國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于曲軸箱排氣污染物測(cè)量方法的提升

劉鑫 張鳳鳴

中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司天津分公司 天津市 300300

1 引言

隨著國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新，中國(guó)制訂的國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)相比國(guó)五更進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)汽車排氣污染物的監(jiān)控和要求。新標(biāo)準(zhǔn)不僅在常溫冷啟動(dòng)下汽車排氣污染物測(cè)量、工況圖、標(biāo)準(zhǔn)限值等方面對(duì)比國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)有很大區(qū)別和提升，在曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)（Ⅲ型試驗(yàn)）方面也有不同。由竄氣產(chǎn)生的排氣污染物需要通過有效措施進(jìn)行控制，防止其直接通過機(jī)油尺孔、縫隙等處排向大氣。為此進(jìn)行的曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)（Ⅲ型試驗(yàn)）能夠很好地監(jiān)控這種現(xiàn)象，保證車輛符合國(guó)標(biāo)要求。

2 曲軸箱排氣污染物的由來與危害

曲軸箱竄氣是任何一部發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象。一般是由氣缸墊老化、缸套內(nèi)經(jīng)過大、活塞環(huán)無法起到完全密封、缸套變形活塞環(huán)無法貼合、壓縮比設(shè)計(jì)過大引起氣體下竄、活塞環(huán)彈力失效、活塞環(huán)不平等原因?qū)е略诎l(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃燒室內(nèi)高壓可燃混合氣體、已經(jīng)燃燒的氣體廢氣和部分水蒸氣通過間隙漏入到曲軸箱內(nèi)形成的。

進(jìn)入曲軸箱的竄氣由于其成分復(fù)雜，可能產(chǎn)生多種危害。比如水蒸氣可能阻塞機(jī)油油路使機(jī)油流通不順，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作；已經(jīng)燃燒的廢氣可能在不斷積壓的情況下通過機(jī)油尺孔與裝配縫隙竄入大氣造成污染；可燃的油氣混入曲軸箱中稀釋機(jī)油，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑；廢氣中的部分成分可能與氧氣結(jié)合生成具有腐蝕性的物質(zhì)，腐蝕損壞發(fā)動(dòng)機(jī)零件。

3 曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理，類別與區(qū)別

曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)主要基于進(jìn)氣系統(tǒng)的真空度原理實(shí)現(xiàn)。進(jìn)氣沖程時(shí)活塞下行形成抽吸，進(jìn)氣歧管壓力低于大氣壓力產(chǎn)生負(fù)壓。隨著節(jié)氣門開度減小，負(fù)壓增大；節(jié)氣門開度增大，負(fù)壓減小。若進(jìn)氣歧管發(fā)生回火，則正壓激增。根據(jù)上述原理，通過PCV閥的調(diào)節(jié)將竄氣吸回進(jìn)氣歧管，參與下一個(gè)工作循環(huán)的燃燒。PCV閥通過真空吸力與彈簧彈力平衡，調(diào)節(jié)竄氣通過量，進(jìn)氣歧管負(fù)壓增大時(shí)彈簧被壓縮竄氣通過量加大，相反負(fù)壓減小時(shí)竄氣通過量減小，當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)氣歧管回火時(shí)正壓增大阻擋竄氣繼續(xù)進(jìn)入進(jìn)氣歧管。PCV閥門的工作原理如下圖1。

曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)分為開式和閉式兩種，均采用PCV閥，唯一不同的是閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)含有一根連接曲軸箱和進(jìn)氣歧管的通風(fēng)管。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷加大的情況下，曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)僅僅通過閥門導(dǎo)流竄氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，過多的竄氣會(huì)通過通風(fēng)蓋散入大氣，雖然通風(fēng)蓋有過濾系統(tǒng)，但終將排入大氣的這種形式也避免不了對(duì)大氣的污染。相對(duì)開式通風(fēng)系統(tǒng)，閉式通風(fēng)系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷情況下仍能使更多的竄氣直接通過通風(fēng)管順暢的進(jìn)入進(jìn)氣歧管，這樣就保證了竄氣根本不會(huì)排入大氣。這使得曲軸箱中的氣體壓力正常工作狀態(tài)下均為負(fù)壓，這也就是曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)（III型試驗(yàn)）的試驗(yàn)原理。閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖1 PCV閥工作原理

圖2 開式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)原理圖

4 國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)（Ⅲ型試驗(yàn)）的方法

基于曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的基本原理可知，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作狀態(tài)下曲軸箱內(nèi)壓力應(yīng)該低于外界大氣壓，即為負(fù)壓。通過機(jī)油尺孔測(cè)量氣壓，如為負(fù)壓則可確定不會(huì)有竄氣向外排出。通過這種方法也能排除竄氣通過曲軸箱裝配縫隙進(jìn)入大氣。

國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染試驗(yàn)的方法見表1：

試驗(yàn)步驟如下：

a. 發(fā)動(dòng)機(jī)的縫隙或孔應(yīng)保持原狀。

b. 在機(jī)油標(biāo)尺孔處使用傾斜式壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量。若在上表工況下，測(cè)得的曲軸箱的壓力均不超過測(cè)量時(shí)的大氣壓力，則應(yīng)認(rèn)為汽車曲軸箱污染物排放滿足要求。

c. 曲軸箱內(nèi)測(cè)得的壓力準(zhǔn)確度應(yīng)在±0.01kPa以內(nèi)，測(cè)功機(jī)指示車速的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)在±2km/h以內(nèi)。

d. 若在上表規(guī)定的某一測(cè)量工況下，測(cè)得的壓力超過大氣壓，在制造廠要求追加試驗(yàn)時(shí)，可按追加試驗(yàn)來進(jìn)行。

追加試驗(yàn)步驟如下：

e. 發(fā)動(dòng)機(jī)的縫隙或孔應(yīng)保持原狀。

f. 在機(jī)油標(biāo)尺孔處連接一個(gè)容積大約為5L，不泄露曲軸箱氣體的柔性袋。每次測(cè)量前應(yīng)將氣袋排空。

g. 每次測(cè)量前氣袋應(yīng)該封閉。在標(biāo)準(zhǔn)要求的每種工況下，氣袋應(yīng)與曲軸箱接通5min。

h. 若每種測(cè)量工況下，氣袋均沒有出現(xiàn)可觀察到的張大，則認(rèn)為汽車曲軸箱污染物排放滿足要求。

5 國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)相比國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)（Ⅲ型試驗(yàn)）的區(qū)別

國(guó)五中只要求對(duì)汽油車進(jìn)行曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)，國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)要求所有汽車均需要進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)；國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)要求在I型試驗(yàn)進(jìn)行之后進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)于沒有曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的汽車，應(yīng)將曲軸箱污染物計(jì)入排氣污染物總量；對(duì)于混合動(dòng)力汽車，在純發(fā)動(dòng)機(jī)模式試驗(yàn)后，應(yīng)按照III型試驗(yàn)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)工況進(jìn)行試驗(yàn)。具體見表2。

國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)相比國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)，在曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)方面加強(qiáng)了要求，取消了汽柴油汽車的區(qū)別、加入對(duì)混合動(dòng)力類車輛該試驗(yàn)的要求、將國(guó)五原先可在雙怠速試驗(yàn)結(jié)束之后進(jìn)行的試驗(yàn)條件調(diào)整為只能在I型試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行，并加入了無曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的車輛關(guān)于曲軸箱排放物計(jì)算方法。

表1 車輛運(yùn)轉(zhuǎn)工況

表2 標(biāo)準(zhǔn)要求區(qū)別

6 國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)的操作注意事項(xiàng)

試驗(yàn)檢測(cè)人員及駕駛員在試驗(yàn)操作上應(yīng)當(dāng)注意：

a. 檢測(cè)人員應(yīng)確定車輛是否有曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)進(jìn)氣歧管周圍可以發(fā)現(xiàn)帶有PCV閥的通風(fēng)導(dǎo)管，如有則可判定為具有曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)；

b. 檢測(cè)人員應(yīng)在I型試驗(yàn)進(jìn)行之后立刻進(jìn)行該試驗(yàn)。需注意保持整車固定狀態(tài)不變，尾氣管路直接與通風(fēng)管路（I型試驗(yàn)預(yù)處理接通的管路）連接；

c. 車輛駕駛?cè)藛T應(yīng)該在I型試驗(yàn)后立刻準(zhǔn)備進(jìn)行曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)，配合檢測(cè)人員完成怠速狀態(tài)下的測(cè)量，之后穩(wěn)定車速在（50±2）km/h進(jìn)行后續(xù)測(cè)量；

d. 對(duì)于混合動(dòng)力車輛，試驗(yàn)人員應(yīng)確保試驗(yàn)在純發(fā)動(dòng)機(jī)模式下進(jìn)行；如無法滿足50km/h速度下運(yùn)轉(zhuǎn)模式為純發(fā)動(dòng)機(jī)，則可選擇另一純發(fā)動(dòng)機(jī)模式下的穩(wěn)定車速。

7 結(jié)語

本文介紹了曲軸箱排氣污染物即竄氣的來源及危害。介紹了曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的類型以及原理。介紹了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染物的試驗(yàn)方法。對(duì)比國(guó)五國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)的相關(guān)要求，并研究了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下試驗(yàn)操作的注意事項(xiàng)。