淺談柴油機(jī)的曲軸箱氣體處理

鄧翔

摘要：隨著國(guó)家環(huán)保升級(jí)至第六階段，最新的環(huán)保文件GB17691-2018中對(duì)曲軸箱排放有明確規(guī)定，隨著排放的一起升級(jí)的還有發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，而性能的提升往往會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣量增加，曲軸箱氣體里的機(jī)油含量增加，通常曲軸箱氣體接入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前需要進(jìn)行處理。然后安裝曲軸箱壓力傳感器監(jiān)測(cè)曲軸箱壓力，通過曲軸箱壓力的變化來判斷CV閥是否斷開，達(dá)到OBD監(jiān)測(cè)的目的。本文對(duì)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)主要零部件油氣分離器、曲軸箱通氣閥、加熱器進(jìn)行分析研究，對(duì)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);曲軸箱通風(fēng);氣體處理

0 ?引言

隨著國(guó)家環(huán)保升級(jí)至第六階段，最新的環(huán)保文件GB17691-2018中對(duì)曲軸箱排放有明確規(guī)定：對(duì)于閉式曲軸箱，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)的任何氣體不允許排入大氣;對(duì)于開式曲軸箱，將曲軸箱氣體與排放尾氣一起進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)對(duì)于閉式曲軸箱，也有曲軸箱通風(fēng)（CV）系統(tǒng)監(jiān)要求，如果曲軸箱與CV閥或者CV閥與進(jìn)氣歧管之間的連接斷開，OBD系統(tǒng)應(yīng)該檢測(cè)出故障。確保曲軸箱里的氣體不排入大氣，減少對(duì)環(huán)境造成污染。

而對(duì)于主機(jī)廠來說，曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮的因素增加了，以前經(jīng)過處理后的曲軸箱氣體直接排入大氣的做法是不可行的。由于將曲軸箱氣體與排放尾氣一起進(jìn)行測(cè)試會(huì)使整車標(biāo)定工作量巨幅提升;考慮到動(dòng)輒幾千萬的標(biāo)定費(fèi)用主機(jī)廠通常更傾向于選擇閉式曲軸箱。

閉式曲軸箱需將曲軸箱氣體接入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口，靠其負(fù)壓保證曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)。曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)需保持曲軸箱內(nèi)的負(fù)壓，同時(shí)避免對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)過分干擾;并保證系統(tǒng)正常工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能不出現(xiàn)異常，系統(tǒng)內(nèi)各相關(guān)零件設(shè)計(jì)合理，功能齊全[1]。

隨著排放一起升級(jí)的還有發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，而性能的提升往往會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣量增加，曲軸箱氣體里的機(jī)油含量增加，通常曲軸箱氣體接入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前需要進(jìn)行處理。然后安裝曲軸箱壓力傳感器監(jiān)測(cè)曲軸箱壓力，通過曲軸箱壓力的變化來判斷CV閥是否斷開，達(dá)到OBD監(jiān)測(cè)的目的。

曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)主要包含以下零部件：油氣分離器、曲軸箱通氣閥、曲軸箱通氣軟管、加熱器。我們對(duì)幾個(gè)主要零部件來做分析。（圖1）

1 ?油氣分離器

因柴油機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其曲軸箱氣體含有大量的機(jī)油，如果這些機(jī)油全部進(jìn)入氣缸則會(huì)導(dǎo)致燒機(jī)油。所以一般會(huì)在CV閥接入進(jìn)氣系統(tǒng)前進(jìn)行油氣分離，將大部分機(jī)油分離并回流到油底殼。

油氣分離器主要分為單濾網(wǎng)式、迷宮式及迷宮加濾網(wǎng)式。

單濾網(wǎng)式的油氣分離器一般是獨(dú)立懸掛在發(fā)動(dòng)機(jī)外部，在油氣分離器底部會(huì)有會(huì)有管路，回油管路上需安裝一個(gè)單向閥。

迷宮式及迷宮加濾網(wǎng)式的一般集成于氣缸蓋罩上，直接將氣缸蓋罩做成迷宮式，分離后的機(jī)油也直接回流到氣缸蓋上。

油氣分離器的設(shè)計(jì)或選擇主要參考兩個(gè)方面：分油效率及氣流阻力。

比如4JB1型發(fā)動(dòng)機(jī)的要求曲軸箱壓力為負(fù)壓（-5～0kPa），而發(fā)動(dòng)機(jī)的漏氣量為20～68L/min，如果曲軸箱直接通大氣，在全速全負(fù)荷時(shí)曲軸箱內(nèi)的壓力為正壓（約0.5～1.5kPa），因此油氣分離器的壓降不能過大，如果油氣分離器的壓降過大，就難免使得曲軸箱內(nèi)的壓力變?yōu)檎龎?，影響OBD的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，同時(shí)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油滲漏事故增加。

同時(shí)4JB1發(fā)動(dòng)機(jī)要求油氣分離之后的氣體含機(jī)油量≤0.2g/h（全速全負(fù)荷，測(cè)量方法），所以油氣分離器的分油效率要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求。

2 ?曲軸箱通氣閥

曲軸通氣閥一般采取的是膜片彈簧式，種類有兩種：

2.1 常閉型

早期的曲軸通氣閥一般為常閉型，正常壓力下該閥是關(guān)閉的，在曲軸箱里為正壓3kPa以上時(shí)開啟，一般漏氣量小的發(fā)動(dòng)機(jī)才可以使用，一般只應(yīng)用在自然吸氣的柴油機(jī)上。

2.2 常開型

帶增壓器的柴油機(jī)一般選擇常開型，正常壓力下該閥的是開啟狀態(tài)，在曲軸箱里出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)關(guān)閉。

個(gè)人認(rèn)為：常閉型的對(duì)漏氣量比較敏感，如果發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)加工精度高，加上又是非增壓機(jī)型的工作條件不是惡劣，因此其總的下排氣相當(dāng)小的，因此常閉型完全能夠滿足要求;而如果發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)加工精度要求不夠，且是增壓機(jī)型，發(fā)動(dòng)機(jī)工作負(fù)荷大，下排氣相對(duì)大一些，則盡量采用常開型的。

3 ?加熱器

加熱器一般安裝于曲軸箱通氣管與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管接口處，因曲軸箱氣體中含有燃燒室竄出的水蒸氣，在-20℃或者更低的環(huán)境溫度下曲軸箱氣體與寒冷的新風(fēng)混合，含有水汽的曲軸箱氣體就容易結(jié)冰，情況嚴(yán)重的就會(huì)造成冰堵。

冰堵后的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱壓力急劇上升，會(huì)帶來嚴(yán)重的后果，比如凸輪軸后堵蓋被崩開、前油封被沖開，造成燒瓦，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體大量滲漏機(jī)油等。加熱器可以完美解決冰堵隱患。

畢竟出現(xiàn)-20℃或者更低的環(huán)境溫度的區(qū)域比較少，所以目前市場(chǎng)上大部分整車并未帶加熱器，如果不帶加熱器，那么曲軸箱通氣管就必須避免出現(xiàn)凹形儲(chǔ)水彎頭，防止曲軸箱通氣管內(nèi)冷卻水聚集后結(jié)冰;且曲軸箱通氣管不宜過長(zhǎng)。

總之，整個(gè)曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需同時(shí)考慮對(duì)曲軸箱壓力的影響及對(duì)曲軸箱氣體中機(jī)油的過濾效率，過于復(fù)雜的油氣分離器可能分油效率上滿足設(shè)計(jì)要求，但可能導(dǎo)致曲軸箱壓力無法維持在負(fù)壓;反之同理。

只有針對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，設(shè)計(jì)合適的曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)，并通過性能試驗(yàn)驗(yàn)證其合理性，才能使發(fā)動(dòng)機(jī)在滿足國(guó)家環(huán)保要求下保持最佳性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫璽亮.DA465QA發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué)，2012.

[2]張仕田.6DK-36L型柴油機(jī)曲軸常見故障原因分析及解決方案[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（06）：156-158.

[3]劉江濤，張鵬，李治明，陳向陽，張耀忠，魏仙妹，張青鋒.某船用柴油機(jī)機(jī)組拉缸故障原因分析及解決方案[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（05）：50-52.