一種防拆卸式曲軸箱通風(fēng)管設(shè)計(jì)驗(yàn)證

趙俊男，綦宗才，李永純，陳勃言，郭夢(mèng)夢(mèng)

（寧波吉利汽車研究開(kāi)發(fā)有限公司，寧波 315336）

前言

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，從活塞與氣缸套之間的空隙竄入曲軸箱內(nèi)的氣體，如果不加以處理，會(huì)導(dǎo)致曲軸箱內(nèi)壓力升高，不僅可以泄漏到大氣中污染環(huán)境，而且可以導(dǎo)致機(jī)油劣化。因此，曲軸箱竄氣是一個(gè)重要污染源，必須加以控制。目前，阻止曲軸箱內(nèi)氣體排入大氣中，最有效的措施就是采用曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 曲軸箱通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

曲軸箱通風(fēng)管路是曲軸箱通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)的關(guān)重部件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱與進(jìn)氣系統(tǒng)之間的連接通道。面對(duì)日趨嚴(yán)苛的汽車產(chǎn)業(yè)環(huán)保新規(guī)，不僅保證氣體流通順暢，而且必須保證連接可靠，監(jiān)測(cè)管路斷開(kāi)故障，避免造成油氣污染。本文基于某款增壓式汽油機(jī)平臺(tái)，綜合考慮技術(shù)路線、系統(tǒng)原理和屬性目標(biāo)等維度進(jìn)行零部件選型，遵循通用化原則設(shè)計(jì)一種成本最優(yōu)的曲軸箱通風(fēng)管路方案，并通過(guò)了試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，獲得用戶認(rèn)可。

1 技術(shù)路線

國(guó)六階段排放法規(guī)明確對(duì)曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)要求，目前各大主流汽車公司主要采用兩種技術(shù)路線，一是診斷法式結(jié)構(gòu)，為曲軸箱通風(fēng)管路增加在線診斷斷開(kāi)故障的裝置；一是防拆卸式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)符合法規(guī)豁免情況的曲軸箱通風(fēng)管路。對(duì)于增壓式汽油機(jī)，每個(gè)曲軸箱通風(fēng)管路選擇相應(yīng)的技術(shù)路線如表1 所示。

表1 曲軸箱通風(fēng)管路技術(shù)路線

2 系統(tǒng)原理

曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)主要由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、油氣分離器、PCV 閥、進(jìn)氣系統(tǒng)管路和通風(fēng)管路等部件組成，曲軸箱通風(fēng)管路主要包括曲軸箱通風(fēng)管（進(jìn)氣歧管側(cè)）和曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)），對(duì)于某些增壓式汽油機(jī)，還會(huì)增加曲軸箱補(bǔ)氣管。本文沒(méi)有采用單獨(dú)的補(bǔ)氣通道，曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）既是通風(fēng)通道，又是補(bǔ)氣通道，如圖2 所示。

圖2 增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)第一種曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)工作原理

當(dāng)部分負(fù)荷工況時(shí)，整車空濾后壓力＞曲軸箱內(nèi)壓力＞進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力，PCV 閥承受進(jìn)氣歧管負(fù)壓抽吸作用而開(kāi)啟，曲軸箱內(nèi)混合氣通過(guò)進(jìn)氣側(cè)管路進(jìn)入燃燒室重新參與燃燒，新鮮空氣通過(guò)排氣側(cè)管路向曲軸箱內(nèi)補(bǔ)氣。

當(dāng)高負(fù)荷工況時(shí)，增壓器開(kāi)始介入工作，進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力為正壓，PCV 閥關(guān)閉，氣流反向止通，此時(shí)曲軸箱內(nèi)壓力＞整車空濾后壓力，曲軸箱內(nèi)混合氣通過(guò)排氣側(cè)管路進(jìn)入整車空濾后進(jìn)氣管路，最終進(jìn)入燃燒室參與燃燒。

3 零部件選型

在選型流程中，從整車屬性、功能、總布置、制造和成本等領(lǐng)域獲得系統(tǒng)目標(biāo)和功能需求，在平衡相沖突的目標(biāo)與成本后，提出可行的解決方案，所選擇的系統(tǒng)方案能夠?qū)崿F(xiàn)平衡的整車目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)代表客戶期望的需求。因此，本文對(duì)曲軸箱通風(fēng)管（進(jìn)氣歧管側(cè)）選擇采用通過(guò)壓力傳感器式診斷法間接診斷管路的斷開(kāi)技術(shù)路線，其管路的選型方案是橡膠管+卡箍結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 曲軸箱通風(fēng)管（進(jìn)氣歧管側(cè)）的選型方案

根據(jù)曲軸箱通風(fēng)管路技術(shù)路線可知，曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）主要采用空氣流量傳感器式診斷法、壓力傳感器式診斷法、導(dǎo)電管式診斷法和不可拆卸式結(jié)構(gòu)四種技術(shù)路線，本文從整車屬性、功能、總布置、制造和成本等多維度對(duì)四種技術(shù)路線進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

表2 曲軸箱通風(fēng)管路技術(shù)路線多維度對(duì)比

由上述的對(duì)比情況可知，不可拆卸式結(jié)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，而且系統(tǒng)和單件成本低，不涉及ECU 標(biāo)定，與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)無(wú)關(guān)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)及相關(guān)聯(lián)的進(jìn)氣系統(tǒng)的質(zhì)量問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)其故障返修率低，這里幾乎可以忽略維修成本略高的影響。因此，本文對(duì)曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）選擇采用不可拆卸式結(jié)構(gòu)技術(shù)路線，其選型方案是不可拆卸式快插接頭+尼龍管，如圖4 所示。

圖4 曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）的選型方案

4 通用化設(shè)計(jì)

在通用化設(shè)計(jì)階段，需要綜合考慮各個(gè)車型的環(huán)境適應(yīng)性（老化，過(guò)熱，結(jié)冰等）、輕量化、熱管理、堅(jiān)固性和耐久性等屬性目標(biāo)。本小節(jié)以曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）的選型方案為例，充分地考慮來(lái)自于整車屬性目標(biāo)分解的曲軸箱通風(fēng)管路屬性要求，表3 所示曲軸箱通風(fēng)管路關(guān)鍵屬性要求輸入，再遵循通用化原則對(duì)所選擇的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案提出材料、尺寸、管路結(jié)構(gòu)要求。

表3 曲軸箱通風(fēng)管路關(guān)鍵屬性要求輸入

通用化原則，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在不同車型上，盡可能地采用相同的、通用的零部件及子件（包含原材料、名義尺寸或者結(jié)構(gòu)要求等），經(jīng)過(guò)合理化的驗(yàn)證來(lái)設(shè)計(jì)出一系列平臺(tái)化的產(chǎn)品。本文采用不可拆卸式快插接頭+尼龍管方案，其中不可拆卸式快插接頭是全面化通用的部件，而尼龍管采用在原材料、名義尺寸和結(jié)構(gòu)等方面上通用要求，具體的通用化情況如表4所示。

表4 曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）的通用化情況

根據(jù)每個(gè)車型實(shí)際布置情況，遵循通用化原則，運(yùn)用三維軟件設(shè)計(jì)出本平臺(tái)的兩種曲軸箱通風(fēng)管產(chǎn)品，圖5 表示其中一種曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）產(chǎn)品。

圖5 其中一種曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）產(chǎn)品

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

產(chǎn)品的試驗(yàn)驗(yàn)證是一個(gè)比較復(fù)雜及重要的環(huán)節(jié)，可分為材料試驗(yàn)驗(yàn)證、零部件試驗(yàn)驗(yàn)證、系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證和整車試驗(yàn)驗(yàn)證。本小節(jié)根據(jù)曲軸箱通風(fēng)管路（空濾側(cè)）的屬性要求，制定了曲軸箱通風(fēng)管路（空濾側(cè)）的試驗(yàn)驗(yàn)證要求，表5 所示曲軸箱通風(fēng)管路（空濾側(cè)）的主要試驗(yàn)驗(yàn)證要求。

表5 曲軸箱通風(fēng)管（空濾側(cè)）的主要試驗(yàn)驗(yàn)證要求

本文通過(guò)了所有的試驗(yàn)驗(yàn)證，由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段遵循通用化原則，從而有效降低零部件生產(chǎn)制造成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和效益，為建立體系內(nèi)供應(yīng)商通用化庫(kù)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

6 總結(jié)

本文是以某款防拆卸式曲軸箱通風(fēng)管路為研究對(duì)象，首先根據(jù)技術(shù)路線和系統(tǒng)原理進(jìn)行零部件選型，再充分地考慮曲軸箱通風(fēng)管路屬性要求，遵循通用化原則，運(yùn)用三維軟件設(shè)計(jì)出兩種曲軸箱通風(fēng)管產(chǎn)品，并通過(guò)了試驗(yàn)驗(yàn)證。本文實(shí)現(xiàn)通用化設(shè)計(jì)，有效地縮短開(kāi)發(fā)周期、提高開(kāi)發(fā)效率，同時(shí)降低零部件生產(chǎn)制造成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和效益。