I´m not to blame : ） 烧机油别怪我

谨将本文献给培养我成为入门级汽车内燃机零部件工程师的老东家 WOCO 和 TUBS IfF K 教授, 是你用土耳其口音混巴伐利亚国方言告诉我 Döner 应该蘸着什么酱才最好吃，虽然这篇文章跟你什么没太大的关系。

顶着被老板打电话叫回去喝茶聊聊怎么离职最给脸的风险，本文将用友善度满分的语气对油气分离器的做一定程度的科普和勘误。

声明：本文的媒体素材，如图片等均来自网络或 VIEWEG 出版社的工程手册，若有侵权请立刻告知删除。旨在传播科学和零部件运作原理及相关姿势。

知识，不好意思。

另外我不网购也不收快递，水表在楼下。

其实是看到不少"我比车厂更懂车"的朋友对它夸夸其谈，把烧机油一切的缘由都怪到了油气分离器的身上，甚至有某著名消费者维权维着维着逆向了某安牌出来，作为曾参与开发并国产化 EA888 3 代发动机强制曲轴箱通风系统的工程狗，实在憋不住想吠几声。如果车主们工友们客户们看完了真的觉得不服……来打我呀。

产品名称：油气分离器（oil separator / Ölabscheider）

1.油气分离器是用来分离什么的？

『机油啊。』

『你大概说对了 14.5%』

『what the F-word?』

是的，准确的说油气分离器是用来分离窜气（Blow-by）的。以 EA888 Gen3 为例，窜气中机油大约占总质量的 14.5%，剩下约 78.3% 为燃料及燃烧产物（并不能在比例上将燃料和燃烧产物完全分开），7.2% 为水。那么问题来了，窜气究竟是如何产生的呢？

如果只关注发动机的四个冲程，概括地说，由于密封的局限性，在内燃机的往复运动过程中，部分已参与燃烧和未燃烧充分的气体会由燃烧室沿着气缸壁『窜』入曲轴箱中，因此形象的称为『窜气』。然而，窜气并不只在大家熟知的燃烧室中产生图 1.1 中比较简明地表明了窜气的来源以及机油的消耗：

图 1.1 窜气的来源和发动机机油的消耗

从上图中不难发现，窜气除了在油气分离器的限压阀附近，还存在于发动机进排气门的气门杆的导柱、涡轮与增压器的连接轴边上。这些位置是不是很耳熟？没错，你可以这么理解，机油和窜气是一对好朋♂友，机油润♂滑哪里，窜气就朝哪儿钻。

『所以你的意思是这些烧的机油全都怪我咯？』

『我是消费者，我不听我不听我不听~你别跟我扯这些有的没的，机油到底怎么进曲轴箱的？』

因为活塞环的高温和燃烧室（正压）与曲轴箱（负压）内的压差 (后文中提到的所有压力均为相对于大气压力的相对压力)，使得部分挂在气缸壁和活塞上的机油蒸发成直径＜10μm 的油雾进入曲轴箱中（后文统称为精油）。

然而请大家不要忘记了，发动机中所有做相对运动的零部件都需要润滑，例如曲轴、活塞连杆、凸轮轴等，随着这些零部件的相对运动，润滑油也会以直径＞10μm 的大颗粒（后文统称为粗油）形式被甩到相临近的发动机内壁上，比如曲轴箱的内壁。

『哦这么回事儿啊。』

『等会儿，你这就明白啦？这样，你做一个这样的动作，找两根柱状♂物比如你的手指，塞住自己的两个鼻孔，闭上嘴巴然后尝试呼气，怎么样，是不是觉得气出去特别难特别累？』

『……我觉得头快炸了你 TM 想干嘛？』

同样的道理，对于曲轴箱来说，它也需要能『呼吸』的『鼻子』——强制曲轴箱通风系统，也就是通常被车主和四儿子叫唤成『油气分离器』的东西。为了防止曲轴箱压力上升，保证密封，并使发动机内零部件保持正常工况，窜气必须被持续不断地排出。不明白为什么？我们再来复习一下窜气的组成：78% 左右的燃烧产物和未燃烧燃油，约 7% 的水汽，若不被排出，一方面碳氢化合物（total hydrocarbons）会稀释机油，加速变质；另一方面水汽遇机油易形成油泥，堵住油路，这就好比你用两根手指插住了鼻孔还闭上嘴试图呼气，感受一下曲轴箱到底有多难受。

言归正传，内燃机的强制曲轴箱通风系统在开发时会规定四个最基本但是最重要的的要求：

• 自动调节曲轴箱压力
• 分离窜气中机油的部分
• 将分离完的机油导入油底壳
• 将分离完机油后的混合气体重新导入进气系统中。

『就这么个小盒子有这些功能？我这么专业的汽车爱好者，你是不是在逗我？不行我得把枪掏出来』

『冷静，你先听我讲！』

图 1.2 乘用车 1.8L 汽油直喷涡轮增压发动机的窜气量（无曲轴箱通风）特性区间

对传统的通风系统来说，机油的分离是通过曲轴箱和进气系统（特指与进气歧管）之间的压降（压力差）来实现的。图 1.2 是某燃油直喷涡轮增压汽油机的油雾发生器台架试验特性区间，横坐标为发动机转速，纵坐标为曲轴箱和进气歧管之间的压降。通过改变窜气质量流量（以下简称窜气量）和压降，以将分离出机油后的气体重新导入发动机进气系统中。

我们再来复习一下曲轴箱需要通风的原因。若混合气中的空燃比过高，那么随窜气一起进入曲轴箱的高沸点燃料成分和由于燃烧所产生的水分凝结到一起。这些冷凝物会在发动机的持续轻载荷（比如低节气门开度）运转和短时间运转的工况下，尤其是在非正常运转温度下（比如冷启动）在曲轴箱内堆积。除了长时间不更换机油会对润滑油质量产生影响之外，在冬天或在气温很低的地区，这些冷凝物会造成曲轴箱被阻塞，甚至阻止机油供给，引起不同程度的发动机故障。

若燃料相对占比重过多，燃料溶解入机油内会导致密封件的失效。为了防止曲轴箱内的燃料 - 水油泥堆积，因此经常在汽油机中设计强制曲轴箱通风系统（以下简称 PCV - Positive Crankcase Ventilation, 注意不要与 Pressure Control Valve 调压阀混淆）。PCV 的一个最大的功能是保证窜气在气态下，在分离器中将机油和其他成分分开。

那么问题来了，分离器是个啥玩意儿？

真正的分离器是集成在这个零部件中的一个功能块——旋风分离器（Cyclone Separator）

图 1.3 不好意思发错图了这是只马桶。

旋风分离器长这样：

图 1.4 一个很大很帅的旋风分离器

『这不还是马桶吗？』

不管是旋风分离器还是马桶，它们的运作原理都是基于是离心力（其实用离心力这个词语并不严谨，它只是具有质量的物体的一种惯性表现）。当然如果你发现你家买菜车的气缸盖上装着一个马桶那你可以提刀去找车厂啦。下图可能更方便理解旋风分离器的原理：

图 1.5 旋风分离器原理示意图

窜气自入口进入后，精油颗粒因离心力迅速朝着气流速度的切线方向朝外甩出，而由于精油颗粒的密度远大于气体密度，因此精油颗粒朝下沉，被分离后的空气向上甩向出口。实际的分离作用并不会向上图这般规律，分离效果模拟请见下图。

图 1.6 旋风分离器 CFD 模拟

『旋风分离器的分离是如何进行模拟的？来你先做个样件给我，模具费我们不出。』

『第一个我不能告诉你，最后一个手动再见（神秘的微笑）。』

『你就是不懂还要装 X』

『对你说的没错，好了油气分离器我们就全部讲完了后会无期。』

『问过我手里的枪。』

『把枪放下，我开玩笑的。』

2. 强制曲轴箱通风系统与进气系统的协同作用

下图为一个涡轮增压四缸汽油机的示意图。如果各位对进气系统感兴趣请参考之前笔者的一个小回答，在此就不多赘述了。

传送门：乘用车的汽油发动机有哪些调整或降低进气噪声的设计？ - Zhang Haochi 的回答

图 2.1 一台涡轮增压四缸汽油机的示意图

在以熟悉可爱又可恨的 EA888 GEN3 MQB 曲轴箱通风系统为例之前，我觉得有必要先向客服充值 1 块钱购买友善度。

我并不会告诉你其实 GEN2 和 GEN3 MQB，甚至是 GEN3 MQB 和 MLB 的 PCV 结构都不同。GEN3 的两款 PCV 相比 GEN2 少了一个紧急通风阀（Notentlüftungsventil）,若是曲轴箱压力过大（多大我不能告诉你）那窜气并不走正常的窜气入口，而是经过该单向阀直接流向分离器。只因为在 EA888 GEN2 的 SOP 许久之后狼堡大人人人爷发现，所谓的紧急情况（Notfall）并不会发生，此处响起 BGM《是你想太多》……

我更不会告诉你 GEN3 相对于 GEN2，专门针对中国市场的汽油油品，把原本单片 VMQ 材料的膜片改成了复合编织物 +VMQ 材料，BMG 拿不到还为了赶上项目里程硬着头皮量产……

你看做个零部件多不容易啊又被客户吊打又要被项目经理吊打，听完这场相声客官打赏个五欧如何？

『我去把枪换加特林。』

言归正传，EA888 GEN3 MQB 的 PCV 从裙底，哦不是，从密封面朝上看，它长这样。

爱上某车之某的 EA888 车主们一定对这张图也不陌生。

• 调压阀（Pressure Control Value，缩写也是 PCV，也有某美帝车企 DRE 称其为 Pressure Regulation Valve）x1，
• 单向阀 x2，
• 限压阀 x1，
• 旋风分离器 x1，
• 强制曲轴箱通风阀 x1。

图 2.2 EA888 Gen.3 MQB 50% 透明仰视图

那么问题来了，油气分离器是怎么和进气系统是如何在一起做协同作用的呢？这里不得不引入两个概念：部分载荷（Part Load/Teillast）和全载荷（Full Load/Vollast）。零件图看起来虽然直观，但是用示意图表达会更加的准确（下图中并没有画出限压阀）。三分靠理解，七分靠猜。

剩下的 90 分可能是看颜值了（科科）。

『我刚才试了一发加特林那堵墙被我轰成筛子了你看（手动微笑）』

『你坐好了啊我 she……污哎甩，甩你一脸干货。』

图 2.3 曲轴箱通风系统全载荷与半载荷的示意图

图 2.4 最接近 EA888 Gen.3 MQB 的曲轴箱通风系统 + 油气分离器示意图（无限压阀）

以进气气流方向为正向。油气分离器部分载荷时（比如怠速就属于这种情况）节气门开度并不大（或关闭→此时发动机空转），因为进气压力不足以开启位于节气门之前的单向阀 1，该单向阀与涡轮增压器的增压器前段（Vorsaugstrecke）连接在一起，无足够负压，因此单向阀 1 关闭；在节气门之后紧接的就是进气歧管了，进气气流看见气缸，就像是婴儿看到了奶、土人看见了 Kebab，突破重重阻碍也要搞上一口啊，准确地描述是进气气流被吸进燃烧室中，总能产生足够的负压，将连接在进气歧管之前的单向阀 2 打开；上回书说到，笼统地说窜气中约有 14.5%的机油，在经过了旋风分离器后，这 14.5% 的机油颗粒按照一定的分离效率（具体分离效率视部分载荷或全载荷工况而定），大部分流回油底壳，而被分离后的窜气内含有丰富的燃料，这部分气体就重新回到了进气歧管中，重新参与燃烧；而这部分燃料是需要被稀释的，燃料浓度过大就会导致燃烧相对不充分，危害太多了，太懒不想写。因此在发动机怠速或空转（即只在部分载荷）时，强制曲轴箱通风阀（单向阀 3）参与工作，目的是直接从干净空气管中导入新鲜空气，以稀释剩下的 86.5% 的燃料和水分在已分离后的窜气中的浓度。

『你给我讲的这个，虽然我好像没怎么听懂，但是总觉得很厉害的样子。』

『呵呵，你听到这儿如果没发现油气分离器和强制曲轴箱通风系统和烧机油有什么太大的关系，我就很开心了。』

在全载荷时，因为节气门开度很大（或全开），单向阀 1 也因为足够负压而开启，此时单向阀 2 也在正常工作，因此两条路左右开弓，有新鲜空气源源不断在送入燃烧室中，所以强制曲轴箱通风阀不需要工作。

但是有句刚句，机油有没有被消耗呢？还是有的。因为窜气在正常的系统窜气压力（此处特指窜气在进入旋风分离器之前的压力）下，可以保证旋风分离器 97%以上的分离效率。然而有一种情况整个油气分离器的分离效率都会悲剧，那就是窜气流量过大时，一个叫限压阀的东西打开了……

图 2.5 可看见限压阀与旋风分离器的截面图

具体表现在零部件上即因为窜气流量对限压阀阀体的推力克服了弹簧力，开启了限压阀。至于这个弹簧力是多大，限压阀的开启流量是多少，不好意思你拿枪指着我我也不能告诉你 2333。

这部分窜气非但没有经过旋风分离器分离，反倒会顺着进气歧管一起进入燃烧室，任凭旋风分离器分离效率再高，还是有大部分窜气不被分离，然后……尾气冒烟啦夭寿啦你妈炸啦大人人人 EA888 烧机油啊啊啊！！！

其实没那么严重，总会有旁边坐着新交的女票边吹牛 X 边大力轰油门时发现，卧槽劳资居然踩到地板油了还 TM 忘记换挡的时候，开车时犯个错太正常啦。但是把烧机油全赖给油气分离器是不是就有点过分了？

『实力甩锅啊我好像有点明白了，要不我把枪放下？』

『你用加特林指我我也告诉你这个锅我们做供应商的不会背的。』

『我还有个问题啊，我看 X 车之 X 上有比我更专业的汽车爱好者说，那个大大的盖子才是分离器啊，它到底是个什么鬼？』

『把枪放下我告诉你。』

图 2.6 强制曲轴箱通风系统的调压阀

这个大盖子就是前文提到的 Pressure Control Valve, 调压阀。

的盖子。

图 2.6 调压阀开启

图 2.7 调压阀关闭

如图所示，调压阀的两端分别间接或直接和曲轴箱与进气歧管相连。用一句话形容：不管外面怎么抖，压降依然稳如狗。没错，曲轴箱调压阀是用来在不同的窜气流量下仍然保持曲轴箱和进气歧管两端压力差恒定的，只为保持曲轴箱在负压环境中工作，它的压力调节范围大概在 0 到 -50mbar，也取决于主机厂的 Specification 中规定供应商在设计验证（Design Validation）中必须达到的数值。

调压阀的开启与关闭是弹簧响应压降的动态平衡。

它并不参与机油的分离，或者可以说是没有半毛钱关系。

『道理我都懂，可是 EA888 Gen3 到底为什么烧机油呢？』

『所以说你把枪放下之后还是要提高自己的水平啊……烧机油你意思是怪我咯？』

文章一开始就说到要勘误。勘谁的误？大家请不要误会啊，我不是针对谁，我是说在座的各位误以为是油气分离器烧机油的朋友，都是……你们看我干什么，我什么都还没说啊= =

挖个坑，有朋友说 EA888 GEN3 的欧洲版并不烧机油，VW 厚此薄彼阉割技术 blablabla。我想请问，数据呢？老司机们突然开起车但说话也得有根据呀。要不然这样子，下回我再把中德 EA888 试验台架数据扔出来继续扯，如果我没被我老板砍死的话。

若是上述内容有任何不明白的地方请指出，我会尽全力用更简单的语言做解释。本文不间断更新。

最后一张图，送一颗老泥丸给大家，如果这张图再看不懂……那一定不是你的问题，一定是我话多讲话不挑重点：）本篇完，边写边勾起了许多回忆。想起 15 年上海车展时，我司工厂销售部某同事对着吹着什么风的一条大街上（误）胸前挂着 VIP 牌子的大三人采购笑着说『对对对 EA888 烧机油就赖我们的件，我们要改进。』

很骄傲地说，我是条研发工程狗，优点不多，喜欢死磕到底可以算是一个。这个件严格按照贵司中华田园犬堡的 Specification，过了所有 DV 和 PV。要我说它烧机油，不好意思，当时我不承认，现在我还是不承认。

实际点给个建议，要不贵司还是直接找自家动力总成改善改善气缸的珩磨工艺？

愿世界和平。

-Aktualisierung am 23.05.2016-

感谢 @李鹏飞 来自评论中的勘误。图 1.2 中纵坐标：Pme是 mean effective pressure, 德语理解起来更方便点，effecktive Mitteldruck。如果我没把它还给老师的话，它指工质的平均有效压力，文中确实存在笔误，对纵坐标的解释应该写成『进气歧管相对环境压力的平均有效压力』。

同样感谢 @张帆 的提醒，对单向阀 1，单向阀 2，Positive Crankcase Ventilation (PCV 强制曲轴箱通风阀)以及 Pressure Control Valve（曲轴箱调压阀）笔者在原图 2.4 中并未标注清楚，引起了不必要的误解。现已更新。

另，在贵乎似乎是强行装 X 必定要被打脸，可我好像就是忍不住这手哇。感谢所有的质疑，不定期更新。

转载请联系笔者。

Mit freundlichen Grüßen / Best Regards

Haochi ZHANG