伊輝，王劍彬，王雪虎

PCV閥三維模型的建立及試驗(yàn)驗(yàn)證

伊輝，王劍彬，王雪虎

（南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南衡陽421001）

曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，又名PCV閥，是汽車發(fā)動機(jī)曲軸箱重要的零部件。在滿足正向、反向、氣密性條件下，利用Solidworks對PCV閥入氣腔、出氣腔、閥芯、彈簧、緩沖簧擋圈進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后對零部件進(jìn)行裝配。通過流量試驗(yàn)臺驗(yàn)證PCV閥的流量特性，最后得出結(jié)論。

PCV閥；數(shù)學(xué)建模；流量特性；試驗(yàn)驗(yàn)證

隨著人類對汽車性能、壽命要求的提高，汽車廢氣排放納入國家法令法規(guī)，對汽車各零部件性能提出了更高的要求。PCV（positive crankcase ventilation)閥，曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，是汽車發(fā)動機(jī)曲軸箱油底殼重要零部件。當(dāng)發(fā)動機(jī)氣缸做功時，很少一部分氣體通過氣缸壁間隙漏入到曲軸箱油底殼中，眾所周知，油底殼盛放機(jī)油，起到潤滑作用，漏入到曲軸箱中的廢氣會腐蝕油底殼機(jī)油，從而降低了機(jī)油壽命。如果做完功的廢氣直接排入到大氣中，又會對大氣造成嚴(yán)重污染。所以為了把竄入油底殼中的廢氣二次利用，有必要對PCV閥進(jìn)行設(shè)計試驗(yàn)[1]。PCV閥就是將曲軸箱廢氣通過PCV閥導(dǎo)入進(jìn)氣歧管，有效防止了廢氣對機(jī)油的腐蝕，也避免了對大氣污染。其工作原理是利用進(jìn)氣歧管壓力，使得曲軸箱油底殼壓力小于進(jìn)氣歧管，從而形成負(fù)壓，廢氣由PCV閥被吸入到進(jìn)氣管。入氣腔與出氣腔兩端形成壓差，利用彈簧彈力來控制閥芯的位移，閥芯與腔體間隙控制流量大小，從而達(dá)到流量要求[2]。如圖1所示為某型號汽油機(jī)PCV閥在曲軸箱中位置示意圖。

圖1 PCV閥在罩蓋內(nèi)部位置示意圖

對于增壓機(jī)型，低負(fù)荷時，新鮮空氣從空氣濾清器進(jìn)入曲軸箱，曲軸箱竄氣經(jīng)低負(fù)荷油氣分離器分離后經(jīng)PCV閥進(jìn)入進(jìn)氣歧管參與燃燒；當(dāng)處于中高負(fù)荷時，增壓器對氣體進(jìn)行加壓，進(jìn)氣歧管中的新鮮空氣通過PCV閥進(jìn)入曲軸箱，曲軸箱竄氣經(jīng)過高負(fù)荷油氣分離器分離后，進(jìn)入壓氣機(jī)前管路[3]。

1 PCV閥三維模型的建立

1.1 正向流量條件

根據(jù)項(xiàng)目會簽圖紙要求：壓力-2 kPa時，PCV閥正向流量應(yīng)在（22±4）L/min范圍內(nèi)。壓力-14.5 kPa時，PCV閥正向流量應(yīng)在（36±4）L/min范圍內(nèi)。壓力-40 kPa時，PCV閥正向流量應(yīng)在（32.5±4.5）L/min范圍內(nèi)。壓力-50 kPa時，PCV閥正向流量應(yīng)在（25±5）L/min范圍內(nèi)。壓力-60 kPa時，PCV閥正向流量應(yīng)在（11±3）L/min范圍內(nèi)。壓力-70 kPa時，PCV閥正向流量應(yīng)在（9.5±2.5）L/min范圍內(nèi)。如圖2所示。

圖2 正向流量特性

1.2 PCV閥三維模型

根據(jù)項(xiàng)目會簽圖紙尺寸要求，以及正向流量特性要求，利用Solidworks建立零部件三維模型，并進(jìn)行裝配[4]。如圖3所示為三維裝配圖，圖4所示為總成圖。

圖3 PCV閥三維裝配圖

圖4 PCV閥總成圖

2 PCV閥試驗(yàn)樣件裝配

如圖5所示為樣件生產(chǎn)自動化設(shè)備。其生產(chǎn)過程為：光纖激光機(jī)打標(biāo)機(jī)進(jìn)行激光打標(biāo)，密封圈裝配，總成裝配，超聲波焊接機(jī)進(jìn)行超聲波焊接，氣密性檢測儀進(jìn)行氣密性檢測，正向流量檢測臺進(jìn)行正向流量檢測，反向流量檢測臺進(jìn)行反向流量檢測，終檢、包裝、成品檢驗(yàn)、成品入庫等完整自動化生產(chǎn)。

圖5 自動化生產(chǎn)線裝配

為了檢測方便，使用流量檢測機(jī)對樣件進(jìn)行檢測，如圖6所示，完成裝配的試驗(yàn)樣件。如圖7所示為PCV閥流量檢測機(jī)。

圖6 PCV閥試驗(yàn)樣件

圖7 PCV閥流量檢測機(jī)

3 流量檢測結(jié)果及結(jié)論

根據(jù)會簽圖紙流量要求，利用流量檢測機(jī)做正向流量實(shí)驗(yàn)。其檢測結(jié)果如表1所示。

表1 檢測結(jié)果

從表中可以得出，取10只樣件進(jìn)行流量檢測試驗(yàn)，通過對比分析可知，其流量符合圖紙要求，達(dá)到設(shè)計預(yù)期效果，驗(yàn)證了設(shè)計方法的準(zhǔn)確性。后期，為了整理出完整的設(shè)計流程，還需要基于CFD技術(shù)，進(jìn)行PCV閥內(nèi)流場分析，并且制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，為以后PCV閥的開發(fā)供了理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)[5]。

[1]黃海波，周志文，陳鵬.汽油機(jī)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)PCV閥性能設(shè)計計算[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)，1995，14（3）：13-16.

[2]王福軍.計算流體動力學(xué)分析：CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3]王嚴(yán)，趙景廣，肖珊珊.增壓直噴汽油機(jī)怠速燃油系統(tǒng)過濃故障的研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)，2016，45（2）：40-42.

[4]陳家瑞.汽車構(gòu)造（上冊）[M].北京：人民交通出版社，2003（2）：237-238.

[5]張良超，阮仁宇，王錦艷，候亦波.某PCV閥的仿真及試驗(yàn)證[J].內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2014，31（5）：36-39.

The Mathematical Model of Positive Crankcase Ventilation Valve and Experimental Verification

YI Hui，WANG Jian-bin，WANG Xue-hu
（University of South China，School of Mechanical Engineering，Hengyang Hunan 421001，China）

Positive crackcase ventilation system，also known as the PCV valve，automobile engine crankcase is important parts.Under the condition of forward，reverse，air tightness，using solidworks to PCV valve into the chamber，gas chamber，valve core，spring，buffer spring，collar structure design，and then to assemble parts.PCV valve flow characteristics are verified through the flow test rig.Conclusion in the end.

PCV valve；mathematical modeling；flow characteristic；test verification

U472

A

1672-545X（2017）02-0049-03

2016-11-23

伊輝（1990-），男，山東濟(jì)寧人，碩士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計及理論；王劍彬（1964-），男，湖南衡陽人，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計理論及方法等；王雪虎（1986-），男，河南南陽人，碩士研究生，研究方向：現(xiàn)代設(shè)計理論及方法。