一种防拆卸式曲轴箱通风管设计验证

赵俊男，綦宗才，李永纯，陈勃言，郭梦梦

（宁波吉利汽车研究开发有限公司，宁波 315336）

前言

当发动机运行过程中，从活塞与气缸套之间的空隙窜入曲轴箱内的气体，如果不加以处理，会导致曲轴箱内压力升高，不仅可以泄漏到大气中污染环境，而且可以导致机油劣化。因此，曲轴箱窜气是一个重要污染源，必须加以控制。目前，阻止曲轴箱内气体排入大气中，最有效的措施就是采用曲轴箱强制通风（PCV）系统，如图1 所示。

图1 曲轴箱通风（PCV）系统结构示意图

曲轴箱通风管路是曲轴箱通风（PCV）系统的关重部件之一，是发动机曲轴箱与进气系统之间的连接通道。面对日趋严苛的汽车产业环保新规，不仅保证气体流通顺畅，而且必须保证连接可靠，监测管路断开故障，避免造成油气污染。本文基于某款增压式汽油机平台，综合考虑技术路线、系统原理和属性目标等维度进行零部件选型，遵循通用化原则设计一种成本最优的曲轴箱通风管路方案，并通过了试验验证，实现量产化，获得用户认可。

1 技术路线

国六阶段排放法规明确对曲轴箱通风系统的监测要求，目前各大主流汽车公司主要采用两种技术路线，一是诊断法式结构，为曲轴箱通风管路增加在线诊断断开故障的装置；一是防拆卸式结构，设计符合法规豁免情况的曲轴箱通风管路。对于增压式汽油机，每个曲轴箱通风管路选择相应的技术路线如表1 所示。

表1 曲轴箱通风管路技术路线

2 系统原理

曲轴箱通风系统主要由汽油发动机、油气分离器、PCV 阀、进气系统管路和通风管路等部件组成，曲轴箱通风管路主要包括曲轴箱通风管（进气歧管侧）和曲轴箱通风管（空滤侧），对于某些增压式汽油机，还会增加曲轴箱补气管。本文没有采用单独的补气通道，曲轴箱通风管（空滤侧）既是通风通道，又是补气通道，如图2 所示。

图2 增压式发动机第一种曲轴箱通风系统工作原理

当部分负荷工况时，整车空滤后压力＞曲轴箱内压力＞进气歧管内压力，PCV 阀承受进气歧管负压抽吸作用而开启，曲轴箱内混合气通过进气侧管路进入燃烧室重新参与燃烧，新鲜空气通过排气侧管路向曲轴箱内补气。

当高负荷工况时，增压器开始介入工作，进气歧管内压力为正压，PCV 阀关闭，气流反向止通，此时曲轴箱内压力＞整车空滤后压力，曲轴箱内混合气通过排气侧管路进入整车空滤后进气管路，最终进入燃烧室参与燃烧。

3 零部件选型

在选型流程中，从整车属性、功能、总布置、制造和成本等领域获得系统目标和功能需求，在平衡相冲突的目标与成本后，提出可行的解决方案，所选择的系统方案能够实现平衡的整车目标，并实现代表客户期望的需求。因此，本文对曲轴箱通风管（进气歧管侧）选择采用通过压力传感器式诊断法间接诊断管路的断开技术路线，其管路的选型方案是橡胶管+卡箍结构，如图3所示。

图3 曲轴箱通风管（进气歧管侧）的选型方案

根据曲轴箱通风管路技术路线可知，曲轴箱通风管（空滤侧）主要采用空气流量传感器式诊断法、压力传感器式诊断法、导电管式诊断法和不可拆卸式结构四种技术路线，本文从整车属性、功能、总布置、制造和成本等多维度对四种技术路线进行对比，如表2所示。

表2 曲轴箱通风管路技术路线多维度对比

由上述的对比情况可知，不可拆卸式结构不仅结构简单可靠，而且系统和单件成本低，不涉及ECU 标定，与发动机参数无关。通过统计曲轴箱通风系统及相关联的进气系统的质量问题，发现其故障返修率低，这里几乎可以忽略维修成本略高的影响。因此，本文对曲轴箱通风管（空滤侧）选择采用不可拆卸式结构技术路线，其选型方案是不可拆卸式快插接头+尼龙管，如图4 所示。

图4 曲轴箱通风管（空滤侧）的选型方案

4 通用化设计

在通用化设计阶段，需要综合考虑各个车型的环境适应性（老化，过热，结冰等）、轻量化、热管理、坚固性和耐久性等属性目标。本小节以曲轴箱通风管（空滤侧）的选型方案为例，充分地考虑来自于整车属性目标分解的曲轴箱通风管路属性要求，表3 所示曲轴箱通风管路关键属性要求输入，再遵循通用化原则对所选择的最优设计方案提出材料、尺寸、管路结构要求。

表3 曲轴箱通风管路关键属性要求输入

通用化原则，简单来说，就是在不同车型上，尽可能地采用相同的、通用的零部件及子件（包含原材料、名义尺寸或者结构要求等），经过合理化的验证来设计出一系列平台化的产品。本文采用不可拆卸式快插接头+尼龙管方案，其中不可拆卸式快插接头是全面化通用的部件，而尼龙管采用在原材料、名义尺寸和结构等方面上通用要求，具体的通用化情况如表4所示。

表4 曲轴箱通风管（空滤侧）的通用化情况

根据每个车型实际布置情况，遵循通用化原则，运用三维软件设计出本平台的两种曲轴箱通风管产品，图5 表示其中一种曲轴箱通风管（空滤侧）产品。

图5 其中一种曲轴箱通风管（空滤侧）产品

5 试验验证

产品的试验验证是一个比较复杂及重要的环节，可分为材料试验验证、零部件试验验证、系统试验验证和整车试验验证。本小节根据曲轴箱通风管路（空滤侧）的属性要求，制定了曲轴箱通风管路（空滤侧）的试验验证要求，表5 所示曲轴箱通风管路（空滤侧）的主要试验验证要求。

表5 曲轴箱通风管（空滤侧）的主要试验验证要求

本文通过了所有的试验验证，由于产品开发阶段遵循通用化原则，从而有效降低零部件生产制造成本，提高产品稳定性和效益，为建立体系内供应商通用化库奠定了扎实的基础。

6 总结

本文是以某款防拆卸式曲轴箱通风管路为研究对象，首先根据技术路线和系统原理进行零部件选型，再充分地考虑曲轴箱通风管路属性要求，遵循通用化原则，运用三维软件设计出两种曲轴箱通风管产品，并通过了试验验证。本文实现通用化设计，有效地缩短开发周期、提高开发效率，同时降低零部件生产制造成本，提高产品稳定性和效益。