基于OBD 診斷問題的進氣歧管設計改進

田 彤，馬學文，黃振霞，陳旭健

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

從20 世紀80 年代開始，歐美、日本的主要汽車制造商已經為其電噴汽車配備車載診斷系統OBD（On Board Diagnostics），該系統始終監控發動機和排氣后處理系統的運行狀態，一旦發現可能導致排放超標，就會發出警告[1，2]。自2001 年國家環境保護總局（2001）頒布GB18352.1-2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（玉）》排放標準中明確給出我國對車載診斷OBD 系統的技術要求，各地環保部門也相繼發布了關于OBD 診斷的要求。隨著中國排放法規的加嚴，國內OBD 診斷參照美國OBDⅡ的要求，檢測項目增多，檢測要求更詳細[3]。

我國環境保護部發布GB 18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，要求自2020 年7 月1 日以后所有銷售和注冊登記的輕型汽車應該滿足該標準要求，該標準為強制性標準。該標準中OBD 診斷新增了曲軸箱強制通風（Positive Crankcase Ventilation，下述為PCV）系統監測的要求[4]。

PCV 系統的主要作用是將曲軸箱中竄漏的廢氣從發動機中抽出導入到進氣系統中，重新燃燒。增壓發動機PCV 系統設計分為低負荷工況管路設計和高負荷工況管路設計，本研究主要是對增壓發動機PCV系統低負荷工況的管路的斷開進行診斷。

1 PCV 低負荷系統診斷原理概述

PCV 低負荷系統結構如圖1 所示，圖中的曲軸箱與進氣歧管，通過低負荷通風管1 連接。低負荷通風管與PCV 閥端采用不可拆卸接頭4，裝配完成后無法再次拆卸（根據《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》J.4.9.2.3）中規定，對于不可拆卸式的接頭，可豁免監測）；與進氣歧管管嘴端采用快插接頭2 連接，可重復拆卸。非增壓的發動機，除了高速工況，其他大多數工況曲軸箱內是負壓。所以，曲軸箱內的機油蒸汽不會通過PCV 低壓管路進入進氣歧管；對于增壓發動機，進氣歧管內壓力較高，造成曲軸箱中壓力也高，曲軸箱內的機油蒸汽更容易通過PCV低壓管路進入到進氣歧管中，如果該段管路斷開，蒸汽污染大氣的可能性增高，所以增壓發動機該段管路的斷開故障都需要進行診斷。因此，中國第六階段的OBD 監控需要對低負荷通風管斷開故障進行監測。本研究主要是對快插接頭2 的斷開進行診斷。

圖1 PCV 低負荷系統結構

PCV 低負荷管路斷開診斷原理：如果低負荷通風管發生了斷開故障，在怠速工況，由于進氣歧管負壓較大，因此大量新鮮空氣從斷開處進入到進氣歧管，導致發動機進氣量增加，噴油量也隨之增加，進而導致發動機燃燒所提供的扭矩增加，怠速轉速會超過目標怠速轉速。當目標怠速轉速與實際怠速轉速之間的差值小于診斷閾值時，經過一定時間的延時，就會報出發動機怠速偏高故障。如發動機進氣量增加太小，無法實現高怠速，改為通過漏氣量自學習值進行診斷，當漏氣量自學習值超過限定閾值后，報出故障。

漏氣量自學習值是通過充氣模型計算出節流閥體前后端氣體流量的變化所得，進氣歧管的進氣壓力大小直接影響進氣流量[5]，因此進氣壓力的值直接影響漏氣量自學習值。漏氣量自學習值的獲取需要完成怠速、低速、中速、高速、正常加速減速、急加速急減速等工況，而拔開PCV 快插接頭前后進氣歧管壓力差的獲取僅通過怠速工況就能完成，獲取工況相對省時，因此也可通過拔開PCV 快插接頭前后進氣壓力的差值來初步判斷漏氣量自學習值的大小是否滿足診斷要求。由于中車型所匹配發動機斷開低負荷通風管路時無法實現高怠速，下文中均是通過漏氣量自學習值和進氣壓力差值進行檢測。

2 診斷檢測

先對基礎車型和待測車型拔開PCV 快插接頭的進氣歧管壓力進行檢測，檢測數值見1。從表1 中可知待檢測車型在拔掉PCV 快插接頭后的進氣壓力差均小于10 kPa，而基礎車型的進氣壓力差均大于30 kPa，初步懷疑待檢測車型的漏氣量自學習值可能不滿足診斷要求。

表1 PCV 管路接通/斷開時進氣壓力

進一步對待檢測車型的斷開PCV 管后的漏氣量自學習值進行檢測，該車型怠速漏氣量的自學習值約為9 kg/h，行車漏氣量自學習值約為11 kg/h。對比基礎車型的測試數據，怠速漏氣量的自學習值約為15 kg/h，行車漏氣量的自學習值約為20 kg/h。車輛正常狀態時，漏氣量自學習值的合理范圍是0 ～6 kg/h，待檢測車型管路斷開時的漏氣量自學習值僅為9 kg/h，與車輛正常狀態的區分度較小（為兼容車輛及零部件一致性誤差，根據以往項目的經驗，漏氣量自學習值工程目標設置大于正常車最大漏氣量2 倍以上）。如果以當前狀態進行標定，容易造成售后車輛故障誤報或者不報故障，不滿足法規要求。

3 改進措施制定及驗證

對比基礎車型1&2 和待檢測車型1&2 的PCV系統高、低負荷管路、呼吸管總成的管徑、走向完全一致，如圖1 和圖2 所示；而兩款車型所配發動機僅進氣歧管總成存在設計差異和供應商差異，因此將問題排查目標定在進氣歧管總成上。

圖2 基礎車型PCV 低負荷系統

對待檢測車型的進氣歧管進行拆解檢查，發現進氣歧管上集成的PCV 通道處已堵塞，如圖3 所示。進一步檢查確認，進氣歧管模具及工裝用時較久、磨損較大，造成PCV 通道的蓋板與PCV 通道部分焊接時焊接溢料嚴重，導致PCV 通道堵塞、PCV 流通隔板被壓變形，影響PCV 氣體流通與氣流分配。

圖3 進氣歧管PCV 通道拆解后示意圖

針對該問題，可以通過修正模具、調整焊接模具工裝來控制。但是模具和工裝使用一段時間以后，焊接溢料的情況又會發生。為了根本上解決該問題，對現有的PCV 通道進行設計改進：（1）加寬整個PCV 通道的橫向尺寸；（2）增加PCV 通道孔直徑；（3）增大PCV通道孔與焊接溢料面的間隙值，如圖4 所示。

圖4 進氣歧管PCV 通道設計改進對比

改進措施b 是為了增大PCV 通道的氣體流通量，孔徑增大多少能夠滿足PCV 系統斷開診斷要求，尚無經驗值可借鑒。文中制作了兩種PCV 通道孔徑的樣件，樣件1 是孔徑增加0.5 mm，樣件2 是孔徑增加1 mm，與原PCV 通道孔徑的樣件進行對比驗證，測試結果見表2。

表2 PCV 管路接通/斷開時進氣壓力值&漏氣量自學習值

與原樣件相比，樣件1 的壓力差大于10 kPa，怠速漏氣量自學習值13.8 kg/h 是正常漏氣量自學習值最大值6 kg/h 的2.3 倍；樣件2 的壓力差大于20 kPa，怠速漏氣量自學習值14.8 kg/h 是正常漏氣量自學習值最大值的2.5 倍。考慮到進氣歧管注塑及焊接過程中的制造誤差會對進氣壓力和漏氣量有一定影響，最終確認以樣件2 的孔徑對進氣歧管作設計改進。

4 結論

（1）進氣歧管上集成PCV 通道能夠均勻分配曲軸箱竄氣到發動機各缸；PCV 通道接入各缸的通道孔孔徑除了滿足最小流量設計，還應考慮到模具和工裝磨損帶來的制造誤差，應將孔徑適當設計的大點；應使PCV 通道孔與焊接面之間的間隙足夠大，防止焊接溢料導致PCV 通道堵塞或者流量損失。

（2）做PCV 系統低負荷系統斷開診斷時，可以拔掉PCV 通風管的快插接頭，對比前后進氣壓力差，快速地判斷該PCV 低負荷系統是否滿足診斷要求。

（3）PCV 系統斷開診斷的漏氣量自學習值與正常行駛漏氣量自學習值相比，需保持較大的區分度，建議怠速漏氣量自學習值是正常漏氣量自學習值的2.3倍以上。