专利名称：复式油气分离方法及复式油气分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分离气流中机油或固体颗粒的装置，尤其是涉及内燃机曲轴箱气体的油 气分离器。
背景技术：
随着汽车排放法规的日益严格，新技术的不断采用，它们均要求对内燃机曲轴箱窜气进 行油气的高效分离。在内燃机压縮和作功冲程期间，气缸内部分高压气体通过活塞环的端隙、 活塞环与环槽间的侧隙、活塞环与气缸壁的间隙窜入曲轴箱，窜气量随内燃机转速、负荷和 状态而变化，并逐渐增加曲轴箱压力；由于曲轴箱与油底壳相通，受高温和飞溅作用，使油 雾状机油巻入曲轴箱窜气中，最终形成含油气体。为了避免密封件损坏，需维持曲轴箱的压 力平衡。若将含油的窜气直接排入大气，油雾引起的HC排放会污染环境，为排放法规所禁 止。此外，油雾在换热部件外表面的沉积，会急剧恶化传热性能。目前广泛采用曲轴箱闭式 通风系统，将窜气送回进气系统和燃烧室予以回收。然而， 一方面，窜气中的机油会沿途粘 附在进气系统内的增压器叶片、中冷器内壁面、喷油器精密喷孔上，影响部件的工作性能及 寿命，另一方面，增加内燃机的机油消耗量，同时，机油属于重质烃份，燃烧后极易产生碳 烟，出现缸内积碳、有害颗粒物排放增加、尾气后处理器性能和寿命恶化等现象，因此，有 必要利用油气分离器对曲轴箱窜气进行油气的高效分离。
现有内燃机广泛采用无需外界能量输入的被动式油气分离器。有的采用容积或迷宫式原 理，它们具有压损小、成本低的特点，但结构不紧凑，且只能分离大油滴；旋风式油气分离 器结构紧凑，但压损大，较低窜气流量时分离效果差；另外，部分内燃机采用滤芯式油气分 离器，虽然分离效率高，但阻力大，需定期更换滤芯。并且它们都不能满足窜气量随工况变 化油气高效分离的要求，上述问题成为制约内燃机进一步降低排放、采用多级增压等新技术 应用的障碍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复式油气分离方法及复式油气分离器，解决内燃机全工况下 的油气高效分离问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案结合
如下
一种复式油气分离方法，采用主动离心式与被动旋风式分离相结合的方式进行分离，主 动离心式分离为一级分离，被动旋风式分离为二级分离；
所述的主动离心式分离是通过外部动力源驱动叶片旋转，将曲轴箱窜气吸入分离腔，经离心分离的机油依靠重力沿窜气口流回曲轴箱；
经一级主动离心分离后的油气通过管路沿被动旋风式分离腔的切向进口被高速压入，形 成螺旋向下的旋转气流，进一步离心分离；
二级被动离心分离后的机油沿分离腔的下端与曲轴箱联通的机油出口进入曲轴箱，经分 离后的气体经出口排出。
检测内燃机运行期间的转速、负荷、曲轴箱压力等参数，设定一级主动离心分离器传动 轴转速。
根据所述的复式油气分离方法制作的一种复式油气分离器，主要由主动离心式和被动旋 风式分离器组成，主动离心式和被动旋风式分离器串联布置，主动离心式分离器为一级分离，
被动旋风式分离器为二级分离，主动离心式分离器的气体出口 c通过管路与被动旋风式分离
器的气体切向进口D相通；被动旋风式油气分离器的分离腔中心布置排气插入管13，形成
被动旋风式分离器气体出口 E，被动旋风式油气分离器的分离腔的下端设有与曲轴箱联通的 机油出口 F。
所述的主动离心式油气分离器通过减振支承块4安装到内燃机或车架上，主动离心式油 气分离器的分离腔由紧固在一起的下壳体3和上壳体6组成，分离腔内装有叶片14，叶片 14由外部动力源9驱动叶片传动轴8旋转。
所述的外部动力源9由机械、电力或压力流体提供。
所述的叶片传动轴8通过轴承2、 7分别支撑在下壳体3和上壳体6上，叶片传动轴8 转速的控制可以是连续的，也可以是步进的。
所述的下壳体3的底面通过肋支承轴承座，肋间开口 B允许窜气进入分离腔，底面外圆 周装有带窜气进口 A的窜气入口导流罩1，所述的上壳体6的主动离心式分离器气体出口 C 在壳体壁面上切向布置。
所述的被动旋风式油气分离器壳体11由圆柱段和圆锥段组成分离腔，被动旋风式分离 器的气体切向进口 D与壳体的圆柱段11相切，在圆柱段与圆锥段交界处，中心插入管13 的下端设置挡板12。
本发明采用主动离心式和被动旋风式分离器串联的复式分离技术方案。主动离心式分离 器通过外部动力源驱动传动轴带动叶片旋转，含油的曲轴箱窜气在叶片带动下形成绕中心轴 线的旋转运动，实现油气一级离心分离；经过一级分离的气体从主动分离器上端出口流出， 沿切线方向进入被动旋风式分离器，形成螺旋向下的旋转气流，进一步离心分离。在圆柱段 和圆锥段交界处设置挡板，避免流动短路和无效的二次旋流；该复式分离方案， 一方面减轻 了主动离心式分离器的负荷，降低了所需的传动轴转速，简化了叶片形状及设计难度，另一 方面，它增加了净化气体的出口压力和流速，有效弥补了被动旋风式分离器较大的压力损失， 同时，增加的流速可大幅提高其分离效率，因而，该复式方案具有较高的性价比。内燃机运 转期间，依据发动机运转工况引起的窜气量变化，闭环控制传动轴转速，实现全工况的油气高效分离，降低外界能量的输入，维持曲轴箱压力为设定范围内，保证密封件工作可靠。
本发明具有分离效率高、适应窜气量随工况的变化的特点，解决了排放法规及新技术对 曲轴箱窜气的油气分离的严格要求，具有较高的性价比，可广泛应用于各种内燃机。
图l为本发明的结构示意图。 图2是图1的I-I处剖视图。
图中l.窜气入口导流罩；2.轴承；3.下壳体；4.减振缓冲块；5.螺钉；6.上壳体；7.轴承； 8.传动轴；9.外部动力源；10.螺钉；ll.壳体；12.挡板；13.插入管；14.叶片；15.螺钉；
A.窜气进口； B.肋间开口； C.主动离心式分离器气体出口； D.被动旋风式分离器的气体 切向进口； E.被动旋风式分离器气体出口； F.机油出口；
具体实施例方式
下面结合附图所示实例，进一步说明本发明的具体内容及其工作过程。
一种主动、被动离心分离原理相结合的复式油气分离方法。其中，主动离心式分离器通
过外部动力源9驱动传动轴8，带动叶片14旋转，将曲轴箱窜气吸入分离腔，根据曲轴箱 窜气量随内燃机工况的变化，闭环控制传动轴8的转速，实现全工况的油气高效分离，并维 持曲轴箱压力在设定的范围内，其加压、增速的排出气体沿切向进入被动旋风式分离器，提 高分离效率，弥补了被动旋风式分离器压力损失较大和低速时分离效率低的缺点。
一种复式油气分离器，由主动离心式和被动旋风式分离器串联组成，其中，主动离心式 分离器为一级分离，被动旋风式分离器为二级分离，主动离心式分离器的气体出口 C通过管 路与被动旋风式分离器的气体切向进口 D相通。
一种主动离心式分离器，由外部动力源9驱动传动轴8，带动叶片14旋转，它们之间 为刚性连接；分离腔由下壳体3和上壳体6组成，二者由螺钉5紧固，并通过减振支承块4 安装到内燃机或车架上；下壳体3和上壳体6上分别安装轴承2和7，支承传动轴8;下壳 体3的底面通过肋支承轴承座，肋间开口 B允许窜气进入分离腔，底面外圆周与窜气入口导 流罩l通过螺钉连接；上壳体6壁面上设有气体切向出口。
一种被动旋风式油气分离器，壳体11由圆柱段和圆锥段组成分离腔，中心布置排气插 入管13，被动旋风式分离器的气体切向进口D与壳体的圆柱段11相切，锥段底部设有机油 出口F，在中心插入管13的下端、圆柱段与圆锥段交界处，设置挡板12。
参阅图l所示，采用主动离心式和被动旋风式分离器串联的复式分离技术方案。主动离 心式分离器通过外部动力源9驱动传动轴8，带动叶片14旋转，将曲轴箱窜气由导流罩1 形成的窜气进口 A、下壳体3底面肋间开口 B吸入分离腔，带动含油的窜气形成绕中心轴线 的旋转运动，由此产生的离心力将密度大于气体的机油甩到内壁，重力使机油向下流动，并 由窜气入口 A流回曲轴箱，实现油气分离；被分离气体由上壳体6的主动离心式分离器气
5体出口C流出，进入被动旋风式分离器的气体切向进口 D，其壳体11的圆柱段对气流的约 束使其直线运动变为圆周运动，旋转气流沿内壁螺旋向下，朝壳体11的圆锥段流动，利用 离心力实现油气的进一步分离，分离的机油由壳体11的圆锥段底部机油出口 F排出，净化 气流受到中心低压区的吸引，由中心插入管13形成的被动旋风式分离器气体出口 E流出。 壳体ll的圆柱段和圆锥段交界处设置挡板12，避免流动短路和无效的二次旋流；该复式分 离方案， 一方面减轻了主动离心式分离器的负荷，降低了所需的传动轴8转速，简化了叶片 14形状及设计难度，另一方面，它增加了净化气体的主动离心式分离器气体出口 C处的压 力和流速，有效弥补了被动旋风式分离器较大的压力损失，同时，增加的流速可大幅提高其 分离效率，因而，该复式方案具有较高的性价比。内燃机运转期间，依据发动机工况引起的 窜气量变化，闭环控制传动轴8转速，实现全工况的油气高效分离，降低外界能量的输入， 维持曲轴箱压力为设定范围内，保证密封件工作可靠。
权利要求
1、一种复式油气分离方法，其特征在于采用主动离心式与被动旋风式分离相结合的方式进行分离，主动离心式分离为一级分离，被动旋风式分离为二级分离；所述的主动离心式分离是通过外部动力源驱动叶片旋转，将曲轴箱窜气吸入分离腔，经离心分离的机油依靠重力沿窜气口流回曲轴箱；经一级主动离心分离后的油气通过管路沿被动旋风式分离腔的切向进口被高速压入，形成螺旋向下的旋转气流，进一步离心分离；二级被动离心分离后的机油沿分离腔的下端与曲轴箱联通的机油出口进入曲轴箱，经分离后的气体经出口排出。检测内燃机运行期间的转速、负荷、曲轴箱压力等参数，设定一级主动离心分离器传动轴转速。
2、 根据权利要求1所述的复式油气分离方法制作的一种复式油气分离器，主要由主动离心式和被动旋风式分离器组成，其特征在于主动离心式和被动旋风式分离器串联布置， 主动离心式分离器为一级分离，被动旋风式分离器为二级分离，主动离心式分离器的气体出 口 (C)通过管路与被动旋风式分离器的气体切向进口 (D)相通；被动旋风式油气分离器的分离腔中心布置排气插入管(13)，形成被动旋风式分离器气体出口 (E),被动旋风式油 气分离器的分离腔的下端设有与曲轴箱联通的机油出口 (F)。
3、 根据权利要求1所述的一种复式油气分离器，其特征在于所述的主动离心式油气分离器通过减振支承块(4)安装到内燃机或车架上，主动离心式油气分离器的分离腔由紧 固在一起的下壳体(3)和上壳体(6)组成，分离腔内装有叶片(14)，叶片(14)由外部 动力源(9)驱动叶片传动轴(8)旋转。
4、 根据权利要求2所述的一种复式油气分离器，其特征在于所述的外部动力源(9) 由机械、电力或压力流体提供。
5、 根据权利要求2所述的一种复式油气分离器，其特征在于所述的叶片传动轴(8) 通过轴承(2、 7)分别支撑在下壳体(3)和上壳体(6)上，叶片传动轴(8)转速的控制 可以是连续的，也可以是步进的。
6、 根据权利要求2所述的一种复式油气分离器，其特征在于所述的下壳体(3)的底 面通过肋支承轴承座，肋间开口 (B)允许窜气进入分离腔，底面外圆周装有带窜气进口 (A) 的窜气入口导流罩(1)，所述的上壳体(6)的主动离心式分离器气体出口 (C)在壳体壁面 上切向布置。
7、 根据权利要求1所述的一种复式油气分离器，其特征在于所述的被动旋风式油气 分离器壳体(ll)由圆柱段和圆锥段组成分离腔，被动旋风式分离器的气体切向进口D与壳 体的圆柱段(11)相切，在圆柱段与圆锥段交界处，中心插入管(13)的下端设置挡板(12)。
全文摘要
本发明涉及一种分离气流中液体或固体颗粒的方法及装置，尤其是应用于内燃机曲轴箱窜气的一种复式油气分离方法及复式油气分离器。该方法是采用主动离心式与被动旋风式分离相结合的方式进行分离；该装置主要由主动离心式和被动旋风式分离器串联组成，主动离心式分离器为一级分离，被动旋风式分离器为二级分离，主动离心式分离器的气体出口(C)通过管路与被动旋风式分离器的气体切向进口(D)相通；被动旋风式油气分离器的分离腔中心布置排气插入管(13)，形成被动旋风式分离器气体出口(E)，被动旋风式油气分离器的分离腔的下端设有与曲轴箱联通的机油出口(F)。本发明具有分离效率高、适应窜气量随工况的变化的特点。
文档编号F01M13/04GK101549331SQ200910066859
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者巍 孙, 朱昌吉, 君 李, 杨世春, 莹 高 申请人:吉林大学