某兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)PCV系統(tǒng)結(jié)冰故障分析與處理

隆貴

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

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某兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)PCV系統(tǒng)結(jié)冰故障分析與處理

隆貴

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

摘要：某兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)匹配整車(chē)進(jìn)行冬季試驗(yàn)時(shí)，PCV系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)冰故障，導(dǎo)致曲軸箱壓力異常升高，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能及運(yùn)行安全。對(duì)故障進(jìn)行分析，找到系統(tǒng)結(jié)冰的原因，并給出解決方案。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：呼吸管增加保溫膜，可以最低成本方案有效解決系統(tǒng)結(jié)冰故障。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；PCV系統(tǒng)；結(jié)冰；故障分析

眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃燒室中的可燃混合氣和已燃混合氣體，或多或少會(huì)通過(guò)活塞組與氣缸之間的間隙漏入曲軸箱空間內(nèi)，稱為竄氣（blowby gas）。一般在技術(shù)狀態(tài)正常的情況下，竄氣量為發(fā)動(dòng)機(jī)總排氣量的0.5%～1.0%[1].

氣缸的竄氣會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)壓力上升，為防止曲軸箱壓力過(guò)高，必須將這些竄氣排出曲軸箱之外。然而，竄氣中通常含有未燃HC化合物和不完全燃燒產(chǎn)物以及CO、NOx、顆粒物等，排入大氣會(huì)造出污染。為了防止曲軸箱排出的油蒸汽污染大氣，現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)一般都采用PCV系統(tǒng)（Positive Crankcase Ventilation曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)），將曲軸箱內(nèi)的氣體通過(guò)PCV閥導(dǎo)入進(jìn)氣管，進(jìn)而在氣缸內(nèi)燒掉[2]。

但是，由于本身質(zhì)量、使用時(shí)間、工作環(huán)境等因素影響，PCV系統(tǒng)在某些條件下會(huì)出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)漏機(jī)油、燒機(jī)油等機(jī)油異常消耗，以及曲軸箱壓力異常等問(wèn)題，均可造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)早損壞。本文主要通過(guò)實(shí)際案例，對(duì)PCV系統(tǒng)結(jié)冰導(dǎo)致曲軸箱壓力異常升高的故障，進(jìn)行原因分析并給出處理措施，同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1　發(fā)動(dòng)機(jī)PCV系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

本文的研究對(duì)象是匹配在某兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)上的PCV系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1　發(fā)動(dòng)機(jī)及PCV系統(tǒng)的初始布置狀態(tài)

該發(fā)動(dòng)機(jī)PCV系統(tǒng)的油氣分離器置于右方，曲軸箱竄氣按圖示箭頭方向，經(jīng)油氣分離器分離后，通過(guò)呼吸管流入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣波紋管，再經(jīng)增壓器、中冷器進(jìn)入進(jìn)氣歧管，最終導(dǎo)入缸內(nèi)燃燒。

2　PCV系統(tǒng)結(jié)冰故障原因分析及解決方案

2.1結(jié)冰故障的原因分析

該發(fā)動(dòng)機(jī)匹配整車(chē)進(jìn)行冬季路試，環(huán)境溫度在-30℃ ～-40℃之間，在高速工況（90～100 km/h）行駛約1.5 h后，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱壓力急劇升高至50 kPa（曲軸箱正常壓力應(yīng)在-4 kPa～4 kPa之間）。停車(chē)檢查發(fā)現(xiàn)PCV系統(tǒng)呼吸管出口（與進(jìn)氣波紋管交匯處）結(jié)冰堵塞。如圖2所示。

圖2　試驗(yàn)數(shù)據(jù)和呼吸管結(jié)冰示意圖

由故障分析得知，從曲軸箱內(nèi)出來(lái)的高溫竄氣帶有油水蒸氣，低溫環(huán)境下在呼吸管內(nèi)流動(dòng)時(shí)散熱嚴(yán)重，并在呼吸管出口轉(zhuǎn)彎處變成水珠，水珠與接近環(huán)境溫度的低溫空氣相遇產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象，隨著結(jié)冰凝聚，呼吸管堵塞，呼吸系統(tǒng)失效，導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)壓力急劇上升。

2.2解決方案討論

由以上原因分析可知，提高竄氣在呼吸管出口的溫度，是避免呼吸管結(jié)冰最直接有效的辦法，具體方案有：縮短呼吸管長(zhǎng)度，增加保溫膜或者在呼吸管出口處加裝加熱裝置[3]。

另外，在呼吸管出口處增加儲(chǔ)液罐，可一定程度避免呼吸管堵塞。

3　方案實(shí)施與驗(yàn)證

受限于PCV系統(tǒng)的布置方位，該發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸管路無(wú)法進(jìn)一步縮短，而在呼吸管出口處加裝加熱裝置，又存在成本過(guò)高的問(wèn)題。本文從實(shí)際情況出發(fā)，選取如下兩個(gè)比較低成本的方案，做進(jìn)一步實(shí)施驗(yàn)證。

3.1方案一：呼吸管增加保溫膜

呼吸管增加保溫膜，可有效提高出氣口的竄氣溫度，如圖3所示。

圖3　方案一呼吸管增加保溫膜

3.2方案二：呼吸管增加保溫膜，并在出口處增加儲(chǔ)液罐

在方案一的基礎(chǔ)上，在呼吸管出口易結(jié)冰位置處增加儲(chǔ)液罐，得到方案二，如圖4所示。

圖4　方案二系統(tǒng)模型

3.3可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)比方案一和方案二，很容易知道方案二是方案一的補(bǔ)充，如果方案一在試驗(yàn)時(shí)不出現(xiàn)呼吸管結(jié)冰堵塞故障，則方案二必然也不出現(xiàn)結(jié)冰故障。

根據(jù)上述方案一生產(chǎn)的帶保溫膜呼吸管，換裝到原來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)后，再次進(jìn)行低溫試驗(yàn)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。環(huán)境溫度在-30℃～-40℃之間，高速工況（90～100 km/h）行駛約2 h，低速工況（二檔低速）行駛約2 h，過(guò)程中均未發(fā)現(xiàn)曲軸箱壓力異常升高的現(xiàn)象。另外，停車(chē)檢查呼吸管出口，未發(fā)現(xiàn)結(jié)冰產(chǎn)生。如圖5所示。

圖5　方案一試驗(yàn)數(shù)據(jù)和呼吸管出口示意圖

通過(guò)以上試驗(yàn)，方案一的零件通過(guò)了試驗(yàn)考核，設(shè)計(jì)滿足可靠性要求?？梢圆捎梅桨敢唤鉀Q該發(fā)動(dòng)機(jī)低溫條件下呼吸管結(jié)冰的問(wèn)題，無(wú)需進(jìn)一步驗(yàn)證方案二。

4　結(jié)束語(yǔ)

PCV系統(tǒng)的失效形式主要為曲軸箱壓力異常，漏機(jī)油、燒機(jī)油等故障，或在低溫條件下發(fā)生呼吸管結(jié)冰，以上故障可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失效或損壞。針對(duì)呼吸管在低溫環(huán)境下結(jié)冰的問(wèn)題，可以從呼吸管設(shè)計(jì)和呼吸管加熱兩方面考慮解決方案。

（1）呼吸管設(shè)計(jì)方面:增加保溫膜，縮短呼吸管長(zhǎng)度同時(shí)減少?gòu)澢?，增加呼吸管?nèi)徑及呼吸管內(nèi)壁光滑度。

（2）呼吸管加熱方面:呼吸管的布置要盡量靠近發(fā)動(dòng)機(jī)熱源處，以減少呼吸管內(nèi)竄氣的散熱損失；或給呼吸管增加電加熱裝置。

當(dāng)然，最終的方案要同時(shí)考慮總體布置要求以及方案成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]周龍保，劉忠長(zhǎng)，高宗英.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]陳家瑞．汽車(chē)構(gòu)造[M]．北京:人民交通出版社，1993.

[3]蔡小偉.柴油機(jī)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究與開(kāi)發(fā)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2009，572-574.

中圖分類號(hào):TK428

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0180-02

收稿日期：2016-01-01

作者簡(jiǎn)介：隆貴（1988-），男，廣西靖西人，本科，助理工程師，主要研究柴油機(jī)的總體設(shè)計(jì)。

Analysis and Handling of PCV System Freezing for an Two-Cylinder Engine

LONG Gui
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Abstract:A freezes failure occured in PCV system for a two-cylinder engine during the winter test.，result in higher crankcase abnormal pressure，and seriously affect the engine performance and operation safety.The cause of freezing was confirmed after analysing of the fault，and two solutions were put forward.After retesting，final results show that the freezes failure can be avoid by increasing insulation film for the breathing tube of PCV system，and the cost of this solution is the lowest.

Key words:engine；PCV system；freeze；fault analysis