浅谈曲轴箱通风管路的技术方案选型

赵俊男　朱云波　罗庆东　李永纯　郭梦梦

摘 要：为了保证曲轴箱通风系统能够满足法规要求，通过对排放法规的解读，结合曲轴箱通风系统的工作原理，为每个曲轴箱通风管路选择相应的技术路线。在平衡相冲突的整车目标与成本后，确定每个曲轴箱通风管路的最优设计方案，同时为后续的详细设计也奠定了扎实的基础。

关键词：国六排放法规 曲轴箱通风管路 OBD监测 方案选型

Technical Scheme Selection of Crankcase Ventilation Pipeline

Zhao Junnan，Zhu Yunbo，Luo Qingdong，Li Yongchun，Guo Mengmeng

Abstract：In order to ensure that the crankcase ventilation system can meet the regulatory requirements， through the interpretation of emission regulations and combined with the working principle of crankcase ventilation system， the corresponding technical route is selected for each crankcase ventilation pipeline. After balancing the conflicting vehicle objectives and costs， the optimal design scheme of each crankcase ventilation pipeline is determined， which also lays a solid foundation for the subsequent detailed design.

Key words：national six emission regulations， crankcase ventilation pipeline， OBD monitoring， scheme selection

1 引言

隨着国内排放法规的升级，国六阶段标准要求对曲轴箱通风（PCV）系统进行监控。对于曲轴箱通风管路来说，作为发动机曲轴箱与进气系统之间的连接通道，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。

2 法规解读

国六阶段排放法规标准GB 18352.6-2016自2020年7月1日起正式实施，相比于国五阶段增加对曲轴箱通风系统的监测要求。在标准中J.4.9.2.2规定：如果曲轴箱与PCV阀，或者PCV阀与进气歧管之间断开连接，OBD系统应检测出故障。同时，标准中还规定以下几种情况，经主管机构同意，可以申请法规豁免，允许生产企业不检测PCV与曲轴箱的连接断开故障。

（1）自然吸气发动机的新鲜空气补气管;（2）PCV阀用专用工具才能拆卸的螺栓固定在曲轴箱上的方案;（3）增压发动机新鲜空气补气管，如果采用单向阀，并且单向阀直接固定在曲轴箱上，且不易拆卸（参照PCV阀要求）;（4）在考虑老化影响的情况下，整个系统拆卸更为困难，除了要有特殊连接设计外，大力无法断开;（5）为了安全设计的过压保护阀;（6）在怠速时断开PCV阀，车辆立即熄火;（7）PCV阀和进气歧管之间的连接不会断开，采用发动机内部通道方式。

法规的初衷是避免售后更换、维修时，漏装曲轴箱通风管管路及其连接接头，造成油气污染。

3 曲轴箱通风系统的工作原理

曲轴箱通风系统主要由发动机、油气分离器和通风管路等部件组成，对于自然吸气式和增压式发动机而言，由于进气结构和压力的不同，所以曲轴箱通风系统的原理也有所区别。

3.1 自然吸气式发动机

整车进气系统空滤后压力>发动机曲轴箱压力>进气歧管压力，PCV阀受进气歧管负压抽吸开启，曲轴箱窜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，如图1所示。

3.2 增压式发动机

曲轴箱通风管系统分为两种结构，其中一种是曲轴箱通风管（空滤侧）既是通风通道，又是补气通道;另一种是曲轴箱通风管（空滤侧）只是通风通道，系统有单独的补气通道。

对于第一种曲轴箱通风管系统来说，在部分负荷工况时，此时空滤后压力>曲轴箱压力>进气歧管压力，PCV阀受进气歧管负压抽吸开启，曲轴箱窜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。

在高负荷工况时，此时增压器介入工作，进气歧管内为正压，PCV阀反向止通，曲轴箱压力>整车空滤后压力，曲轴箱窜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，如图2所示。

对于第二种曲轴箱通风管系统来说，在小负荷工况：当进气歧管在负压时，空滤后压力接近大气压，此时：空滤后压力>曲轴箱压力>进气歧管压力，曲轴箱内废气通过缸盖内部通道进入燃烧室。空滤后管路上曲轴箱通风管连接位置有单向阀，气流无法通过曲轴箱通风管进入曲轴箱内，只能通过空滤后管路上补气管连接位置，经过补气管和发动机气门室罩盖上的单向阀进入曲轴箱内进行补气。

在大负荷工况：进气歧管在正压时（增压器启动），此时压力为：进气歧管压力>曲轴箱压力>空滤后压力，曲轴箱内废气通过曲轴箱通风管进入空滤后管路，最终进入燃烧室。由于曲轴箱压力大于空滤后压力，此时无法对曲轴箱进行补气，但是发动机气门室罩盖上有单向阀，气体也无法逆流通过补气管进入空滤后管路。同时，油气分离器上有单向阀，进气歧管气体不能进入曲轴箱内，如图3所示。

4 曲轴箱通风管路的技术方案选型

4.1 技术路线

为了保证曲轴箱通风系统满足国六法规OBD监测策略，曲轴箱通风管路主要分为两种技术路线：

（1）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;（2）豁免式结构：设计符合法规豁免情况的曲轴箱通风管路。

根据我司已量产的曲轴箱通风管路设计方案，诊断法式结构主要分为空气流量传感器式诊断法、压力传感器式诊断法和导电管式诊断法。

空气流量传感器式诊断法是在怠速工况时，当断开曲轴箱通风管路的任意一端时，测得的空气质量流量与估算的空气质量流量之间的差值，大于故障限值，此时可报出空气流量传感器故障，从而监测管路故障，如图4所示。

压力传感器式诊断法是在怠速工况时，当断开曲轴箱通风管路的任意一端时，怠速实际转速会高于目标转速+200rpm/min，或进气压力超过模型上限DPTPSRMX（可标定），此时可报出高怠速故障LLRmax或进气压力不合理故障PRSPmax，从而监测管路故障，如图5所示。

导电管式诊断法的诊断原理如下：在曲轴箱通风管路外部增加金属导线，连接固定在通风管上的配对端接头，并从接头处引出导线进入ECU。当曲轴箱通风管路中的任何地方发生断开（包括管路两端接插件），则会造成该电路断路，从而被EMS 系统检测出故障，并报出故障码，图6分别表示导电管式诊断法电路原理图。

如图6所示，RECU为ECU内部上拉电阻;Rpipe为导线内阻。当曲轴箱通风管路未发生断开故障时，整个电路导通。此时，ECU回读到Rpipe的电压值2.5V;当曲轴箱通风管路发生断开故障时，将会导致导线回路断开。此时，ECU回讀到的电压值为5V。因此，根据ECU回读到的电压值即可诊断出高负荷通风管路是否断开。如果ECU回读到的电压值大于诊断阈值，经过一定时间的延时，则诊断出曲轴箱通风管路断开故障，如图7所示。

豁免式结构的主流技术路线是采用不可拆卸式的快插接头来实现豁免，简称不可拆卸式结构。以我司某款不可拆卸式曲轴箱通风管为例，采用尼龙管+两端不可拆卸式快插接头结构。不可拆卸的结构原理是快插接头通过焊接盖帽封堵主体窗口，不设置解锁按钮，防止装配后可以解锁，在焊接盖帽四侧留有割槽，用于方便螺丝刀伸入，撬开盖帽，形成简易破坏性拆卸，拆卸后盖帽无法再装配到主体窗口上，如图9所示。尼龙管与快插接头采用过盈压装方式装配，接头上的反倒刺结构增加两者之间的拔脱力，无法大力断开。

综上所述，结合曲轴箱通风系统的工作原理，分别为每个曲轴箱通风管路选择相应的技术路线，如表1所示。

4.2 方案选型

对于自然吸气式发动机来说，根据所选的技术路线，曲轴箱通风管管路通常有橡胶管+卡箍和尼龙管+快插接头两种方案，在满足系统目标前提下，选择一种成本最优的方案。

对于增压式发动机来说，曲轴箱通风管（进气歧管侧）和曲轴箱补气管选型方案，与自然吸气式发动机的管路方案一致，选择一种目标与成本相平衡的方案。而曲轴箱通风管（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，下面分别介绍每一种技术路线具体实施方案：

（1）空气流量传感器式诊断法：如果进气系统有空气流量传感器，只需要进行与发动机参数相关的ECU标定工作，否则需要增加空气流量传感器，该技术路线的管路通常有橡胶管+卡箍和尼龙管+快插接头两种方案。此方案诊断精确，管路成本低，ECU标定工作量大，与发动机参数强相关。

（2）压力传感器式诊断法：需要在曲轴箱通风管管路上增加压力传感器，再进行与发动机参数相关的ECU标定工作，而管路通常选择尼龙管+快插接头方案。该方案诊断精确，管路成本略高，布置要求复杂，ECU标定工作量大。

（3）导电管式诊断法：采用导电诊断式快插接头+尼龙管/橡胶管方案，再进行简单地ECU标定工作，此方案管路组成复杂，单件成本较高，不依赖于发动机具体参数，ECU标定内容少，存在误诊断现象。

（4）不可拆卸式结构：采用不可拆卸式快插接头+尼龙管/橡胶管方案，不需ECU标定工作，该方案管路结构简单，系统和单价成本低，不涉及ECU标定，与发动机参数无关，但需破坏性拆卸，维修成本高。

在方案选型流程中，应该尽早确定技术路线，尽可能的实现满足法规豁免情况，从整车属性、功能和成本等领域获得目标和功能需求，在平衡相冲突的目标与成本后，提出可行的解决方案，所选择的方案能够实现平衡的整车目标，并代表客户期望的需求。

5 结语

本文通过对排放法规国六阶段的解读，结合曲轴箱通风系统的工作原理，为每个曲轴箱通风管路选择相应的技术路线。在平衡相冲突的目标与成本后，可以根据实际需求和每个方案的特点来选择每个曲轴箱通风管路的最优设计方案，不仅保证为了保证曲轴箱通风系统满足国六法规OBD监测策略，而且为后续的详细设计奠定了扎实的基础。

参考文献：

[1]姜文涛，王红学.满足国六法规的汽油车曲轴箱通风系统设计[J].时代汽车.2020（16）.

[2]GB 18352.6-2016.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[s].

[3]李洋赞，赵大伟，刘春宁，由环宇.曲轴箱通风管路新技术的研发应用[J].汽车工艺师，2017（8）.

[4]孙玺亮.DA465QA 发动机曲轴箱强制通风系统设计[D].吉林大学.2017.

[5]袁兆成.内燃机设计[M].北京：机械工业出版社，2018.