现代发动机曲轴箱通风系统设计研究.pdf

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1、柳国立刘正勇韩俊楠张蒙吴贵荣：现代发动机曲轴箱通风系统设计研究17现代发动机曲轴箱通风系统设计研究DesignandResearchofCranleshaftBoxSystem柳国立刘正勇韩俊楠张蒙吴贵荣(中国第一汽车集团公司)[摘要]近年来，随着排放法规的升级以及发动机可靠性能力提高，对曲轴箱通风系统设计提出巨大的挑战，主要表现为：①对于柴油机，为了降低曲轴箱排放物对环境的污染，闭式曲轴箱通风系统成为必然趋势；②对于汽油机，随着发动机强化程度提高(尤其是增压直喷发动机)，同排量发动机漏气量急剧

2、增加，但对曲轴箱通风系统机油携出量、曲轴箱压力都提出了更加严格的要求，从而造成系统设计难度大幅提升。本文基于一汽自主发动机开发过程中积累的大量经验，对曲轴箱通风系统设计过程中所采用的通风通道设计技术、油气分离及回油技术、曲轴箱压力控制技术及CAE模拟分析技术等进行了详细论述。[关键词]发动机曲轴箱通风系统设计研究1概述发动机在工作过程中燃烧室内气体不可避免的要从活塞环窜人曲轴箱，其主要成分包括已燃烧的气体、未燃烧的气体及水蒸气等。为防止曲轴箱窜气造成曲轴箱内压力异常，影响整机性能及可靠性，由于曲

3、轴箱内存在大量的机油液滴，会随着发动机窜气一起排出曲轴箱，从而造成机油消耗量增加并污染环境，因此必须进行控制。曲轴箱通风系统主要功能是将曲轴箱混合气中的油进行分离，分离后的机油回到曲轴箱，同时要保证曲轴箱压力控制在合理的范围。曲轴箱通风系统主要结构形式分为开式及闭式两种。分离后的气体直接排人大气称为开式曲轴箱通风系统，其优点是结构简单、成本低，但不可避免的对环境造成一定的污染。目前国家排放标准没有强制要求压燃式内燃机必须采用闭式曲轴箱通风系统，出于对整机性能、可靠性及成本的考虑现有国内柴油发动机

4、多数采用开式系统，典型系统组成如图1所示。分离后的气体进人进气系统重新参加燃烧称为闭式曲轴箱通风系统，系统简图如图2所示。其优点是能实现曲轴箱污染物零排放，但结构复杂、成丁一二：．、“0些!!图l开式曲轴箱通风系统示意图伊二黼图2闭式曲轴箱通风系统示意图内燃机与配件2014年第12期I@、陌，，)崮、故障模式为了应对排放法规以及新型发动机开发对曲轴箱通风系统设计带来的挑战，近年来越来越多的学者加入到了曲轴箱通风系统的研究中来，系统CAE仿真及新型高效油气分离技术的研究取得到了长足的进步，为进一步

5、完善曲轴箱通风系统设计提供了支撑。2曲轴箱通风系统设计为保证曲轴箱通风系统能够满足整机要求，设计过程中主要应该考虑曲轴箱通风通道设计(纵向、垂直⋯)、油气分离装置设计、压力调节装置设计、回油系统设计、取气口位置设计以及防结冰功能设计等六方面因素。2．1曲轴箱通风通道设计曲轴箱通风通道主要由纵向通风通道以及垂直通风通道两部分组成。2．1．1纵向通风通道纵向通风通道是指相邻两缸之间用于气体流动的空间，如图4所示。纵向通风通道设计直接影响到整机摩擦功以及曲轴箱气体内的机油含量。图4纵向通风通遁a．纵向

6、通风通道对整机摩擦功影响由于活塞在曲轴箱内的往返运动造成各缸纵向通风通道空间在不断的变化，在活塞下行过程中会不断压缩曲轴箱内的气体，进而受到压缩的气体推动油底壳内的机油液面释放能量，导致机油液面波动，整机摩擦功增大，与此同时，曲轴箱箱内部压力波动剧烈，如图5㈩所示，根据不同发动机设计水平，该波动值最大能够超过±0．1bar。图5曲轴辑压力渡动为了减低活塞下行过程中，各缸纵向通风面积减小对摩擦功的影响，需要增加各缸之间的纵向通风通道，其主要作用是平衡各缸之间曲轴箱内部压力，防止在某一缸下行过程中对

7、曲轴箱内部气体的压缩，降低由于曲轴箱通风所造成的摩擦损失，不同转速下，各缸之间的纵向通风面积与摩擦损失关系如图6¨。。图6纵向通风面积对犀擦功影响b．纵向通风通道对机油含量影响如果曲轴箱内气体流速过高，会将更大直径的机油液滴带人混合气体中，从而使曲轴箱气体中的机油浓度增加，因此，曲轴箱内气体流速直接影响气体内的机油含量，必须保证相邻两缸曲轴箱之间有足够的流通面积。2．1．2垂直通风通道垂直通风通道是指将发动机曲轴箱内的气体输送到缸盖上部的通风通道，设计时应主要注意曲轴箱通风通道与机油回油道需要尽

8、帚分开，如图7昕示．柳国立刘正勇韩俊楠张蒙吴贵荣：现代发动机曲轴箱通风系统设计研究19垂直通风通道设计同样影响到气体中的机油含量，如果回油与通风通道没有分开，就会导致气体中含油量增加，加剧油气分离器的负担；相反，如果回油与通风通道彻底分开，气体中含油量会由于重力作用一定程度减少，有利于油气分离。2．2油气分离装置油气分离装置是曲轴箱通风系统重要组成部分，主要有粗分离、精分离两部分组成。粗分离部分多为迷宫形式(布置在气缸盖罩盖内)；精分离部分多为螺旋或多级旋风形式。但近几年在现代发动机开发中Dow