基于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的PCV閥匹配研究

曹淑兵

摘要：與人民生活水平的不斷提高，越來越多的家庭有了汽車作為生活必需品的購買和使用，與此同時(shí)，每個(gè)國家頁面節(jié)能減排和環(huán)境問題越來越多的關(guān)注，滿足日益嚴(yán)格的汽車排放法規(guī)的要求，提高動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性，防止PCV閥故障匹配的密封泄漏造成的，排放不符合法律法規(guī)要求，耗油量大，油老化稀釋，冬季管道凍結(jié)等問題，需要PCV閥門配套研究工作。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);PCV閥;曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，燃燒室內(nèi)的混合氣體不可避免地通過氣缸與活塞環(huán)之間的間隙逸入曲軸箱。竄氣的主要成分包括水蒸汽、未燃碳?xì)浠衔锖腿剂险羝?、油蒸汽、油粒和燃燒廢氣。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)的氣體會(huì)導(dǎo)致燃油蒸汽和蒸汽凝結(jié)、機(jī)油變質(zhì)、污染部件。

一、工作原理

增壓器由渦輪和由傳動(dòng)軸連接的壓縮機(jī)組成。渦輪進(jìn)口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管連接，排氣與排氣管連接。壓縮機(jī)進(jìn)氣道與進(jìn)氣管連接，排氣與進(jìn)氣管連接。壓力的增加主要是由于發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣影響渦輪的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)同軸壓縮機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，迫使增壓空氣進(jìn)入氣缸。渦輪增壓主要利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的能量驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣的增壓。在整個(gè)過程中，基本上不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，具有良好的加速度連續(xù)性。但在低速時(shí)，渦輪不能及時(shí)干預(yù)，具有一定的滯后性。因此，在測量汽車增壓效果時(shí)，我們通?？梢詫u輪干涉速度作為參考因素，干涉點(diǎn)的速度反映在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，可燃混合氣和廢氣通過活塞環(huán)泄漏到曲軸箱內(nèi)是不可避免的，泄漏到曲軸箱內(nèi)的油氣會(huì)凝結(jié)，使機(jī)油變稀。同時(shí)，高溫產(chǎn)生的廢氣以及廢氣和蒸汽中的酸使曲軸箱機(jī)油變質(zhì)，污染發(fā)動(dòng)機(jī)部件。如果竄氣不及時(shí)出口，發(fā)動(dòng)機(jī)將長期工作，這將導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)壓力過大，容易在接頭處產(chǎn)生漏氣和漏油現(xiàn)象。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率隨竄氣量的增大而減小，油耗隨竄氣量的增大而減小氣體的體積增加了。因此，為了減少和避免這些不利影響，必須使用曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)引回的氣體送入進(jìn)氣管并與新鮮混合物一起進(jìn)入氣缸燃燒。由于竄氣中含有石油顆粒，石油不能完全燃燒，這將對排放產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，必須采用油氣分離器對曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)中竄氣中的油氣進(jìn)行分離。為了防止換向混合氣的循環(huán)干擾氣缸內(nèi)混合氣的濃度，使發(fā)動(dòng)機(jī)能在各種速度和負(fù)荷下正常工作，在曲線上運(yùn)行流量控制閥或PCV閥應(yīng)安裝在軸箱和進(jìn)氣歧管之間的管道上。PCV閥實(shí)際上是一個(gè)單向閥，兩端的流量段隨著壓差的變化而變化。它根據(jù)彈簧力和進(jìn)氣管真空度的平衡來開啟和關(guān)閉氣體通道。PCV閥由柱塞閥和彈簧組成。進(jìn)氣歧管的真空度決定了PCV閥的開啟、關(guān)閉和開啟的程度。換句話說，當(dāng)引擎懶散或速度很低，氣體流量很小，引導(dǎo)氣體也少，PCV閥口很小，因此被迫燃燒通道氣體也比較少，當(dāng)引擎加速度或速度的增加，氣體流量很大，引導(dǎo)氣體也大，PCV閥打開也大，因此被迫燃燒通道氣體也更多。

二、POV閥匹配開發(fā)驗(yàn)證試驗(yàn)

1.POV閥匹配臺(tái)架功能試驗(yàn)。（1）確定PCV閥特性流量曲線。根據(jù)PCV閥的工作原理，當(dāng)進(jìn)氣歧管壓力為負(fù)壓時(shí)，PCV開啟工作，為滿足曲軸箱負(fù)壓需求，同時(shí)保證冬季試驗(yàn)不失效（低負(fù)荷工況活塞漏氣量較低，竄氣流速過慢，增加乳化、結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)），此時(shí)PCV閥特性流量應(yīng)大于活塞漏氣量，保證竄氣流通順暢。但PCV閥特性流量不是越大越好，因特性流量過大易造成竄氣流速過快，導(dǎo)致分離效率降低，嚴(yán)重情況會(huì)導(dǎo)致分離失效。通常確定PCV閥的流量特性曲線需要對以下參數(shù)進(jìn)行評估。a.活塞漏氣量。b.曲軸箱萬有壓力。c.進(jìn)氣歧管萬有壓力。d.冬季試驗(yàn)。（2）透明管路目視竄液體。試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證PCV閥匹配的設(shè)計(jì)是否滿足開發(fā)目標(biāo)。試驗(yàn)方法：在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性試驗(yàn)過程中，使用透明管替換曲通連接管路，觀察透明管竄液體情況。判斷標(biāo)準(zhǔn)：要求在1倍活塞漏氣量下，發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性試驗(yàn)過程中無目視竄液體;2倍活塞漏氣量下，允許部分工況微量目視竄液體。（3）機(jī)油消耗量。按GB/T 18297—2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》規(guī)定進(jìn)行額定轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況和額定轉(zhuǎn)速30%負(fù)荷工況24 h機(jī)油耗。（4）機(jī)油攜帶量。試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證PCV閥匹配是否滿足開發(fā)目標(biāo)。試驗(yàn)方法：a.試驗(yàn)開始前及試驗(yàn)結(jié)束后均需對油氣收集裝置中的油氣濾芯進(jìn)行烘干（120°C，8 h）。b.調(diào)整到規(guī)定的機(jī)油液位。C。將濾芯串聯(lián)至曲通管內(nèi)（按不同測試工況連

接分別連接到進(jìn)排氣側(cè)曲通管路），濾芯保持人口向上，連接的管路盡量短，并且內(nèi)徑不得小于工裝曲軸箱通風(fēng)管內(nèi)徑。d.在規(guī)定的測試工況下運(yùn)行2 h，記錄濾芯前后的重量，每個(gè)工況測試3次，取平均值。e.在濾芯前后安裝壓力傳感器，若壓差大于0.003 MPa或曲軸箱壓力異常增大，則需立即停止試驗(yàn)。f.根據(jù)GB/T 18297—2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》中機(jī)油消耗量試驗(yàn)工況、目視竄液體工況和整車常用工況共同確定測試工況點(diǎn)。判斷標(biāo)準(zhǔn)：各測試工況機(jī)油攜帶量 。

2.冬季試驗(yàn)吲。試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證PCV閥匹配是否滿足冬季行車要求，試驗(yàn)工況：a.低速工況。b.高速工況。c.挪車工況。d.短距離行駛。判斷標(biāo)準(zhǔn)：PCV系統(tǒng)各點(diǎn)檢位置無影響功能或性能的乳化、結(jié)冰情況。

三、PCV閥匹配試驗(yàn)結(jié)果分析

1.PVO閥匹配臺(tái)架功能試驗(yàn)。（1）確定PCV閥特性流量曲線見圖1活塞漏氣量MAP所示，活塞漏氣量最大值29 L/Min，出現(xiàn)在6 000 groin@WOT。小于活塞漏氣量設(shè)計(jì)目標(biāo)40 L/Min。

針對本款增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，BMEP在1 MAP左右，為進(jìn)氣歧管正負(fù)壓切換點(diǎn)。綜合本款增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞漏氣量、曲軸箱壓力和進(jìn)氣歧管壓力數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到竄氣流通情況對冬季試驗(yàn)乳化、結(jié)冰的影響，初步匹配出PCV閥特性流節(jié)曲線.見圖2.

（2）萬有工況目視透明管路竄液體。本款發(fā)動(dòng)機(jī)在1倍和2倍活塞漏氣量下，整個(gè)萬有工況內(nèi)透明管路目視未發(fā)現(xiàn)竄液體。萬有工況透明管路目視竄液體可有效評估PCV閥的匹配情況，如PCV閥特性流量在某些工況點(diǎn)匹配不當(dāng)（一般都為PCV閥特性流量過大），易影響這些工況點(diǎn)的油氣分離效率，導(dǎo)致油氣分離失效，機(jī)油以液態(tài)形式進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，最終進(jìn)入燃燒室參與燃燒，造成機(jī)油消耗過大，影響經(jīng)濟(jì)性。過量機(jī)油參與燃燒，嚴(yán)重情況可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。如發(fā)現(xiàn)竄液體工況點(diǎn)，可根據(jù)目視竄液體情況考慮進(jìn)行機(jī)油攜帶量測試，以判斷目視竄液體程度及液體中機(jī)油比例。（3）機(jī)油消耗量。本款增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)按GB/T 18297-2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》規(guī)定工況（因本款發(fā)動(dòng)機(jī)無目視竄液體，僅進(jìn)行國標(biāo)規(guī)定工況的機(jī)油消耗量試驗(yàn)）進(jìn)行的24 h機(jī)油耗試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足國標(biāo)要求。機(jī)油消耗量是判斷PCV閥匹配合格與否的重要指標(biāo)，機(jī)油消耗量過大影響經(jīng)濟(jì)性，易造成客戶抱怨，影響客戶駕乘體驗(yàn)。（4）機(jī)油攜帶量。見表1，本款增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油攜帶量實(shí)測數(shù)據(jù)，均滿足開發(fā)目標(biāo)。機(jī)油攜帶量是判斷油氣分離效率的最直接、最重要指標(biāo)。

2.冬季試驗(yàn)。見圖3，冬季試驗(yàn)PCV系統(tǒng)各點(diǎn)檢位置均無影響功能和性能的乳化、結(jié)冰情況。

由以上PCV閥開發(fā)匹配驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)論：在部分負(fù)荷時(shí)，為保證得到合適的曲軸箱壓力，PCV閥特性流量需大于活塞漏氣量。.在部分負(fù)荷時(shí)，為保證冬季試驗(yàn)無乳化、結(jié)冰問題，PCV閥特性流量需大于活塞漏氣量。在部分負(fù)荷時(shí)，為保證油氣分離效率符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，PCV閥特性流量需大于活塞漏氣量但不宜過大。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉濤.鋁合金在汽車輕量化中的應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2017（02）：23-27.

[2]王瑞.發(fā)動(dòng)機(jī)PCV系統(tǒng)及PCV閥簡介[J].輕合金加工技術(shù)，2017，39（02）：1-14.

（作者單位：曲阜天博汽車零部件制造有限公司）