PCV阀三维模型的建立及试验验证

伊辉，王剑彬，王雪虎

PCV阀三维模型的建立及试验验证

伊辉，王剑彬，王雪虎

（南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001）

曲轴箱强制通风系统，又名PCV阀，是汽车发动机曲轴箱重要的零部件。在满足正向、反向、气密性条件下，利用Solidworks对PCV阀入气腔、出气腔、阀芯、弹簧、缓冲簧挡圈进行结构设计，然后对零部件进行装配。通过流量试验台验证PCV阀的流量特性，最后得出结论。

PCV阀；数学建模；流量特性；试验验证

随着人类对汽车性能、寿命要求的提高，汽车废气排放纳入国家法令法规，对汽车各零部件性能提出了更高的要求。PCV（positive crankcase ventilation)阀，曲轴箱强制通风系统，是汽车发动机曲轴箱油底壳重要零部件。当发动机气缸做功时，很少一部分气体通过气缸壁间隙漏入到曲轴箱油底壳中，众所周知，油底壳盛放机油，起到润滑作用，漏入到曲轴箱中的废气会腐蚀油底壳机油，从而降低了机油寿命。如果做完功的废气直接排入到大气中，又会对大气造成严重污染。所以为了把窜入油底壳中的废气二次利用，有必要对PCV阀进行设计试验[1]。PCV阀就是将曲轴箱废气通过PCV阀导入进气歧管，有效防止了废气对机油的腐蚀，也避免了对大气污染。其工作原理是利用进气歧管压力，使得曲轴箱油底壳压力小于进气歧管，从而形成负压，废气由PCV阀被吸入到进气管。入气腔与出气腔两端形成压差，利用弹簧弹力来控制阀芯的位移，阀芯与腔体间隙控制流量大小，从而达到流量要求[2]。如图1所示为某型号汽油机PCV阀在曲轴箱中位置示意图。

图1 PCV阀在罩盖内部位置示意图

对于增压机型，低负荷时，新鲜空气从空气滤清器进入曲轴箱，曲轴箱窜气经低负荷油气分离器分离后经PCV阀进入进气歧管参与燃烧；当处于中高负荷时，增压器对气体进行加压，进气歧管中的新鲜空气通过PCV阀进入曲轴箱，曲轴箱窜气经过高负荷油气分离器分离后，进入压气机前管路[3]。

1 PCV阀三维模型的建立

1.1 正向流量条件

根据项目会签图纸要求：压力-2 kPa时，PCV阀正向流量应在（22±4）L/min范围内。压力-14.5 kPa时，PCV阀正向流量应在（36±4）L/min范围内。压力-40 kPa时，PCV阀正向流量应在（32.5±4.5）L/min范围内。压力-50 kPa时，PCV阀正向流量应在（25±5）L/min范围内。压力-60 kPa时，PCV阀正向流量应在（11±3）L/min范围内。压力-70 kPa时，PCV阀正向流量应在（9.5±2.5）L/min范围内。如图2所示。

图2 正向流量特性

1.2 PCV阀三维模型

根据项目会签图纸尺寸要求，以及正向流量特性要求，利用Solidworks建立零部件三维模型，并进行装配[4]。如图3所示为三维装配图，图4所示为总成图。

图3 PCV阀三维装配图

图4 PCV阀总成图

2 PCV阀试验样件装配

如图5所示为样件生产自动化设备。其生产过程为：光纤激光机打标机进行激光打标，密封圈装配，总成装配，超声波焊接机进行超声波焊接，气密性检测仪进行气密性检测，正向流量检测台进行正向流量检测，反向流量检测台进行反向流量检测，终检、包装、成品检验、成品入库等完整自动化生产。

图5 自动化生产线装配

为了检测方便，使用流量检测机对样件进行检测，如图6所示，完成装配的试验样件。如图7所示为PCV阀流量检测机。

图6 PCV阀试验样件

图7 PCV阀流量检测机

3 流量检测结果及结论

根据会签图纸流量要求，利用流量检测机做正向流量实验。其检测结果如表1所示。

表1 检测结果

从表中可以得出，取10只样件进行流量检测试验，通过对比分析可知，其流量符合图纸要求，达到设计预期效果，验证了设计方法的准确性。后期，为了整理出完整的设计流程，还需要基于CFD技术，进行PCV阀内流场分析，并且制定出相应的标准，为以后PCV阀的开发供了理论及实验依据[5]。

[1]黄海波，周志文，陈鹏.汽油机曲轴箱强制通风系统PCV阀性能设计计算[J].四川工业学院学，1995，14（3）：13-16.

[2]王福军.计算流体动力学分析：CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3]王严，赵景广，肖珊珊.增压直喷汽油机怠速燃油系统过浓故障的研究[J].小型内燃机与车辆技术，2016，45（2）：40-42.

[4]陈家瑞.汽车构造（上册）[M].北京：人民交通出版社，2003（2）：237-238.

[5]张良超，阮仁宇，王锦艳，候亦波.某PCV阀的仿真及试验证[J].内燃机与动力装置，2014，31（5）：36-39.

The Mathematical Model of Positive Crankcase Ventilation Valve and Experimental Verification

YI Hui，WANG Jian-bin，WANG Xue-hu
（University of South China，School of Mechanical Engineering，Hengyang Hunan 421001，China）

Positive crackcase ventilation system，also known as the PCV valve，automobile engine crankcase is important parts.Under the condition of forward，reverse，air tightness，using solidworks to PCV valve into the chamber，gas chamber，valve core，spring，buffer spring，collar structure design，and then to assemble parts.PCV valve flow characteristics are verified through the flow test rig.Conclusion in the end.

PCV valve；mathematical modeling；flow characteristic；test verification

U472

A

1672-545X（2017）02-0049-03

2016-11-23

伊辉（1990-），男，山东济宁人，硕士研究生，研究方向：机械设计及理论；王剑彬（1964-），男，湖南衡阳人，教授，硕士研究生导师，主要研究方向：先进制造技术、现代设计理论及方法等；王雪虎（1986-），男，河南南阳人，硕士研究生，研究方向：现代设计理论及方法。