CN202117733U - 油气分离器及具有该分离器的曲轴箱窜气量检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种油气分离器，其出气管具有节流变径段；在出气管上设置有第一、第二压力传感器，分别采集出气管内节流前、后的压力。应用该油气分离器的曲轴箱窜气量检测控制系统还包括控制单元；控制单元根据油气分离器上第一、第二压力传感器采集的压力信号、及预设的气体密度阈值，实时输出窜气量的状态检测信号。本实用新型具有结构简单、工作可靠、实用性强的特点，基于实时输出的窜气量的状态检测信号，用户能够根据该信息获得提醒并及时对发动机进行检查，可有效避免发动机的功率下降、燃油消耗率增加、机油老化快等问题，并可减少了由于曲轴箱窜气对于环境造成的影响。

Description

油气分离器及具有该分离器的曲轴箱窜气量检测控制系统

技术领域

本实用新型涉及发动机配件及其控制技术，具体涉及一种油气分离器及具有该分离器的曲轴箱窜气量检测控制系统。

背景技术

现在的发动机工作都是靠吸入混和气后压缩然后点燃作功产生动力。众所周知，发动机在工作过程中，其作功行程的爆发压力可高达18～20Mpa。在上述高压的作用下，尽管活塞与缸体之间设置有活塞环进行密封，但被压缩的混合气体会从活塞和缸体的缝隙、活塞环开口、活塞环和缸体的缝隙等地方窜出去进入曲轴箱。

与此同时，随着活塞的上下运动，在曲轴箱内将产生一定的背压。因此，当漏气量超出厂家规定的额定值后，必然导致发动机的功率下降、燃油消耗率增加、机油老化快等问题的出现，一方面影响了发动机使用性能，另一方面大大增加了其使用成本。

另外，由于发动机增压器的回油需要回流至曲轴箱，因此，曲轴箱内压力的增高还会使得增压器回油不畅，进而造成增压器漏油。

此外，曲轴箱窜气还会造成的大气污染，不利于环保。

基于曲轴箱窜气所存在的上述缺陷，现有技术针对曲轴箱的通风以及通风过程所涉及的油气分离问题提出了相应的解决办法，其工作原理是将多余的废气排出曲轴箱或者对排出的废气进行处理。显然，现有技术仅仅是解决了窜气所导致的一系列缺陷，并没有从根本上解决产生窜气的根源。也就是说，如果发动机如此长时间的工作，形成窜气的根本原因将逐渐严重，比如，出现活塞环、缸套的磨损过度或活塞环烧结卡死或断裂等现象，从而使得发动机性能进一步恶化，导致发动机的动力性、经济型、可靠性下降。

有鉴于此，亟待针对现有技术进行优化设计，以避免出现活塞环、缸套的磨损过度或活塞环烧结卡死或断裂等现象，有效稳定发动机性能。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于提供一种油气分离器，以具备提供出气管内气体参数的功能，为稳定发动机性能提供可靠的保障。在此基础上，本实用新型还提供一种应用该油气分离器的曲轴箱窜气量检测控制系统。

本实用新型提供的油气分离器，其壳体内设置有油气分离器芯，所述壳体上设置有与内侧腔室连通的进口管、出气管和回油管；所述出气管具有节流变径段；在所述出气管上设置有第一压力传感器和第二压力传感器，分别采集所述出气管内节流前、后的压力。

优选地，所述出气管的内壁径向突出形成截面渐变状的节流变径段，且最小通流截面位置处的所述出气管上开设有与所述第二压力传感器连接的径向贯通孔，所述节流变径段上游侧的所述出气管上开设有与所述第一压力传感器连接的径向贯通孔。

本实用新型提供的曲轴箱窜气量检测控制系统，包括如前所述的油气分离器和控制单元；其中，所述控制单元根据所述油气分离器上第一、第二压力传感器采集的压力信号、及预设的气体密度阈值，实时输出窜气量的状态检测信号。

优选地，所述控制单元具体为发动机电子控制单元。

本实用新型提供的油气分离器在现有技术的基础上进行了优化设计，其出气管具有节流功能，并通过第一压力传感器和第二压力传感器分别采集出气管节流前、后的气体压力。与现有技术相比，本方案所述油气分离器具备提供出气管内气体参数的功能，为稳定发动机性能提供可靠的保障。

作为该油气分离器的一种具体应用，本实用新型提供的曲轴箱窜气量检测控制系统还包括控制单元；其控制单元可根据油气分离器上第一、第二压力传感器采集的压力信号、及预设的气体密度阈值，实时输出窜气量的状态检测信号，从而能够从根本上解决产生窜气的根源。

本实用新型具有结构简单、工作可靠、实用性强的特点，不经实流标定即可保证一定的测量精度。实际工作过程中，基于该曲轴箱窜气量检测控制系统实时输出的窜气量的状态检测信号，用户能够根据该信息获得提醒并及时对发动机进行检查，必要时更换相应的零部件，从而可有效避免发动机的功率下降、燃油消耗率增加、机油老化快等问题，降低用户的维护成本。同时，可有效避免由于曲轴箱压力增高导致的增压器的回油不畅造成的增压器漏油等的故障，并且大大减少了由于曲轴箱窜气对于环境造成的影响。

附图说明

图1是具体实施方式中所述油气分离器的整体结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是具体实施方式中所述曲轴箱窜气量检测控制系统的单元框图；

图4是具体实施方式中所述控制单元的控制流程图。

图中：

进口管1、第一压力传感器2、第二压力传感器3、出气管4、回油管5、油气分离器10、显示装置20、控制单元30。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种油气分离器，以具备提供出气管内气体参数的功能，为稳定发动机性能提供了可靠的保障。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图1和图2，其中，图1是本实施方式所述油气分离器的整体结构示意图，图2是图1的左视图。

如图所示，该油气分离器的壳体内设置有油气分离器芯，其分离油气的工作原理与现有技术相同，在壳体上同样设置有与内侧腔室连通的进口管1、出气管4和回油管5；使用时，曲轴箱内的废气经进气管1进入油气分离器的内侧腔室，经油气分离器芯处理后，废气中的机油分离出来并经回油管5流出后回收，气体自出气管4排出。需要说明的是，该油气分离器的主体构成与现有技术相同，本领域的普通技术人员基于现有技术完全可以实现，故本文不再赘述。

如前所述，本实用新型所述油气分离器具备提供出气管内气体参数的功能，如图1所示，该出气管4具有节流变径段，以使得出气管4内气流形成不同的流速和压力。同时，在出气管4上设置有第一压力传感器2和第二压力传感器3，其中，第一压力传感器2用于采集出气管4内节流前的压力，第二压力传感器3用于采集出气管4内节流后的压力。

应当理解，该节流变径段的形成可以采用多种结构实现，只要满足使用需要均可。如图1所示，该出气管4的内壁径向突出形成截面渐变状的节流变径段，且最小通流截面位置处的出气管4上开设有与所述第二压力传感器3连接的径向贯通孔，该节流变径段上游侧的出气管4上开设有与第一压力传感器2连接的径向贯通孔。如此设置，可获得精准的节流前、后的气体压力值，以应用于本实用新型所提供的曲轴箱窜气量检测控制系统。

请参见图3，该图示出了本实施方式所述曲轴箱窜气量检测控制系统的单元框图。

该系统包括如前所述的油气分离器10和控制单元30。其中，控制单元30根据油气分离器10上第一、第二压力传感器采集的压力信号、及预设的气体密度阈值，实时输出窜气量的状态检测信号。当然，气体密度也可以采用气体密度获取装置获取，其可以设置在出气管4的上游侧或者下游侧，显然，其设置位置对于采用精度并不构成实质影响。

本方案的控制单元30具体为发动机电子控制单元ECU。实际上，该控制单元30也可以采用独立设置的可编程控制器，但从整机优化的角度考虑，有效利用发动机自身的电子控制单元ECU为最优方案。

以下简要说明窜气的体积流量qv的计算方法。

首先，可基于压差测量值计算出流量值，当气体流过带有节流的管道时，根据流体的连续性方程存在以下关系：

A₁v₁＝A₂v₂＝q_V，式中：

A₁-节流变径段上游侧的所述出气管的通流截面面积，预设于控制单元的存储器中；

A₂-所述出气管的最小通流截面面积，预设于控制单元的存储器中；

v₁-节流变径段上游侧的所述出气管内的气体流速；

v₂-节流变径段的气体流速；

q_v-气体体积流量。

又，根据流体的能量守恒定律可知，流体流线上各点的动能、位能和压力能总和保持不变。用伯努利方程表示为：

$g{Z}_1+\frac{1}{2}{v_1}^2+\frac{p_1}{\mathrm{\ρ}}=g{Z}_2+\frac{1}{2}{v_2}^2+\frac{p_2}{\mathrm{\ρ}},$ 式中：

p₁-第一压力传感器采集的压力信号；

p₂-第二压力传感器采集的压力信号；

Z₁、Z₂_分别表示各管道截面中心处的高度坐标，ρ为流体的密度。那么，假定管道为水平放置，Z₁＝Z₂，则

$\frac{1}{2}{v_1}^2+\frac{p_1}{\mathrm{\ρ}}=\frac{1}{2}{v_2}^2+\frac{p_2}{\mathrm{\ρ}},$ 由于v₁＜v₂，可知p₁＞p₂

由此可以确定， $q_V=\frac{A_2}{\sqrt{1-{\left(\frac{A_2}{A_1}\right)}^2}}\sqrt{\frac{2(p_1-p_2)}{\mathrm{\ρ}}}.$

按照上述公式，发动机电子控制单元的计算模块计算获得气体体积流量q_v后，可输出至显示装置20显示。该显示装置20可具体为设置在操纵室内的显示屏，实际显示的内容可以为实时气体体积流量q_v、气体体积流量最大值max-q_v、气体体积流量最小值min-q_v或者气体体积流量平均值Avrg-q_v，以供用户根据实际需要参考使用。

此外，发动机电子控制单元的比较模块还可以进一步有效利用计算获得的气体体积流量q_v，在窜气量过高时输出报警信号。请参见图4，该图示出了控制单元的控制流程图。

具体地，以所述气体体积流量大于等于第一气体体积流量阈值为判断条件，获得存在故障的判断结果；若判断结果表征存在故障，则输出报警信号至显示装置。也就是说，根据特定的发动机及其应用情境，本领域技术人员可以预设一窜气量的限制值：第一气体体积流量阈值，当计算获得的气体体积流量大于等于第一气体体积流量阈值时，则输出报警信号，比如，以闪码形式报警，提示用户当前窜气量已超出预设限制值，相关零部件需要进行检修，以解除导致严重窜气的故障。当然，也可以同时结合声音报警方式。

应当理解，发动机运行过程中，受自身结构及外界因素的影响实时获得的气体体积流量将在一定幅值区间内波动，因此，为提高其控制精度，优选采用气体体积流量平均值Avrg-q_v与第一气体体积流量阈值进行比较判断。

然而，在整机正常运行状态下，用户往往会忽视系统发出的报警信号，显然，若发动机长期处于上述工作状态下而不进行系统检修维护，同样会造成活塞环、缸套的磨损过度或活塞环烧结卡死或断裂等问题。为此，本方案进一步优化了控制策略，在前述窜气量限制值的基础上，预设一极限限制值：第二气体体积流量阈值，这里提出的第一气体体积流量阈值和第二气体体积流量阈值之间比例关系，完全可以根据需要进行确定，比如，第二气体体积流量阈值设定为第一气体体积流量阈值的1.2倍。如此设置，以气体体积流量大于第二气体体积流量阈值为判断条件，获得启动排气流量错误诊断管理的判断结果。即，当气体体积流量大于第二气体体积流量阈值时，则启动发动机的错误诊断管理系统，进而根据需要输出控制信号限制发动机输出扭矩；比如，在发动机的转速大于1500r/min时限制扭矩。也就是说，即使用户忽视窜气量过大的报警信号，本系统也能在极限状态下限制发动机的输出扭矩，避免出现恶劣损坏现象。

特别说明的是，气体体积流量q_v的计算方法不局限于按照前述公式获得。一般地，A₂＜＜A₁，

此外，也可以按照公式

计算获得，式中：

a-预设的所述出气管的最小通流截面面积；

ρ-所述出气管内的气体密度；

Δp-节流前后的压差，即p₁-p₂；

ε-所述出气管的气体膨胀系数；

α-所述出气管的流量系数。其中，气体膨胀系数ε和流量系数α均可通过现有实验方法确定，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现，故本文不再赘述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种油气分离器，其壳体内设置有油气分离器芯，所述壳体上设置有与内侧腔室连通的进口管、出气管和回油管；其特征在于，所述出气管具有节流变径段；在所述出气管上设置有第一压力传感器和第二压力传感器，分别采集所述出气管内节流前、后的压力。

2.根据权利要求1所述的油气分离器，其特征在于，所述出气管的内壁径向突出形成截面渐变状的节流变径段，且最小通流截面位置处的所述出气管上开设有与所述第二压力传感器连接的径向贯通孔，所述节流变径段上游侧的所述出气管上开设有与所述第一压力传感器连接的径向贯通孔。

3.一种曲轴箱窜气量检测控制系统，包括：

如权利要求1或2所述的油气分离器；和

控制单元，根据所述油气分离器上第一、第二压力传感器采集的压力信号、及预设的气体密度阈值，实时输出窜气量的状态检测信号。

4.根据权利要求3所述的曲轴箱窜气量检测控制系统，其特征在于，所述控制单元具体为发动机电子控制单元。

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