國六標準關于曲軸箱排氣污染物測量方法的提升

劉鑫 張鳳鳴

中國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

隨著國際標準的不斷更新，中國制訂的國六標準相比國五更進一步加強了對汽車排氣污染物的監控和要求。新標準不僅在常溫冷啟動下汽車排氣污染物測量、工況圖、標準限值等方面對比國五標準有很大區別和提升，在曲軸箱排氣污染物試驗（Ⅲ型試驗）方面也有不同。由竄氣產生的排氣污染物需要通過有效措施進行控制，防止其直接通過機油尺孔、縫隙等處排向大氣。為此進行的曲軸箱排氣污染物試驗（Ⅲ型試驗）能夠很好地監控這種現象，保證車輛符合國標要求。

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動機都會出現的現象。一般是由氣缸墊老化、缸套內經過大、活塞環無法起到完全密封、缸套變形活塞環無法貼合、壓縮比設計過大引起氣體下竄、活塞環彈力失效、活塞環不平等原因導致在發動機工作時，燃燒室內高壓可燃混合氣體、已經燃燒的氣體廢氣和部分水蒸氣通過間隙漏入到曲軸箱內形成的。

進入曲軸箱的竄氣由于其成分復雜，可能產生多種危害。比如水蒸氣可能阻塞機油油路使機油流通不順，影響發動機的正常工作；已經燃燒的廢氣可能在不斷積壓的情況下通過機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油，影響發動機的潤滑；廢氣中的部分成分可能與氧氣結合生成具有腐蝕性的物質，腐蝕損壞發動機零件。

3 曲軸箱通風系統的工作原理，類別與區別

曲軸箱通風系統主要基于進氣系統的真空度原理實現。進氣沖程時活塞下行形成抽吸，進氣歧管壓力低于大氣壓力產生負壓。隨著節氣門開度減小，負壓增大；節氣門開度增大，負壓減小。若進氣歧管發生回火，則正壓激增。根據上述原理，通過PCV閥的調節將竄氣吸回進氣歧管，參與下一個工作循環的燃燒。PCV閥通過真空吸力與彈簧彈力平衡，調節竄氣通過量，進氣歧管負壓增大時彈簧被壓縮竄氣通過量加大，相反負壓減小時竄氣通過量減小，當出現進氣歧管回火時正壓增大阻擋竄氣繼續進入進氣歧管。PCV閥門的工作原理如下圖1。

曲軸箱通風系統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系統含有一根連接曲軸箱和進氣歧管的通風管。當發動機負荷加大的情況下，曲軸箱通風系統僅僅通過閥門導流竄氣遠遠不夠，過多的竄氣會通過通風蓋散入大氣，雖然通風蓋有過濾系統，但終將排入大氣的這種形式也避免不了對大氣的污染。相對開式通風系統，閉式通風系統在發動機大負荷情況下仍能使更多的竄氣直接通過通風管順暢的進入進氣歧管，這樣就保證了竄氣根本不會排入大氣。這使得曲軸箱中的氣體壓力正常工作狀態下均為負壓，這也就是曲軸箱排氣污染物試驗（III型試驗）的試驗原理。閉式曲軸箱通風系統原理圖見圖2。

圖1 PCV閥工作原理

圖2 開式曲軸箱通風系統原理圖

4 國六標準下曲軸箱排氣污染物試驗（Ⅲ型試驗）的方法

基于曲軸箱通風系統的基本原理可知，發動機正常工作狀態下曲軸箱內壓力應該低于外界大氣壓，即為負壓。通過機油尺孔測量氣壓，如為負壓則可確定不會有竄氣向外排出。通過這種方法也能排除竄氣通過曲軸箱裝配縫隙進入大氣。

國六標準下曲軸箱排氣污染試驗的方法見表1：

試驗步驟如下：

a. 發動機的縫隙或孔應保持原狀。

b. 在機油標尺孔處使用傾斜式壓力計進行測量。若在上表工況下，測得的曲軸箱的壓力均不超過測量時的大氣壓力，則應認為汽車曲軸箱污染物排放滿足要求。

c. 曲軸箱內測得的壓力準確度應在±0.01kPa以內，測功機指示車速的測量準確度應在±2km/h以內。

d. 若在上表規定的某一測量工況下，測得的壓力超過大氣壓，在制造廠要求追加試驗時，可按追加試驗來進行。

追加試驗步驟如下：

e. 發動機的縫隙或孔應保持原狀。

f. 在機油標尺孔處連接一個容積大約為5L，不泄露曲軸箱氣體的柔性袋。每次測量前應將氣袋排空。

g. 每次測量前氣袋應該封閉。在標準要求的每種工況下，氣袋應與曲軸箱接通5min。

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

5 國六標準相比國五標準（Ⅲ型試驗）的區別

國五中只要求對汽油車進行曲軸箱排氣污染物試驗，國六標準要求所有汽車均需要進行此項試驗；國六標準要求在I型試驗進行之后進行試驗；對于沒有曲軸箱強制通風的汽車，應將曲軸箱污染物計入排氣污染物總量；對于混合動力汽車，在純發動機模式試驗后，應按照III型試驗規定的運轉工況進行試驗。具體見表2。

國六標準相比國五標準，在曲軸箱排氣污染物試驗方面加強了要求，取消了汽柴油汽車的區別、加入對混合動力類車輛該試驗的要求、將國五原先可在雙怠速試驗結束之后進行的試驗條件調整為只能在I型試驗結束后進行，并加入了無曲軸箱強制通風的車輛關于曲軸箱排放物計算方法。

表1 車輛運轉工況

表2 標準要求區別

6 國六標準下曲軸箱排氣污染物試驗的操作注意事項

試驗檢測人員及駕駛員在試驗操作上應當注意：

a. 檢測人員應確定車輛是否有曲軸箱通風系統。在發動機艙內進氣歧管周圍可以發現帶有PCV閥的通風導管，如有則可判定為具有曲軸箱強制通風系統；

b. 檢測人員應在I型試驗進行之后立刻進行該試驗。需注意保持整車固定狀態不變，尾氣管路直接與通風管路（I型試驗預處理接通的管路）連接；

c. 車輛駕駛人員應該在I型試驗后立刻準備進行曲軸箱排氣污染物試驗，配合檢測人員完成怠速狀態下的測量，之后穩定車速在（50±2）km/h進行后續測量；

d. 對于混合動力車輛，試驗人員應確保試驗在純發動機模式下進行；如無法滿足50km/h速度下運轉模式為純發動機，則可選擇另一純發動機模式下的穩定車速。

7 結語

本文介紹了曲軸箱排氣污染物即竄氣的來源及危害。介紹了曲軸箱強制通風的類型以及原理。介紹了國六標準下曲軸箱排氣污染物的試驗方法。對比國五國六標準下曲軸箱排氣污染物試驗的相關要求，并研究了國六標準下試驗操作的注意事項。