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发表于 北京市 2012-1-2 15:29
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四冲发动机的麻烦之一/曲轴箱吐出的油汽 lx.nj
前几天有位网友提出了一个蛮讲究的问题:《 20005313 quanyongji 发表于:10-10-21 19:10 [只看该作者] 用鼻子闻曲轴箱废气排出管可以闻到汽油机油等味道,把曲轴箱废气排出管输入空气过滤器,会节油吗?还有会污染空气过滤器吗?如果输入喉管,会造成过度积碳吗?有人做过实验吗? 》。
这个题目的内容通常被人们所忽视,因为表面上看似乎与发动机性能无关;但如果仔细推敲,这里面的内容N多,而且还很不好完美解决。以前在版内讲过这个问题,现在想想,这个话题涉及到四冲的冷热机特性和节油减排,也是四冲发动机中不太好妥善解决的历史遗留问题,可以做个专题来讲。
四冲发动机在运转时,由于活塞的往复运动,曲轴箱里的容积会随之变化,形成每秒几十次的油汽容积与压力的变化。所以,四冲发动机在开动时,曲轴箱那根通气管是在不断地吞吐气体。(就算发动机不运动,曲轴箱内的气体压力也会随温度而变化,有少量气体进出。)
发动机在运转时,部分高压燃汽会通过活塞环间隙渗透进曲轴箱,越是磨损的活塞环,渗漏的燃汽越多。如果不在曲轴箱上设置连接大气的通气管,曲轴箱里不断增加的油汽压力就无处释放;当油封略微磨损时,曲轴箱里面的润滑油就会被不断增高的气压挤出来。
但在曲轴箱上安置通气管后,每秒钟会有几十次的吞吐气流;虽然可以释放些燃汽压力,并给四冲发动机的曲轴箱带来一点冷却效果;但因为有了这样的吞吐气流,外界的灰尘容易随气流进入曲轴箱,曲轴箱里面的润滑油沫也容易随气流喷出。
特别是通过活塞环渗透进曲轴箱的汽油,有充分的时间在曲轴箱里被加热,然后随同曲轴箱吞吐的气流排放到大气中去,造成严重的环境污染。如此说来,曲轴箱通风管有污染排放;但如果不给曲轴箱安装通气管,曲轴箱内气压增加的后果又会很严重。
燃烧室透过活塞环窜入曲轴箱的气体主要是汽油蒸气和废气,其中还有二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、水蒸汽。如果不通风,水蒸汽和二氧化硫、一氧化氮化合成的酸性物会逐步沉积,腐蚀机件,并使曲轴箱里的机油加速变质。
同时,汽油蒸汽冷凝后恢复为汽油,使机油变稀,影响汽缸的润滑。水蒸气在曲轴箱里冷却的后果最为直观,尤其是在冬天;润滑油通常会被老化和乳化,提前变质,失去润滑性能。这些问题,都要靠曲轴箱对外的适当通风来解决。
曲轴箱吞吐油汽的排污很大,是四冲发动机遗留下的历史问题;这里面有润滑油分解的气味,有活塞在压缩时渗透的油汽,还有活塞在油汽高温燃烧膨胀作功时所渗透的燃汽与废气。当活塞环磨损后,渗漏的气体更多。
实际上,四冲发动机在某些厂商的眼里,只是获取商业利益的道具,还有许多问题尚未完善就上市了;所以,直到四冲发动机问世百余年后的今天,也还是有好些历史遗留问题,直到现在也还是没能妥善解决。
根据某些资料内容,说曲轴箱的排污比发动机的排气还要大;所以在近代摩托减排技术中,通常是将曲轴箱通气管接入进气系统,让发动机把它们连同新鲜油汽一起燃烧一遍。
但这种简单的做法,在技术上的细节处理却比较麻烦。因为曲轴箱里吐出来的油汽,不但温度变化大,而且成份变化也大,还带有点压力和吸力;吐出的气流中,还含有微量的润滑油沫。
对于四冲发动机来说,进气的温度、压力波动、油汽浓度、氧气含量、废气含量~~~~都会影响到发动机的作功状态,而曲轴箱对外吞吐的油汽,其状态却是千变万化。想添加到进气中加以利用,实际上有点困难。
如果对曲轴箱的吞吐的油汽弃之不顾,肯定是严重污染环境。但如果想让曲轴箱排出的油汽加入进气燃烧,就得设法消除这些排放气体的气温、压力、油汽浓度、废气含量~~对发动机正常工作的影响。
曲轴箱吐出来的油汽是带有一点气压的,而传统的化油器对气压又相当敏感;若将曲轴箱里喷出来的油汽连接到化油器与空滤之间,每秒几十次的气流变化,其压力波动,对化油器会有些影响和干扰。
如果将曲轴箱吞吐的油汽接到空滤的进口,其气压变化对化油器的影响是小了,但其中的润滑油沫需要有个去处;否则空滤的滤芯很快就会被润滑油沫污染堵塞,形成进气负压过高=制造富油局面。
曲轴箱吐出的气温变化也是个麻烦问题,在进气中添加这一因素,实际上是人为放大了发动机的冷热机效应,相当于热机时的进气温度更高,对于油汽浓度(空燃比)的妥善配合,产生了更大程度的矛盾。
在四冲发动机中,活塞环的漏气主要是看自身的磨损,但也与润滑油状态有很大的关系。这样一来,问题就更复杂了;怎么样的工况会渗透多少油汽和燃汽,根本就不是事先可以预计的,这叫化油器怎么调?
上述情况对柴油机不存在,因为柴油机是固定高压缩比的全程进气,在进气中掺些曲轴箱吐出的油汽,在各方面的影响都不是很大。但在汽油机上就不同了,因为汽油机对油汽质量很有要求,空燃比不能偏差太多。
在汽油机中,吸入油汽的浓度、温度、含氧量~~必须严格按比例关系,才能有较好的作功性能与排放质量;如果添加了曲轴箱里这些变数N多的废气,即使是所谓的“电喷”,实际油汽参数也会被搞得乱七八糟。
所以表面上看:“将曲轴箱的吐气接到进气管,将活塞渗透的油汽再次燃烧一遍,可以节约燃油和减小排放。”这些话在理论上看是有点道理;但问题是曲轴箱吐气的各种参数变化太大,冷机与热机时也完全不同。
所以,对于将曲轴箱吐气再次参与汽缸燃烧作功的这些说法与某些装置,在汽油机中做做商业广告还可以;在实际操作中,谁有这等本事可以随时随地调节化油器来适应曲轴箱吐气的变化?只能是说说而已。
曲轴箱吐出的油汽与废气,其含量与活塞环的磨损密切相关;特别的磨损老旧的四冲发动机,在活塞压缩与作功的过程中,汽缸里的高温高压气体会大量渗透到曲轴箱中;如果再加到进气里,就是冲淡了新鲜空气。
最近几年,许多摩托车友反应说发动机出现了一些复杂古怪的毛病;其实是因为早年的发动机上没有“欧二”,四冲也没有将曲轴箱通气管接进气系统。而最近几年,四冲发动机开始这样做了,这些毛病也跟着来了。
只要是仔细看过上述内容,就不难感觉到处理曲轴箱排放气体的难度。现在还有谁再敢说自己有把握全面控制曲轴箱吐气到进气中的种种问题?这根本就不是靠简单装置就可以解决问题的事。
虽然我国目前对摩托发动机采用类似早年划分阶级成份的做法,二冲发动机算是土豪劣绅一律打倒,四冲发动机算是贫下中农捧上天;而在技术方面,却多年来对谁都没添加一点实际上需要的研究与重视。
虽然有关当局以排放过高的理由强行取缔了二冲发动机,但在实际上,四冲发动机磨损后的严重排污情况随处可见。通常在街上看到汽油机和柴油机冒黑烟的,就是废气过多=严重富油的表现。
俺的水准不算高,对于活塞难免磨损的四冲发动机,也是无法把握在曲轴箱吐气成份经常严重变化的情况下、随时随地调节好化油器。虽然是个历史难题,但还是愿意想点办法来妥善处理这个问题。
本版认为:虽然在理论上讲,曲轴箱吐出的气体中,有些可燃性油汽的成份,但想与进气共同组合成浓度合适的燃汽,难度还是很大。特别是曲轴箱吐出的废气与润滑油成份太多时,会影响发动机点火。
既然曲轴箱的吐气状况很难掌握,那就只好放弃回收利用。有种做法可以尝试,就是将曲轴箱的废气接到发动机的排气口上去,利用发动机排出的高温废气,将曲轴箱吐气中的氧气与油汽燃烧一遍。
由于曲轴箱吐气成份变化多端,利用其参与做功会比较困难;但只是被动燃烧干净,事情就简单很多。至少,不参与发动机的进气了,就不会影响发动机的燃汽成份,不影响发动机的点火与作功。
曲轴箱的吐气中含有微量润滑油,对汽缸壁的润滑有好处,但会在火花塞上增加积碳,所以不用也罢。现在放到排气管里,会给排气管内添加油膜,有保护管壁的好处;但对“三元排放处理滤芯”,会有涂抹破坏的作用。
在俺十几年前的设想中,发动机排气管的前段应该是涡流燃烧室结构,将排放的高温废气在里面滚上几圈,彻底氧化干净了再吐到排气管的消音部分。如果引入曲轴箱的油汽,算是有了二次氧化所需要的空气。
曲轴箱里的那点油汽,通常浓度很低,其含量还到不了“燃烧”的等级,只能是“高温氧化处理”。为了使这些油汽可以氧化干净,涡流燃烧室还需要有利用排气高温的“进气预热”结构,以及“单向阀”“节流孔”等。
现在的“欧二”,其中的负压控制与进气喉管有关,遇到负压阀破损时,废气会进入喉管,使发动机的状况莫名其妙。如果净化排气用的是曲轴箱吐出的油汽,废气不与发动机进气相关,即可保障发动机正常运行。
为此可以将曲轴箱的通气管加粗加长,接到一只容积较大的涡流蓄能器上,利用涡流运动将曲轴箱吐气中的润滑油沫沉积回收。蓄能器接两只有单向阀的通气管。曲轴箱吸气时,新鲜空气通过进气单向阀进入蓄能器;曲轴箱吐气时,蓄能器里的气体由排气单向阀送进缸头的排气口。这样一来,还可避免新鲜空气直接进入曲轴箱。
这种只是减排而并非关系节油的事,按照目前国情,不知谁能关心拥护;而且这点小事在技术面上,其中细节还需推敲。所以此项目的难处,是技术面的陌生与效益面的好处不成正比,这事就有些麻烦了~~~~。
在ZJ那边,遇到过老外嫌国产发电机排气声过大的问题;提出增加排气管铁皮厚度的建议后,厂商不愿意考虑。连这点铁皮小¥都要计较,何况是曲轴箱的减排问题?估计这事难办,要等上面出台强制政策。 |
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