某發(fā)動(dòng)機(jī)油氣分離器的設(shè)計(jì)改進(jìn)

毛中欣　楊森　樂(lè)毅

摘 要：曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和實(shí)用性，也可以說(shuō)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(duì)于發(fā)動(dòng)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(duì)油氣分離器的設(shè)計(jì)提出了更大的挑戰(zhàn)。本文通過(guò)對(duì)車(chē)輛出現(xiàn)的故障問(wèn)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(jì)更改方案，并將改進(jìn)后零件通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)來(lái)簡(jiǎn)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(jì)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(chē)逐漸普及如今已經(jīng)走進(jìn)大眾百姓的家庭中了。發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)，曲軸箱里面會(huì)通過(guò)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(jì)時(shí)，一定要注意將漏入曲軸箱內(nèi)的氣體排出去，同時(shí)還可以對(duì)潤(rùn)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(gè)車(chē)輛進(jìn)行耐久性實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)燒油的現(xiàn)象，本文就是對(duì)這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，通過(guò)了解問(wèn)題的影響因素，進(jìn)而對(duì)油氣分離器進(jìn)行改造升級(jí)，最后通過(guò)一些實(shí)踐實(shí)驗(yàn)進(jìn)行零件試用，從而證明設(shè)計(jì)的有效性和科學(xué)性。

2 某發(fā)動(dòng)機(jī)燒機(jī)油成因的研究與改善

2.1 狀況車(chē)輛故障說(shuō)明

一輛要進(jìn)行耐久性測(cè)驗(yàn)的車(chē)在東北某地進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)燒機(jī)油的現(xiàn)象。而該測(cè)試的車(chē)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(lái)講，燒機(jī)油是由于機(jī)油通過(guò)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(cè)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(huì)大大提升維修成本，同時(shí)還有引起事故存在的隱患。而引起發(fā)動(dòng)機(jī)燒機(jī)油的主要原因有這幾個(gè)：第一就是因?yàn)槟p造成活塞與氣缸壁之間間隙過(guò)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(dòng)機(jī)容易燒機(jī)油的成因探索

結(jié)合多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燒機(jī)油的案例我們就可以發(fā)現(xiàn)，很多時(shí)候的原因都是因?yàn)椋l(fā)動(dòng)機(jī)上的渦輪增壓器。渦輪室的渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的推動(dòng)力實(shí)現(xiàn)的，也帶動(dòng)了連接著的葉輪，這樣就可以對(duì)經(jīng)過(guò)空濾器送來(lái)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(dòng)機(jī)燒機(jī)油現(xiàn)象與原因分析

在車(chē)輛耐久性測(cè)試過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的燒機(jī)油問(wèn)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(duì)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)上的渦輪增壓器拆下來(lái)，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(méi)有產(chǎn)生彎曲變形或者和殼體發(fā)生過(guò)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(méi)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(guò)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(dòng)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(rùn)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(duì)曲軸箱內(nèi)部壓力有一定要求，如果它的壓力過(guò)大不僅會(huì)造成回油不流暢，而且會(huì)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(wèn)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(guò)對(duì)相同類型的車(chē)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(shí)，然后對(duì)部件進(jìn)行拆分觀查。

通常情況下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行后會(huì)逐漸冷卻，所以通風(fēng)管中存在的水蒸氣也會(huì)變成水，留在油氣分離器中。我們假設(shè)一個(gè)條件就是發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)9個(gè)小時(shí)一直工作，隨后立刻停止運(yùn)行，當(dāng)時(shí)所在環(huán)境為高寒地區(qū)，那么水蒸氣會(huì)迅速變成水。但是，如果水不能回到油氣分離器中的話，就會(huì)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(jì)改進(jìn)和驗(yàn)證

3.1 油氣分離器設(shè)計(jì)改進(jìn)

對(duì)油氣分離器進(jìn)行改進(jìn)分析時(shí)，需要針對(duì)油氣分離器出口易冷卻凝結(jié)的問(wèn)題，所以對(duì)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(shuō)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(wèn)題。因此對(duì)油氣分離器進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，我們特意在其凹槽位置開(kāi)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(jì)驗(yàn)證

我們對(duì)改進(jìn)后的油氣分離器能否有效防止燒機(jī)油進(jìn)行測(cè)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(gè)實(shí)驗(yàn)車(chē)上，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)車(chē)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(shí)觀察。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)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(shí)壓力也有一定的范圍控制。測(cè)試中兩輛車(chē)在不同的溫度條件下，曲軸箱的壓力均為正常范圍，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)也是正常范圍，并且在測(cè)試車(chē)輛上安裝了新的油氣分離器，經(jīng)過(guò)在正常行駛了200000公里后，檢查兩輛汽車(chē)均沒(méi)有出現(xiàn)燒機(jī)油的故障，以此證明設(shè)計(jì)改進(jìn)成功。在進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)完成后，進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證是最后并且最重要的一步，通過(guò)驗(yàn)證可以查看設(shè)計(jì)是否合理性，并且即使設(shè)計(jì)不成功通過(guò)驗(yàn)證也可以找到理論和設(shè)計(jì)的漏洞。

4 結(jié)語(yǔ)

文中介紹了通過(guò)對(duì)耐久性車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)，在進(jìn)行測(cè)驗(yàn)時(shí)遇到的問(wèn)題進(jìn)行觀測(cè)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(guò)用去除篩選法進(jìn)行實(shí)質(zhì)深入的分析和并對(duì)可能產(chǎn)生現(xiàn)象的部位進(jìn)行仔細(xì)排查，最終得到問(wèn)題的本質(zhì)原因：是發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。本文就是針對(duì)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(jì)方案，之后將進(jìn)行改進(jìn)完善后的零件在某些測(cè)試車(chē)輛或者發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行實(shí)際使用和驗(yàn)證，最后通過(guò)測(cè)試，以驗(yàn)證解決辦法和設(shè)計(jì)方案的可行性。

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