g/kW·h。

a.對于國內(nèi)的產(chǎn)品，目前我們是按第二階段的發(fā)動機排氣污染物排放限值來執(zhí)行的，第二階段的排放限值較第一階段要求有所提高，具體排放限值見下表(摘選)：

b.對于出口美國(除加州)的產(chǎn)品目前是按照EPA第三階段廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的，出口歐洲的產(chǎn)品是按歐Ⅴ要求執(zhí)行的，具體污染物排放限值見下表(摘選)：

3.3 應(yīng)用本產(chǎn)品后的主要性能技術(shù)指標(biāo)

在將本文中提到的增加了油氣分離裝置的新改型的氣缸蓋罩應(yīng)用于我們的產(chǎn)品時，在同樣的工況及試驗條件下，對比改型前后幾種不同型號汽油發(fā)動機的排放性能指標(biāo)，可以看出應(yīng)用新改型的氣缸蓋罩前后的排放指標(biāo)差別，足以證明此油氣分離裝置是有明顯效果的。具體數(shù)據(jù)如下：

4 結(jié)語

通過以上分析及測試數(shù)據(jù)對比，采用本文中提到的新型油氣分離裝置可以在一定程度上降低發(fā)動機的排放指標(biāo)，而且此裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、加工制造方便、效率高、成本低等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于各類型四沖程汽油發(fā)動機。

[1]劉永長，內(nèi)燃機原理[M]，武漢，武漢華中科技大學(xué)出版社，2001.6.

[2]葉曉紅，王越貴，發(fā)動機[P]，浙江，溫嶺正峰動力有限公司，ZL201320617963.7.

[3]周龍保，內(nèi)燃機學(xué)[M]，北京，機械工業(yè)出版社，1999.6.

[4]天津內(nèi)燃機研究所、中國環(huán)境科學(xué)研究院，GB26133—2010非道路移動機械用小型點燃式發(fā)動機排氣污染物排放限值與測量方法(中國第一、二階段)[S],環(huán)境保護部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2011-03-01.