增压发动机PCV的选型及试验方法

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。

　　图1  PCV结构

　　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（如图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。

　　图2  不同型号的PCV流量曲线

　　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］｝

　　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。

图3  10个PCV样件流量曲线

　　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）。

图4  曲轴箱压力图

　　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。