某兩缸發動機PCV系統結冰故障分析與處理

隆貴

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

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某兩缸發動機PCV系統結冰故障分析與處理

隆貴

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

摘要：某兩缸發動機匹配整車進行冬季試驗時，PCV系統出現結冰故障，導致曲軸箱壓力異常升高，嚴重影響發動機性能及運行安全。對故障進行分析，找到系統結冰的原因，并給出解決方案。通過試驗驗證，結果表明：呼吸管增加保溫膜，可以最低成本方案有效解決系統結冰故障。

關鍵詞：發動機；PCV系統；結冰；故障分析

眾所周知，發動機運轉時，燃燒室中的可燃混合氣和已燃混合氣體，或多或少會通過活塞組與氣缸之間的間隙漏入曲軸箱空間內，稱為竄氣（blowby gas）。一般在技術狀態正常的情況下，竄氣量為發動機總排氣量的0.5%～1.0%[1].

氣缸的竄氣會使發動機曲軸箱內壓力上升，為防止曲軸箱壓力過高，必須將這些竄氣排出曲軸箱之外。然而，竄氣中通常含有未燃HC化合物和不完全燃燒產物以及CO、NOx、顆粒物等，排入大氣會造出污染。為了防止曲軸箱排出的油蒸汽污染大氣，現代汽車發動機一般都采用PCV系統（Positive Crankcase Ventilation曲軸箱強制通風系統），將曲軸箱內的氣體通過PCV閥導入進氣管，進而在氣缸內燒掉[2]。

但是，由于本身質量、使用時間、工作環境等因素影響，PCV系統在某些條件下會出現故障，從而導致發動機漏機油、燒機油等機油異常消耗，以及曲軸箱壓力異常等問題，均可造成發動機過早損壞。本文主要通過實際案例，對PCV系統結冰導致曲軸箱壓力異常升高的故障，進行原因分析并給出處理措施，同時進行試驗驗證。

1　發動機PCV系統的結構分析

本文的研究對象是匹配在某兩缸發動機上的PCV系統，如圖1所示。

圖1　發動機及PCV系統的初始布置狀態

該發動機PCV系統的油氣分離器置于右方，曲軸箱竄氣按圖示箭頭方向，經油氣分離器分離后，通過呼吸管流入發動機進氣波紋管，再經增壓器、中冷器進入進氣歧管，最終導入缸內燃燒。

2　PCV系統結冰故障原因分析及解決方案

2.1結冰故障的原因分析

該發動機匹配整車進行冬季路試，環境溫度在-30℃ ～-40℃之間，在高速工況（90～100 km/h）行駛約1.5 h后，發動機曲軸箱壓力急劇升高至50 kPa（曲軸箱正常壓力應在-4 kPa～4 kPa之間）。停車檢查發現PCV系統呼吸管出口（與進氣波紋管交匯處）結冰堵塞。如圖2所示。

圖2　試驗數據和呼吸管結冰示意圖

由故障分析得知，從曲軸箱內出來的高溫竄氣帶有油水蒸氣，低溫環境下在呼吸管內流動時散熱嚴重，并在呼吸管出口轉彎處變成水珠，水珠與接近環境溫度的低溫空氣相遇產生凝結現象，隨著結冰凝聚，呼吸管堵塞，呼吸系統失效，導致曲軸箱內壓力急劇上升。

2.2解決方案討論

由以上原因分析可知，提高竄氣在呼吸管出口的溫度，是避免呼吸管結冰最直接有效的辦法，具體方案有：縮短呼吸管長度，增加保溫膜或者在呼吸管出口處加裝加熱裝置[3]。

另外，在呼吸管出口處增加儲液罐，可一定程度避免呼吸管堵塞。

3　方案實施與驗證

受限于PCV系統的布置方位，該發動機呼吸管路無法進一步縮短，而在呼吸管出口處加裝加熱裝置，又存在成本過高的問題。本文從實際情況出發，選取如下兩個比較低成本的方案，做進一步實施驗證。

3.1方案一：呼吸管增加保溫膜

呼吸管增加保溫膜，可有效提高出氣口的竄氣溫度，如圖3所示。

圖3　方案一呼吸管增加保溫膜

3.2方案二：呼吸管增加保溫膜，并在出口處增加儲液罐

在方案一的基礎上，在呼吸管出口易結冰位置處增加儲液罐，得到方案二，如圖4所示。

圖4　方案二系統模型

3.3可靠性試驗驗證

對比方案一和方案二，很容易知道方案二是方案一的補充，如果方案一在試驗時不出現呼吸管結冰堵塞故障，則方案二必然也不出現結冰故障。

根據上述方案一生產的帶保溫膜呼吸管，換裝到原來發動機后，再次進行低溫試驗，以驗證設計的可靠性。環境溫度在-30℃～-40℃之間，高速工況（90～100 km/h）行駛約2 h，低速工況（二檔低速）行駛約2 h，過程中均未發現曲軸箱壓力異常升高的現象。另外，停車檢查呼吸管出口，未發現結冰產生。如圖5所示。

圖5　方案一試驗數據和呼吸管出口示意圖

通過以上試驗，方案一的零件通過了試驗考核，設計滿足可靠性要求。可以采用方案一解決該發動機低溫條件下呼吸管結冰的問題，無需進一步驗證方案二。

4　結束語

PCV系統的失效形式主要為曲軸箱壓力異常，漏機油、燒機油等故障，或在低溫條件下發生呼吸管結冰，以上故障可導致發動機失效或損壞。針對呼吸管在低溫環境下結冰的問題，可以從呼吸管設計和呼吸管加熱兩方面考慮解決方案。

（1）呼吸管設計方面:增加保溫膜，縮短呼吸管長度同時減少彎曲處，增加呼吸管內徑及呼吸管內壁光滑度。

（2）呼吸管加熱方面:呼吸管的布置要盡量靠近發動機熱源處，以減少呼吸管內竄氣的散熱損失；或給呼吸管增加電加熱裝置。

當然，最終的方案要同時考慮總體布置要求以及方案成本。

參考文獻：

[1]周龍保，劉忠長，高宗英.內燃機學[M].第3版.北京：機械工業出版社，2010.

[2]陳家瑞．汽車構造[M]．北京:人民交通出版社，1993.

[3]蔡小偉.柴油機曲軸箱強制通風系統的試驗研究與開發[D].上海：同濟大學出版社，2009，572-574.

中圖分類號:TK428

文獻標識碼:B

文章編號：1672-545X（2016）04-0180-02

收稿日期：2016-01-01

作者簡介：隆貴（1988-），男，廣西靖西人，本科，助理工程師，主要研究柴油機的總體設計。

Analysis and Handling of PCV System Freezing for an Two-Cylinder Engine

LONG Gui
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Abstract:A freezes failure occured in PCV system for a two-cylinder engine during the winter test.，result in higher crankcase abnormal pressure，and seriously affect the engine performance and operation safety.The cause of freezing was confirmed after analysing of the fault，and two solutions were put forward.After retesting，final results show that the freezes failure can be avoid by increasing insulation film for the breathing tube of PCV system，and the cost of this solution is the lowest.

Key words:engine；PCV system；freeze；fault analysis