淺談柴油機的曲軸箱氣體處理

鄧翔

摘要：隨著國家環(huán)保升級至第六階段，最新的環(huán)保文件GB17691-2018中對曲軸箱排放有明確規(guī)定，隨著排放的一起升級的還有發(fā)動機的性能，而性能的提升往往會使發(fā)動機漏氣量增加，曲軸箱氣體里的機油含量增加，通常曲軸箱氣體接入發(fā)動機進(jìn)氣口前需要進(jìn)行處理。然后安裝曲軸箱壓力傳感器監(jiān)測曲軸箱壓力，通過曲軸箱壓力的變化來判斷CV閥是否斷開，達(dá)到OBD監(jiān)測的目的。本文對曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)主要零部件油氣分離器、曲軸箱通氣閥、加熱器進(jìn)行分析研究，對曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計有參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：柴油機;曲軸箱通風(fēng);氣體處理

0 ?引言

隨著國家環(huán)保升級至第六階段，最新的環(huán)保文件GB17691-2018中對曲軸箱排放有明確規(guī)定：對于閉式曲軸箱，發(fā)動機曲軸箱內(nèi)的任何氣體不允許排入大氣;對于開式曲軸箱，將曲軸箱氣體與排放尾氣一起進(jìn)行測試。同時對于閉式曲軸箱，也有曲軸箱通風(fēng)（CV）系統(tǒng)監(jiān)要求，如果曲軸箱與CV閥或者CV閥與進(jìn)氣歧管之間的連接斷開，OBD系統(tǒng)應(yīng)該檢測出故障。確保曲軸箱里的氣體不排入大氣，減少對環(huán)境造成污染。

而對于主機廠來說，曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮的因素增加了，以前經(jīng)過處理后的曲軸箱氣體直接排入大氣的做法是不可行的。由于將曲軸箱氣體與排放尾氣一起進(jìn)行測試會使整車標(biāo)定工作量巨幅提升;考慮到動輒幾千萬的標(biāo)定費用主機廠通常更傾向于選擇閉式曲軸箱。

閉式曲軸箱需將曲軸箱氣體接入發(fā)動機的進(jìn)氣口，靠其負(fù)壓保證曲軸箱強制通風(fēng)。曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)需保持曲軸箱內(nèi)的負(fù)壓，同時避免對進(jìn)氣系統(tǒng)過分干擾;并保證系統(tǒng)正常工作時，發(fā)動機性能不出現(xiàn)異常，系統(tǒng)內(nèi)各相關(guān)零件設(shè)計合理，功能齊全[1]。

隨著排放一起升級的還有發(fā)動機的性能，而性能的提升往往會使發(fā)動機漏氣量增加，曲軸箱氣體里的機油含量增加，通常曲軸箱氣體接入發(fā)動機進(jìn)氣口前需要進(jìn)行處理。然后安裝曲軸箱壓力傳感器監(jiān)測曲軸箱壓力，通過曲軸箱壓力的變化來判斷CV閥是否斷開，達(dá)到OBD監(jiān)測的目的。

曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)主要包含以下零部件：油氣分離器、曲軸箱通氣閥、曲軸箱通氣軟管、加熱器。我們對幾個主要零部件來做分析。（圖1）

1 ?油氣分離器

因柴油機在高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時其曲軸箱氣體含有大量的機油，如果這些機油全部進(jìn)入氣缸則會導(dǎo)致燒機油。所以一般會在CV閥接入進(jìn)氣系統(tǒng)前進(jìn)行油氣分離，將大部分機油分離并回流到油底殼。

油氣分離器主要分為單濾網(wǎng)式、迷宮式及迷宮加濾網(wǎng)式。

單濾網(wǎng)式的油氣分離器一般是獨立懸掛在發(fā)動機外部，在油氣分離器底部會有會有管路，回油管路上需安裝一個單向閥。

迷宮式及迷宮加濾網(wǎng)式的一般集成于氣缸蓋罩上，直接將氣缸蓋罩做成迷宮式，分離后的機油也直接回流到氣缸蓋上。

油氣分離器的設(shè)計或選擇主要參考兩個方面：分油效率及氣流阻力。

比如4JB1型發(fā)動機的要求曲軸箱壓力為負(fù)壓（-5～0kPa），而發(fā)動機的漏氣量為20～68L/min，如果曲軸箱直接通大氣，在全速全負(fù)荷時曲軸箱內(nèi)的壓力為正壓（約0.5～1.5kPa），因此油氣分離器的壓降不能過大，如果油氣分離器的壓降過大，就難免使得曲軸箱內(nèi)的壓力變?yōu)檎龎海绊慜BD的監(jiān)測準(zhǔn)確性，同時會使發(fā)動機機油滲漏事故增加。

同時4JB1發(fā)動機要求油氣分離之后的氣體含機油量≤0.2g/h（全速全負(fù)荷，測量方法），所以油氣分離器的分油效率要滿足發(fā)動機的性能要求。

2 ?曲軸箱通氣閥

曲軸通氣閥一般采取的是膜片彈簧式，種類有兩種：

2.1 常閉型

早期的曲軸通氣閥一般為常閉型，正常壓力下該閥是關(guān)閉的，在曲軸箱里為正壓3kPa以上時開啟，一般漏氣量小的發(fā)動機才可以使用，一般只應(yīng)用在自然吸氣的柴油機上。

2.2 常開型

帶增壓器的柴油機一般選擇常開型，正常壓力下該閥的是開啟狀態(tài)，在曲軸箱里出現(xiàn)負(fù)壓時關(guān)閉。

個人認(rèn)為：常閉型的對漏氣量比較敏感，如果發(fā)動機活塞環(huán)加工精度高，加上又是非增壓機型的工作條件不是惡劣，因此其總的下排氣相當(dāng)小的，因此常閉型完全能夠滿足要求;而如果發(fā)動機活塞環(huán)加工精度要求不夠，且是增壓機型，發(fā)動機工作負(fù)荷大，下排氣相對大一些，則盡量采用常開型的。

3 ?加熱器

加熱器一般安裝于曲軸箱通氣管與發(fā)動機進(jìn)氣管接口處，因曲軸箱氣體中含有燃燒室竄出的水蒸氣，在-20℃或者更低的環(huán)境溫度下曲軸箱氣體與寒冷的新風(fēng)混合，含有水汽的曲軸箱氣體就容易結(jié)冰，情況嚴(yán)重的就會造成冰堵。

冰堵后的發(fā)動機曲軸箱壓力急劇上升，會帶來嚴(yán)重的后果，比如凸輪軸后堵蓋被崩開、前油封被沖開，造成燒瓦，發(fā)動機機體大量滲漏機油等。加熱器可以完美解決冰堵隱患。

畢竟出現(xiàn)-20℃或者更低的環(huán)境溫度的區(qū)域比較少，所以目前市場上大部分整車并未帶加熱器，如果不帶加熱器，那么曲軸箱通氣管就必須避免出現(xiàn)凹形儲水彎頭，防止曲軸箱通氣管內(nèi)冷卻水聚集后結(jié)冰;且曲軸箱通氣管不宜過長。

總之，整個曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計需同時考慮對曲軸箱壓力的影響及對曲軸箱氣體中機油的過濾效率，過于復(fù)雜的油氣分離器可能分油效率上滿足設(shè)計要求，但可能導(dǎo)致曲軸箱壓力無法維持在負(fù)壓;反之同理。

只有針對不同發(fā)動機的特性，設(shè)計合適的曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)，并通過性能試驗驗證其合理性，才能使發(fā)動機在滿足國家環(huán)保要求下保持最佳性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫璽亮.DA465QA發(fā)動機曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計[D].吉林大學(xué)，2012.

[2]張仕田.6DK-36L型柴油機曲軸常見故障原因分析及解決方案[J].內(nèi)燃機與配件，2020（06）：156-158.

[3]劉江濤，張鵬，李治明，陳向陽，張耀忠，魏仙妹，張青鋒.某船用柴油機機組拉缸故障原因分析及解決方案[J].內(nèi)燃機與配件，2020（05）：50-52.