CN109060361A - 一种发动机油气分离试验评价装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机油气分离试验评价装置及方法，包括气体前处理装置、发动机模拟装置及气体检测装置；气体前处理装置包括空气压缩机、冷干机、空气过滤器、除油过滤器及储罐，空气压缩机依次通过冷干机、空气过滤器及除油过滤器连接储罐；发动机模拟装置包括可加热的稳压箱、前端气体流量计及发动机；气体检测装置包括油气冷凝器、收集瓶、油气过滤器及后端气体流量计，油气冷凝器依次通过收集瓶及油气过滤器与后端气体流量计连接；本发明所述的一种发动机油气分离试验评价装置及方法，可控制油气混合气产生的流量、温度及压力，该试验方法更接近发动机真实工作工况，试验结果更加准确可靠。
Description
技术领域
本发明属于发动机油气分离技术领域，尤其是涉及一种发动机油气分离试验评价装置及方法。
背景技术
发动机在工作运行时，燃烧室中的可燃混合气和已燃气体，在压缩—燃烧—膨胀过程中，部分混合气会通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱空间内，另一方面，混合气通过气门与气门导杆的缝隙也会进入曲轴箱，这些气体就是所谓的曲轴箱“窜气”。
为了解决曲轴箱窜气问题，世界各国的车用汽油发动机在上世纪60年代就开始采用一种封闭式的曲轴箱强制通风系统(Positive Crankcase Ventilation，缩写PCV)，曲轴箱通风系统由两个主要部件组成，一个是PCV阀，主要作用就是维持曲轴箱内适当压力；另一个就是油气分离器，它的作用就是把曲轴箱窜气中混合的机油在进入进气歧管前分离出来。
在发动机工作时，曲轴箱内和凸轮轴附近会存在很多油雾，这些主要是机油的细小液滴组成的。窜气碰到曲轴箱内飞溅起来的机油液滴和高温下产生的机油蒸汽，混合后会形成特细(粒径范围0.1-5μm)的气溶胶。这些混合气体会一起通过曲轴箱强制通风系统进入燃烧室，但是这些混合气中的机油液滴并不能完全燃烧，而且还可能会产生附加的有害排放物，产生的碳烟颗粒可能会粘附在燃烧室的部件表面，导致不正常燃烧的发生，并造成机油消耗过多。所以，曲轴箱强制通风系统中的油气分离器就是要把混合气中的机油液滴分离出来并流回油底壳，将分离后的窜气再送入燃烧室进行燃烧，这样既可以降低有害物排放，又可以减少机油的消耗。
曲轴箱强制通风系统是影响发动机的性能和排放的重要因素，其中油气分离器是系统的重要组成部分，会直接影响到发动机经济性、可靠性和排放，因此在设计开发曲轴箱通风系统时，对油气分离器的试验评价是一个很重要的环节。
目前油气分离器的评价方式主要有两种：一种是使用油气分离器试验台，通过将加热后的机油与压缩空气混合模拟出发动机产生的油雾，再利用激光方式或称重方式来检测通过油气分离器前、后的油雾浓度或重量来计算出油气分离器的分离效率，这种方式虽然简单快速，但是模拟出的油雾与发动机实际运行时产生的油气是有差别的，不能得到接近油气分离器实际工作状态时的测量结果，只能对油气分离器的分离效率进行初级评价，所以主要适合对设计初期的油气分离器进行筛选和检测。第二种方式是直接使用发动机实际搭载油气分离器去验证油气分离器的分离效率。这种方式可以比较准确的测得油气分离器在实际工作状态时的分离效果，但是这种方法的缺点是无法在开发过程中对通过油气分离器的油气量进行快速、灵活的调整，当需要验证油气分离器对不同油气通过量的过滤效果时，就需要更换多台不同窜气量的发动机或者更改发动机设计，给油气分离器的开发费用与时间带来成倍的增加。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机油气分离试验评价装置及方法，解决了现有技术中，无法在开发过程中对通过油气分离器的油气量进行快速、灵活的调整，进而解决当需要验证油气分离器对不同油气通过量的过滤效果时，就需要更换多台不同窜气量的发动机或者更改发动机设计，给油气分离器的开发费用与时间带来成倍的增加的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种发动机油气分离试验评价装置，包括气体前处理装置、发动机模拟装置及气体检测装置；
所述气体前处理装置包括空气压缩机、冷干机、空气过滤器、除油过滤器及储罐，所述空气压缩机依次通过所述冷干机、空气过滤器及除油过滤器连接所述储罐；
所述发动机模拟装置包括可加热的稳压箱、前端气体流量计及发动机，所述稳压箱通过所述前端气体流量计与所述发动机连接；
所述气体检测装置包括油气冷凝器、收集瓶、油气过滤器及后端气体流量计，所述油气冷凝器依次通过所述收集瓶及油气过滤器与所述后端气体流量计连接；
所述储罐通过减压阀与所述稳压箱连接，所述发动机通过油气分离器与所述油气冷凝器连接。
进一步的，所述稳压箱内设有加热器。
进一步的，所述前端气体流量计通过可加热的保温管路与所述稳压箱连接，所述前端气体流量计通过可加热的保温管路与所述发动机连接。
进一步的，所述前端气体流量计与所述发动机连接的所述保温管路上设有气体温度探头及压力探头。
进一步的，所述发动机的曲轴箱上设有通孔，所述保温管路通过通孔与所述发动机连接。
进一步的，所述通孔设置在所述液压油面上方。
进一步的，所述稳压箱上设有稳压阀。
一种发动机油气分离试验评价方法，包括以下步骤：
S1：使用不带油气分离器或能够屏蔽油气分离器的发动机通入压缩空气，经过前端气体流量计测得进入发动机的曲轴箱的压缩空气流量，通过带有调压和稳压装置的稳压箱，模拟产生所需要的流量，同时利用加热器控制好压缩空气的温度，使流入发动机曲轴箱的气体保持在与机油温度相近的温度范围内；
S2：在所需检测的工况下运转发动机，记录运转时间和工况，压缩空气通过发动机的曲轴箱后携带了大量的机油油气，利用油气冷凝器和收集瓶检测出经过发动机的大颗粒油滴后，再通过油气过滤器中的滤芯将气体中剩余的小颗粒油滴滤出，最后通过后端气体流量计检测出滤出机油后的气体流量，将已经收集完机油的收集瓶和油气过滤器中的滤芯称重，这样就可以检测出在某一油气混合气流量下的全部机油成分；
S3：在发动机上连接被测油气分离器后，重复上述步骤S1到步骤S2，设定产生相同的模拟油气混合气流量，保证发动机应在相同的工况运转，运转时间与第一次试验一致，再测量一次，得到经过油气分离器后所剩余的机油成分重量，便可以计算出油气分离器的分离效率。
进一步的，油气分离器分离效率的测量方法为：油气分离器分离效率需要进行两次试验，分别进行带油气分离器和不带油气分离器的两次试验；
每次试验过程中共产生4个测量结果分别为：试验前收集瓶重量M1，试验后收集瓶重量M2，试验前滤芯重量N1，试验前滤芯重量N2；
油气分离器分离效率的计算方法为：
计算收集瓶收集大油滴重量M，M2-M1＝M；
计算滤芯收集的机油颗粒重量N，N2-N1＝N；
计算出总的油气分离器后的机油重量T，T＝M+N；
分别在屏蔽油气分离器和带油气分离器的发动机进行两次试验，得到两个测量出的机油重量：屏蔽油气分离器试验的机油重量记做T1，带油气分离器的机油重量记做T2，计算出分离效率I，I＝(T1-T2)/T2*100％。
相对于现有技术，本发明所述的一种发动机油气分离试验评价装置及方法具有以下优势：
本发明所述的一种发动机油气分离试验评价装置及方法，1.可在发动机实际的使用状态下对油气分离器进行试验，极大的提高了试验准确性和产品匹配的成功率，避免了后期因为实际使用环境与试验环境不同而造成的试验差异。
2.可直接针对现有发动机上的油气分离器进行评价和优化。
3.有利于发动机油气分离系统的开发测试,在发动机某工况下,油气量\温度\压力均可以通过本装置进行调节,通过油气分离效果评价,可以给出油气分离器的设计要求。
4.通过减压阀6和稳压阀9可快速准确的调节通过油气分离器12的流量和压力，在进入发动机曲轴箱前设有稳压箱8和加热器7来保证进入曲轴箱的气体温度和发动机内机油温度一致，并使流量和压力平稳持续。
5.对于现有的油气分离器,可以通过本装置调节油气量、温度、压力,从而评价其不同条件下的分离效果。
6.本装置(该方法)先后通过油气冷凝和滤芯过滤两种方式来收集通过油气分离器后混合气中的机油，分离效果好，试验后排出的气体不会污染大气。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种发动机油气分离试验评价装置示意图。
附图标记说明：
1-空气压缩机，2-冷干机，3-空气过滤器，4-除油过滤器，5-储罐，6-减压阀，7-加热器，8-稳压箱，9-稳压阀，10-前端气体流量计，11-发动机，12-被试油气分离器，131-油气冷凝器；132-收集瓶，14-油气过滤器，15-后端气体流量计。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种发动机油气分离试验评价装置，如图1所示，包括气体前处理装置、发动机模拟装置及气体检测装置；
气体前处理装置包括空气压缩机1、冷干机2、空气过滤器3、除油过滤器4及储罐5，空气压缩机1依次通过冷干机2、空气过滤器3及除油过滤器4连接储罐5；
空气压缩机1用来产生压缩空气用做模拟油气的气源，要求产生可以满足发动机11曲轴箱通风系统流量需求的压缩空气。
发动机模拟装置包括可加热的稳压箱8、前端气体流量计9及发动机11，稳压箱8通过前端气体流量计9与发动机11连接；
气体检测装置包括油气冷凝器131、收集瓶132、油气过滤器14及后端气体流量计15，油气冷凝器131依次通过收集瓶132及油气过滤器14与后端气体流量计15连接；
储罐5通过减压阀6与稳压箱8连接，发动机11通过油气分离器12与油气冷凝器131连接。
稳压箱8内设有加热器7，要求将压缩空气调节到测试所需气体流量，在接近发动机曲轴箱内温度条件下输入到发动机曲轴箱内，达到模拟活塞漏气量增大时的效果，并让油气混合气的流量、压力、温度可以根据试验工况的需要进行灵活调整。。
前端气体流量计10通过可加热的保温管路与稳压箱8连接，前端气体流量计10通过可加热的保温管路与发动机11连接。
前端气体流量计10与发动机11连接的保温管路上设有气体温度探头及压力探头。
发动机11的曲轴箱上设有通孔，保温管路通过通孔与发动机11连接。
通孔设置在液压油面上方，稳压箱8上设有稳压阀8。
一种发动机油气分离试验评价方法，包括以下步骤：
S1：使用不带油气分离器12或能够屏蔽油气分离器12的发动机通入压缩空气，经过前端气体流量计10测得进入发动机11的曲轴箱的压缩空气流量，通过带有调压和稳压装置的稳压箱8，模拟产生所需要的流量，同时利用加热器7控制好压缩空气的温度，使流入发动机11曲轴箱的气体保持在与机油温度相近的温度范围内；
S2：在所需检测的工况下运转发动机11，记录运转时间和工况，压缩空气通过发动机11的曲轴箱后携带了大量的机油油气，利用油气冷凝器131和收集瓶132检测出经过发动机11的大颗粒油滴后，再通过油气过滤器12中的滤芯将气体中剩余的小颗粒油滴滤出，最后通过后端气体流量计15检测出滤出机油后的气体流量，将已经收集完机油的收集瓶132和油气过滤器14中的滤芯称重，这样就可以检测出在某一油气混合气流量下的全部机油成分；
S3：在发动机11上连接被测油气分离器14后，重复上述步骤S1到步骤S2，设定产生相同的模拟油气混合气流量，保证发动机11应在相同的工况运转，运转时间与第一次试验一致，再测量一次，得到经过油气分离器12后所剩余的机油成分重量，便可以计算出油气分离器12的分离效率。
油气分离器12分离效率的测量方法为：油气分离器12分离效率需要进行两次试验，分别进行带油气分离器12和不带油气分离器12的两次试验；
每次试验过程中共产生4个测量结果分别为：试验前收集瓶132重量M1，试验后收集瓶131重量M2，试验前滤芯重量N1，试验前滤芯重量N2；
油气分离器12分离效率的计算方法为：
计算收集瓶收集大油滴重量M，M2-M1＝M；
计算滤芯收集的机油颗粒重量N，N2-N1＝N；
计算出总的油气分离器后的机油重量T，T＝M+N；
分别在屏蔽油气分离器12和带油气分离器12的发动机11进行两次试验，得到两个测量出的机油重量：屏蔽油气分离器12试验的机油重量记做T1，带油气分离器的机油重量记做T2，计算出分离效率I，I＝(T1-T2)/T2*100％。
系统检漏方法：
1检查系统管路是否连接完好，主要应检查前端流量计10到发动机11的连接管路和油气分离器12后到后端流量计15的连接管路。
2连接好油气冷凝器131和收集瓶132和油气过滤器14后，确保接口处密封完好。
3开启空气压缩机1产生压缩空气，观察前端气体流量计10和后端气体流量计15的读数，读数应基本一致。
4在试验开始时和试验过程中需要持续监测两个流量计的读数差，如果两数相差过多，就需要检查测试系统是否存在泄露。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种发动机油气分离试验评价装置，其特征在于：包括气体前处理装置、发动机模拟装置及气体检测装置；
所述气体前处理装置包括空气压缩机(1)、冷干机(2)、空气过滤器(3)、除油过滤器(4)及储罐(5)，所述空气压缩机(1)依次通过所述冷干机(2)、空气过滤器(3)及除油过滤器(4)连接所述储罐(5)；
所述发动机模拟装置包括可加热的稳压箱(8)、前端气体流量计(9)及发动机(11)，所述稳压箱(8)通过所述前端气体流量计(9)与所述发动机(11)连接；
所述气体检测装置包括油气冷凝器(131)、收集瓶(132)、油气过滤器(14)及后端气体流量计(15)，所述油气冷凝器(131)依次通过所述收集瓶(132)及油气过滤器(14)与所述后端气体流量计(15)连接；
所述储罐(5)通过减压阀(6)与所述稳压箱(8)连接，所述发动机(11)通过油气分离器(12)与所述油气冷凝器(131)连接。
2.根据权利要求1所述的一种发动机油气分离试验评价装置，其特征在于：所述稳压箱(8)内设有加热器(7)。
3.根据权利要求2所述的一种发动机油气分离试验评价装置，其特征在于：所述前端气体流量计(10)通过可加热的保温管路与所述稳压箱(8)连接，所述前端气体流量计(10)通过可加热的保温管路与所述发动机(11)连接。
4.根据权利要求3所述的一种发动机油气分离试验评价装置，其特征在于：所述前端气体流量计(10)与所述发动机(11)连接的所述保温管路上设有气体温度探头及压力探头。
5.根据权利要求4所述的一种发动机油气分离试验评价装置，其特征在于：所述发动机(11)的曲轴箱上设有通孔，所述保温管路通过通孔与所述发动机(11)连接。
6.根据权利要求5所述的一种发动机油气分离试验评价装置，其特征在于：所述通孔设置在所述液压油面上方。
7.根据权利要求1所述的一种发动机油气分离试验评价装置，其特征在于：所述稳压箱(8)上设有稳压阀(8)。
8.一种发动机油气分离试验评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：使用不带油气分离器(12)或能够屏蔽油气分离器(12)的发动机通入压缩空气，经过前端气体流量计(10)测得进入发动机(11)的曲轴箱的压缩空气流量，通过带有调压和稳压装置的稳压箱(8)，模拟产生所需要的流量，同时利用加热器(7)控制好压缩空气的温度，使流入发动机(11)曲轴箱的气体保持在与机油温度相近的温度范围内；
S2：在所需检测的工况下运转发动机(11)，记录运转时间和工况，压缩空气通过发动机(11)的曲轴箱后携带了大量的机油油气，利用油气冷凝器(131)和收集瓶(132)检测出经过发动机(11)的大颗粒油滴后，再通过油气过滤器(12)中的滤芯将气体中剩余的小颗粒油滴滤出，最后通过后端气体流量计(15)检测出滤出机油后的气体流量，将已经收集完机油的收集瓶(132)和油气过滤器(14)中的滤芯称重，这样就可以检测出在某一油气混合气流量下的全部机油成分；
S3：在发动机(11)上连接被测油气分离器(14)后，重复上述步骤S1到步骤S2，设定产生相同的模拟油气混合气流量，保证发动机(11)应在相同的工况运转，运转时间与第一次试验一致，再测量一次，得到经过油气分离器(12)后所剩余的机油成分重量，便可以计算出油气分离器(12)的分离效率。
9.根据权利要求8所述的发动机油气分离试验评价方法，其特征在于：油气分离器(12)分离效率的测量方法为：油气分离器(12)分离效率需要进行两次试验，分别进行带油气分离器(12)和不带油气分离器(12)的两次试验；
每次试验过程中共产生4个测量结果分别为：试验前收集瓶(132)重量M1，试验后收集瓶(131)重量M2，试验前滤芯重量N1，试验前滤芯重量N2；
油气分离器(12)分离效率的计算方法为：
计算收集瓶收集大油滴重量M，M2-M1＝M；
计算滤芯收集的机油颗粒重量N，N2-N1＝N；
计算出总的油气分离器后的机油重量T，T＝M+N；
分别在屏蔽油气分离器(12)和带油气分离器(12)的发动机(11)进行两次试验，得到两个测量出的机油重量：屏蔽油气分离器(12)试验的机油重量记做T1，带油气分离器的机油重量记做T2，计算出分离效率I，I＝(T1-T2)/T2*100％。
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