一种带多级油气分离呼吸器的单缸立式柴油机用气门罩壳组件的制作方法

本发明涉及柴油机呼吸器和气门罩壳，特别相关于单缸柴油机用呼吸器。

背景技术：

柴油机工作时，在活塞压缩、膨胀和排气过程中，不可避免地会有少量的气缸内的高温燃气和废气经过活塞环的间隙漏入曲轴箱内，而且随着发动机的磨损、老化，漏入量会越来越多。另一方面，随着柴油机的持续运转，润滑油不断将高温部件的热量带回油底壳，使油底壳温度不断升高，在高温作用下，润滑油中的轻质易挥发成分会不断挥发出来，进一步增加曲轴箱内的压力。最终导致机油窜入气缸内燃烧，造成机油耗偏大，柴油机PM排放增加。

现国内量产的单缸立式柴油机用呼吸器均采用单一的滚珠式单向阀来进行曲轴箱通风，实际使用中会存在如下不足：1.仅靠重力功能实现油气分离，其分离效率低，且难以分离出呼出废气中的机油中小液滴；2.对上下移动的滚珠和单向阀座的加工精度要求较高，但在实际生产过程中难以保证加工精度，使得此呼吸器的可靠性较差，导致量产的单缸立式柴油机的曲轴箱负压波动大，最终造成机油消耗差异大,影响柴油机的颗粒排放。我国非道路柴油机排放标准不断加严，对颗粒排放有了更严格的规定，已有研究表明，柴油机尾气约50％的颗粒排放来源于未完全燃烧的机油，故而成功设计出一款能够有效降低单缸立式柴油机机油消耗的呼吸器十分关键。

本发明针对单缸立式柴油机用现有呼吸器的不足，除了利用滚珠控制的单向阀，增加了多级迷宫式内腔进行第二级油气分离，在后部分气流通道中采用金属丝滤网进行第三级油气过滤分离，设计出一款油气分离率高、工作可靠、体积小巧、成本低廉的油气分离型单缸柴油机用呼吸器，且与气门罩壳合为一体，形成为带多级油气分离呼吸器的气门罩壳组件。

技术实现要素：

本发明针对单缸立式柴油机单一使用滚珠式单向阀的呼吸器油气分离效率较低、可靠性差、机油消耗高且批量生产波动大等缺点，增加了多级迷宫式内腔和金属滤网进行第二级和第三级油气分离，通过合理布局和设计，将三者结合于气门罩壳并形成一体，提供了一种带多级油气分离呼吸器的单缸立式柴油机用气门罩壳组件，其工作可靠，能够分离出单向阀无法分离出的细小油滴；提高分离效率，形成稳定的曲轴箱负压，有效降低单缸柴油机机油消耗，使柴油机PM排放大幅下降。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种带多级油气分离呼吸器的单缸立式柴油机用气门罩壳组件，其特征在于：包含气门罩壳内腔、单向阀、多级迷宫腔体、金属丝滤网、呼吸器垫片以及呼吸器盖板。所述多级迷宫腔体包含迷宫腔底座、迷宫腔周向壳体、内腔隔板I、内腔隔板II和内腔隔板Ⅲ，整个多级迷宫腔体与气门罩壳内腔体铸为一体，其中迷宫腔底座同时作为气门罩壳顶盖一部分位于罩壳一角，迷宫腔周向壳体铸造于迷宫腔底座上，内腔隔板I、内腔隔板II和内腔隔板Ⅲ铸造于迷宫腔底座上及周向壳体内侧、并且相邻两个隔板之间交错对立安装形成S形气流通道；所述金属丝滤网置于内腔隔板II和内腔隔板Ⅲ之间；所述呼吸器盖板安装于迷宫腔周向壳体之上，由六个带法兰螺栓固定；所述呼吸器垫片垫设在迷宫腔周向壳体与呼吸器盖板之间。

进一步地，所述气门罩壳内腔内单向阀上端面出气管延伸至迷宫腔底座上，管口位于迷宫腔底座底端，进气管管口延伸高出底座约2mm，位于底座顶端，防止分离后的机油进入进气管。

进一步地，所述迷宫腔底座的倾斜角α应该为5°～10°，由进气管管口向下倾斜于出气管管口，底座底端增加有直径约1.5mm回油孔，使分离出的油滴能够沿倾斜的底部流入回油孔进入气门罩壳内腔。

进一步地，所述迷宫腔周向壳体形状不规则，铸造于迷宫腔底座上，其中两个壁面位于气门罩壳边缘，另外两面位于罩壳顶盖上两个螺栓孔旁，能够有效利用气门罩壳侧面原有结构及顶盖空间，节省材料。

进一步地，所述迷宫腔周向壳体壁面和内腔隔板Ⅰ，内腔隔板Ⅰ和内腔隔板Ⅱ，内腔隔板Ⅱ和内腔隔板Ⅲ，内腔隔板Ⅲ和周向壳体另一壁面，沿气流方向自下而上分别构成四个迷宫式内腔。

进一步地，所述迷宫腔底座上出气管管口和进气管管口分别位于第一和第四个迷宫腔内，使曲轴箱呼出的混有机油的废气先经过滚珠控制的单向阀进行初步油气分离，紧接着通过出气管进入迷宫式内腔进行第二级及第三级分离，分离结束的气体由进气管进入气缸盖的进气道，提高分离效率，并形成密闭式的曲轴箱强制通风，保证曲轴箱废气零排放。

进一步地，所述内腔隔板I、内腔隔板II和内腔隔板Ⅲ交错铸造，相互平行于周向壳体其中底面，隔板长度选定为周向底座底面边长的1/2～2/3，以增加呼出气体在内腔隔板上的有效撞击，有助油气分离。

进一步地，所述迷宫腔周向壳体顶面加工有六个内螺纹孔，用于安装螺栓。

进一步地，所述呼吸器盖板外围形状与周向壳体形状一致，由六个带法兰螺栓将盖板紧固于周向壳体上。

本发明的有益效果是：在滚珠式单向阀的基础上，增加了多级迷宫腔体进行油气的第二级分离，在后部分气流通道中通过金属丝滤网进行第三级油气分离，将呼吸器功能的部分与气门罩壳铸成一体，结构简单，工作可靠。通过合理设计迷宫腔壳体在气门罩壳上的位置以及内腔隔板I、内腔隔板Ⅱ和内腔隔板Ⅲ在壳体内部的位置，形成四个连续的迷宫式内腔，提升废气中油气分离的效率，分离出单向阀无法分离的小油滴，通过金属丝滤网实现呼出废气中油气的细分离，确保分离结束的曲轴箱废气中无机油后再进入气缸盖进气道。利用此带有多级油气分离呼吸器的气门罩壳组件，可使曲轴箱内气压与进气道内气压达到平衡，最终使曲轴箱内形成一定负压，能较好的控制整机机油消耗，降低PM排放。

附图说明

图1为本发明所述带多级油气分离呼吸器的单缸立式柴油机用气门罩壳组件的俯视图。

图2为本发明所述带多级油气分离呼吸器的单缸立式柴油机用气门罩壳组件的剖视图。

附图标记如下：

1-气门罩壳内腔，2-螺栓孔，3-迷宫腔底座，4-内腔隔板Ⅱ，5-迷宫腔周向壳体，6-内腔隔板Ⅲ，7-进气管，8-带法兰螺栓，9-金属丝滤网，10-内腔隔板Ⅰ，11-出气管,12-单向阀，13-回油孔，14-呼吸器垫片，15-呼吸器盖板。

具体实施方式

本发明提供了一种带多级油气分离呼吸器的单缸立式柴油机用气门罩壳组件，其主要包含气门罩壳内腔、单向阀、多级迷宫腔体、金属丝滤网、呼吸器垫片以及呼吸器盖板。所述多级迷宫腔体包含迷宫腔底座、迷宫腔周向壳体、内腔隔板I、内腔隔板II和内腔隔板Ⅲ，金属丝滤网置于内腔隔板II和内腔隔板Ⅲ之间，多级迷宫腔体位于气门罩壳内腔的顶部，两者由铸造形成并合成一体，其中迷宫腔底座同时作为气门罩壳顶盖一部分，迷宫腔周向壳体铸造于迷宫腔底座上，内腔隔板I、内腔隔板II和内腔隔板Ⅲ铸造于迷宫腔底座上及周向壳体内侧。所述迷宫腔底座存在5°～10°的倾斜度，气门罩壳内存在的连通曲轴箱的含油气体经单向阀从出气管进入呼吸器底座，油气经多级迷宫分离，再经金属丝滤网过滤，机油被分离，气体经进气管进入缸盖进气道至气缸内，分离的机油通过底座底端的直径约1.5mm的回油孔流回气门罩壳内。进气管伸出高出呼吸器底座约2mm防止机油进入进气管，所述呼吸器盖板由带法兰螺栓紧固于周向壳体上，保证多级迷宫腔的密封。此带多级油气分离呼吸器的单缸立式柴油机用气门罩壳组件可有效提高油气分离的效率，维持曲轴箱稳定负压，减少机油消耗。试验证明：使用该带呼吸器的气门罩壳组件，柴油机机油消耗明显降低，与原机结构相比整机PM排放可降低20％以上。

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

从图1、图2中可以看出本组件主要包含气门罩壳内腔、单向阀、多级迷宫腔体、金属丝滤网、呼吸器垫片以及呼吸器盖板。

所述多级迷宫腔体包含迷宫腔底座3、迷宫腔周向壳体5、内腔隔板I10、内腔隔板II4、内腔隔板Ⅲ6，整个多级迷宫腔体由铸造形成并与气门罩壳内腔1合成一体，其中迷宫腔底座3同时作为气门罩壳顶盖一部分位于其一角，迷宫腔周向壳体5铸造于迷宫腔底座3上，其主要利用单向阀12、出气管11和进气管7在气门罩壳内腔1的空间位置，节省材料，降低迷宫腔的高度。所述内腔隔板I10、内腔隔板Ⅱ4和内腔隔板Ⅲ6交错铸造于壳体内部，且应平行于周向壳体5壁面，其主要有两个作用：1、防止从呼吸器单向阀12中呼出的废气直接流向进气管7，增加呼出气体在内腔中有效路径的长度，增加废气在隔板上的撞击效应，使废气中的机油有充足的时间冷凝聚集，增大油气分离效果；2、固定金属丝滤网9，防止金属丝滤网9在腔内晃动。

所述迷宫腔周向壳体5、内腔隔板Ⅰ10、内腔隔板Ⅱ4和内腔隔板Ⅲ6，通过精心设计，使得形成三个迷宫式内腔：沿气流运动路径上，迷宫腔周向壳体5壁面和内腔隔板Ⅰ10构成第一个迷宫式内腔，内腔隔板Ⅰ10和内腔隔板Ⅱ4构成第二个迷宫式内腔，内腔隔板II4和内腔隔板Ⅲ6构成第三个迷宫式内腔，内腔隔板Ⅲ6和周向壳体5另一壁面构成第四个迷宫式内腔。

所述呼吸器底座3存在5°～10°的倾斜度，角度太小不利于回油，角度太大则会增加气流阻力，降低分离效果。出气管11管口位于第一个迷宫腔内，进气管7管口位于第四个迷宫腔内，且在底座3底端钻出一个直径约1.5mm的回油孔13，通过此设计和布局，形成的迷宫式内腔可以提高呼吸器油气分离的效率，其工作原理如下：经过单向阀12初步分离的废气通过出气管11进入第一个迷宫腔，交错设置的内腔隔板阻拦并强制改变气流运动方向，由于油滴和气体二者密度不同，机油液滴质量大，动量也就较大于空气，通过惯性冲击的作用，使油滴撞击到内壁和隔板上被吸附下来，并从混合气中分离出来，在重力作用下顺迷宫腔底座3倾斜角度聚集下移，并通过回油孔13流回气门罩壳内腔1，最终流至摇臂室，分离结束的气体进入第四个迷宫腔通过进气管7管口进入气缸盖进气道，最终和通过空滤器的新鲜空气一同进入燃烧室。

所述迷宫腔周向壳体5壁面和内腔隔板Ⅰ10形成的第一个迷宫腔容积应大于其他三个内腔容积，原因是曲轴箱废气通过出气管11管口进入迷宫腔后其流速度会减小，气流平均压力会增加，气体会受压膨胀，增大容积有助于降低呼气进入迷宫腔的阻力，提高迷宫腔工作稳定性，增加之后的油气分离效率。

所述金属丝滤网9应置于合适的迷宫式内腔中，若将金属丝滤网9置于第一个或第二个内腔中，则会增加呼出气体的阻力，增加金属丝滤网9的工作负担，且不能发挥金属丝滤网9的主要作用；若将金属丝滤网9置于第四个内腔中，则不仅会增加气体进入进气道的阻力，还会使分离出的细小油滴直接进入进气管7。因此将金属丝滤网9置于内腔隔板Ⅱ4和内腔隔板Ⅲ6之间，一方面可以使混合气通过第一个内腔和第二个内腔后未能分离出的细小油滴粘附在金属丝滤网9上直至下沉聚集，实现油滴细分离并减轻金属丝滤网9负担；另一方面可以防止较小油滴被气流带入第四个迷宫腔并进入进气管7，从而提高整个油气分离系统的工作效率，保证油气分离的彻底性，同时降低呼气和进气阻力，提高使用寿命，增加呼吸器工作的可靠性。

所述迷宫腔底座3上的进气管7管口高出迷宫腔底座3约2mm，目的在于防止气流将少量未及时冷凝聚集的细小油滴带入第四个迷宫腔并通过进气管7管口进入气缸盖进气道，与金属丝滤网9形成双重保障，保证最终回到燃烧室的曲轴箱废气中无机油。

所述呼吸器盖板15由六个带法兰螺栓8固定于迷宫腔周向壳体5上，其形状与周向壳体5一致，节省材料的同时保证与气门罩壳内腔1结构的一致性，不妨碍此气门罩壳组件在机体的安装和使用。

所述呼吸器垫片14垫设在迷宫腔周向壳体5和呼吸器盖板15之间，并通过螺栓8压紧，可确保迷宫腔内的气体不会从迷宫腔周向壳体5与呼吸器盖板15间的缝隙漏出。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。