汽油發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸系統(tǒng)影響因素對(duì)比研究

孫大為 江濤

安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 安徽省合肥市 230601

1 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸系統(tǒng)又稱曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃燒室的高壓可燃混合氣和已燃?xì)怏w，通過(guò)活塞組與氣缸之間的間隙漏入曲軸箱內(nèi)，稀釋機(jī)油，降低機(jī)油的使用性能，加速機(jī)油的氧化、變質(zhì)和增加消耗；水氣凝結(jié)在機(jī)油中，會(huì)形成油泥，阻塞油路；酸性的氣體混入潤(rùn)滑系統(tǒng)，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)零件的腐蝕和加速磨損。為防止曲軸箱壓力過(guò)高，延長(zhǎng)機(jī)油使用期限，減少零件磨損和腐蝕，防止發(fā)動(dòng)機(jī)漏油，必須實(shí)行曲軸箱通風(fēng)。

本文通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要因素進(jìn)行研究，從多種設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)方案，以達(dá)到最佳的呼吸系統(tǒng)油氣分離效果，對(duì)汽油機(jī)呼吸系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

圖1 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋護(hù)罩結(jié)構(gòu)圖

圖2 預(yù)分離與精分離結(jié)構(gòu)圖

圖3 PCV閥工作原理圖

2 呼吸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

汽油機(jī)呼吸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要采用為集成式缸蓋護(hù)罩，分為空濾側(cè)和PCV閥側(cè)油氣分離結(jié)構(gòu)，低負(fù)荷時(shí)空濾側(cè)補(bǔ)充新鮮空氣，氣體從PCV閥側(cè)進(jìn)入進(jìn)氣歧管；渦輪增壓器工作后PCV閥關(guān)閉，氣體直接進(jìn)入空濾后端，如圖1所示。

兩側(cè)的油氣分離相同，分為預(yù)分離與精分離，油氣經(jīng)過(guò)預(yù)分離擋板后，大顆粒的油滴被孔板阻擋回到油底殼中；經(jīng)分離后油氣通過(guò)小孔加速撞擊到撞擊擋板上，油滴回到曲軸箱中，如圖2所示。

在曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)中，氣體通過(guò)預(yù)分離與精分離后需經(jīng)過(guò)PCV閥回到進(jìn)氣系統(tǒng)中，而PCV閥的功能是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的曲軸箱內(nèi)的氣體的流量，具體調(diào)節(jié)過(guò)程如下：

（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或小負(fù)荷時(shí)，進(jìn)氣歧管真空度很大，竄入曲軸箱的氣體很少，所以PCV閥開度雖小，也足以使曲軸箱內(nèi)的氣體流出。

（2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)中、低負(fù)荷時(shí)，由于進(jìn)氣歧管真空度比怠速時(shí)還小，在節(jié)氣門部分開度下的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷比怠速時(shí)大，竄入曲軸箱的氣體較多，所以較大的PCV閥開度較大才可以使所有的曲軸箱氣體被吸入進(jìn)氣歧管。

（3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)氣門全開（自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)）或者渦輪增壓器開始工作后，由于進(jìn)氣歧管壓力接近于0或者為正壓，此時(shí)PCV閥關(guān)閉，曲軸箱氣體由曲軸箱內(nèi)流向空濾后。

（4）當(dāng)進(jìn)氣歧管發(fā)生回火時(shí)，進(jìn)氣管壓力增大，以防止回火進(jìn)入曲軸箱引發(fā)爆炸。當(dāng)活塞或氣缸嚴(yán)重磨損時(shí)，將有過(guò)多的氣體竄入曲軸箱，這是PCV閥關(guān)閉。在這種情況下，曲軸箱壓力將會(huì)增大，曲軸箱內(nèi)氣體經(jīng)空氣軟管進(jìn)入空濾后，再隨同新鮮空氣一起進(jìn)入氣缸燃燒，如圖3所示。

3 試驗(yàn)方案

本研究以某主機(jī)廠的某款國(guó)五汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為試驗(yàn)樣機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1，對(duì)不同呼吸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證其油氣分離效果，本次試驗(yàn)只以近氣測(cè)的油氣分離效果為例進(jìn)行研究，該款汽油機(jī)進(jìn)氣側(cè)為單層擋板分離。

表1 試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

3.1 PCV閥驗(yàn)證方案

選取三種不同流量特性的PCV閥進(jìn)行驗(yàn)證，其流量特性如圖4所示。

圖4 三種PCV閥方案流量特性曲線

3.2 油氣分離孔板方案

在PCV閥最優(yōu)方案確定的情況下，油氣分離擋板提供三種對(duì)比方案，分別對(duì)孔板的直徑和數(shù)目進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，如表2所示。

4 試驗(yàn)工況

4.1 PCV閥方案驗(yàn)證工況

為確認(rèn)同一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，不同進(jìn)氣壓力下，PCV閥對(duì)竄油量的影響，分別包含PCV閥流量最小、最大、接近全關(guān)的工況，如表3所示。

表2 三種孔板對(duì)比驗(yàn)證方案

表3 不同進(jìn)氣壓力試驗(yàn)驗(yàn)證工況

4.2 孔板驗(yàn)證工況

對(duì)不同孔板方案，在PCV閥流量最大時(shí)，進(jìn)行呼吸系統(tǒng)竄油量試驗(yàn)，驗(yàn)證工況如表4所示。

表4 孔板試驗(yàn)驗(yàn)證工況

表5 不同進(jìn)氣壓力各工況竄油量結(jié)果

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 PCV閥方案驗(yàn)證結(jié)果

同一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，不同進(jìn)氣壓力下，三種PCV閥方案竄油量結(jié)果如表5所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明不同流量特性的PCV閥對(duì)油氣分離效果影響很大，而方案二對(duì)近氣側(cè)油氣分離效果最佳。

分析發(fā)現(xiàn)，方案三在工況二下，發(fā)動(dòng)機(jī)本體的活塞漏氣量在12L/min左右，但是PCV閥的流量已達(dá)到44L/min，經(jīng)過(guò)油氣分離器的實(shí)際流量相當(dāng)于200%活塞漏氣量，甚至更大。通過(guò)油氣分離器的流量增加到一定程度后，會(huì)影響油氣分離的效率，因此，PCV閥的流量嚴(yán)重影響了油氣分離效果。

5.2 孔板方案驗(yàn)證結(jié)果

在PCV閥最優(yōu)方案確定的情況，確認(rèn)不同孔板方案能否進(jìn)一步優(yōu)化油氣分離效果，三種孔板方案竄油量結(jié)果如表6所示。

表6

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同孔板方案可以進(jìn)一步優(yōu)化油氣分離效果，而方案三竄油量惡化的主要原因?yàn)橛蜌夥蛛x流通面積變小，壓損變大后，回油不暢。而方案二孔板的直徑和數(shù)量最優(yōu)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)影響汽油發(fā)動(dòng)機(jī)呼吸系統(tǒng)油氣分離效果的兩個(gè)因素進(jìn)行分析，采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，驗(yàn)證了PCV閥流量特性和分離孔板的數(shù)目和直徑是影響呼吸系統(tǒng)油氣分離效果的兩個(gè)關(guān)鍵因素，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)確定了油氣分離最佳方案。