CN106246290A - 一种垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，包括旋风管油气分离器组件，所述风管油气分离器组件包括用于导入曲轴箱窜气的进气主管道、安装于所述进气主管道上的至少两处旋风分离器、与所述旋风分离器的气体出口连接的排气管组件、以及与所述旋风分离器的机油出口连接的回油管组件；在所述进气主管道内设有进气自适应调节组件，进气自适应调节组件包括活塞、调节弹簧和至少两处旋风管窜气进气口，所述调节弹簧的一端与进气主管道的底面固定连接，调节弹簧的另一端与活塞连接，且可带动活塞在进气主管道内做线性移动，所述旋风管窜气进气口沿活塞的线性移动方向分布于进气主管道的内侧壁上。

Description

一种垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器

技术领域

本发明涉及发动机领域，具体地说，特别涉及到一种垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器。

背景技术

现行的排放法规中规定，发动机曲轴箱中窜出的气体不能直接排到大气环境中，而应通过连接管导向进气系统的适当位置，返回气缸重新燃烧，即采取闭式曲轴箱强制通风。但曲轴箱窜气中含有机油油雾，如果不对其进行有效处理，机油便会沿途黏附在进气系统的增压器叶片、中冷器壁面、进气门壁面以及喷油器机密喷嘴上，影响以上各部件的工作性能，缩短其使用寿命并降低发动机的稳定性与可靠性。另一方面，如果机油油雾进入气缸进行燃烧，极容易导致缸内积碳，使发动机微粒排放升高，增加排气后处理系统的负担，降低发动机的工作效率和使用寿命。因此，使用油气分离器对窜气中油雾进行高效分离显得十分必要。

现在广泛使用的油气分离器多为迷宫式油气分离器和旋风式油气分离器两种。迷宫式油气分离器压力损失小，且成本较低，但其结构不紧凑，而且只能分离粒径较大的油雾微粒，分离效率低。旋风式油气分离器虽然可以分离更小的油雾微粒并能得到较高的油气分离效率，但是由于它是通过气流在分离器内部旋转时产生的离心力将油滴进行分离，所以总体分离效率受气体流速影响严重。车用旋风式油气分离器通常以常用工况下对应的窜气量为基础进行结构设计，但这样使得分离器在低窜气量时分离效果很差，在高窜气量下压力损失过高。发动机随着使用寿命的增加,在相同工况下串气量会增加,另外在正常运行过程中窜气量也并不是一成不变的，因而旋风式分离器的上述固有缺陷将制约在发动机全寿命和全工况范围内发挥最佳的分离性能，同时已有专利中，采用水平方向进气，多个旋风管水平布置的形式，两旋风管之间的距离需大于单个旋风管的直径，造成进气主管道和弹簧长度也需要相应增大，在不同工作位置之间切换时，弹簧的运动范围需大于单个旋风管直径，调节性能差，同时造成油气分离器整体结构变大，不够紧凑。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，包括旋风管油气分离器组件，所述风管油气分离器组件包括用于导入曲轴箱窜气的进气主管道、安装于所述进气主管道上的至少两处旋风分离器、与所述旋风分离器的气体出口连接的排气管组件、以及与所述旋风分离器的机油出口连接的回油管组件；

在所述进气主管道内设有进气自适应调节组件，进气自适应调节组件包括活塞、调节弹簧和至少两处旋风管窜气进气口，所述调节弹簧的一端与进气主管道的底面固定连接，调节弹簧的另一端与活塞连接，且可带动活塞在进气主管道内做线性移动，所述旋风管窜气进气口沿活塞的线性移动方向分布于进气主管道的内侧壁上。

进一步的，所述进气主管道通过上方设置进气口与曲轴箱连通构成竖直进气结构，所述旋风分离器均匀分布于进气主管道的外表面。

进一步的，所述旋风分离器包括第一套件、以及与第一套件构成分离腔室的第二套件，在第一套件上设有窜气进气管道，窜气进气管道的一端与进气主管道相通，窜气进气管道另一端的出气方向与分离腔室的内壁相切；

第一套件的底部连接有用于收集分离腔室内表面附着机油的回油管组件，回油管组件的出口与曲轴箱相连，用于将分离出的机油导流至曲轴箱内；

第二套件的顶部与排气管组件的进气口连接，排气管组件的出气口与燃烧室连接，用于将分离出机油的干净空气导入到燃烧室内继续燃烧。

进一步的，在所述活塞靠近进气主管道的进气口一端设有锥形结构，锥形结构具有内凹的圆弧形导流面。

进一步的，所述旋风分离器包括第一旋风分离器、第二旋风分离器和第三旋风分离器；排气管组件包括排气管、排气管第一支管和排气管第二支管；回油管组件包括回油管、回油管第一支管和回油管第二支管；

第一旋风分离器的顶部与排气管连通，第一旋风分离器的底部与回油管连通；第二旋风分离器的顶部与排气管第一支管连通，排气管第一支管与排气管连通，第二旋风分离器的底部与回油管第一支管连通，回油管第一支管与回油管连通；第三旋风分离器的顶部与排气管第二支管连通，排气管第二支管与排气管连通，第三旋风分离器的底部与回油管第二支管连通，回油管第二支管与回油管连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明可以根据发动机的不同工况和发动机不同寿命阶段下自动适应曲轴箱窜气量，自动调节活塞在进气主管道中的工作位置，进而调节参与到油气分离工作的旋风管的数量，保证了发动机在全工况和全寿命下都能达到很好的油气分离效果，泛用性广，可适用于不同型号的发动机。

2.本发明采用垂直进气的布置形式，使得多个旋风管在圆周方向均匀分布，竖直方向高低等距分布，与水平进气的布置形式相比，进气主管道和弹簧的设计不受限于旋风管的直径，旋风分离器的结构更加紧凑，弹簧调节性能更优。

3.活塞上表面设计成具有圆弧形过渡表面的锥形结构，使得窜气以较小的了压力和速度损失进入到旋风管分离腔室内，提高油气分离的效率。

附图说明

图1为本发明所述的旋风式油气分离器的主视图。

图2为本发明所述的旋风式油气分离器的左视图。

图3为本发明所述的旋风式油气分离器的俯视图。

图4为本发明所述的旋风式油气分离器的结构示意图。

图5为本发明所述的进气调节机构的结构示意图。

图6为本发明所述的旋风式油气分离器的第一工作位置的剖视图。

图7为本发明所述的旋风式油气分离器的第一工作位置的侧视图。

图8为本发明所述的旋风式油气分离器的第一工作位置的俯视图。

图9为本发明所述的旋风式油气分离器的第二工作位置的剖视图。

图10为本发明所述的旋风式油气分离器的第二工作位置的侧视图。

图11为本发明所述的旋风式油气分离器的第二工作位置的俯视图。

图12为本发明所述的旋风式油气分离器的第三工作位置的剖视图。

图13为本发明所述的旋风式油气分离器的第三工作位置的侧视图。

图14为本发明所述的旋风式油气分离器的第三工作位置的俯视图。

图中标号说明：1.排气管 1a.排气管第一支管 1b.排气管第二支管 2.进气主管道 3.进气口 4.第一旋风管 4a.第一旋风管第一套件 4b.第一旋风管第二套件 4c.第一旋风管窜气进气口 5.第二旋风管 5a.第二旋风管第一套件 5b.第二旋风管第二套件 5c.第二旋风管窜气进气口 6.第三旋风管 6a.第三旋风管第一套件 6b.第三旋风管第二套件6c.第三旋风管窜气进气口 7.回油管 7a.回油管第一支管 7b.回油管第二支管 7c.回油管出口 8.活塞 9.调节弹簧。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1-5，本发明所述的一种垂直进气可调旋风式油气分离器，包括旋风管油气分离器组件和进气调节机构；其中旋风管油气分离器组件包括排气管1，第一旋风管4，第二旋风管5，第三旋风管6和回油管7；进气调节机构包括进气主管道2，进气口3，活塞8和调节弹簧9；排气管1包括排气管第一支管1a和排气管第二支管1b；回油管7包括回油管第一支管7a，回油管第二支管7b和回油管出口7c。

参见图6旋风式油气分离器第一工作位置剖视图，第一旋风管第一套件4a和第一旋风管第二套件4b可通过其上设置的螺栓孔相连接，使得其中心线共线，构成第一旋风管4分离腔室；在第一旋风管第一套件4a的侧壁上设置有第一旋风管窜气进气口4c，窜气进气口4c一侧与进气主管道2相通，另一侧通过相切过渡与旋风管内表面相通；在第一旋风管第一套件4a的底部设置有回油管7，可以使旋风管分离腔室内表面附着的油滴在重力的作用下流入下侧的回油管7主管内，回油管出口7c可以与曲轴箱相连，将分离出的机油导流至曲轴箱油底壳中，其中回油管7上表面可通过螺栓与第一旋风管第一套件4a的下表面连接；第一旋风管第二套件4b的上表面与排气管1主管的下表面通过螺栓连接，排气管1主管出口可以与进气歧管等相连接，将分离出机油的干净空气导入到燃烧室内继续燃烧。

参见图9旋风式油气分离器第二工作位置剖视图，第二旋风管第一套件5a和第二旋风管第二套件5b可通过其上设置的螺栓孔相连接，使得其中心线共线，构成第二旋风管5分离腔室；在第二旋风管第一套件5a的侧壁上设置有第二旋风管窜气进气口5c，窜气进气口5c一侧与进气主管道2相通，另一侧通过相切过渡与旋风管内表面相通；在第二旋风管第一套件5a的底部设置有回油管第一支管7a，可以使旋风管分离腔室内表面附着的油滴在重力的作用下流入下侧的回油管第一支管7a内，回油管第一支管7a与回油管7主管相通，分离出的机油经回油管7主管可导流至曲轴箱油底壳中，其中回油管第一支管7a上表面可通过螺栓与第二旋风管第一套件5a的下表面连接；第二旋风管第二套件5b的上表面与排气管第一支管1a的下表面通过螺栓连接，排气管第一支管1a与排气管1主管相通，分离出机油的干净空气可通过排气管1主管导入到燃烧室内继续燃烧。

参见图12旋风式油气分离器第三工作位置剖视图，第三旋风管第一套件6a 和第三旋风管第二套件6b可通过其上设置的螺栓孔相连接，使得其中心线共线，构成第三旋风管6分离腔室；在第三旋风管第一套件6a的侧壁上设置有第三旋风管窜气进气口6c，窜气进气口6c一侧与进气主管道2相通，另一侧通过相切过渡与旋风管内表面相通；在第三旋风管第一套件6a的底部设置有回油管第二支管7b，可以使旋风管分离腔室内表面附着的油滴在重力的作用下流入下侧的回油管第二支管7b内，回油管第二支管7b与回油管7主管相通，分离出的机油经回油管7主管可导流至曲轴箱油底壳中，其中回油管第二支管7b上表面可通过螺栓与第三旋风管第一套件6a的下表面连接；第三旋风管第二套件6b的上表面与排气管第二支管1b的下表面通过螺栓连接，排气管第二支管1b与排气管1主管相通，分离出机油的干净空气可通过排气管1主管导入到燃烧室内继续燃烧。

参见图5和图6，进气调节机构包括进气主管道2，进气口3，活塞8和调节弹簧9；第一旋风管4，第二旋风管5和第三旋风管6在进气调节机构的圆周方向呈120°均匀分布，在垂直方向呈一定距离线性分布；在进气主管道2的侧面上设置有第一旋风管窜气进气口4c，第二旋风管窜气进气口5c和第三旋风管窜气进气口6c；在进气主管道2的一侧设置有进气口3，活塞8上安装有密封圈，在进气主管道2内可以线性移动，弹簧9在进气主管道2内一侧与活塞8相连接，另一侧与进气主管道2下底面相连接；活塞8的上表面设置成具有圆弧形过渡表面的锥形结构，使得经进气口3垂直进入的窜气以较小的压力和速度损失进入到旋风管分离腔室内。

参见图6，图9和图12，活塞8在进气主管道2内有三种不同的工作位置，分别对应不同的发动机工况对应的窜气量，设定曲轴箱不同的窜气量的气压分别为P1，P2和P3，对应弹簧9的压缩量分别为L1，L2和L3，满足P1<P2<P3，L1<L2<L3。

本发明的具体工作过程：

参见图6、图7和图8，旋风式油气分离器工作时，曲轴箱中的窜气通过进气口3进入到分离器中，当曲轴箱窜气的气压为P1时，弹簧9压缩量为L1，此时弹簧9作用在活塞8上的弹力和进气口3处的窜气作用在活塞8上压力达到平衡，使得活塞8稳定在如图6和图7所示的第一工作位置，此时，窜气通过进气口3仅经过第一旋风管窜气进气口4c进入到第一旋风管4中，在第一旋风管4中，含有机油颗粒的窜气在高速旋转的过程中，机油颗粒被甩在第一旋风管第一套件4a内表面上，并在重力的作用下流入到回油管7主管内，经回油管出口7c回流至曲轴箱油底壳中；分离出机油的窜气会通过第一旋风管第二套件4b向上流入到排气管1主管中，再经过进气歧管进入到发动机燃烧室内进行燃烧；

参见图9、图10和图11，当曲轴箱中的窜气压力增大到P2时，弹簧9提供的弹力不足以平衡进气口3处的窜气作用在活塞8上压力，使得活塞向下运动，当弹簧的压缩量达到L2时，此时弹簧9作用在活塞8上的弹力和进气口3处的窜气作用在活塞8上压力再次达到平衡，使得活塞8稳定在如图9和图10所示的第二工作位置，此时，窜气不仅通过第一旋风管窜气进气口4c进入到第一旋风管4中，还可以通过第二旋风管窜气进气口5c进入到第二旋风管5中，此时有两个旋风管参与到油气分离的工作工程中，提高了油气分离的效率；之后的工作过程与在工作位置一时的相同，不再赘述。

参见图12、图13和图14，当曲轴箱中的窜气压力继续增大到P3时，活塞继续向下运动，当弹簧的压缩量达到L3时，此时弹簧9作用在活塞8上的弹力和进气口3处的窜气作用在活塞8上压力再次达到平衡，使得活塞8稳定在如图12和图13所示的第三工作位置，此时，窜气可以分别通过第一旋风管窜气进气口4c、第二旋风管窜气进气口5c和第三旋风管窜气进气口6c进入到第一旋风管4、第二旋风管5和第三旋风管6中，此时三个旋风管都参与到了油气分离的工作中，保证了在窜气量达到最大时，依然可以达到很好的分离效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，包括旋风管油气分离器组件，所述风管油气分离器组件包括用于导入曲轴箱窜气的进气主管道、安装于所述进气主管道上的至少两处旋风分离器、与所述旋风分离器的气体出口连接的排气管组件、以及与所述旋风分离器的机油出口连接的回油管组件；

其特征在于：在所述进气主管道内设有进气自适应调节组件，进气自适应调节组件包括活塞、调节弹簧和至少两处旋风管窜气进气口，所述调节弹簧的一端与进气主管道的底面固定连接，调节弹簧的另一端与活塞连接，且可带动活塞在进气主管道内做线性移动，所述旋风管窜气进气口沿活塞的线性移动方向分布于进气主管道的内侧壁上。

2.根据权利要求1所述的垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，其特征在于：所述进气主管道通过上方设置进气口与曲轴箱连通构成竖直进气结构，所述旋风分离器均匀分布于进气主管道的外表面。

3.根据权利要求1所述的垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，其特征在于：所述旋风分离器包括第一套件、以及与第一套件构成分离腔室的第二套件，在第一套件上设有窜气进气管道，窜气进气管道的一端与进气主管道相通，窜气进气管道另一端的出气方向与分离腔室的内壁相切；

第一套件的底部连接有用于收集分离腔室内表面附着机油的回油管组件，回油管组件的出口与曲轴箱相连，用于将分离出的机油导流至曲轴箱内；

第二套件的顶部与排气管组件的进气口连接，排气管组件的出气口与燃烧室连接，用于将分离出机油的干净空气导入到燃烧室内继续燃烧。

4.根据权利要求2所述的垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，其特征在于：在所述活塞靠近进气主管道的进气口一端设有锥形结构，锥形结构具有内凹的圆弧形导流面。

5.根据权利要求1所述的垂直进气自适应发动机工况的旋风式油气分离器，其特征在于：所述旋风分离器包括第一旋风分离器、第二旋风分离器和第三旋风分离器；排气管组件包括排气管、排气管第一支管和排气管第二支管；回油管组件包括回油管、回油管第一支管和回油管第二支管；

第一旋风分离器的顶部与排气管连通，第一旋风分离器的底部与回油管连通；第二旋风分离器的顶部与排气管第一支管连通，排气管第一支管与排气管连通，第二旋风分离器的底部与回油管第一支管连通，回油管第一支管与回油管连通；第三旋风分离器的顶部与排气管第二支管连通，排气管第二支管与排气管连通，第三旋风分离器的底部与回油管第二支管连通，回油管第二支管与回油管连通。