CN102705041A - 高效免维护多级油气分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：由独立式外壳或发动机缸盖上的分离孔内壁和油气分离器体壳组成第Ⅰ旋风分离腔，由油气分离器体壳和三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管的外壁组成第Ⅱ扩散分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管组成第Ⅲ精细旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管、旋流叶片组成第Ⅳ加强旋风分离腔，由圆周中心设置的小精细分离锥管组成第Ⅴ精细旋风分离腔，由安全阀腔体和安全阀组成的第Ⅵ撞击和扩散分离腔，形成多级高效分离。本发明的油气分离效率达到80％，而进气阻力不到1Kpa,完全达到了分离效果好、终身免维护使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车发动机的曲轴箱油气分离系统，尤其涉及一种汽车柴油发动机曲轴箱油气的高效免维护多级油气分离器。
背景技术
汽车发动机在工作时，由于发动机的活塞环与缸套之间始终存在一定的间隙，且此间会随着活塞环的磨损还会不断变大，总有一部分可燃混合气体和燃烧后的废气从此间隙中窜入到发动机曲轴箱内，造成曲轴箱内压力增加加大，机油从曲轴油封、曲轴箱衬垫、油底壳衬垫等处渗漏流失；窜到曲轴箱的燃烧后的废气，由于温度高，在发动机工作期间又与机油不断混合，致使机油高温碳化、变稀、性能变坏，同时又产生二次废气；二次废气中的水蒸汽凝结在机油中形成泡沫，影响机油的供给，这种现象在冬天尤其严重；二次废气中的二氧化硫遇水生成亚硫酸，亚硫酸在空气中生成硫酸，不仅使得机油变质，而且还腐蚀发动机零件；所以，发动机曲轴箱内的废气必须排出，以防机油变质，压力过大机油渗漏；但是由于曲轴箱废气中含有大量的可燃烧气体、燃烧废气和曲轴箱内的二次废气，其中又含有大量的水蒸汽、二氧化硫、以及液态机油、汽化机油，和机油高温变质产生的碳黑等，这种复杂的油气混合气体如果直接排放到大气中，不仅严重污染环境，而且还会带来大量的机油消耗，以一台1.3升的柴油发动机为例：活塞窜气量为50L/Min，废气所带出的机油量为0.67g/m3,则发动机每运行1000Hr，所带出的机油为2Kg。
我国公布的汽车排放标准规定：A类和B类车辆的曲轴箱废气不允许直接排放到大气；欧Ⅱ、欧Ⅲ汽车排放标准也规定：所有发动机的曲轴箱废气必须重新分离，机油回收到曲轴箱、废气重新进入到燃烧室燃烧后统一排放；同时，从2012年我国开始的PM2.5监测，更不允许直接向大气排放。为了分离曲轴箱废气中的油和气，现在在用的分离方式主要有以下几种：金属丝网阻隔：在曲轴箱体一侧或缸盖罩上装置一废气排放管，在管中放置一金属丝网，用以过滤分离液态的机油；此网虽能阻隔过滤部分液态的机油，但由于液态的机油吸附在丝网上，反而堵塞了丝网上的空气通道，加大了曲轴箱内压力，造成废气急剧喷出带出更多的液态机油，气化的机油根本分离不了；同时废气直接排放到大气中，污染环境。
迷宫式：在曲轴箱体或缸盖罩上开设废气排放通道，通道内设置多挡板形成迷宫，用以改变废气排放方向和增加废气与通道的接触面积，利用扩散效应、撞击效应和拦截效应，来分离油和气；此结构只能分离颗粒直径较大的液态油滴，对颗粒直径较小的液态油滴和、气化油滴和水蒸汽等不能进行有效分离，故分离效率低。
单级旋风分离式：此结构为在一旋风分离筒体中心设置一中心管，曲轴箱混合废气从旋风分离筒体上部切向进入旋风分离筒，从中心管由顶部排出；此方式由旋风产生的离心力分离，由于旋风筒直径固定，由F=M×Vt 2/R可知，只能在一定的气流速度下分离出部分的一定质量的液态油滴，故分离效率较低，只有40％不到。
滤芯式：此方式为在分离腔内设置一油气分离滤芯，此滤芯由一种超精细合成纤维制成；此方式由于使用了滤芯，其初始效率高，可达95％以上；但由于超精细合成纤滤芯的微孔极小，油气混合气中的油和碳化颗粒极易附着于滤芯表面和沉淀于滤芯内部，造成滤芯堵塞，分离效率急剧下降、阻力增加，曲轴箱压力不断增高；特别是冬天，油气混合气中水蒸汽附着在滤芯表面和沉淀于滤芯内部，在发动机停止工作后，产生结冰堵塞滤芯失效；经实际使用证明，滤芯均在发动机工作不到3000KM就严重失效，安全性极差，后期维护费用很高，用户抱怨很大。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，而提供一种闭式循环的、分离效率高、阻力小、免维护的高效免维护多级油气分离器，具体技术方案为：由独立式外壳或发动机缸盖上的分离孔内壁和油气分离器体壳组成第Ⅰ旋风分离腔，由油气分离器体壳和三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管的外壁组成第Ⅱ扩散分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管组成第Ⅲ精细旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管、旋流叶片组成第Ⅳ加强旋风分离腔，由圆周中心设置的小精细分离锥管组成第Ⅴ精细旋风分离腔，由安全阀腔体和安全阀组成的第Ⅵ撞击和扩散分离腔，形成多级高效分离；曲轴箱的混合废气在负压作用下经切向进入多级分离腔，分离后的废气经出气口接入进气岐管重新燃烧统一排放，分离后的机油经统一的密闭的回油通道回收到曲轴箱。
本发明所说的第Ⅰ旋风分离腔，由独立式油气分离器的单独外壳或集成在缸盖罩壳上的分离腔内壁和本发明的油气分离器体盖、油气分离器体壳、密封圈组成，该腔为圆环形封闭腔体，下半部体积变大；在腔体下部油气分离器体下盖平面上设置两个直径不小于Ф3.0的回油孔。
本发明所说的Ⅱ扩散分离腔，由油气分离器体盖、油气分离器体壳和三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管的外壁、安全分离腔外壁组成，顶部连通三个精细分离锥管的切向进气口。
本发明所说的第Ⅲ精细旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管、锥管顶部的切向进气口、油气分离器体盖和中心管组成，锥管内径、中心管外径之比为2.25:1。
本发明所说的第Ⅳ加强旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管、旋流叶片和旋流叶片中心管组成，锥管内径、中心管外径之比为2.25:1；分离锥管底部呈圆锥形，圆锥角为39°，圆锥底部设直径不小于Ф2.5的回油孔，中心管顶部设出气口，旋流叶片内径与中心管外径相切，旋流叶片外径与分离锥管内径相切，四至六片叶片在圆周90°分布，螺旋角为26°，其轴向投影必须闭合可重叠。
本发明所说的第Ⅴ精细旋风分离腔，由在本油气分离器中心的小精细分离锥形管和油气分离器体盖组成，小精细分离锥管内径与第Ⅲ精细旋风分离腔的中心管外径大小一致，在锥形分离管内孔上与第Ⅰ旋风分离腔的最低平面即油气分离器体下盖上表面相平处设置一切向进气口，在顶部设置一出气口，在锥管底部设置直径不小于Ф2.5的回油孔，分离锥管底部呈圆锥形，圆锥角为23°。
本发明所说的第Ⅵ撞击和扩散分离腔，由安全分离腔体、油气分离器体盖和安全阀片组成，主要是避免第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分离腔的进、出气口被完全堵塞（当然是不可能的）而设计的，安全阀片为一厚度为0.3mm不锈钢金属弹簧阀片，分离腔最底部设置两个直径不小于Ф2.5的回油孔。
使用本发明的高效免维护多级油气分离器时，本发明的油气分离器经与呼吸器体、单独的油气分离器外壳和安装支架形成独立外挂式的油气分离器总成或与呼吸器体、缸盖罩壳上集成的分离腔组成集成模块化的油气分离器模块，其呼吸器内腔与本发明的出气口4、7、10相通；呼吸器出气管与发动机的进气岐管相通；呼吸器内腔与出气管中间设置流量压力调节阀；曲轴箱的混合废气在进气岐管的负压下，经第Ⅰ分离腔顶部的切向进气口进入第Ⅰ旋风分离腔，废气中的较大的液态油滴、碳化颗粒在自身重力作用下掉到分离腔底部或在离心力的作用下，甩到分离腔的壁上，凝结成较大的油滴再掉到分离腔底部；同时废气中的较小的液态油滴、碳化颗粒，在旋转过程中进行不断撞击，在机油的粘附特性作用下，也不断凝结成较大的液态油滴、碳化颗粒，再经前面所述的分离过程，进行分离，完成第一级粗分离；分离出的液态油经分离腔底部的回油孔8，流入回油腔Ⅶ；经第一级粗分离后的废气中的较大的气化油分子，由于自身相对质量较大，混合在废气中，悬浮于第Ⅰ分离腔的底部，在呼吸器负压作用下，经切向进气口5进入第Ⅴ分离腔，同样在旋转离心力的作用下，不断撞击、甩到分离腔的壁上、凝结成较大的油滴再掉到分离腔底部，经回油孔6，流入回油腔Ⅶ，分离后的废气从出气口7进入呼吸器；经第一级粗分离后的废气中的较小的汽化油分子，在呼吸器负压作用下，经第Ⅱ分离腔、切向进气口2被吸入第Ⅲ分离腔；在从第Ⅰ分离腔转向进入第Ⅱ分离腔和经切向进气口转向进入第Ⅲ分离腔的过程中，较小的气化油分子，由于第Ⅰ、Ⅱ分离腔上下部体积的变化，流速也发生变化，在扩散效应、撞击效应的作用下，小的油分子之间、油分子与第Ⅱ分离腔壁之间不断撞击、凝结成大的油滴，完成部分较小汽化油分子的分离；尚有小部分未被分离出的较小的汽化油分子，经切向进气口2进入第Ⅲ分离腔，在旋转离心力的作用下，不断撞击、甩到分离锥腔的壁上、凝结成较大的油滴，经旋流叶片1.5，由分离锥底部的回油孔3，流入回油腔Ⅶ；经第Ⅲ分离腔分离后的废气，里面质量极轻、微粒极小的汽化油分子，通过旋流叶片1.5时，经旋流叶片提高其旋流强度，在旋转离心力的作用下，不断撞击、甩到分离锥腔的壁上、凝结成较大的油滴，进行完全彻底的分离；分离出的油，由分离锥底部的回油孔3，流入回油腔Ⅶ；分离后的气体，经出气口4，进入呼吸器；假设第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分离腔的进、出气口被堵塞，负压吸气通道被完全堵死（当然是不可能的），此时曲轴内的压力会增高，第Ⅰ分离腔的的压力也会增高，此时在压力作用下，顶开安全阀片1.10，打开安全阀口9，废气进入第Ⅵ分离腔，在扩散效应的作用下，较大的液态油滴、碳化颗粒在自身重力作用下掉到分离腔底部，较小的液态油滴、碳化颗粒，由于流速的变化不断撞击，在机油的粘附特性作用下，也不断凝结成较大的液态油滴、碳化颗粒，掉到分离腔底部，经底部两个回油孔和回油孔11，流入回油腔Ⅶ。
从本发明的技术方案可以看出：由于采用了第一级粗旋风分离、第二级精细旋风分离、第三级加强旋风分离，大小锥形分离管的组合，以及安全阀和安全分离腔的设置，合适的进出气口和回油孔的设计和布置，将筛选效应、拦截效应、惯性撞击效应、扩散效应的分离原理的综合应用，达到了完美的组合；这样不仅保证了在不同工况下、废气中不同成分的物质均能得到有效的分离，而且解决了其他方案分离效率低、阻力大、寿命短、后期维护成本高、易结冰堵塞等的诸多缺点；经发动机试验台架测试表明，本发明的油气分离效率达到80％，而进气阻力不到1Kpa,完全达到了分离效果好、终身免维护使用的发明目的；并且本发明可根据发动机窜气量的多少，将锥形分离腔布置到3-6个，也可通过与呼吸器的不同组合，设计成独立外挂式、集成模块化等不同的油气分离器总成。
附图说明
图1是本发明高效免维护多级油气分离器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述：
实施例1，由独立式外壳或发动机缸盖上的分离孔内壁和油气分离器体壳组成第Ⅰ旋风分离腔，由油气分离器体壳和三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管的外壁组成第Ⅱ扩散分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管组成第Ⅲ精细旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管、旋流叶片组成第Ⅳ加强旋风分离腔，由圆周中心设置的小精细分离锥管组成第Ⅴ精细旋风分离腔，由安全阀腔体和安全阀组成的第Ⅵ撞击和扩散分离腔，形成多级高效分离；曲轴箱的混合废气在负压作用下经切向进入多级分离腔，分离后的废气经出气口接入进气岐管重新燃烧统一排放，分离后的机油经统一的密闭的回油通道回收到曲轴箱。
本发明所说的第Ⅰ旋风分离腔，由独立式油气分离器的单独外壳或集成在缸盖罩壳上的分离腔内壁1.0和本发明的油气分离器体盖1.1、油气分离器体壳1.2、密封圈1.8组成，该腔为圆环形封闭腔体，下半部体积变大；在腔体下部油气分离器体下盖1.11平面上设置两个直径不小于Φ3.0的回油孔8。
本发明所说的Ⅱ扩散分离腔，由油气分离器体盖1.1、油气分离器体壳1.2和三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管1.3的外壁、安全分离腔1.9外壁组成，顶部连通三个精细分离锥管的切向进气口2。
本发明所说的第Ⅲ精细旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管1.3、锥管顶部的切向进气口2、油气分离器体盖1.1和中心管1.4组成，锥管内径、中心管外径之比为2.25:1.
本发明所说的第Ⅳ加强旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管1.3、旋流叶片1.5和旋流叶片中心管1.6组成，锥管内径、中心管外径之比为2.25:1，分离锥管底部呈圆锥形，圆锥角为39°，圆锥底部设直径不小于Φ2.5的回油孔3，中心管顶部设出气口4，旋流叶片内径与中心管外径相切，旋流叶片外径与分离锥管内径相切，四至六片叶片在圆周90°分布，螺旋角为26°，其轴向投影必须闭合可重叠。
本发明所说的第Ⅴ精细旋风分离腔，由在本油气分离器中心的小精细分离锥形管1.7和油气分离器体盖1.1组成，小精细分离锥管内径与第Ⅲ精细旋风分离腔的中心管外径大小一致，在锥形分离管内孔上与第Ⅰ旋风分离腔的最低平面即油气分离器体下盖1.11上表面相平处设置一切向进气口5，在顶部设置一出气口7，在锥管底部设置直径不小于Φ2.5的回油孔6，分离锥管底部呈圆锥形，圆锥角为23°。
本发明所说的第Ⅵ撞击和扩散分离腔，由安全分离腔体1.9、油气分离器体盖1.1和安全阀片1.10组成，主要是避免第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分离腔的进、出气口被完全堵塞（当然是不可能的）而设计的，安全阀片1.10为一厚度为0.3mm不锈钢金属弹簧阀片，分离腔最底部设置两个直径不小于Φ2.5的回油孔11。
Claims (7)
1.一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：由独立式外壳或发动机缸盖上的分离孔内壁和油气分离器体壳组成第Ⅰ旋风分离腔，由油气分离器体壳和三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管的外壁组成第Ⅱ扩散分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管组成第Ⅲ精细旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管和中心管、旋流叶片组成第Ⅳ加强旋风分离腔，由圆周中心设置的小精细分离锥管组成第Ⅴ精细旋风分离腔，由安全阀腔体和安全阀组成的第Ⅵ撞击和扩散分离腔，形成多级高效分离。
2.根据权利要求1所述的一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：所述的第Ⅰ旋风分离腔，由独立式油气分离器的单独外壳或集成在缸盖罩壳上的分离腔内壁（1.0）和本发明的油气分离器体盖（1.1）、油气分离器体壳（1.2）、密封圈（1.8）组成，该腔为圆环形封闭腔体，下半部体积变大，在腔体下部油气分离器体下盖（1.11）平面上设置两个直径不小于Φ3.0的回油孔（8）。
3.根据权利要求1所述的一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：所述的Ⅱ扩散分离腔，由油气分离器体盖（1.1）、油气分离器体壳（1.2）和三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管（1.3）的外壁、安全分离腔（1.9）外壁组成，顶部连通三个精细分离锥管的切向进气口（2）。
4.根据权利要求1所述的一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：所述的第Ⅲ精细旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管（1.3）、锥管顶部的切向进气口（2）、油气分离器体盖（1.1）和中心管（1.4）组成，锥管内径、中心管外径之比为2.25:1。
5.根据权利要求1所述的一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：所述的第Ⅳ加强旋风分离腔，由三支在圆周呈90°分布的精细分离锥管（1.3）、旋流叶片（1.5）和旋流叶片中心管（1.6）组成，锥管内径、中心管外径之比为2.25:1，分离锥管底部呈圆锥形，圆锥角为39°，圆锥底部设直径不小于Φ2.5的回油孔（3），中心管顶部设出气口（4），旋流叶片内径与中心管外径相切，旋流叶片外径与分离锥管内径相切，四至六片叶片在圆周90°分布，螺旋角为26°，其轴向投影必须闭合可重叠。
6.根据权利要求1所述的一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：所述的第Ⅴ精细旋风分离腔，由在油气分离器中心的小精细分离锥形管（1.7）和油气分离器体盖（1.1）组成，小精细分离锥管内径与第Ⅲ精细旋风分离腔的中心管外径大小一致，在锥形分离管内孔上与第Ⅰ旋风分离腔的最低平面即油气分离器体下盖（1.11）上表面相平处设置一切向进气口（5），在顶部设置一出气口（7），在锥管底部设置直径不小于Φ2.5的回油孔（6），分离锥管底部呈圆锥形，圆锥角为23°。
7.根据权利要求1所述的一种高效免维护多级油气分离器，其特征在于：所述的第Ⅵ撞击和扩散分离腔，由安全分离腔体（1.9）、油气分离器体盖（1.1）和安全阀片（1.10）组成，主要是避免第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分离腔的进、出气口被完全堵塞而设计的，安全阀片（1.10）为一厚度为0.3mm不锈钢金属弹簧阀片，分离腔最底部设置两个直径不小于Φ2.5的回油孔（11）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140813 Termination date: 20180618 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |