CN105134334B - 一种油气分离结构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车部件技术领域，提供了一种油气分离结构及其设计方法，包括分离组件、分别设于分离组件的两侧的油气分离系统入口和油气分离系统出口；分离组件包括第一挡板和回油口，第一挡板设有若干个通孔，且其周边与进气腔的进气内腔壁或者排气腔的排气内腔壁完全贴合；回油口设于第一挡板远离油气分离系统入口的一侧。本发明通过设置第一挡板，气体携带的油滴在通孔处互相撞击，能聚集成较大的油滴，较大的油滴更易沉积到排气腔或者进气腔靠近地面的一侧，从而使进入气缸的活塞窜气中的油滴量减小，降低“烧机油”的概率，提供充足的动力，保护引擎，提高整车的性能和驾驶的安全性。

Description

一种油气分离结构及其设计方法

技术领域

本发明属于汽车部件技术领域，具体涉及一种油气分离结构及其设计方法。

背景技术

发动机工作时，会有部分可燃混合气和燃烧产物经活塞环由气缸窜入曲轴箱内，这部分活塞窜气将携带部分机油通过曲轴箱通风系统进入气缸燃烧，如果不及时将机油从活塞窜气中分离出来，将导致发动机“烧机油”现象。因此，通常设计有油气分离结构，即于气缸的进气腔与排气腔分别设置挡板，当活塞窜气绕过挡板时，由于油滴质量较大，则其离心力较大，这样，经过挡板后，离心力更大的油滴从窜气中分离出来，并被一些设置的挡油板吸附，从而使得油气得到分离。

现有的这种油气分离结构，对于一些直径较小的油滴，由于其质量较小，则其离心力较小，绕过挡板时，不易从窜气中分离出来。对于增压机型而言，由于爆压较大，产生的活塞窜气中含有大量的这种颗粒较小的油滴，仅仅通过这种方式进行油气分离，将无法分离这些油滴，从而导致油气分离效率较低，最终导致烧机油等现象，进而导致燃烧室的积碳增加、怠速不稳、加速无力、油耗上升、尾气排放超标等不良后果，严重者发动机润滑不足，使引擎造成难以修复的损伤，甚至报废，增加维修成本，甚至事故隐患。。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气分离结构及其设计方法，通过设置第一挡板，能够减少进入燃烧室的油滴，避免“烧机油”现象，保护引擎，提高整车的性能和操控的安全性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种油气分离结构，包括分离组件、分别设于所述分离组件的两侧的油气分离系统入口和油气分离系统出口；所述分离组件包括第一挡板和回油口，所述第一挡板设有若干个通孔，且其周边与进气腔的进气内腔壁或者排气腔的排气内腔壁完全贴合；所述回油口设于所述第一挡板远离所述油气分离系统入口的一侧。

优选地，所述通孔分布于所述第一挡板远离地面的一侧。

优选地，所述第一挡板与所述回油口之间还设有第二挡板，所述第二挡板靠近地面的一侧与所述进气内腔壁或者所述排气内腔壁留有第一间隙。

优选地，所述第二挡板靠近所述第一挡板的一侧设有齿状结构。

优选地，所述分离组件还包括第三挡板，所述第三挡板靠近地面的一侧与所述回油口的开口正对，且所述第三挡板远离地面的一侧与所述进气内腔壁或者所述排气内腔壁留有第二间隙。

优选地，所述第三挡板位于所述回油口的纵截面。

优选地，所述排气腔沿其腔体通道设有两个所述分离组件。

优选地，所述排气腔的两个所述分离组件分别为第一分离组件和第二分离组件，且所述第一分离组件较所述第二分离组件靠近所述油气分离系统入口；所述第一分离组件的第一通孔的总面积等于所述第二分离组件的第二通孔的总面积。

本发明还提供上述油气分离结构的设计方法，包括：

步骤S1：测试曲轴箱压力P0，窜气量Q；计算第一分离组件的第一压力P1和第二分离组件的第二压力P2；

步骤S2：设置所述第一通孔与所述第二通孔均为圆孔，所述第一通孔的直径为预设值d，所述第二通孔的直径为(d-0.2)，且设置直径间隔值为δ；

步骤S3：设置所述第一通孔的个数为n1；

步骤S4：计算所述第二通孔的个数n2；

步骤S5：利用流体力学软件对油气分离系统的内流场进行CFD计算，边界条件为曲轴箱压力P0，流量为窜气量Q；计算此时的第一油气分离组件的第三压力P3，第二油气分离组件的第四压力P4；

步骤S6：比较所述第三压力P3是否大于所述第一压力P1；所述第四压力P4是否大于所述第二压力P2，若二者均为是，计算第一通孔的总面积L，执行步骤S8；若有一者为否，执行步骤S7；

步骤S7：n1＝n1-1，并返回步骤S4；

步骤S8：利用符合所述第一通孔的直径d、所述第二通孔的直径(d-0.2)、所述第一通孔的个数n1、所述第二通孔的个数n2的所述第一油气分离组件、所述第二油气分离组件进行活塞窜气的含油量试验，测得活塞窜气的含油量；

步骤S9：若所述含油量不小于期望值，执行步骤S10；若所述含油量小于所述期望值，执行步骤S12；

步骤S10：第一通孔的直径d＝d-δ；

步骤S11：第一通孔的总面积L不变，计算第一通孔的个数n1、第二通孔的个数n2，并返回步骤S8；

步骤S12：所述第一通孔的直径＝d，所述第二通孔的直径＝d-0.2，所述第一通孔的个数＝n1；所述第二通孔的个数＝n2。

优选地，所述进气腔的分离组件的通孔的直径等于所述第一通孔的直径，所述进气腔的分离组件的通孔的个数等于所述第一通孔的个数。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设置第一挡板，当活塞窜气穿过时，气体仅能够从第一挡板的通孔通过，其携带的油滴在通孔处互相撞击，能聚集成较大的油滴，较大的油滴由于其质量较大，绕过挡板时由于其较大的离心力而更易从窜气中分离出来，更易沉积到排气腔或者进气腔靠近地面的一侧，从而使进入气缸的活塞窜气中的油滴量减小，降低“烧机油”的概率，减少燃烧室的积碳，保证怠速的稳定性，提供充足的动力，保护引擎，提高整车的性能和驾驶的安全性。

附图说明

图1是本发明所提供的油气分离结构一种具体实施方式的示意图；

图2是本发明所提供的油气分离结构一种具体实施方式分离组件的结构示意图。

附图标记：

在图1-图2中：

1、护罩本体，2、进气底板，3、排气底板，4、第一分离组件，5、第二分离组件，6、第三分离组件，7、油气分离系统入口，8、第一挡板，9、第二挡板，10、第三挡板，11、回油口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1-图2，在一种具体实施方式中，本发明所提供的油气分离结构，包括分离组件、分别设于分离组件的两侧的油气分离系统入口和油气分离系统出口；分离组件包括第一挡板8和回油口11，第一挡板8设有若干个通孔，且其周边与进气腔的进气内腔壁或者排气腔的排气内腔壁完全贴合；回油口11设于第一挡板8远离油气分离系统入口的一侧。

上述实施例通过设置第一挡板8，当活塞窜气穿过时，气体仅能够从第一挡板8的通孔通过，其携带的油滴在通孔处互相撞击，能聚集成较大的油滴，较大的油滴由于其质量较大，绕过挡板时由于其较大的离心力而更易从窜气中分离出来，更易沉积到排气腔或者进气腔靠近地面的一侧，从而使进入气缸的活塞窜气中的油滴量减小，降低“烧机油”的概率，减少燃烧室的积碳，保证怠速的稳定性，提供充足的动力，保护引擎，提高整车的性能和驾驶的安全性。

发动机的缸盖护罩包括护罩本体1、进气底板2和排气底板3，护罩本体1与进气底板2形成进气腔，与排气底板3形成排气腔。缸盖护罩安装于发动机缸体，回油口11的高度尺寸根据护罩本体1与发动机缸体的空间设置。

油气分离结构分别设于进气腔与排气腔，在低负荷时，由于进气歧管的负压较大，活塞窜气均从进气腔进行油气分离；在中高负荷时，由于增压的作用，进气歧管为正压力，活塞窜气均从排气腔进行油气分离。进气腔的回油口11通常设于进气底板2，且伸向发动机缸体；排气腔的回油口11设于排气底板3，且伸向发动机缸体；回油口11与排气底板3或者进气底板2可以为一体成型，也可以为二者分别加工，通过焊接、铆接或者螺钉连接的方式连接为一体，优选二者一体加工成型，即排气腔的回油口11与排气底板3一体加工成型，进气腔的回油口11与进气底板一体加工成型，提高二者的连接强度。

进气腔的第一挡板8的周边封闭进气腔的通道，排气腔的第一挡板8的周边封闭排气腔的通道。第一挡板8与进气腔或者排气腔的连接方式可以为镶嵌、卡接或者焊接、铆接等方式，优选焊接，方便加工和装配。

优选第一挡板8的厚度为8mm，具有一定厚度的挡板能够使活塞窜气通过通孔时更易发生碰撞。当然也可以为其他尺寸，如5mm或者10mm，但是厚度太小油滴的碰撞概率太小，厚度太大，油滴碰撞形成较大的油滴后又无法尽快冲出通孔，易造成堵塞。

通孔可以为圆孔，或者方孔，也可以为其它异型孔，优选圆孔，方便加工。

通孔分布于第一挡板8远离地面的一侧。由于气体通常较轻，远离地面的一侧设置通孔，有利于气体的通过；且在远离地面的一侧设置通孔，使气体在此区域聚集，更易发生碰撞，有利于形成较大的油滴，以起到更好地油气分离。通孔也可以分布于整个第一挡板8，或者仅分布于靠近地面的一侧

第一挡板8与回油口11之间还设有第二挡板9，第二挡板9靠近地面的一侧与进气内腔壁或者排气内腔壁留有第一间隙。增加第二挡板9能够使活塞窜气中的油滴与其发生碰撞，将气体与油滴分离，进一步降低活塞窜气中的油滴；且在靠近地面的一侧设置第一间隙，使分离后的气体能够由此通过。

通过第一挡板8和/或第二挡板9分离的油滴最后沉积到进气底板或者排气底板，最终通过回油口11流入油底壳，进行再次利用，节省能源。

第二挡板9靠近第一挡板8的一侧设有齿状结构。齿状结构能够进一步增大第二挡板9的吸附面积，使活塞窜气中的油滴更容易被吸附出来，起到更好地油气分离作用。第二挡板9的表面可以为光滑面，也可以为其它结构，如波浪结构，或者无规则的凸起与凹坑结构。

第二挡板9的厚度为2mm，齿形结构的齿形高度为4mm，齿形宽度与圆孔的直径相同，以起到进一步阻碍油滴的目的。

第二挡板靠近地面的一侧与进气底板2或者排气底板3沿垂直于地面方向的尺寸为8.5mm。

第二挡板9与进气腔或者排气腔的连接方式可以为镶嵌、卡接或者焊接、铆接等方式，优选焊接，方便加工和装配。

分离组件还包括第三挡板10，第三挡板10靠近地面的一侧与回油口11的开口正对，且第三挡板10远离地面的一侧与进气内腔壁或者排气内腔壁留有第二间隙。通过第三挡板10进一步挡住活塞窜气中剩余的油滴和质量较大的油滴，使得质量较轻的气体穿过第二间隙，通过油气分离系统出口进入燃烧室。

第三挡板10与进气腔或者排气腔的连接方式可以为镶嵌、卡接或者焊接、铆接等方式，优选焊接，方便加工和装配。

第三挡板10位于回油口11的纵截面。该位置设置能够使被分离的油滴更快地流入回油口11，流回油底壳，进行再次利用，节省能源。

第三挡板10远离地面的一侧与进气底板2或者排气底板3沿垂直于地面方向的尺寸为8.5mm。

第一挡板8、第二挡板9和第三挡板10三者通常平行设置。以提高装配的方便性。

排气腔沿其腔体通道设有两个分离组件。由于中高负荷时，活塞窜气较大，通过两个分离组件，以提高油气分离的效率和质量，进一步保护发动机。

排气腔的两个分离组件分别为第一分离组件4和第二分离组件5，且第一分离组件4较第二分离组件5靠近油气分离系统入口7；第一分离组件4的第一通孔的总面积等于第二分离组件5的第二通孔的总面积。通过设置通孔面积相同的第一分离组件4与第二分离组件5，能够保证二级油气分离的功能和油气分离后的压力。

具体地，如图1所示，排气腔设置两个分离组件，分别为第一分离组件4和第二分离组件5，二者顺次设于排气腔的通道内，且均位于油气分离系统入口7与油气分离系统出口之间。第一分离组件4的第一回油口和第二分离组件5的第二回油口与排气底板3一体加工成型，且二者沿垂直于地面的方向的高度不同，分别为第一高度和第二高度。进气腔进设置一个分离组件，为第三分离组件6，位于进气腔的通道内，且位于油气分离系统入口7与油气分离系统出口之间，第三分离组件6的第三回油口沿垂直于地面的方向的第三高度，可以与第一回油口的第一高度或者第二回油口的第三高度相等或者不等。

本发明还提供上述油气分离结构的设计方法，包括：

根据凸轮轴室的空间布置情况来布置回油口，尽量使第二回油口的高度在空间允许的情况下达到最大值，根据布置情况得到此时第二回油口的高度值H。通常，第一回油口的高度为第二回油口高度的60％。第三回油口的高度与第一回油口的高度保持一致。

步骤S1：通过试验测试曲轴箱压力P0，窜气量Q；计算第一分离组件的第一压力P1和第二分离组件的第二压力P2，具体计算公式如下：

P1＝P0-ρ×g×(H×60％-10)，P2＝P0-ρ×g×(H-10)，

其中，ρ为机油密度，式中10为第一回油口/第二回油口的高度的余量；

步骤S2：设置第一通孔与第二通孔均为圆孔，第一通孔的直径为预设值d，第二通孔的直径为(d-0.2)，且设置直径间隔值为δ；

步骤S3：设置第一通孔的个数为n1；

步骤S4：根据第一通孔的总面积等于第二通孔的总面积，计算第二通孔的个数n2；

步骤S5：利用流体力学软件对油气分离系统的内流场进行CFD计算，边界条件为曲轴箱压力P0，流量为窜气量Q；计算此时的第一油气分离组件4的第三压力P3，第二油气分离组件5的第四压力P4；

步骤S6：比较第三压力P3是否大于第一压力P1；第四压力P4是否大于第二压力P2，若二者均为是，计算第一通孔的总面积L，执行步骤S8；若有一者为否，执行步骤S7；

步骤S7：n1＝n1-1，并返回步骤S4；

步骤S8：利用符合第一通孔的直径d、第二通孔的直径(d-0.2)、第一通孔的个数n1、第二通孔的个数n2的第一油气分离组件4、第二油气分离组件5进行活塞窜气的含油量试验，测得活塞窜气的含油量；

步骤S9：若含油量不小于期望值，执行步骤S10；若含油量小于期望值，执行步骤S12；

步骤S10：第一通孔的直径d＝d-δ；

步骤S11：第一通孔的总面积L不变，计算第一通孔的个数n1、第二通孔的个数n2，并返回步骤S8；

步骤S12：第一通孔的直径＝d，第二通孔的直径＝d-0.2，第一通孔的个数＝n1；第二通孔的个数＝n2。

通过上述迭代和试验的方式计算第一挡板8的圆孔直径于个数，能够使第一挡板8的结构更合理，从而更好地起到油气分离的作用。

优选地，进气腔的分离组件的通孔的直径等于第一通孔的直径，进气腔的分离组件的通孔的个数等于第一通孔的个数。该种设置，结构简单，便于制造。

优选地预设d的初始值选为3mm，间隔值δ选为0.2mm，期望值为2克/小时。通过该设置，既能够简化算法，且最终得到的圆孔直径和个数在实验中更好地起到油气分离的作用。

上述流体力学软件中，通常设置网格为2mm，在通孔附近的区域优选设置小于2mm的网格，以进一步提高计算分析的精度和准确性。

第一通孔、第二通孔的设计也可以利用其它方法，如仅通过试验测试得到，但该种方式需要的试验次数太多，效率低，影响整个生产进度。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不限定于上述实施例，而只受权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (7)

1.一种油气分离结构的设计方法，所述油气分离结构包括分离组件、分别设于所述分离组件的两侧的油气分离系统入口和油气分离系统出口；所述分离组件包括第一挡板和回油口，所述第一挡板设有若干个通孔，且其周边与进气腔的进气内腔壁或者排气腔的排气内腔壁完全贴合；所述回油口设于所述第一挡板远离所述油气分离系统入口的一侧；所述排气腔沿其腔体通道设有两个所述分离组件；所述排气腔的两个所述分离组件分别为第一分离组件和第二分离组件，且所述第一分离组件较所述第二分离组件靠近所述油气分离系统入口；所述第一分离组件的第一通孔的总面积等于所述第二分离组件的第二通孔的总面积，其特征在于，

对所述油气分离结构的设计方法包括：

步骤S1：测试曲轴箱压力P0，窜气量Q；计算第一分离组件的第一压力P1和第二分离组件的第二压力P2；

步骤S2：设置所述第一通孔与所述第二通孔均为圆孔，所述第一通孔的直径为预设值d，所述第二通孔的直径为(d-0.2)，且设置直径间隔值为δ；

步骤S3：设置所述第一通孔的个数为n1；

步骤S4：计算所述第二通孔的个数n2；

步骤S5：利用流体力学软件对油气分离系统的内流场进行CFD计算，边界条件为曲轴箱压力P0，流量为窜气量Q；计算此时的第一油气分离组件的第三压力P3，第二油气分离组件的第四压力P4；

步骤S6：比较所述第三压力P3是否大于所述第一压力P1；所述第四压力P4是否大于所述第二压力P2，若二者均为是，计算第一通孔的总面积L，执行步骤S8；若有一者为否，执行步骤S7；

步骤S7：n1＝n1-1，并返回步骤S4；

步骤S8：利用符合所述第一通孔的直径d、所述第二通孔的直径(d-0.2)、所述第一通孔的个数n1、所述第二通孔的个数n2的所述第一油气分离组件、所述第二油气分离组件进行活塞窜气的含油量试验，测得活塞窜气的含油量；

步骤S9：若所述含油量不小于期望值，执行步骤S10；若所述含油量小于所述期望值，执行步骤S12；

步骤S10：第一通孔的直径d＝d-δ；

步骤S11：第一通孔的总面积L不变，计算第一通孔的个数n1、第二通孔的个数n2，并返回步骤S8；

步骤S12：所述第一通孔的直径＝d，所述第二通孔的直径＝d-0.2，所述第一通孔的个数＝n1；所述第二通孔的个数＝n2；

其中，所述第一压力P1＝P0-ρ×g×(H×60％-10)；所述第二压力P2＝P0-ρ×g×(H-10)，ρ为机油密度，H为第二回油口的高度值。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述进气腔的分离组件的通孔的直径等于所述第一通孔的直径，所述进气腔的分离组件的通孔的个数等于所述第一通孔的个数。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述通孔分布于所述第一挡板远离地面的一侧。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第一挡板与所述回油口之间还设有第二挡板，所述第二挡板靠近地面的一侧与所述进气内腔壁或者所述排气内腔壁留有第一间隙。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述第二挡板靠近所述第一挡板的一侧设有齿状结构。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述分离组件还包括第三挡板，所述第三挡板靠近地面的一侧与所述回油口的开口正对，且所述第三挡板远离地面的一侧与所述进气内腔壁或者所述排气内腔壁留有第二间隙。

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述第三挡板位于所述回油口的纵截面。