基于增压发动机的PCV阀匹配研究

曹淑兵

摘要：与人民生活水平的不断提高，越来越多的家庭有了汽车作为生活必需品的购买和使用，与此同时，每个国家页面节能减排和环境问题越来越多的关注，满足日益严格的汽车排放法规的要求，提高动力性能和燃油经济性，防止PCV阀故障匹配的密封泄漏造成的，排放不符合法律法规要求，耗油量大，油老化稀释，冬季管道冻结等问题，需要PCV阀门配套研究工作。

关键词：发动机;PCV阀;曲轴箱通风系统

汽车发动机运行时，燃烧室内的混合气体不可避免地通过气缸与活塞环之间的间隙逸入曲轴箱。窜气的主要成分包括水蒸汽、未燃碳氢化合物和燃料蒸汽、油蒸汽、油粒和燃烧废气。发动机曲轴箱内的气体会导致燃油蒸汽和蒸汽凝结、机油变质、污染部件。

一、工作原理

增压器由涡轮和由传动轴连接的压缩机组成。涡轮进口与发动机排气歧管连接，排气与排气管连接。压缩机进气道与进气管连接，排气与进气管连接。压力的增加主要是由于发动机排出的废气影响涡轮的高速运转，从而驱动同轴压缩机高速旋转，迫使增压空气进入气缸。涡轮增压主要利用发动机排气的能量驱动压缩机实现进气的增压。在整个过程中，基本上不消耗发动机的动力，具有良好的加速度连续性。但在低速时，涡轮不能及时干预，具有一定的滞后性。因此，在测量汽车增压效果时，我们通常可以将涡轮干涉速度作为参考因素，干涉点的速度反映在发动机转速上。发动机工作时，可燃混合气和废气通过活塞环泄漏到曲轴箱内是不可避免的，泄漏到曲轴箱内的油气会凝结，使机油变稀。同时，高温产生的废气以及废气和蒸汽中的酸使曲轴箱机油变质，污染发动机部件。如果窜气不及时出口，发动机将长期工作，这将导致曲轴箱内压力过大，容易在接头处产生漏气和漏油现象。同时，发动机功率随窜气量的增大而减小，油耗随窜气量的增大而减小气体的体积增加了。因此，为了减少和避免这些不利影响，必须使用曲轴箱通风系统将发动机引回的气体送入进气管并与新鲜混合物一起进入气缸燃烧。由于窜气中含有石油颗粒，石油不能完全燃烧，这将对排放产生负面影响。因此，必须采用油气分离器对曲轴箱通风系统中窜气中的油气进行分离。为了防止换向混合气的循环干扰气缸内混合气的浓度，使发动机能在各种速度和负荷下正常工作，在曲线上运行流量控制阀或PCV阀应安装在轴箱和进气歧管之间的管道上。PCV阀实际上是一个单向阀，两端的流量段随着压差的变化而变化。它根据弹簧力和进气管真空度的平衡来开启和关闭气体通道。PCV阀由柱塞阀和弹簧组成。进气歧管的真空度决定了PCV阀的开启、关闭和开启的程度。换句话说，当引擎懒散或速度很低，气体流量很小，引导气体也少，PCV阀口很小，因此被迫燃烧通道气体也比较少，当引擎加速度或速度的增加，气体流量很大，引导气体也大，PCV阀打开也大，因此被迫燃烧通道气体也更多。

二、POV阀匹配开发验证试验

1.POV阀匹配台架功能试验。（1）确定PCV阀特性流量曲线。根据PCV阀的工作原理，当进气歧管压力为负压时，PCV开启工作，為满足曲轴箱负压需求，同时保证冬季试验不失效（低负荷工况活塞漏气量较低，窜气流速过慢，增加乳化、结冰风险），此时PCV阀特性流量应大于活塞漏气量，保证窜气流通顺畅。但PCV阀特性流量不是越大越好，因特性流量过大易造成窜气流速过快，导致分离效率降低，严重情况会导致分离失效。通常确定PCV阀的流量特性曲线需要对以下参数进行评估。a.活塞漏气量。b.曲轴箱万有压力。c.进气歧管万有压力。d.冬季试验。（2）透明管路目视窜液体。试验目的：验证PCV阀匹配的设计是否满足开发目标。试验方法：在进行发动机万有特性试验过程中，使用透明管替换曲通连接管路，观察透明管窜液体情况。判断标准：要求在1倍活塞漏气量下，发动机万有特性试验过程中无目视窜液体;2倍活塞漏气量下，允许部分工况微量目视窜液体。（3）机油消耗量。按GB/T 18297—2001《汽车发动机性能试验方法》规定进行额定转速全负荷工况和额定转速30%负荷工况24 h机油耗。（4）机油携带量。试验目的：验证PCV阀匹配是否满足开发目标。试验方法：a.试验开始前及试验结束后均需对油气收集装置中的油气滤芯进行烘干（120°C，8 h）。b.调整到规定的机油液位。C。将滤芯串联至曲通管内（按不同测试工况连

接分别连接到进排气侧曲通管路），滤芯保持人口向上，连接的管路尽量短，并且内径不得小于工装曲轴箱通风管内径。d.在规定的测试工况下运行2 h，记录滤芯前后的重量，每个工况测试3次，取平均值。e.在滤芯前后安装压力传感器，若压差大于0.003 MPa或曲轴箱压力异常增大，则需立即停止试验。f.根据GB/T 18297—2001《汽车发动机性能试验方法》中机油消耗量试验工况、目视窜液体工况和整车常用工况共同确定测试工况点。判断标准：各测试工况机油携带量 。

2.冬季试验吲。试验目的：验证PCV阀匹配是否满足冬季行车要求，试验工况：a.低速工况。b.高速工况。c.挪车工况。d.短距离行驶。判断标准：PCV系统各点检位置无影响功能或性能的乳化、结冰情况。

三、PCV阀匹配试验结果分析

1.PVO阀匹配台架功能试验。（1）确定PCV阀特性流量曲线见图1活塞漏气量MAP所示，活塞漏气量最大值29 L/Min，出现在6 000 groin@WOT。小于活塞漏气量设计目标40 L/Min。

针对本款增压直喷发动机，BMEP在1 MAP左右，为进气歧管正负压切换点。综合本款增压直喷发动机的活塞漏气量、曲轴箱压力和进气歧管压力数据，同时考虑到窜气流通情况对冬季试验乳化、结冰的影响，初步匹配出PCV阀特性流节曲线.见图2.

（2）万有工况目视透明管路窜液体。本款发动机在1倍和2倍活塞漏气量下，整个万有工况内透明管路目视未发现窜液体。万有工况透明管路目视窜液体可有效评估PCV阀的匹配情况，如PCV阀特性流量在某些工况点匹配不当（一般都为PCV阀特性流量过大），易影响这些工况点的油气分离效率，导致油气分离失效，机油以液态形式进入进气系统，最终进入燃烧室参与燃烧，造成机油消耗过大，影响经济性。过量机油参与燃烧，严重情况可能导致发动机损坏。如发现窜液体工况点，可根据目视窜液体情况考虑进行机油携带量测试，以判断目视窜液体程度及液体中机油比例。（3）机油消耗量。本款增压直喷发动机按GB/T 18297-2001《汽车发动机性能试验方法》规定工况（因本款发动机无目视窜液体，仅进行国标规定工况的机油消耗量试验）进行的24 h机油耗试验，试验结果均满足国标要求。机油消耗量是判断PCV阀匹配合格与否的重要指标，机油消耗量过大影响经济性，易造成客户抱怨，影响客户驾乘体验。（4）机油携带量。见表1，本款增压直喷发动机的机油携带量实测数据，均满足开发目标。机油携带量是判断油气分离效率的最直接、最重要指标。

2.冬季试验。见图3，冬季试验PCV系统各点检位置均无影响功能和性能的乳化、结冰情况。

由以上PCV阀开发匹配验证试验结果可以得到以下结论：在部分负荷时，为保证得到合适的曲轴箱压力，PCV阀特性流量需大于活塞漏气量。.在部分负荷时，为保证冬季试验无乳化、结冰问题，PCV阀特性流量需大于活塞漏气量。在部分负荷时，为保证油气分离效率符合设计目标，PCV阀特性流量需大于活塞漏气量但不宜过大。

参考文献：

[1]刘涛.铝合金在汽车轻量化中的应用[J].新材料产业，2017（02）：23-27.

[2]王瑞.发动机PCV系统及PCV阀简介[J].轻合金加工技术，2017，39（02）：1-14.

（作者单位：曲阜天博汽车零部件制造有限公司）