陈礼信　彭北京　亓建永　陈冬冬（浙江钱江摩托股份有限公司　浙江　温岭　317500）



摩托车迷宫式通风系统设计要点

陈礼信彭北京亓建永陈冬冬
（浙江钱江摩托股份有限公司浙江温岭317500）

摘要：曲轴箱通风系统是发动机一个重要的功能总成，对发动机整体的密封、排放、润滑油损耗等方面都有着重要的作用。主要介绍摩托车发动机常用的迷宫式通风系统的重要性和设计要点。

关键词：摩托车通风系统FIRE分析计算控制点

引言

摩托车通风系统最重要的零件是油气分离器，曲轴箱内的混合气体通过油气分离器后，机油从混合气体中分离出来回到油底壳并再次利用，气体经由分离器后接空滤器再次进入燃烧室燃烧，降低了有害气体的污染排放。

1油气分离器主要的种类及优缺点

目前发动机通风系统油气分离器主要的种类及优缺点如表1所示。

表1　摩托车发动机油气分离器主要的种类及优缺点

目前摩托车发动机最常采用的是迷宫式的通风系统，其特点是免维护，便于空间布置，成本低。

2曲轴箱油气的来源及对发动机的危害

当活塞往复运动时，活塞环并不是完全气密，少量的工作气体从气缸壁与活塞之间进入曲轴箱（一般为0.6%的活塞吸气量）。另外当发动机运转时，发动机上的运动旋转件（如曲轴，活塞，连杆，凸轮轴及正时链条等）会将机油加热搅动在发动机内腔形成混合气体，其主要成分包含机油，未燃的烃，水蒸气，废气等。如果混合气体不能有效分离排出，在发动机内部会稀释机油，从而加速机油氧化变质和消耗。其中的水气凝结在机油中会形成油泥，阻塞油路，影响发动机润滑系统的功能。酸性的气体混入润滑系统会导致发动机零件的腐蚀和加速磨损；窜气还会使曲轴箱压力升高，破坏曲轴箱的密封，产生机油渗漏现象[1]。

3迷宫式通风系统油气分离器的基本结构和工作原理

一般摩托车通风系统都布置在气缸盖罩上部和曲轴箱内部，其结构基本是一个密封的分离腔，由进口，分离板，出口，回油孔组成。其工作原理是将曲轴箱内部的混合气体通过进口进入分离腔内，由于气体跟机油的密度相差悬殊，在跟分离板碰撞的过程中，机油因惯性分离通过回油通道回到油底壳，气体则分离排出[2]，迷宫式油气分离器整体结构如图1所示，内部分离板布置如图2所示，回油孔布置如图3所示，出口布置如图4所示。

图1　迷宫式油气分离器整体结构

图2　迷宫式油气分离器内部分离板布置

图3　迷宫式油气分离器回油孔布置

图4　迷宫式油气分离器出口布置

4 CFD计算分析

油气分离器CFD计算分析属于气液两相流的数值模拟，包括气相场和气液间的相互干扰计算，将混合气体模拟成流体，通过FIRE软件模拟从进口到分离板到出口的流速分布区域，并将各种直径的10μm的介质颗粒模拟混合气体中的油滴（直径设置为10μm，510 μm不等），模拟占混合气体30%的比例，计算得出油滴分离效率来评价油气分离器的整体效率。

软件计算采用欧拉-拉格朗日算法，即对气相流场采用欧拉方法进行计算，先算出气流的流场分布；然后在第一步计算出的流场分布中加入一定数目的油滴，对液滴的运动则采用拉格朗日方法进行计算，最后可以得到不同直径油滴的分离效率，作为评价的指标[3]。

4.1边界设定

进口：给定流量

流量通过最大活塞漏气量估算，最大活塞漏气量给定为0.6%倍的活塞吸气量，每min活塞理论的吸气量为：n*V/2（n为曲轴转速，V为发动机排量）。

出口：给定压力梯度为0

计算模型：k-Δ-f湍流模型介质：空气

4.2计算结果分析

计算设置及过程这里就不一一列举，计算后的气相流场流速分布如图5所示，可以清晰地看出密封腔内气体的流速；模拟油滴分布如图6所示，通过油滴分布图可以直观地知道油滴的撞击轨迹。

而模拟油滴的10 μm介质可以清晰地看出在单个分离板上的分离效率，并统计计算出未分离的介质占总量的百分比，得出油滴的分离效率。一般认为10 μm介质分离效率在70%以上较为理想，作为待评价的参考油气分离器效率的依据。

图5　气相流场流速分布

图6　模拟油滴分布

5设计控制要点

1）入口的选择

入口一般选择在曲轴箱内压力波动较小的区域，不要位于运动件附近，理想的位置如气缸盖罩顶部，或者离合器中心背部等。

2）分离板结构

分离板后面需设计倾斜面以便于分离出来的油液及时迅速地回流，通常可增加斜面来加快回油速度；同时回油孔必须设置在流速较低的区域，回油孔出口处压力波动尽量小，最好直接回流至油底壳液面以下。

3）合理利用密封腔的空间

通过分离板的布局及导向，使得气流在整个密封腔内得到最大程度的撞击，提高油气分离的效率，这时CFD计算分析显得尤为重要，不断通过调整空间布置计算得出最佳的方案。

4）密封性能

密封腔除进出口外密封性要保证，如密封不严，各腔之间产生窜气，降低油气的分离效果，必要时在密封面涂抹密封胶或增加垫片。

5）出气口结构

出气口增加迂回结构，避免气体从出口直接排出，这样会导致部分油液来不及回流就直接被气流带出[4]。

6结束语

由于发动机曲轴箱通风系统主要解决的是油气分离，分离效率受转速、温差以及角度等多方面的影响，对整个系统的设计提出了很高的要求，本文针对迷宫式油气分离器介绍以及模拟分析的思路，通过软件模拟加上要点的控制，总结了迷宫式通风系统的设计思路，可以缩短后期试验周期，提高开发的进度和效率。

参考文献

1杨光兴，叶盛焱，程善斌.摩托车发动机原理与设计[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1993

2袁兆成.内燃机设计（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2012

3于萍.工程流体力学[M].北京：科学出版社，2008

4余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000

·振动·噪声·

The Key Points of Design of Labyrinth Ventilation
System for Motorcycle Engine

Chen Lixin，Peng Beijing，Qi Jianyong，Chen dongdong
Zhejiang Qianjiang Motorcycle Co.，Ltd.（Wenling，Zhejiang，317500，China）

Abstract：The ventilation system of the crankcase is one of the important functional assemblies, which is of great significance in the integral sealing, emission and wear of the engine. This article mainly introduces the importanceandthekeypointsofdesignoflabyrinthventilationsystemcommonlyusedinmotorcycleengine.

Keywords：Motorcycle，Ventilation system，FIRE analysis and calculation，Control point

收稿日期：（2015-05-05）

文章编号：2095-8234（2015）03-0068-03

文献标识码：A

中图分类号：U483

作者简介：陈礼信（1982-），男，助理工程师，主要研究方向为发动机设计开发。