某发动机油气分离器的设计改进

毛中欣　杨森　乐毅

摘 要：曲轴箱通风系统直接影响发动机的性能和实用性，也可以说是核心子系统。随着相关的排放法规越发严格，对于发动机性能的要求也逐渐提高，促使着曲轴箱通风系统优化完善并且对油气分离器的设计提出了更大的挑战。本文通过对车辆出现的故障问题进行详细的分析而找到故障的根本原因，并提出了相应的设计更改方案，并将改进后零件通过一些实验验来简单证明解决措施的有效性。

关键词：曲轴箱通风 油气分离器 设计改进

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

随着人们的生活质量提升，汽车逐渐普及如今已经走进大众百姓的家庭中了。发动机在进行工作时，曲轴箱里面会通过活塞环渗入一些可燃混合气和废气，所以在进行曲轴箱系统设计时，一定要注意将漏入曲轴箱内的气体排出去，同时还可以对润滑油變质进行防范，最后还可以回收可燃气体减轻排放污染。曲轴箱通风系统中最重要的部位，油气分离器有着极其重要的作用。在一个车辆进行耐久性实验时，发现了发动机烧油的现象，本文就是对这个现象进行分析研究，通过了解问题的影响因素，进而对油气分离器进行改造升级，最后通过一些实践实验进行零件试用，从而证明设计的有效性和科学性。

2 某发动机烧机油成因的研究与改善

2.1 状况车辆故障说明

一辆要进行耐久性测验的车在东北某地进行运行时，出现了发动机烧机油的现象。而该测试的车辆在3000公里以内的路程耗油量远大于正常水平。从理论上来讲，烧机油是由于机油通过某些渠道，进入了燃烧室和其他气体燃烧，最后出现可以直接观测到的图一所展示的排气管冒蓝烟的情况，并且还伴着多量的油滴漏出，还有就是机油的量十分缺乏。这里所涉及到的烧机油的现象不是一种故障。这将会大大提升维修成本，同时还有引起事故存在的隐患。而引起发动机烧机油的主要原因有这几个：第一就是因为磨损造成活塞与气缸壁之间间隙过大，从而引起机油进入燃烧室。第二可能是因为油气分离器，比如其内不顺畅的回油或者密封状态不严导致出现漏油，漏油之后进入气道最后进入燃烧室。

2.2 发动机容易烧机油的成因探索

结合多个发动机烧机油的案例我们就可以发现，很多时候的原因都是因为，发动机上的涡轮增压器。涡轮室的涡轮转动是通过发动机排出的废气的推动力实现的，也带动了连接着的叶轮，这样就可以对经过空滤器送来的自然空气进行运送和加压最终进入气缸。

2.3 发动机烧机油现象与原因分析

在车辆耐久性测试过程中，发动机的烧机油问题十分严重，主要表现在排气管冒蓝烟，机油量骤降。以下就是对发动机烧机油原因的详细分析。

2.3.1 涡轮增压器分析

首先从涡轮增压器上拆下空气管，就发现机油残留在涡轮增压器排气口，而且在压缩机排气口和中冷器的连接管也发现了机油的存留。之后将发动机上的涡轮增压器拆下来，观察涡轮增压器发现展很多不明物质，废气涡轮和涡轮壳体的表面都有大量黑碳沉积物，这些附着物就是机油燃烧产物。由于叶片自身没有产生弯曲变形或者和壳体发生过接触，所以进气压缩机和它的壳体表面都是十分的光滑，而且也没有变形或者产生附着物。

2.3.2 曲轴箱通风系统分析

除去涡轮增压器本身情况，其漏油的原因还可能是因为回油堵塞以及油路内部压强过大所造成的泄露。首先我们要了解其内部构造，涡轮增压器和发动机的油路直接相通，曲轴箱内部直接和回油管路相接，所以润滑油可以在重力影响下直接进入曲轴箱内，然后到达油底壳。因为曲轴箱和油管路的连接方式，所以对曲轴箱内部压力有一定要求，如果它的压力过大不仅会造成回油不流畅，而且会导致连贯反应的出现，以致油路压力也增大，进而产生泄漏的现象。曲轴箱通风系统的堵塞问题，最普遍的情况就是因为曲轴箱内部压力大。曲轴箱通风系统是否形成堵塞还需要再观察，通过对相同类型的车辆进行环境的改变，将其放置零下20度的环境维持12小时，然后对部件进行拆分观查。

通常情况下，如果发动机停止运行后会逐渐冷却，所以通风管中存在的水蒸气也会变成水，留在油气分离器中。我们假设一个条件就是发动机持续9个小时一直工作，随后立刻停止运行，当时所在环境为高寒地区，那么水蒸气会迅速变成水。但是，如果水不能回到油气分离器中的话，就会积累在通风管和油气分离器的连接部位。

3 油气分离器设计改进和验证

3.1 油气分离器设计改进

对油气分离器进行改进分析时，需要针对油气分离器出口易冷却凝结的问题，所以对油气分离器的出口部位进行拆分，发现了残留液体难回流的原因是凹槽，如果在温度较低的状态液体积攒一定程度后，就很容易形成冰块，进而形成通气不畅。为了解决低温条件下通风系统堵塞引起的涡轮增压器烧机油故障，也可以说是油气分离器出口处凹槽易积液体，进而产生冷却凝结堵塞通风管问题。因此对油气分离器进行改进时，我们特意在其凹槽位置开了1.5毫米的小口，保证液体可以回流到油气分离器中，进而避免产生积攒结冰造成的堵塞。

3.2 油气分离器设计验证

我们对改进后的油气分离器能否有效防止燒机油进行测验。先用旧的油气分离器在低温的环境中进行故障再现。之后我们将油气分离器分别安装在两个实验车上，这两个实验车在不同的温度条件下：分别为零下15度和常温状态下下进行同时观察。最终实验结果表明，发动机在自然吸气的状态下如果想要维持正常运行的话就要曲轴箱为负压，当然如果是增压机型，那么曲轴箱可以为正压，同时压力也有一定的范围控制。测试中两辆车在不同的温度条件下，曲轴箱的压力均为正常范围，同时发动机的各项指标也是正常范围，并且在测试车辆上安装了新的油气分离器，经过在正常行驶了200000公里后，检查两辆汽车均没有出现烧机油的故障，以此证明设计改进成功。在进行设计改进完成后，进行设计验证是最后并且最重要的一步，通过验证可以查看设计是否合理性，并且即使设计不成功通过验证也可以找到理论和设计的漏洞。

4 结语

文中介绍了通过对耐久性车辆的发动机，在进行测验时遇到的问题进行观测分析，如：排气冒蓝烟和机油在运行中骤降即烧机油。而且通过用去除筛选法进行实质深入的分析和并对可能产生现象的部位进行仔细排查，最终得到问题的本质原因：是发动机的通风系统的设计存在问题。本文就是针对故障本质的因素进行分析、改进，提出了解决办法和设计方案，之后将进行改进完善后的零件在某些测试车辆或者发动机台架上进行实际使用和验证，最后通过测试，以验证解决办法和设计方案的可行性。

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