基于增壓發動機的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，每個國家頁面節能減排和環境問題越來越多的關注，滿足日益嚴格的汽車排放法規的要求，提高動力性能和燃油經濟性，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要求，耗油量大，油老化稀釋，冬季管道凍結等問題，需要PCV閥門配套研究工作。

關鍵詞：發動機;PCV閥;曲軸箱通風系統

汽車發動機運行時，燃燒室內的混合氣體不可避免地通過氣缸與活塞環之間的間隙逸入曲軸箱。竄氣的主要成分包括水蒸汽、未燃碳氫化合物和燃料蒸汽、油蒸汽、油粒和燃燒廢氣。發動機曲軸箱內的氣體會導致燃油蒸汽和蒸汽凝結、機油變質、污染部件。

一、工作原理

增壓器由渦輪和由傳動軸連接的壓縮機組成。渦輪進口與發動機排氣歧管連接，排氣與排氣管連接。壓縮機進氣道與進氣管連接，排氣與進氣管連接。壓力的增加主要是由于發動機排出的廢氣影響渦輪的高速運轉，從而驅動同軸壓縮機高速旋轉，迫使增壓空氣進入氣缸。渦輪增壓主要利用發動機排氣的能量驅動壓縮機實現進氣的增壓。在整個過程中，基本上不消耗發動機的動力，具有良好的加速度連續性。但在低速時，渦輪不能及時干預，具有一定的滯后性。因此，在測量汽車增壓效果時，我們通常可以將渦輪干涉速度作為參考因素，干涉點的速度反映在發動機轉速上。發動機工作時，可燃混合氣和廢氣通過活塞環泄漏到曲軸箱內是不可避免的，泄漏到曲軸箱內的油氣會凝結，使機油變稀。同時，高溫產生的廢氣以及廢氣和蒸汽中的酸使曲軸箱機油變質，污染發動機部件。如果竄氣不及時出口，發動機將長期工作，這將導致曲軸箱內壓力過大，容易在接頭處產生漏氣和漏油現象。同時，發動機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系統將發動機引回的氣體送入進氣管并與新鮮混合物一起進入氣缸燃燒。由于竄氣中含有石油顆粒，石油不能完全燃燒，這將對排放產生負面影響。因此，必須采用油氣分離器對曲軸箱通風系統中竄氣中的油氣進行分離。為了防止換向混合氣的循環干擾氣缸內混合氣的濃度，使發動機能在各種速度和負荷下正常工作，在曲線上運行流量控制閥或PCV閥應安裝在軸箱和進氣歧管之間的管道上。PCV閥實際上是一個單向閥，兩端的流量段隨著壓差的變化而變化。它根據彈簧力和進氣管真空度的平衡來開啟和關閉氣體通道。PCV閥由柱塞閥和彈簧組成。進氣歧管的真空度決定了PCV閥的開啟、關閉和開啟的程度。換句話說，當引擎懶散或速度很低，氣體流量很小，引導氣體也少，PCV閥口很小，因此被迫燃燒通道氣體也比較少，當引擎加速度或速度的增加，氣體流量很大，引導氣體也大，PCV閥打開也大，因此被迫燃燒通道氣體也更多。

二、POV閥匹配開發驗證試驗

1.POV閥匹配臺架功能試驗。（1）確定PCV閥特性流量曲線。根據PCV閥的工作原理，當進氣歧管壓力為負壓時，PCV開啟工作，為滿足曲軸箱負壓需求，同時保證冬季試驗不失效（低負荷工況活塞漏氣量較低，竄氣流速過慢，增加乳化、結冰風險），此時PCV閥特性流量應大于活塞漏氣量，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，導致分離效率降低，嚴重情況會導致分離失效。通常確定PCV閥的流量特性曲線需要對以下參數進行評估。a.活塞漏氣量。b.曲軸箱萬有壓力。c.進氣歧管萬有壓力。d.冬季試驗。（2）透明管路目視竄液體。試驗目的：驗證PCV閥匹配的設計是否滿足開發目標。試驗方法：在進行發動機萬有特性試驗過程中，使用透明管替換曲通連接管路，觀察透明管竄液體情況。判斷標準：要求在1倍活塞漏氣量下，發動機萬有特性試驗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）機油消耗量。按GB/T 18297—2001《汽車發動機性能試驗方法》規定進行額定轉速全負荷工況和額定轉速30%負荷工況24 h機油耗。（4）機油攜帶量。試驗目的：驗證PCV閥匹配是否滿足開發目標。試驗方法：a.試驗開始前及試驗結束后均需對油氣收集裝置中的油氣濾芯進行烘干（120°C，8 h）。b.調整到規定的機油液位。C。將濾芯串聯至曲通管內（按不同測試工況連

接分別連接到進排氣側曲通管路），濾芯保持人口向上，連接的管路盡量短，并且內徑不得小于工裝曲軸箱通風管內徑。d.在規定的測試工況下運行2 h，記錄濾芯前后的重量，每個工況測試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。f.根據GB/T 18297—2001《汽車發動機性能試驗方法》中機油消耗量試驗工況、目視竄液體工況和整車常用工況共同確定測試工況點。判斷標準：各測試工況機油攜帶量 。

2.冬季試驗吲。試驗目的：驗證PCV閥匹配是否滿足冬季行車要求，試驗工況：a.低速工況。b.高速工況。c.挪車工況。d.短距離行駛。判斷標準：PCV系統各點檢位置無影響功能或性能的乳化、結冰情況。

三、PCV閥匹配試驗結果分析

1.PVO閥匹配臺架功能試驗。（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，出現在6 000 groin@WOT。小于活塞漏氣量設計目標40 L/Min。

針對本款增壓直噴發動機，BMEP在1 MAP左右，為進氣歧管正負壓切換點。綜合本款增壓直噴發動機的活塞漏氣量、曲軸箱壓力和進氣歧管壓力數據，同時考慮到竄氣流通情況對冬季試驗乳化、結冰的影響，初步匹配出PCV閥特性流節曲線.見圖2.

（2）萬有工況目視透明管路竄液體。本款發動機在1倍和2倍活塞漏氣量下，整個萬有工況內透明管路目視未發現竄液體。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匹配不當（一般都為PCV閥特性流量過大），易影響這些工況點的油氣分離效率，導致油氣分離失效，機油以液態形式進入進氣系統，最終進入燃燒室參與燃燒，造成機油消耗過大，影響經濟性。過量機油參與燃燒，嚴重情況可能導致發動機損壞。如發現竄液體工況點，可根據目視竄液體情況考慮進行機油攜帶量測試，以判斷目視竄液體程度及液體中機油比例。（3）機油消耗量。本款增壓直噴發動機按GB/T 18297-2001《汽車發動機性能試驗方法》規定工況（因本款發動機無目視竄液體，僅進行國標規定工況的機油消耗量試驗）進行的24 h機油耗試驗，試驗結果均滿足國標要求。機油消耗量是判斷PCV閥匹配合格與否的重要指標，機油消耗量過大影響經濟性，易造成客戶抱怨，影響客戶駕乘體驗。（4）機油攜帶量。見表1，本款增壓直噴發動機的機油攜帶量實測數據，均滿足開發目標。機油攜帶量是判斷油氣分離效率的最直接、最重要指標。

2.冬季試驗。見圖3，冬季試驗PCV系統各點檢位置均無影響功能和性能的乳化、結冰情況。

由以上PCV閥開發匹配驗證試驗結果可以得到以下結論：在部分負荷時，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。.在部分負荷時，為保證冬季試驗無乳化、結冰問題，PCV閥特性流量需大于活塞漏氣量。在部分負荷時，為保證油氣分離效率符合設計目標，PCV閥特性流量需大于活塞漏氣量但不宜過大。

參考文獻：

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

[2]王瑞.發動機PCV系統及PCV閥簡介[J].輕合金加工技術，2017，39（02）：1-14.

（作者單位：曲阜天博汽車零部件制造有限公司）