CN110207995B - 高压机油中空气的分离和测量装置及空气含量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压机油中空气的分离和测量装置，包括：分离腔(1)、叶片(2)、储气腔(3)、螺杆(4)、泄气腔(5)、限压泄气阀(6)、导流分隔板(7)、测量腔(8)。在分离空气时，泄气腔(5)安装在储气腔(3)的最上部上面，机油施加给泄气的压力大于弹簧力时，泄气阀会被推开，储气腔(3)内的气体及部分机油会从泄气孔内泄出；在测量空气时，取下泄气腔(5)及其内的限压泄气阀(6)，用测量腔(8)代替泄气腔(5)；测量腔(8)中上部标记有刻度用于读取气体体积。测量腔的最上部安装有放气阀(9)，用于放出测量腔(8)内的气体。该装置能分离出高压机油内部空气，减少机油含气量，从而减少发动机润滑系统出现的故障；还能方便的测量出发动机高压机油含空气量；结构简单，成本低。

Description

高压机油中空气的分离和测量装置及空气含量测量方法

技术领域

本发明涉及一种机油分离和测量装置，尤其涉及一种高压机油中空气的分离和测量装置及空气含量测量方法。

背景技术

现代发动机技术发展的趋势是高爆压、高功率及低摩擦损失，这导致连杆轴瓦、主轴承轴瓦的工作条件非常苛刻及容易出现故障。特别的，连杆轴瓦、主轴承轴瓦对机油里的空气非常敏感，如果进入轴瓦润滑的机油含有空气泡，则可能会导致连杆轴瓦与连杆轴承颈、主轴承轴瓦与曲轴轴承颈之间的润滑失效出现严重故障。

所以应该尽量减少发动机进入轴瓦润滑的机油所含空气量，避免含空气量高的机油进入高速旋转的油道后，由于离心力导致的旋转中心负压作用，饱和散发出过多气体影响润滑系统的正常功能。现有的技术下，发动机机油进入机油泵被加压后，出来的高压机油所含的空气量在进入轴瓦润滑前基本恒定，没有办法减少。此外，现有高压机油含空气量测量技术有使用德国FEV机油含气量测量仪测量高压机油含气量的方法，但该含气量测量仪价格较贵，操作步骤比较多，设备较重不方便使用。因此需要提供一种测量方法，使用该方法，成本低，不需要采购昂贵的进口测量设备，能方便有效的测量及判定高压机油所含空气量的多少。

发明内容

本发明的目的是为了降低发动机润滑系统故障，保证发动机润滑系统相关零件正常工作，即提供一种具有从高压机油中分离出其所溶解空气的装置，该装置安装在发动机机油泵出来到进入机体的高压油道中，用于减少进入发动机机体主油道的高压机油含空气量，从而减少如轴瓦模式等润滑系统故障。同时，该发明的目的还在于能够实现发动机高压机油含空气量的测量。

本发明的技术方案在于提供一种高压机油中空气的分离和测量装置，包括：分离腔、叶片、储气腔、螺杆、泄气腔、限压泄气阀、导流分隔板、测量腔，其特征在于：

分离腔具有高压机油的进油口及出油口，分离腔内部设置有叶片，高压机油从分离腔的进油口进入，经过分离的高压机油从分离腔的出油口流出；

叶片安装在分离腔内，驱动叶片的转动轴一端穿过分离腔与电机输出轴相连，另一端与螺杆的转动轴连接，叶片和螺杆高速旋转，产生离心力，同时带动分离腔中的机油向上运动；当空气随机油运动到储气腔最上部的导流分隔板内部空腔时，空气积聚下来，机油则从四周回流下；

在分离空气时，泄气腔安装在储气腔的最上部上面，泄气腔内有限压泄气阀，限压泄气阀安装在泄气孔上，在弹簧力作用下，密封住泄气孔，当机油作用于限压泄气阀的压力大于弹簧力时，限压泄气阀被推开，储气腔内的气体及部分机油会从泄气孔泄出；

在测量空气时，取下泄气腔及其内的限压泄气阀，用测量腔代替泄气腔；测量腔中上部标记有刻度用于读取气体体积；测量腔的最上部安装有放气阀，用于放出测量腔内的气体。

本发明还提供了一种利用高压机油中空气的分离和测量装置进行机油中空气含量测量的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、把需要测量的发动机油道与高压机油中空气的分离和测量装置连接好，发动机出来的高压机油接入所述高压机油中空气的分离和测量装置的进油口，高压机油中空气的分离和测量装置的出油口接回发动机油道；

步骤2、在机油路中接好流量计；

步骤3、在设定的电机转速下，测量发动机多种工况下的，在设定的时间内析出到测量腔内的气体体积；

步骤4、测量气体的温度、压力及机油体积流量，利用理想气体状态方程，将高温高压状态气体，换算成标准状态气体体积，并计算出标准状态下，机油中测量到的空气含量与机油体积的比值；

步骤5、使用机油含气量测量仪，在设定的电机转速下，测量发动机多种工况下的机油含空气量比值；

步骤6、用相同工况下的通过高压机油中空气的分离和测量装置测量出来的机油含空气量值，除以机油含气量测量仪测出的实际机油含空气量值，得到一个无量纲值，将多个工况下测量的无量纲值取平均数，得出值K。

步骤7、找出K值后，一定条件及范围内，使用高压机油中空气的分离和测量装置测量的机油空气含量值，均能够换算成机油含气量测量仪得出的机油含空气量值

本发明的有益效果在于：

(1)能分离出高压机油内部空气，减少机油含气量，从而减少发动机润滑系统出现的故障；能方便的测量出发动机高压机油含空气量；结构简单，成本低。

(2)当装置安装在发动机润滑系统内时，能在高压机油进入轴瓦前，分离高压机油内所含空气并排出，降低了高压机油的含气量，能防止含气量多的高压机油进入轴瓦破坏轴瓦润滑，减少了润滑系统相关故障，保证了轴瓦及与润滑相关零件的可靠性。当装置用于测量时，能方便快捷的测量出发动机的机油所含空气量，为发动机润滑系统合格与否的判定及优化提供实测依据；

附图说明

图1是高压机油所含空气分离装置及机油含空气量测量方法示意图；

图2是分离腔示意图；

图3是测量用的高压机油所含空气分离装置示意图。

1-分离腔；2-叶片；3-储气腔；4-螺杆；5-泄气腔；6-限压泄气阀；7-导流分隔板；8-测量腔；9-放气阀；10-温压传感器；11-电机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

发动机运行时，进入轴瓦润滑的机油会出现空气泡，例如，在主油道里的压力为5.5bar时,在机油里可溶解30％的气体。当压力降到2bar时，仅18％的气体能溶解在机油里，其余的12％被散发出来形成空气泡。由于在给连杆轴承供油的油道内的负压差的影响(曲轴旋转产生的离心力引起的：供油油道高速旋转时，离旋转中心近的地方压力变小，容易散发出气体，离旋转中心远的两端则压力会变大)，使进入轴瓦的机油里有较多的空气泡，这对连杆轴瓦及轴承之间润滑产生消极的影响。同时，散发的气体对机油的可压缩性有影响。对所有的液压驱动装置，如液压齿轮配合背隙调整装置或液压凸轮相位系统都有消极的影响。

为了降低润滑油中空气对发动机部件的影响，如图1所示，该实施例提供了一种高压机油中空气的分离和测量装置，该装置包括：分离腔1、叶片2、储气腔3、螺杆4、泄气腔5、限压泄气阀6、导流分隔板7。

分离腔1是硬质壳体，有高压机油的进油口及出油口，内部是叶片2，高压机油从分离腔1的进油口进入，冲击叶片2并带动叶片2旋转，经过分离的高压机油会从分离腔1的出油口流出。

叶片2安装在分离腔1内，是筋条或油道结构，扇型布置，中部是转动轴，转动轴一端穿过分离腔1后与电机的转轴相连，另一端是与螺杆4转动轴连接，在外力作用下能高速旋转，从而带动分离腔1内的液体也高速旋转，产生离心力。

储气腔3固定在分离腔1上，是硬质壳体，用于收集分离腔中部分离出来的气体，其最上部有泄气孔。螺杆4是螺杆结构，转动轴与叶片转动轴固定成一体，叶片转动时，螺杆也同样转动，从而带动分离腔中部的高压机油向上运动，当空气随机油运动到储气腔3最上部的导流分隔板7内部空腔时，空气积聚下来，机油则从四周回流下去。泄气腔5安装在储气腔3的最上部上面，是硬质壳体，其内有限压泄气阀6，限压泄气阀6安装在泄气孔上，在弹簧力作用下，密封住泄气孔，当机油给阀的压力大于弹簧力时，限压泄气阀会被推开，储气腔3内的气体及部分机油会从泄气孔内泄出。

需要说明的是，机油压力低时，限压泄气阀是关闭的，但机油流过发明装置时，也是会分离出部分空气的，只是空气没有泄出而是积聚在储气腔3上部的导流分隔板7内。当机油压力高时，限压泄气阀打开，气体才会泄出，同时也会泄出少量机油。

导流分隔板7安装在储气腔顶板下，是倒喇叭形状，直径大的上部包围住储气腔上部的泄气孔，直径小的下部内径要比螺杆叶片外径大一些。其作用一个是导流，使随螺杆转动上升的机油在碰到导流分隔板7后改变方向，向外流动；同时其还有分隔机油及已经分离的空气的作用，上大下小的倒喇叭形状使已经积聚在导流分隔板7内腔上部的空气难以随机油流向下方，只能越积越多，最终当泄气孔打开时，从泄气孔流出。泄出的气体进入发动机内腔中经呼吸系统排出发动机，泄出的机油则落入油底壳中。

当需要测量时，则取消泄气腔5及其内的限压泄气阀6，用测量腔8及其相关部件替代。泄气腔5和测量腔8均与储气腔3有相同的连接方式，因此，无论泄气腔5或测量腔8与储气腔3连接时，都能保证腔体连接部位的密封。

测量腔8是透明材料制作，中上部标记有刻度用于读取气体体积。由于空气是从机油中分离出来的，空气的下面就是机油，可以通过读取机油的最上层位置指示空气体积，测量腔的最上部安装有放气阀9，用于放出测量腔8内的气体。

放气阀9下面位置安装有温压传感器10，用于测量测量腔8顶部气体的压力及温度。电机11输出轴与叶片轴连接，用于带动分离腔1中的叶片转动。测量时，从需要测量的发动机油道或机油泵出口处引入机油，引入的机油需通过流量计以便测量体积流量，从而根据时间计算出机油的体积。

引入的机油通过本发明装置后析出气体，一段时间后(比如2小时)，读取气体体积，根据压力及温度换算成标准状态气体体积。

计算气体体积与机油体积的比，这个比值越大，说明机油中的含气量就越高。用本发明装置所测量出来的机油含空气量，只是机油所含所有空气量的一部分，比如机油实际含空气量是12％，可能测量出来的测量含空气量只有7％。但在一定的条件及范围内，本发明测量出来的测量含空气量，与机油实际含空气量的比值是固定的。

在发动机不同工况下，用本实施例装置测量出来的测量含空气量值，与用机油含空气量测量仪(一般是用FEV的机油含气量测量仪)测量值对比，找出固定比值，就可以用本实施例装置测量的测量含空气量值，来估算实际含空气量值，从而更方便快捷的测量机油含空气量。

具体地，该实施例还提供了一种机油中空气含量测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1、把需要测量的发动机油道与高压机油中空气的分离和测量装置连接好，发动机出来的高压机油接入所述高压机油中空气的分离和测量装置的进油口，高压机油中空气的分离和测量装置的出油口接回发动机油道；

步骤2、在机油路中接好流量计；

步骤3、在设定的电机转速下，测量发动机多种工况下的，在设定的时间内析出到测量腔内的气体体积；

步骤4、测量气体的温度、压力及机油体积流量，利用理想气体状态方程，，即：PV＝mRT公式，P是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，m表示理想气体物质的量，T为理想气体的热力学温度，R是常量；将高温高压状态气体，换算成标准状态气体体积，并计算出标准状态下，机油中测量到的空气含量与机油体积的比值；

步骤5、使用机油含气量测量仪，在设定的电机转速下，测量发动机多种工况下的机油含空气量比值；

步骤6、用相同工况下的通过高压机油中空气的分离和测量装置测量出来的机油含空气量值，除以机油含气量测量仪测出的实际机油含空气量值，得到一个无量纲值，将多个工况的这个无量纲值平均，得出值K。

步骤7、找出K值后，一定条件及范围内，使用高压机油中空气的分离和测量装置测量的机油含空气量值，均能够换算成机油含气量测量仪得出的机油含空气量值。

综上，本实施例的高压机油所含空气分离装置及机油含空气量测量方法，当装置安装在发动机润滑系统内时，能在高压机油进入轴瓦前，分离高压机油内所含空气并排出，降低了高压机油的含气量，能防止含气量多的高压机油进入轴瓦破坏轴瓦润滑，减少了润滑系统相关故障。当用于测量时，能方便快捷的测量出发动机的机油所含空气量，为发动机润滑系统合格与否的判定及优化提供实测依据。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压机油中空气的分离和测量装置，包括：分离腔(1)、叶片(2)、储气腔(3)、螺杆(4)、泄气腔(5)、限压泄气阀(6)、导流分隔板(7)、测量腔(8)，其特征在于：

分离腔(1)具有高压机油的进油口及出油口，分离腔(1)内部设置有叶片(2)，高压机油从分离腔(1)的进油口进入，经过分离的高压机油从分离腔(1)的出油口流出；

叶片(2)安装在分离腔(1)内，驱动叶片的转动轴一端穿过分离腔(1)与电机输出轴相连，另一端与螺杆(4)的转动轴连接，叶片(2)和螺杆(4)高速旋转，产生离心力，同时带动分离腔中的机油向上运动；当空气随机油运动到储气腔(3)最上部的导流分隔板(7)内部空腔时，空气积聚下来，机油则从四周回流下；

在分离空气时，泄气腔(5)安装在储气腔(3)的最上部上面，泄气腔(5)内有限压泄气阀(6)，限压泄气阀(6)安装在泄气孔上，在弹簧力作用下，密封住泄气孔，当机油作用于限压泄气阀的压力大于弹簧力时，限压泄气阀(6)被推开，储气腔(3)内的气体及部分机油会从泄气孔泄出；

在测量空气时，取下泄气腔(5)及其内的限压泄气阀(6)，用测量腔(8)代替泄气腔(5)；测量腔(8)中上部标记有刻度用于读取气体体积；测量腔(8)的最上部安装有放气阀(9)，用于放出测量腔(8)内的气体。

2.根据权利要求1所述的高压机油中空气的分离和测量装置，其特征在于：导流分隔板(7)安装在储气腔(3)顶板下，呈倒喇叭形状，直径大的上部包围住储气腔(3)上部的泄气孔，直径小的下部内径比螺杆叶片外径大。

3.根据权利要求1所述的高压机油中空气的分离和测量装置，其特征在于：泄气腔(5)和测量腔(8)均与储气腔(3)有相同的连接方式，泄气腔(5)或测量腔(8)与储气腔(3)连接时，均能保证连接部位的密封。

4.根据权利要求2所述的高压机油中空气的分离和测量装置，其特征在于：放气阀(9)下面位置安装有温压传感器(10)，用于测量测量腔(8)顶部气体的压力及温度。

5.根据权利要求4所述的高压机油中空气的分离和测量装置，其特征在于：测量时，从需要测量的发动机油道或机油泵出口处引入机油，引入的机油通过流量计以便测量体积流量，从而计算出设定的时间段内机油的体积；同时引入的机油通过高压机油中空气的分离和测量装置后析出气体，并在设定的时间段内，读取气体体积数、压力及温度，并根据理想气体状态方程换算成标准状态气体体积，得到空气含量值。

6.根据权利要求5所述的高压机油中空气的分离和测量装置，其特征在于：在发动机不同工况下，用高压机油中空气的分离和测量装置测量出来的含空气量值，与机油含空气量测量仪测量值对比，找出固定比值，进而通过高压机油中空气的分离和测量装置测量出来的空气含量值，来估算实际空气含量值。

7.一种利用权利要求1所述的高压机油中空气的分离和测量装置进行机油中空气含量测量的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、把需要测量的发动机油道与高压机油中空气的分离和测量装置连接好，发动机出来的高压机油接入所述高压机油中空气的分离和测量装置的进油口，高压机油中空气的分离和测量装置的出油口接回发动机油道；

步骤2、在机油路中接好流量计；

步骤3、在设定的电机转速下，测量发动机多种工况下的，在设定的时间内析出到测量腔内的气体体积；

步骤4、测量气体的温度、压力及机油体积流量，利用理想气体状态方程，将高温高压状态气体，换算成标准状态气体体积，并计算出标准状态下，机油中测量到的空气含量与机油体积的比值；

步骤5、使用机油含气量测量仪，在设定的电机转速下，测量发动机多种工况下的机油含空气量比值；

步骤6、用相同工况下的通过高压机油中空气的分离和测量装置测量出来的机油含空气量值，除以机油含气量测量仪测出的实际机油含空气量值，得到一个无量纲值，将多个工况下测量的无量纲值取平均数，得出值K；

步骤7、找出K值后，一定条件及范围内，使用高压机油中空气的分离和测量装置测量的机油空气含量值，均能够换算成机油含气量测量仪得出的机油含空气量值。

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