在发动机的工作过程中,会有少部份燃烧废气经由活塞与汽缸壁的间隙钻进曲轴箱。如果进入曲轴箱的气体不能及时排出,就会使润滑油被稀释、零部件被腐蚀,缩短发动机寿命,因此需要搭载曲轴箱通风系统。PCV作为曲轴箱通风系统的重要部件,因而其选型也尤为重要。
在汽油发动机曲轴箱通风的开发过程中,以往的PCV选型是根据发动机在全速全负荷下最大活塞漏气量,结合10~20 L/min的余量,以及测得的发动机曲轴箱压力来确定(若在-3~2 kPa之间,则认定PCV流量合理)。这种选择方法并不适合增压发动机,增压发动机的PCV流量选择应按照发动机部分负荷工况的最大活塞漏气量来选择。否则,若PCV流量过大,则会造成额外的空气导入,使油气分离效率降低,引起机油消耗、缸内积炭增多,甚至出现燃烧异常。
增压发动机曲轴箱通风原理及PCV结构
以某增压发动机为例,其曲轴箱通风系统分为两路。一路是在部分负荷时,进气歧管存在负压,曲轴箱内的窜气通过缸体、缸盖内的通道流至缸盖护罩内的窜气口,通过油气分离器,分离后的气体再经由PCV进入燃烧室。同时,通过管道从空滤处补充新鲜空气,以平衡曲轴箱内压力。第二路是在发动机满负荷时,进气歧管内存在正压,曲轴箱内的窜气由缸体、缸盖内的通道流到缸盖护罩内的窜气口,通过油气分离器,分离出润滑油,分离后的干净气通过节气门,参与燃烧。另外一侧,进气歧管、PCV和缸盖护罩内的气道组成补气通路。
PCV由针阀、弹簧、阀管、阀座和O型圈组成(见图1),其流量应大于发动机的活塞漏气量,如果选择的流量过小,则曲轴箱内会产生正压,正压过大会造成发动机密封件失效漏油;如选择的PCV流量过大,则会将过多的新鲜空气从空滤后部吸进曲轴箱,活塞漏气量变大,油气分离效果也变差,大量润滑油进入气缸参与燃烧,导致缸内积炭,甚至发生爆震。因此PCV的选型在曲轴箱通风系统的设计中尤其重要。
PCV的选型
在发动机台架上测得发动机活塞漏气量、绘制不同型号PCV的流量曲线(见图2)。PCV的流量在各工况点应大于部分负荷时的最大活塞漏气量,一般活塞漏气量的最大值加上一定的裕度就是PCV的流量最大值。测得现有的几种PCV流量最大起始点为-25 kPa。随着真空度的增加,流量趋于稳定,进气歧管中压力为-25 kPa时发动机转矩为70 Nm左右。在活塞漏气量数据中找到70 Nm所对应的活塞漏气量约为14 L/min,因此PCV最大的流量选用24~34 L/min,由如图2中3款PCV的流量曲线可看出,P2的 PCV流量满足要求。
PCV选型试验
1.PCV流量试验
在PCV选型结束后,需要对流量一致性进行检查。若在发动机台架上采用压力流量仪,需将流量仪连接到PCV与进气歧管之间,但流量仪测得流量在计算中会受到进气歧管内压力的影响。因此,需要如下计算公式转化为标准大气压、标准温度下的流量:
Q=Q测×sqrt{(T环+273.15)×(P环+P进)/[(273+20)×1013]}
其中:Q—换算到标准大气压、温度下的流量(L/min);
Q测—实际测得PCV后流量(L/min);
T环—环境温度(℃);
P环—环境压力(hPa);
P进—进气歧管压力(hPa);
标准温度设定为20 ℃。
若使用质量流量仪,则可直接读取数据,绘制曲线(见图3),由图中PCV流量曲线可以看出,被测PCV的流量一致性较好。
2.曲轴箱压力试验
复测曲轴箱压力,使用P2型PCV测得的曲轴箱压力在-3~2 kPa标准范围内(见图4)。
3.润滑油携带量试验
在发动机台架上,将润滑油收集器连接在PCV与进气歧管之间,选取不同工况对PCV侧的油气分离效果进行验证,每个工况点运行10 h,将收集到的混合液体放入加热箱,以120 ℃烘烤48 h,再称重,计算出每小时的润滑油量。
如表1所示,在转速相同、载荷不同的条件下,分析PCV对窜油量的影响,试验工况分别包含PCV阀流量最小、最大及接近全关时的情况。
如表2所示,在转速不同时,PCV流量最大时对窜油量的影响,转矩选定为70 Nm。
空滤侧的润滑油携带量,将润滑油收集器连接到缸盖护罩与空滤后部进气管之间,润滑油携带量应小于2 g/h。
结论
本文通过试验对PCV进行选型并验证,测量出发动机在不同工况下的流量,找出与之最匹配的PCV。同时提出了由于测量设备导致的流量测量误差,可通过修正公式换算出实际流量。
PCV选型成功后,对PCV的一致性、发动机的曲轴箱压力进行验证,特别对发动机呼吸系统的两组油气分离器的分离效果进行了验证,保证PCV流量能匹配各种不同的发动机工况,同时保证油气分离效果。
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