车用发动机油气分离器的设计匹配.pdf

设计 计算 研究 ． 车用发动机油气分离器的设计匹配 ★ 黄 阔 1 蒋升龙 2 袁 兆成 1 1 ． 吉林大学 ； 2 ． 华晨汽车工程研究院 【 摘要 】 在分析发动机曲轴箱通风系统形式及几种油气分离器结构特点的基础上． 确定了曲轴箱通风系统的设 计方 案 滤 网油气 过滤 旋风式油气分离器 P C V控制 阀。在发 动机机油量 为标准值 、 最小值 、 最大值增 加 2 0 ％S E 况 下 ， 进行 了全 负荷 曲轴 箱通风试验 。结果表 明 ， 所 开发的 曲轴箱 通风系统在 活塞窜气量增加 1倍时 。 油气分 离器 和 P C V控制 阀之间无可见油流 ， 曲轴箱漏气量和 曲轴箱压力符合评价指标要求 。 提高 了油气分离效率 。 主题词 汽油机 曲轴箱通风系统油气分离器设计 中图分类号 U 4 6 4 文献标识码 A文章编号 1 0 0 0 3 7 0 3 2 0 1 2 0 3 0 0 3 2 0 3 De s i g n a n d M a t c h i n g o f Oi l Ga s S e p a r a t o r i n t h e Ve h i c l e En g i n e Hu a n g Ku o 。 ，J i a n g S h e n g l o n g 2 ，Yu a n Z h a o c h e n g 。 1 ． J il i n Un i v e r s i t y；2 ． B ri l l i a n c e Au t o mo b i l e Re s e a r c h I n s t i t u t e 【 Ab s t r a c t ] I n t h i s a r t i c l e ， w e a n a l y z e d t h e s t r u c t u r a l f e a t u r e o f e n g i n e c r a n k c a s e v e n t i l a t i o n s y s t e m a n d s e v e r al t y p e s 0 f o i l g a s s e p a r a t o r s a n d d e fi n e d t h e d e s i g n p r o g r a m o f c r a n k c a s e v e n t i l a t i o n s y s t e m s t r a i n e r o i l ’ g a s fi l t e r w h i r l o i l g a s s e p a r a t o r P C V c o n t r o l v a l v e ． F u l l l o a d c r a n k c a s e v e n t i l a t i o n t e s t wa s ma d e wi t h s t a n d a r d e n g i n e o i l q u a n t i t y ， mi n i mu m o i l q u a n t i t y a n d t h e ma x i mu m o i l q u a n t i t y ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t wi t h t h e d e v e l o p e d c r a n k c a s e v e n t i l a t i o n s y s t e m，t h e r e i s n o o i l fl o w v i s i b l e b e t we e n o i l g a s s e p ara t e a n d P C V c o n t r o l v alv e wh e n p i s t o n g a s b l o w- b y i s i n c r e a s e d b y o n e t i me ，a n d c r a n k c a s e g a s l e a k a g e a n d c r a n k c a s e p r e s s c o mp l y w i t h r e q u i r e me n t o f e v a l u a t i o n c ri t e ri a ． o i l g a s s e p a r a t i o n e ffic i e n c y i s i mp r o v e d ． Ke y wo r d s Ga s o l i n e e n g i n e ， Cr a n k c a s e v e n t i l a t i o n ， Oi l g a s s e p a r a t o r , De s i g n 1 前 言 在发动机工作过程 中． 燃烧室内的废气 、 未燃混 合气及水蒸气等往往会通过活塞与缸壁间隙渗入到 曲轴箱 窜到曲轴箱内的燃油蒸气凝结后将使机油 变稀 。 性能变坏 ； 若 流入 曲轴箱 的废气不排出 ， 则会 在 曲轴箱内形成高压 ． 使密封件漏油 ， 机油会从曲轴 油封 、 曲轴箱衬垫等处渗 出而流失 同时流失到大气 中的机油蒸气会加大对大气的污染【 l 】 本文 以某型 发动机 曲轴箱通风装置为例 ， 介绍其开发过程 。 2曲轴箱 通风 系统 的形 式 曲轴箱通风系统主要有开式 曲轴箱通风系统和 闭式 曲轴箱通风系统两类 开式 曲轴箱通风系统在 发动机处于全负荷低转速时产生的漏气量大 ．但流 量控制阀开度却减小 ．过量 的窜缸混合气会通过开 式通风盖散人大气 ，其净化率较低。闭式强制 曲轴 箱通风系统能完全实现控制曲轴箱 的排放 ．防止油 泥和其他有害物质的积蓄 ．减少 了发动机故障和磨 损 ， 也更能满足越来越严格的排放标准和环保要求 。 3 曲轴箱 通风系统的主要零件 3 ． 1 油气 分 离器 油气分离器是 曲轴箱通 风系统 中最重要 的零 件 ． 曲轴箱混合气通过油气分离器后 ． 机油从混合气 中分离 出来 回到油底壳 ．较为干净的气体经油气分 离器的分离后进人燃烧室再次燃烧嘲 。当前乘用车 发 动机 运用 较 多 的油气 分离 器形 式 主要有 滤 网式 、 迷宫式 、 旋风式 。 3 ． 1 ． 1 滤 网式 油气 分离 器 在发动机工作时 ．窜人曲轴箱的各种气体经过 滤 网的过滤 、分离后由出气 口排出。这种通风方式 结构 比较简单 ， 使用方便 ， 但其净化率相对较低 ， 导 人大气 中的可燃混合气和机油蒸气容易污染大气 。 3 ． 1 ． 2 迷宫式油气分离器 该 分离 器 主要 通 过 减缓 曲轴箱 混 合 气 的 流 {基 金项 目 “ 大学生创新性实验计划” 国家级资助项 目 2 0 1 1 A4 2 0 8 0 。 一 3 2 一 汽车技术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．设计 ． 计算 ． 研究 速 ． 使混合气 中的油雾冷凝 。 从而达到油气分离 的 效果【 3 ] 。迷宫式油气分离器的主要特点是使用寿命 长 、 压损小 、 价格便宜 ， 该结构曾广泛采用 ， 随着时间 的推移 ． 有 日益减少的趋势。 3 ． 1 ． 3 旋风式油气分离器 图 1为旋风式油气分离器结构示 意 ． 分离器 内 部设螺旋气道 ． 油气在气道 内高速旋转 ． 依靠离心 力将微观油滴甩到气道壁上 ． 微 观油滴在重力作用 下 回流 ． 气体则从顶部进入进气歧管 ． 油气分离效 果较佳 图 l旋 风 式 油 气 分 离 器结 构示 意 3 ． 2 P C V 压 力控 制 阀 、 P C V压力控制阀的工作原理是通过 曲轴箱与 进气管之间的压力差来调节窜气流量 ．使曲轴箱压 力稳定在一个合适 的范围内。 一般情况下 ． 曲轴箱压 力必须保证在一 2 ． 5 l k P a P C V压力控制 阀的另一 作用是阻止发动机的回火 ． 即避免引起曲轴箱爆炸 。 4 曲轴 箱通风 系统 的设计 开发 与试验验证 4 ． 1 曲轴箱通风系统的设计开发 目前 ．发动机曲轴箱通风系统越来越倾 向于将 P C V阀、 油气分离器等统置于气门室罩盖内部或者 发动机上易于布置的位置 ．使发动机整机结构更加 紧凑 。 占用空间更小； 同时也越来越倾向于使用分离 效率更高的油气分离器 ， 使发动机在排放、 经济性等 方面更有优势。本文所研究的发动机曲轴箱通风系 统的方案 设计为 滤 网油气 过滤 旋风 式油气分 离 器 P C V控制 阀 图 2 图 2 发动机曲轴箱通风 系统组成 2 0 1 2年第 3 期 发动机 曲轴箱油气首 先经过双层滤网进行油 气过滤和冷却 ．冷却下来 的大颗粒 油滴 回流到油 底壳 过滤后 的油气进入 5 0 m L的稳压腔 ， 在稳压 腔稳定后进 人螺旋切 向气 道 ．微 观油滴 在重力作 用下 回流到油底壳 ． 气 体则从顶部进 入到 P C V控 制阀。 这种结构 图 3 集约化程度较 高 ． 在系统 中链 轮室盖不仅具有遮盖和密封发动机前端面、充当机 油加油 口、 构成水泵和机油泵液压腔、 固定前悬置支 撑的作用 ． 还有效集成旋风式油气分离器 ， 构成曲轴 箱 通风 的 主要通 道 图 3 高度集成化的发动机链轮室盖示意 4 ． 2 曲轴箱通风系统的试验验证 试验用发动机的基本性能参数见表 1 所列 。 表 1试验用发动机的基本性能参数 发动机类型 直列 、 四缸 、 水冷 、 1 6 V、 D O H C 缸 径行程 ／ mmx mm 7 5 x 8 5 压 缩 比 9 1 燃料类 型 9 3 汽油 机 油 5 W- 3 0 标定功率转速 k w i n 1 0 5 6 0 0 0 最大扭矩转速／ N m r ／ mi n 2 0 0 1 7 0 0 4 5 0 0 升功率／ k W． L - l 7 0 发动机正常运转情况下 ． 在发动机整个 MA P图 中， 曲轴箱压力必须等于或小于 l k P a ． 在最恶劣的 情况下 ， 真空度不应超过 7 ． 5 k P a 。曲轴箱通风系统 试验是在发动机正常运转条件下和模拟各种恶劣条 件下进行的部分负荷和全负荷的测试 曲轴箱通风系统试验设备及试验仪器主要有测 功机 WT 一 1 9 0 、 控制 台 F E V T C M 、 集油罐 、 各种 温度及压力传感器等。机油消耗测量使用放机油称 重法 。冷却 液 为美 孚 防 冻液 ．机 油 为 E L F S A E 5 W3 0 A 3 B 3 ． 燃油为欧 Ⅲ标准汽油 图 4是曲轴箱通风系统试验装置 利用该装置 进行 了 1 2 h标准耐久试验工况机油消耗量试验 ． 收 集从 曲轴箱通风管路中窜出的机油进行称重 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．设计 ． 计算 ． 研究 ． 图 4曲轴 箱 通 风 系统 试 验 示 意 曲轴箱通风系统试验验证的评价指标 g ． 正常运转时， 进入进气歧管的净油量≤2 g ／ h b ． 当活塞窜气量增加 1倍应没有可视油流。 在标准机油量情况下发动机 的全负荷曲轴箱通 风 试 验结 果 如图 5所 示 重 蜒 彗 ‘ 基4 O 咖4 3 O 嫘 粱 幕2 0 钽1 发动机转速， r mi n - ， 8 曲轴箱压力 b 曲轴箱漏气量 图 5标准机油量情况下试 验结果 从 图 5 a中看 出 ． 在 标 准 机 油量 情 况 下 ． 发 动 机 曲轴箱压力在 0 ． 1 ～ 0 ． 9 k P a之 间．由于是全负荷试 验 ． 所 以进气歧管的压力为正 ， 试验时曲轴箱通风系 统走空滤后管路 ． 低速时空滤后压降小于高速， 所 以 低速 时的曲轴箱压力高于高速时的压力 从 图 5 b 可计算 出， 进入进气歧管的净油量为 0 ． 5 ， 满足设 计要求 图 6是在机油量为最小值情况下该发动机的全 负荷曲轴箱通风试验和活塞窜气量增加 1 倍时试验 结果对 比曲线 从 图 6中可知 ． 在机 油 量最 小值 情况 下 ， 发动 机 曲轴箱压力在 0 ． 1 - 0 ． 6 k P a 之间 ． 进入进气歧 管的净 油量为 0 4 g ／ h 当活塞窜气量增加 l 倍 时 ， 发动机 曲 轴箱压力在 1 ． 7 ～ 2 ． 5 k P a之间 ．油气分离器 和 P C V 控制阀之间无可见油流 ．进入进气歧管的净油量为 一 3 4 1 ． 8 g ／ h ， 也满足设计要求。 幽 暴 蛊 量 嫘 撰 暴 坦 a 曲轴箱压力 发 动 机转 速／ r mi n b 曲轴箱漏气量 图 6机油量最小值情况下的试 验结果 图 7是在 机 油量最 大 值增加 2 0 ％情况 下 发 动机 的全负荷 曲轴箱通风试验和活塞窜气量增加 l 倍时 试验结果对比曲线 。 昌 赠 蜒 暴 最 a 曲轴 箱压 力 b 曲轴 箱 漏 气 量 图 7 机油最大值加 2 0 ％ 情况下 的试验 曲线 从 图 7可知 ． 在机油量最大值加 2 0 ％情况下 ， 发 动机 曲轴箱压力在 0 ． 5 ～ 1 k P a之 间．进入进气歧管 的净油量为 1 ． 0 g ／ h ； 在活塞窜气量增加 l 倍情况下 ． 发动机曲． 轴箱压力在 1 ． 5 4 ． 3 k P a 之间 ． 油气分离器 汽车 ． 技术 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ．设计 ． 计算 研究 仿真技术在汽车结构侧面碰撞设计中的应用 李 文 刘 钢 刘旌扬 ． 一汽 海 马汽 车有 限公 司 【 摘要】 结合海马 A平台车系在 C N C A P中的表现， 同时考虑侧面碰撞胸部及腹部的得分状况， 合理运用计算 机仿真手段对侧面耐撞性能进 行优 化设计 。 使该平 台车 型在 C N C A P碰撞标准四星的基础上提升到 C N C A P五星 ， 同时更大程度缩短了产品研发周期 。 主题词 侧面碰撞优化设计仿真 中图分类号 U 4 6 1 ．9 1 文献标识码 A 文章编号i 1 0 0 0 3 7 0 3 2 0 1 2 0 3 0 0 3 5 0 4 Ap p l i c a t i o n o f S i mu l a t i o n Te c h n o l o g y i n t h e S i d e Cr a s h De s i g n o f Au t o mo b i l e L i We n ， L i u Ga n g ， L i u J i n g y a n g F a w H a i ma A u t o m o b i l e C o ． ， L t d 【 Ab s t r a c t ] C o mp u t e r s i m u l a t i o n me t h o d i s a p p l i e d i n o p t i mi z a t i o n o f s i d e e r a s h w o r t h i n e s s o f v e h i c l e i n c o n s i d e r a t i o n o f p e r f o r ma n c e o f Ha i ma A s e rie s v e h i c l e i n C- NCAP r a t i n g a n d r a t i n g i n c h e s t a n d a b d o me n c r a s h ，t h r o u g h wh i c h p r o mo t e s t h e C- NC AP c r a s h c ri t e ri a o f Ha i ma A p l a t f o rm mo d e l s f r o m f o u r - s t a r t o fi v e - s t ar，i n a d d i t i o n ， d e v e l o p me n t c y c l e i s a l s o s h o r t e n e d s i g n i fi c a n t l y ． Ke y wo r d s S i d e c r a s h ， Op t i mi z a t i o n d e s i g n ，S i mu l a t i o n 1 前 言 2 车身结构优化分 析 海 马汽 车公 司 A平 台的海 马 3系轿车在正 面 1 0 0 ％重叠刚性壁障碰撞试验和 4 0 ％重叠可变形壁 障碰撞试验 中 ．车身正 面车头吸能区吸能效果 良 好 ， 前纵梁 向内溃缩折成倒梯形 ． 碰撞后车 门能顺 利打开 ．乘员空间变形较小 ， C N C A P标准评价为 四星 。 结合海马汽车公司 A平 台车系在 C N C A P中 的表现 ． 同时考虑侧面碰撞胸部及腹部得分状况 ． 合 理运用计算机仿真手段对侧面耐撞性能进行优化设 计 ． 提升 了该平台汽车的侧 面碰撞性能 海马汽车公司各平 台车型的开发 ．从车身结构 设计到安全辅助系统的匹配 ．均运用 了计算机仿真 技术预测车身结构碰撞性能 ．得 出车身结构的耐撞 性评价 ． 从而指导结构设计和改进工作 2 ． 1 仿 真分 析 理论 求解车辆碰撞仿真分析问题时 ．多采用增量运 动方程的表述形式 ．考虑材料的本构关系及积分格 式 。 同时考虑材料的应变率效应[ 1 - 3 ] 。 2 ． 1 ． 1 增量运动方程的表述形式 以虚位移原理建立弱形式的运动方程为 和 P C V控制 阀之间无可见油流出现 ． 进入进气歧管 的净油量为 4 ． 2 g ／ l 1 ， 极限状态也满足设计要求 。 5 结束语 分析 了不 同油气分离器的结构特点 ．并对某型 汽油机 曲轴箱通风系统 中旋风式油气分离器进行 了 试验研究 ，确定了曲轴箱通风系统的设计方案。试 验结果表明 ， 所设计方案满足评价指标要求 。 提高了 2 0 1 2年第 3期 油气分离效率 。 曲轴箱压力控制正常。 参考 文 献 1 倪计民． 汽车内燃机原理 ． 上海 同济大学出版社 。 1 9 9 7 ． 2 周龙保． 内燃机学． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 3 宋隽杰． 曲轴箱通风系统 油气分离器 的性能研究．内燃机 工 程 ． 2 01 0 ． 4 G B 厂 r l 8 2 9 7 2 o 0 1汽车发动机性能试验方法． 责任编辑学林 修 改稿 收到 日期为 2 0 1 2年 2月 2 9日 一 3 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m