曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)冰試驗分析與研究

韋玉昆，趙明祥，黃顯淞

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007；2.東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西柳州545007）

曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)冰試驗分析與研究

韋玉昆1，趙明祥2，黃顯淞1

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007；2.東風(fēng)柳州汽車有限公司，廣西柳州545007）

曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的主要作用是將從曲軸箱抽出的氣體導(dǎo)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)重新燃燒。為了驗證曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)在極寒情況下是否有結(jié)冰風(fēng)險，在冬季北方低溫高濕環(huán)境下，在搭載某柴油機(jī)的某品牌汽車上進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)冰試驗。試驗過程中發(fā)現(xiàn)曲軸箱壓力急劇升高試驗被迫停止，拆解后發(fā)現(xiàn)呼吸器出氣管靠壓氣機(jī)端結(jié)冰堵塞。為解決這一問題，在呼吸器出氣管上增加保溫套，提高竄氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管時的溫度，同時在呼吸器出氣管與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管連接處增加加熱棒。

發(fā)動機(jī)；曲軸箱；通風(fēng)系統(tǒng)；結(jié)冰

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的日益提高，汽車已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，成為人們?nèi)粘Ｉ钪兄匾慕煌üぞ?。由于中國國土廣袤，橫跨多個經(jīng)度、緯度，氣候環(huán)境復(fù)雜多樣，因此在中國銷售和使用的汽車必須具備在高溫、高寒、高原等極端惡劣下正常使用的能力［1］。本文通過在搭載某柴油機(jī)的某品牌汽車上進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)冰試驗，驗證該柴油機(jī)的曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)在極寒情況下是否有結(jié)冰風(fēng)險。

1　曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)簡介

在發(fā)動機(jī)工作時，會有部分可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物經(jīng)活塞環(huán)由氣缸竄入曲軸箱內(nèi)。當(dāng)發(fā)動機(jī)在低溫下工作時，還可能有液態(tài)燃油漏入曲軸箱，這些物質(zhì)如不及時清除，將加速潤滑油變質(zhì)并使機(jī)件受到腐蝕或銹蝕，又因為竄入曲軸箱內(nèi)的氣體中含有碳?xì)浠衔锛捌渌廴疚铮圆粶?zhǔn)許把這種氣體排放到大氣中?，F(xiàn)代汽車采用的PCV（Positive Crankcase Ventilation）系統(tǒng)，就是防止曲軸箱氣體排放到大氣中的凈化裝置。而所謂“強(qiáng)制”，并不是加入某些裝置以達(dá)到目的，而僅僅是利用發(fā)動機(jī)曲軸箱內(nèi)氣體壓力和進(jìn)氣通道之間的壓力差來使曲軸箱內(nèi)氣體被吸收入進(jìn)氣歧管中作為進(jìn)氣而燃燒掉。低載荷工況PCV系統(tǒng)氣體循環(huán)如圖1所示，高載荷工況PCV系統(tǒng)氣體循環(huán)如圖2所示。

圖1　低載荷工況PCV系統(tǒng)氣體循環(huán)圖

圖2　高載荷工況PCV系統(tǒng)氣體循環(huán)圖

一般曲軸箱壓力設(shè)計范圍是-4 kPa～0 kPa之間，一旦曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)某個環(huán)節(jié)在極端環(huán)境下結(jié)冰堵死，極有可能導(dǎo)致曲軸箱壓力異常。

2　曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)冰試驗

在冬季北方低溫高濕環(huán)境下，在搭載某柴油機(jī)的某品牌汽車上進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)冰試驗。本試驗旨在確認(rèn)發(fā)動機(jī)在極端低溫環(huán)境下曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)是否會結(jié)冰，是否會造成曲軸箱壓力異常。

2.1試驗準(zhǔn)備

（1）確認(rèn)所有的曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)零件在正確的狀態(tài)，并將機(jī)油及機(jī)油濾清器更換，以確保機(jī)油量的準(zhǔn)確。

（2）安裝K型的熱電耦以測量呼吸器、機(jī)油、冷卻液及環(huán)境的溫度，如圖3至圖6所示。

圖3　熱電耦安裝示意圖

圖4　熱電耦安裝示意圖

圖5　熱電耦安裝示意圖

圖6　熱電耦安裝示意圖

（3）在機(jī)油加注口蓋處安裝壓力傳感器以測量曲軸箱壓力。同時在空濾接口處安裝壓力傳感器以測量進(jìn)氣壓力。

2.2試驗過程

首先將發(fā)動機(jī)熱機(jī)并進(jìn)行整車性能試驗，然后進(jìn)行呼吸系統(tǒng)結(jié)冰試驗。環(huán)境溫度為-35℃～-40℃，車輛以100 km/h高速行駛約1.5 h后發(fā)動機(jī)曲軸箱壓力急劇升高，試驗停止。以下是試驗過程中收集到的數(shù)據(jù)。

圖7為試驗過程中的車速數(shù)據(jù)。圖8為試驗過程中各熱電耦收集到的溫度數(shù)據(jù)。從中可以看出呼吸器出口膠管外壁及呼吸器出氣管靠壓氣機(jī)端膠管外壁溫度均低于零刻度，有較高的結(jié)冰風(fēng)險。

圖7　車速圖

圖8溫度圖

圖9為試驗過程中收集到的曲軸箱壓力數(shù)據(jù)。從中可以看到試驗過程中曲軸箱壓力急劇升高的情況。

圖9　曲軸箱壓力圖

表1為試驗過程中各熱電耦收集到的溫度的最大值，最小值及平均值的數(shù)據(jù)。從中可以看出，呼吸器出口膠管外壁（T3）及呼吸器出氣管靠壓氣機(jī)端膠管外壁（T6）溫度最低，此處極有可能結(jié)冰。

表1　試驗過程中各熱電耦收集到的溫度的最大值，最小值及平均值的數(shù)據(jù)

3　原因分析及改進(jìn)方案

3.1原因分析

拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)呼吸器出氣管靠壓氣機(jī)端結(jié)冰堵塞，呼吸系統(tǒng)其余部位無結(jié)冰現(xiàn)象。這與由試驗收集到的數(shù)據(jù)得出的推斷一致。如圖10所示。

圖10　呼吸器結(jié)冰圖

曲軸箱竄氣沿呼吸系統(tǒng)管路流動過程中溫度會逐漸降低，呼吸器出氣管過長會導(dǎo)致竄氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管前溫度過低。T5為竄氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管前的溫度，試驗顯示車輛高速運行時T5平均溫度接近于0℃.竄氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管時與低溫進(jìn)氣相遇，竄氣溫度急劇降低，從而導(dǎo)致竄氣中的水蒸氣結(jié)冰。

3.2改進(jìn)方案

改進(jìn)方案：

（1）在呼吸器出氣管上增加保溫套，提高竄氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)朝氣總管時的溫度；

（2）在呼吸器出氣管與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管連接處增加加熱棒。如圖11所示。

圖11　改進(jìn)方案示意圖

試驗驗證：環(huán)境溫度為-35℃～-40℃，車輛以100 km/h高速行駛500 km，曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)未失效，曲軸箱壓力正常。呼吸器出氣管與壓氣機(jī)連接處沒有任何結(jié)冰現(xiàn)象，證明解決方案安全可靠。

4　結(jié)束語

呼吸管路結(jié)冰是曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)中比較典型的故障之一［2］。為解決這一問題，在呼吸器出氣管上增加保溫套，提高竄氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管時的溫度，同時在呼吸器出氣管與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管連接處增加加熱棒。最終通過進(jìn)一步的試驗證明這一改進(jìn)方案大大降低了曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)在冬季北方極寒情況下結(jié)冰的風(fēng)險，提高了發(fā)動機(jī)的性能及穩(wěn)定性。

［1］張育春，丘國生.增壓發(fā)動機(jī)高寒試驗故障分析與改進(jìn)［J］.內(nèi)燃機(jī)與配件，2015，（2）：47-50.

［2］張玉秀，田園春，江旭光，等.曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)故障淺析［J］.輕型汽車技術(shù)，2015，（4）：51-54.

Analysis and Research on Icing Test of Crankcase Ventilation System

WEI Yu-kun1，ZHAO Ming-xiang2，HUANG Xian-song1
（1.SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545007，China；2.Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545007，China）

The main function of crankcase ventilation system is to lead the gas extracted from crankcase into intake manifold to be burn again.To verify whether there is icing risk of crankcase ventilation system under extremely cold environment，crankcase ventilation system icing test was carried on a car carrying some diesel engine in cold winter in north of China.During the icing test，the crankcase pressure increase drastically which made the test to be stoped.After the engine was teared down，the PCV tube port connected with compressor was icing and blocked. To solve this problem，add lagging cover on PCV tube to increase the temperature of the gas coming through，and add heating device on the joint area between the PCV tube and intake manifold.

engine；crankcase；ventilation system；icing

TK413.3

A

1672-545X（2016）08-0213-03

企業(yè)管理

2016-05-09

國家自然科學(xué)基金資助項目（50775190）

韋玉昆（1986-），女，廣西南寧人，助理工程師，本科，研究方向：發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計與開發(fā)；趙明祥（1983-），男，云南紅河洲人，中級工程師，本科，研究方向：發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計與開發(fā)；黃顯淞（1986-），男，廣西南寧人，助理工程師，本科，研究方向：發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計與開發(fā)。