一种新型汽油发动机油气分离装置的分析

0 引言

伴随着社会经济的迅猛发展，从前被人们所忽略的各类污染问题现在已严重影响到了人类的生活，所以我们现在极力倡导保护环境、节能减排、低碳生活，这已经成为当前势在必行，刻不容缓的事情。而对于通用小型汽油机行业来讲，汽油发动机的降排放减污染也越来越受到社会的高度重视。众所周知，四冲程汽油发动机作为发电机、水泵、清洗机等园林机械、农业机械的“心脏”，在国内外市场有着极大的发展前景，产品覆盖家家户户。随着人们对环境污染要求的不断提高，汽油发动机降排放已然成为了当前必须要解决的课题。包括我国在内的各个国家都已经出台了相关标准，对汽油发动机的排放均有强制性规定，如：出口美国的汽油发动机必须要通过EPA、CARB认证，出口欧洲的也有相应的欧Ⅱ、欧Ⅴ认证等，我们国家也更加注重环保，现阶段也对国内销售的发动机及整机的污染物排放限值有了严格的硬性规定，销售的产品都需要在环保部相关网站上进行信息公开。而我们的产品既要能在国内市场销售，又想要出口占据美国、欧洲等市场，就必须要有效地减少机油的消耗，降低四冲程汽油发动机的排放污染，才能满足不同市场不同客户的需求。

1 油气的形成

汽油发动机是在内部燃烧汽油，将化学能转变为热能，再通过活塞的往复运动及曲轴连杆机构将热能输出转换成机械能的一种动力机械。四冲程汽油发动机的工作循环是由进气、压缩、作功、排气四个行程来完成的，曲轴旋转两周，活塞往复四个行程即完成一个工作循环。

“你小子呀，总算来了。”小表姐杨晓梅把两盘菜放在餐桌正中间，“你快坐下吧。你们娘俩多亲近，我这还有两个菜，你们先吃着，我就来。”

a.进气行程：在进气行程中，排气门关闭，进气门开启，随着活塞下行，气缸内产生低压，新鲜空气通过空滤器到化油器，再与汽化的汽油组成可燃混合气经过进气道、进气门被吸入到气缸内；

b.压缩行程：随着曲轴的旋转，进气行程结束，进、排气门关闭，活塞由下止点向上止点运动，即开始压缩行程，活塞上方的气缸容积逐步缩小，在压缩行程后期，进气行程阶段吸入气缸内的可燃混合气经压缩后，密度急速增大，温度及压力也会急剧升高；

d.排气行程：在接下来活塞下行到接近下止点的位置时，进入排气行程，此时排气门开启，燃烧后的大部分高温废气会经过排气门，再通过消音器排到大气中，气缸压力下降，随着活塞上行，废气继续被排出气缸外，少量的残余废气会与下一个循环的进气行程中吸入气缸的可燃混合气混合，再次重复下一个循环。

本文产品采用了一种新结构的气缸盖罩，可以有效进行油气分离，防止缸头内混合气中的机油再次进入燃烧室内燃烧。该新型气缸盖罩分为外罩和内盖，外罩和内盖相连接形成一个环形的腔室，内盖上焊接挡油板，挡油板将环形腔室分隔成两部分，并用把气缸盖罩上的进气孔和出气孔分隔在挡油板两侧，从而形成一条迷宫通道。内盖上相对迷宫通道的一端开设的进气孔是与曲轴箱和缸头上方相连通的，相对迷宫通道的另一端开设的出气孔是在外罩上的，汽油机装配时会装一根废气管连接缸盖罩的出气孔和空气滤清器。在内盖上还焊有可吸附机油的过滤网，此过滤网位于从进气孔到出气孔之间的迷宫通道上，另外，在内盖上靠下方位置还有两个回油小孔，此小孔是与缸头和曲轴箱相通的。

c.作功行程：当活塞接近上止点时，火花塞点燃压缩后的可燃混合气使之燃烧，即开始作功行程，可燃混合气燃烧后释放出大量的热量、使燃烧室内的压力和温度迅速上升，活塞在高温高压的燃气推动下快速向下运动，并带动曲柄连杆机构对外做功；

当Y≤τ时，产业创新速度对创新效益的弹性系数为θ1;当Y＞τ时，产业创新速度对创新效益的弹性系数为θ2。如果存在多个门槛，那么应当引入更多的τ，不过实际实证研究中往往以双门槛或三门槛居多，具体要进行门槛数量检验。

在气缸盖罩内盖的进气孔处装有簧片阀，簧片阀能完全遮挡住进气孔，簧片的一端通过铆钉固定在内盖进气孔边缘上，因为簧片具有一定的弹性，所以整片簧片与内盖的外壁是完全贴合的，而且簧片只能单向地朝环形腔室内侧打开。所以正常状态时，进气孔是处于关闭状态的，当缸头上部的油气混合气积累到一定量，形成的压力高于气缸盖罩内外盖之间的腔室中的压力时，混合气推开簧片进入到气缸盖罩内外盖之间的环形腔室中，缸头内的油气混合气浓度就会降低，压力减小，被推开的簧片又恢复到原始的贴合状态，此时进气孔又呈关闭状态，即可有效防止进入到环形腔室内的油气混合气再回流到缸头与曲轴箱内。

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2 新型油气分离气缸盖罩的结构及原理

在临床治疗中,妇科腹腔镜手术是首选的手术治疗方法。妇科腹腔镜手术方法具体众多优点,如手术安全性高、手术中出血量小、手术后恢复快等,从而有利于患者术后康复。但是妇科腹腔镜手术效果与麻醉技术有着密切关系,因此在实施腹腔镜手术过程中,麻醉至关重要[2][3]。

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在实际循环行程中，尤其是膨胀作功过程，因气缸内压力非常高，燃烧室也并不是完全密封的空间，总会有一部分高温高压的混合气会经由活塞环与气缸壁之间的缝隙窜入到曲轴箱，一般约为总量的0.2%，同时，这些高温高压的混合气也会使得附着在气缸壁上的机油产生雾化，这些雾化的机油会随混合气一同进入到与曲轴箱相通的气缸盖上方。气缸盖上方的气缸盖罩上设置有与外部环境相连通的出气孔，出气孔上会装废气管，废气管另一端接在空气滤清器的进气管上。进入曲轴箱的混合气经由气缸盖罩上的出气孔排出，并经由废气管进入发动机的进气系统，从而得以再次燃烧利用。但由于混合气中雾化的机油是不能够燃烧的，如果这些机油通过进气系统进入到燃烧室，则会在排气行程中通过排气门直接排到大气，对环境造成污染。因此必须要将混合气中的油气分离开，分离出来的雾化机油经沉降重新变为液态机油回流到曲轴箱内，而分离后的气体则通过发动机的废气管重新进入到进气系统中参与燃烧，从而可以有效地降低烧机油引起的废气排放，并减少了机油的消耗。

b.通过一块挡油板将环形的腔室分隔成较长的迷宫通道，使得油气混合气通过过滤网时可以吸附掉机油，提高油气分离效果，从而有效地节省了机油，并降低废气排放。

3 新型油气分离气缸盖罩的优点及相关技术指标

3.1 与现有技术相比，本装置具有以下优点：

a.本装置结构简单小巧，零部件少，安装方便，加工难度低。

当缸头上部的油气混合气从进气孔进入到外罩和内盖组合所形成的环形腔室中时，挡油板阻止了油气混合气直接从进气孔到达出气孔，使得混合气只能沿着迷宫通道通过过滤网，再到达出气孔，这样，油气混合气就要经过较长的行程，延长了油气混合气在腔室内的停留时间，即延长了油气分离的过程。当油气混合气通过迷宫通道上的过滤网时，油气混合气中的机油被过滤网所吸附，净化后的无油或少油的气体从出气孔排出，通过废气管、空气滤清器重新进入到发动机的进气系统中，供发动机重新利用；而在过滤网及环形腔室内积存的机油液滴会经过位于缸盖罩下方的回油小孔流回到曲轴箱。这样既降低了发动机的排放污染，又避免了机油的浪费。所以，从结构和原理上分析，此结构的油气分离装置结构简单，而且通过实践也证明使用了带有此结构的缸盖罩的汽油机是有一定的油气分离效果的。

3.2 国内外法规要求的排气污染物排放限值：

由于内燃机运行过程中排出的气体，如柴油机、汽油机汽车尾气中的有毒成分是造成城市大气污染的重要因素，其排气污染物主要包括氮氧化合物NOx，一氧化碳CO，未燃烧完全的碳氢化合物HC等，因此，内燃机污染物质的排放特性已成为内燃机性能好坏的重要标志。为标定内燃机的排放指标，比较不同内燃机的排放量，我们一般用比排放量来评价内燃机排放性能，比排放量是指单位时间，单位输出功率内燃机排出污染物的质量流量，单位为mg/kW·h或g/kW·h。

a.对于国内的产品，目前我们是按第二阶段的发动机排气污染物排放限值来执行的，第二阶段的排放限值较第一阶段要求有所提高，具体排放限值见下表(摘选)：

b.对于出口美国(除加州)的产品目前是按照EPA第三阶段废气排放标准执行的，出口欧洲的产品是按欧Ⅴ要求执行的，具体污染物排放限值见下表(摘选)：

3.3 应用本产品后的主要性能技术指标

在将本文中提到的增加了油气分离装置的新改型的气缸盖罩应用于我们的产品时，在同样的工况及试验条件下，对比改型前后几种不同型号汽油发动机的排放性能指标，可以看出应用新改型的气缸盖罩前后的排放指标差别，足以证明此油气分离装置是有明显效果的。具体数据如下：

4 结语

通过以上分析及测试数据对比，采用本文中提到的新型油气分离装置可以在一定程度上降低发动机的排放指标，而且此装置具有结构简单、加工制造方便、效率高、成本低等优点，可广泛应用于各类型四冲程汽油发动机。

[1]刘永长，内燃机原理[M]，武汉，武汉华中科技大学出版社，2001.6.

[2]叶晓红，王越贵，发动机[P]，浙江，温岭正峰动力有限公司，ZL201320617963.7.

[3]周龙保，内燃机学[M]，北京，机械工业出版社，1999.6.

[4]天津内燃机研究所、中国环境科学研究院，GB26133—2010非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放限值与测量方法(中国第一、二阶段)[S],环境保护部、国家质量监督检验检疫总局，2011-03-01.