车用发动机曲轴箱通风系统构成及常见故障分析.pdf

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1、32内燃机与配件2014年第5期车用发动机曲轴箱通风系统构成及常见故障分析StructureandCommonIssueAnalysisofEn西neCrankc嬲eVentilationSystem李建国(上海汽车集团股份有限公司)[摘要]随着国家排放法规要求越来越严格，曲轴箱通风系统对整车排放的影响越来越大。本文介绍了车用发动机曲轴箱通风系统的构成及功能，构成包括通风腔、油气分离系统、曲轴箱压力控制系统、回油腔及呼吸管五部分；同时介绍了曲轴箱通风系统常见的故障模式并分析了失效原因，通常的故障模式包括：曲轴箱压力异常，烧机油，呼吸管结冰。

2、[关键词]曲轴箱通风系统曲轴箱压力油气分离效率烧机油呼吸管结冰0引言众所周知，发动机工作时，总有一部分可燃混合气和废气经活塞环与汽缸套之间间隙窜人曲轴箱内，业内将这种泄露称为“窜气”，窜气中含有燃油、水蒸气和废气等大量污染物，如果不加处理，发动机曲轴箱内压力会升高破坏发动机的密封，导致发动机油封失效、机油渗漏，这些窜气逸人大气还会造成大气污染；另外水蒸气遇冷凝结在机油中会形成泡沫，破坏机油供给，严重时会形成油泥，阻塞油路，这种情况在冬季尤为严重；废气中的酸性气体与水和空气接触会形成酸性物质，这些酸性物质不仅腐蚀零件，而且也会使机油变质、加速

3、运动件磨损。为了避免曲轴箱压力过高，防止发动机漏油，延长机油使用寿命，减少零部件磨损及腐蚀，发动机必须实现曲轴箱通风，此外，为了提高经济性，满足日益严格的整车排放要求，在车用发动机设计过程中也必须考虑曲轴箱通风系统设计。1油气分离器分类曲轴箱通风包括自然通风系统和强制通风系统，现代车用发动机均采用曲轴箱强制通风系统。自然通风系统仅含有通风管及废气滤网，当曲轴箱内气压增大时，“窜气”自然排出。强制通风系统为闭式系统，其利用进气系统真空度，将“窜气”通过呼吸管导入进气系统，重新参与发动机燃烧。目前国家排放法规禁止曲轴箱窜气不经过净化装置直接排人

4、大气中，车用汽油机均采用强制通风系统，车用柴油机也逐渐采用强制通风系统。强制通风系统能完全控制曲轴箱的废气排放，可以防止油泥及其他有害物质堆积，减少发动机故障和磨损，提高发动机经济性及整车排放。2曲轴箱强制通风系统的构成提及曲轴箱强制通风系统，通常想到的是油气分离系统及曲轴箱压力控制系统，但完整曲轴箱强制通风系统应包括通风腔、油气分离系统、曲轴箱压力控制系统、回油腔及呼吸管等五部分，见图1。其中通风腔及回油腔一般布置在发动机本体中，贯穿缸盖、机体、曲轴箱；整个系统中，油气分离系统及曲轴箱压力控制系统尤为重要。2．1通风腔通常，发动机做功包含

5、吸气、压缩、膨胀、排气四个行程，在压缩和膨胀行程中汽缸内混合气的压力很高，被压缩的气体会经活塞和缸套间隙、活塞环开口、活塞环和汽缸套的间隙等窜人下曲轴箱并与机油形成油雾。通常这部分混合气需经集成在缸盖、缸体及曲轴箱中的通道导人油气分离系统，这个通道就是“通风腔”，见图2。2．2油气分离系统在曲轴箱强制通风系统中，经通风腔导人的窜气含有大量的机油油滴，这部分机油如果不加以处理直接进入燃烧系统会导致燃烧及排放恶化，为了提高经济性，改善排放，必须将窜气中的机油油滴李建国：车用发动机曲轴箱通风系统构成及常见故障分析进行分离，油滴颗粒在0．1um～1

6、5um之间均有分布，见图3。按照油气分离方法的原理，可以分为惯性碰撞式分离器、物理沉降式分离器及电磁式分离器，其中惯性碰撞式分离器又可分为迷宫及孔板式、旋风式、离心式，见图4。各种分离方法均有优缺点，目前新设计的油气分离系统采用多级油气分离结构．从而得到一个高效的分离系统．见图5。图l曲轴箱强制通风系统构成示意图图2通风腔及回油腔示意图-百分比-II了Hl一¨IlI．．．．。．一u／，／j4j0§v+【／4油滴直径／岬围3乘用车发动机窜气油滴颗粒直径分布2．3曲轴箱压力控制系统由于采用了曲轴箱强制通风系统，窜气被吸入发动机进气系统，在低速低

7、负荷区域，曲轴箱会产生较大负压，这种情况会导致大量机油随窜气吸人进气系统并参与燃烧，将导致烧机油并严重影响发动机性能及可靠性，曲轴箱压力控制系统可以尽量减少曲轴箱压力波动，使其处于合理范围内。图6是一种常用的PRV调节阀，由膜片、弹簧、弹簧座及阀盖组成。PRV阀膜片上下压力不同，可存在压差、由此可产生作用力，从而驱动弹簧运动，改变通道截面积，达到调节曲轴箱压力的目的。图5迷宫与旋风两级分离油气分离器

8、生j“川{、』土力调吊R蚓2．4回油腔经油气分离系统分离出来的机油要进一步回流到油底壳循环利用，机油回流的通道就是回油腔，见图2。机油回流过程

9、中，如与窜气相遇会形成大量的油雾，影响油气分离系统的分离效率，为了避免机油与窜气相遇，发动机设计初期应可虑曲轴箱强制通风系统的“通风腔”及“回油腔”设计，使其尽量分离。2．5呼吸