曲轴箱通风系统结冰试验分析与研究

韦玉昆，赵明祥，黄显淞

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007；2.东风柳州汽车有限公司，广西柳州545007）

曲轴箱通风系统结冰试验分析与研究

韦玉昆1，赵明祥2，黄显淞1

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007；2.东风柳州汽车有限公司，广西柳州545007）

曲轴箱通风系统的主要作用是将从曲轴箱抽出的气体导入发动机的进气系统重新燃烧。为了验证曲轴箱通风系统在极寒情况下是否有结冰风险，在冬季北方低温高湿环境下，在搭载某柴油机的某品牌汽车上进行通风系统结冰试验。试验过程中发现曲轴箱压力急剧升高试验被迫停止，拆解后发现呼吸器出气管靠压气机端结冰堵塞。为解决这一问题，在呼吸器出气管上增加保温套，提高窜气进入发动机进气总管时的温度，同时在呼吸器出气管与发动机进气总管连接处增加加热棒。

发动机；曲轴箱；通风系统；结冰

随着经济的发展，人民生活水平的日益提高，汽车已经走进千家万户，成为人们日常生活中重要的交通工具。由于中国国土广袤，横跨多个经度、纬度，气候环境复杂多样，因此在中国销售和使用的汽车必须具备在高温、高寒、高原等极端恶劣下正常使用的能力［1］。本文通过在搭载某柴油机的某品牌汽车上进行通风系统结冰试验，验证该柴油机的曲轴箱通风系统在极寒情况下是否有结冰风险。

1　曲轴箱通风系统简介

在发动机工作时，会有部分可燃混合气和燃烧产物经活塞环由气缸窜入曲轴箱内。当发动机在低温下工作时，还可能有液态燃油漏入曲轴箱，这些物质如不及时清除，将加速润滑油变质并使机件受到腐蚀或锈蚀，又因为窜入曲轴箱内的气体中含有碳氢化合物及其他污染物，所以不准许把这种气体排放到大气中。现代汽车采用的PCV（Positive Crankcase Ventilation）系统，就是防止曲轴箱气体排放到大气中的净化装置。而所谓“强制”，并不是加入某些装置以达到目的，而仅仅是利用发动机曲轴箱内气体压力和进气通道之间的压力差来使曲轴箱内气体被吸收入进气歧管中作为进气而燃烧掉。低载荷工况PCV系统气体循环如图1所示，高载荷工况PCV系统气体循环如图2所示。

图1　低载荷工况PCV系统气体循环图

图2　高载荷工况PCV系统气体循环图

一般曲轴箱压力设计范围是-4 kPa～0 kPa之间，一旦曲轴箱通风系统某个环节在极端环境下结冰堵死，极有可能导致曲轴箱压力异常。

2　曲轴箱通风系统结冰试验

在冬季北方低温高湿环境下，在搭载某柴油机的某品牌汽车上进行通风系统结冰试验。本试验旨在确认发动机在极端低温环境下曲轴箱通风系统是否会结冰，是否会造成曲轴箱压力异常。

2.1试验准备

（1）确认所有的曲轴箱通风系统零件在正确的状态，并将机油及机油滤清器更换，以确保机油量的准确。

（2）安装K型的热电耦以测量呼吸器、机油、冷却液及环境的温度，如图3至图6所示。

图3　热电耦安装示意图

图4　热电耦安装示意图

图5　热电耦安装示意图

图6　热电耦安装示意图

（3）在机油加注口盖处安装压力传感器以测量曲轴箱压力。同时在空滤接口处安装压力传感器以测量进气压力。

2.2试验过程

首先将发动机热机并进行整车性能试验，然后进行呼吸系统结冰试验。环境温度为-35℃～-40℃，车辆以100 km/h高速行驶约1.5 h后发动机曲轴箱压力急剧升高，试验停止。以下是试验过程中收集到的数据。

图7为试验过程中的车速数据。图8为试验过程中各热电耦收集到的温度数据。从中可以看出呼吸器出口胶管外壁及呼吸器出气管靠压气机端胶管外壁温度均低于零刻度，有较高的结冰风险。

图7　车速图

图8温度图

图9为试验过程中收集到的曲轴箱压力数据。从中可以看到试验过程中曲轴箱压力急剧升高的情况。

图9　曲轴箱压力图

表1为试验过程中各热电耦收集到的温度的最大值，最小值及平均值的数据。从中可以看出，呼吸器出口胶管外壁（T3）及呼吸器出气管靠压气机端胶管外壁（T6）温度最低，此处极有可能结冰。

表1　试验过程中各热电耦收集到的温度的最大值，最小值及平均值的数据

3　原因分析及改进方案

3.1原因分析

拆机检查发现呼吸器出气管靠压气机端结冰堵塞，呼吸系统其余部位无结冰现象。这与由试验收集到的数据得出的推断一致。如图10所示。

图10　呼吸器结冰图

曲轴箱窜气沿呼吸系统管路流动过程中温度会逐渐降低，呼吸器出气管过长会导致窜气进入发动机进气管前温度过低。T5为窜气进入发动机进气管前的温度，试验显示车辆高速运行时T5平均温度接近于0℃.窜气进入发动机进气管时与低温进气相遇，窜气温度急剧降低，从而导致窜气中的水蒸气结冰。

3.2改进方案

改进方案：

（1）在呼吸器出气管上增加保温套，提高窜气进入发动机朝气总管时的温度；

（2）在呼吸器出气管与发动机进气总管连接处增加加热棒。如图11所示。

图11　改进方案示意图

试验验证：环境温度为-35℃～-40℃，车辆以100 km/h高速行驶500 km，曲轴箱通风系统未失效，曲轴箱压力正常。呼吸器出气管与压气机连接处没有任何结冰现象，证明解决方案安全可靠。

4　结束语

呼吸管路结冰是曲轴箱通风系统中比较典型的故障之一［2］。为解决这一问题，在呼吸器出气管上增加保温套，提高窜气进入发动机进气总管时的温度，同时在呼吸器出气管与发动机进气总管连接处增加加热棒。最终通过进一步的试验证明这一改进方案大大降低了曲轴箱通风系统在冬季北方极寒情况下结冰的风险，提高了发动机的性能及稳定性。

［1］张育春，丘国生.增压发动机高寒试验故障分析与改进［J］.内燃机与配件，2015，（2）：47-50.

［2］张玉秀，田园春，江旭光，等.曲轴箱通风系统故障浅析［J］.轻型汽车技术，2015，（4）：51-54.

Analysis and Research on Icing Test of Crankcase Ventilation System

WEI Yu-kun1，ZHAO Ming-xiang2，HUANG Xian-song1
（1.SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545007，China；2.Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545007，China）

The main function of crankcase ventilation system is to lead the gas extracted from crankcase into intake manifold to be burn again.To verify whether there is icing risk of crankcase ventilation system under extremely cold environment，crankcase ventilation system icing test was carried on a car carrying some diesel engine in cold winter in north of China.During the icing test，the crankcase pressure increase drastically which made the test to be stoped.After the engine was teared down，the PCV tube port connected with compressor was icing and blocked. To solve this problem，add lagging cover on PCV tube to increase the temperature of the gas coming through，and add heating device on the joint area between the PCV tube and intake manifold.

engine；crankcase；ventilation system；icing

TK413.3

A

1672-545X（2016）08-0213-03

企业管理

2016-05-09

国家自然科学基金资助项目（50775190）

韦玉昆（1986-），女，广西南宁人，助理工程师，本科，研究方向：发动机零部件的设计与开发；赵明祥（1983-），男，云南红河洲人，中级工程师，本科，研究方向：发动机零部件的设计与开发；黄显淞（1986-），男，广西南宁人，助理工程师，本科，研究方向：发动机零部件的设计与开发。