某發動機油氣分離器的設計改進

毛中欣　楊森　樂毅

摘 要：曲軸箱通風系統直接影響發動機的性能和實用性，也可以說是核心子系統。隨著相關的排放法規越發嚴格，對于發動機性能的要求也逐漸提高，促使著曲軸箱通風系統優化完善并且對油氣分離器的設計提出了更大的挑戰。本文通過對車輛出現的故障問題進行詳細的分析而找到故障的根本原因，并提出了相應的設計更改方案，并將改進后零件通過一些實驗驗來簡單證明解決措施的有效性。

關鍵詞：曲軸箱通風 油氣分離器 設計改進

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

隨著人們的生活質量提升，汽車逐漸普及如今已經走進大眾百姓的家庭中了。發動機在進行工作時，曲軸箱里面會通過活塞環滲入一些可燃混合氣和廢氣，所以在進行曲軸箱系統設計時，一定要注意將漏入曲軸箱內的氣體排出去，同時還可以對潤滑油變質進行防范，最后還可以回收可燃氣體減輕排放污染。曲軸箱通風系統中最重要的部位，油氣分離器有著極其重要的作用。在一個車輛進行耐久性實驗時，發現了發動機燒油的現象，本文就是對這個現象進行分析研究，通過了解問題的影響因素，進而對油氣分離器進行改造升級，最后通過一些實踐實驗進行零件試用，從而證明設計的有效性和科學性。

2 某發動機燒機油成因的研究與改善

2.1 狀況車輛故障說明

一輛要進行耐久性測驗的車在東北某地進行運行時，出現了發動機燒機油的現象。而該測試的車輛在3000公里以內的路程耗油量遠大于正常水平。從理論上來講，燒機油是由于機油通過某些渠道，進入了燃燒室和其他氣體燃燒，最后出現可以直接觀測到的圖一所展示的排氣管冒藍煙的情況，并且還伴著多量的油滴漏出，還有就是機油的量十分缺乏。這里所涉及到的燒機油的現象不是一種故障。這將會大大提升維修成本，同時還有引起事故存在的隱患。而引起發動機燒機油的主要原因有這幾個：第一就是因為磨損造成活塞與氣缸壁之間間隙過大，從而引起機油進入燃燒室。第二可能是因為油氣分離器，比如其內不順暢的回油或者密封狀態不嚴導致出現漏油，漏油之后進入氣道最后進入燃燒室。

2.2 發動機容易燒機油的成因探索

結合多個發動機燒機油的案例我們就可以發現，很多時候的原因都是因為，發動機上的渦輪增壓器。渦輪室的渦輪轉動是通過發動機排出的廢氣的推動力實現的，也帶動了連接著的葉輪，這樣就可以對經過空濾器送來的自然空氣進行運送和加壓最終進入氣缸。

2.3 發動機燒機油現象與原因分析

在車輛耐久性測試過程中，發動機的燒機油問題十分嚴重，主要表現在排氣管冒藍煙，機油量驟降。以下就是對發動機燒機油原因的詳細分析。

2.3.1 渦輪增壓器分析

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

2.3.2 曲軸箱通風系統分析

除去渦輪增壓器本身情況，其漏油的原因還可能是因為回油堵塞以及油路內部壓強過大所造成的泄露。首先我們要了解其內部構造，渦輪增壓器和發動機的油路直接相通，曲軸箱內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入曲軸箱內，然后到達油底殼。因為曲軸箱和油管路的連接方式，所以對曲軸箱內部壓力有一定要求，如果它的壓力過大不僅會造成回油不流暢，而且會導致連貫反應的出現，以致油路壓力也增大，進而產生泄漏的現象。曲軸箱通風系統的堵塞問題，最普遍的情況就是因為曲軸箱內部壓力大。曲軸箱通風系統是否形成堵塞還需要再觀察，通過對相同類型的車輛進行環境的改變，將其放置零下20度的環境維持12小時，然后對部件進行拆分觀查。

通常情況下，如果發動機停止運行后會逐漸冷卻，所以通風管中存在的水蒸氣也會變成水，留在油氣分離器中。我們假設一個條件就是發動機持續9個小時一直工作，隨后立刻停止運行，當時所在環境為高寒地區，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，就會積累在通風管和油氣分離器的連接部位。

3 油氣分離器設計改進和驗證

3.1 油氣分離器設計改進

對油氣分離器進行改進分析時，需要針對油氣分離器出口易冷卻凝結的問題，所以對油氣分離器的出口部位進行拆分，發現了殘留液體難回流的原因是凹槽，如果在溫度較低的狀態液體積攢一定程度后，就很容易形成冰塊，進而形成通氣不暢。為了解決低溫條件下通風系統堵塞引起的渦輪增壓器燒機油故障，也可以說是油氣分離器出口處凹槽易積液體，進而產生冷卻凝結堵塞通風管問題。因此對油氣分離器進行改進時，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，進而避免產生積攢結冰造成的堵塞。

3.2 油氣分離器設計驗證

我們對改進后的油氣分離器能否有效防止燒機油進行測驗。先用舊的油氣分離器在低溫的環境中進行故障再現。之后我們將油氣分離器分別安裝在兩個實驗車上，這兩個實驗車在不同的溫度條件下：分別為零下15度和常溫狀態下下進行同時觀察。最終實驗結果表明，發動機在自然吸氣的狀態下如果想要維持正常運行的話就要曲軸箱為負壓，當然如果是增壓機型，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，同時發動機的各項指標也是正常范圍，并且在測試車輛上安裝了新的油氣分離器，經過在正常行駛了200000公里后，檢查兩輛汽車均沒有出現燒機油的故障，以此證明設計改進成功。在進行設計改進完成后，進行設計驗證是最后并且最重要的一步，通過驗證可以查看設計是否合理性，并且即使設計不成功通過驗證也可以找到理論和設計的漏洞。

4 結語

文中介紹了通過對耐久性車輛的發動機，在進行測驗時遇到的問題進行觀測分析，如：排氣冒藍煙和機油在運行中驟降即燒機油。而且通過用去除篩選法進行實質深入的分析和并對可能產生現象的部位進行仔細排查，最終得到問題的本質原因：是發動機的通風系統的設計存在問題。本文就是針對故障本質的因素進行分析、改進，提出了解決辦法和設計方案，之后將進行改進完善后的零件在某些測試車輛或者發動機臺架上進行實際使用和驗證，最后通過測試，以驗證解決辦法和設計方案的可行性。

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