劉鑫 張鳳鳴
中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司天津分公司 天津市 300300
隨著國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新,中國(guó)制訂的國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)相比國(guó)五更進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)汽車排氣污染物的監(jiān)控和要求。新標(biāo)準(zhǔn)不僅在常溫冷啟動(dòng)下汽車排氣污染物測(cè)量、工況圖、標(biāo)準(zhǔn)限值等方面對(duì)比國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)有很大區(qū)別和提升,在曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)(Ⅲ型試驗(yàn))方面也有不同。由竄氣產(chǎn)生的排氣污染物需要通過有效措施進(jìn)行控制,防止其直接通過機(jī)油尺孔、縫隙等處排向大氣。為此進(jìn)行的曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)(Ⅲ型試驗(yàn))能夠很好地監(jiān)控這種現(xiàn)象,保證車輛符合國(guó)標(biāo)要求。
曲軸箱竄氣是任何一部發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象。一般是由氣缸墊老化、缸套內(nèi)經(jīng)過大、活塞環(huán)無法起到完全密封、缸套變形活塞環(huán)無法貼合、壓縮比設(shè)計(jì)過大引起氣體下竄、活塞環(huán)彈力失效、活塞環(huán)不平等原因?qū)е略诎l(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),燃燒室內(nèi)高壓可燃混合氣體、已經(jīng)燃燒的氣體廢氣和部分水蒸氣通過間隙漏入到曲軸箱內(nèi)形成的。
進(jìn)入曲軸箱的竄氣由于其成分復(fù)雜,可能產(chǎn)生多種危害。比如水蒸氣可能阻塞機(jī)油油路使機(jī)油流通不順,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作;已經(jīng)燃燒的廢氣可能在不斷積壓的情況下通過機(jī)油尺孔與裝配縫隙竄入大氣造成污染;可燃的油氣混入曲軸箱中稀釋機(jī)油,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑;廢氣中的部分成分可能與氧氣結(jié)合生成具有腐蝕性的物質(zhì),腐蝕損壞發(fā)動(dòng)機(jī)零件。
曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)主要基于進(jìn)氣系統(tǒng)的真空度原理實(shí)現(xiàn)。進(jìn)氣沖程時(shí)活塞下行形成抽吸,進(jìn)氣歧管壓力低于大氣壓力產(chǎn)生負(fù)壓。隨著節(jié)氣門開度減小,負(fù)壓增大;節(jié)氣門開度增大,負(fù)壓減小。若進(jìn)氣歧管發(fā)生回火,則正壓激增。根據(jù)上述原理,通過PCV閥的調(diào)節(jié)將竄氣吸回進(jìn)氣歧管,參與下一個(gè)工作循環(huán)的燃燒。PCV閥通過真空吸力與彈簧彈力平衡,調(diào)節(jié)竄氣通過量,進(jìn)氣歧管負(fù)壓增大時(shí)彈簧被壓縮竄氣通過量加大,相反負(fù)壓減小時(shí)竄氣通過量減小,當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)氣歧管回火時(shí)正壓增大阻擋竄氣繼續(xù)進(jìn)入進(jìn)氣歧管。PCV閥門的工作原理如下圖1。
曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)分為開式和閉式兩種,均采用PCV閥,唯一不同的是閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)含有一根連接曲軸箱和進(jìn)氣歧管的通風(fēng)管。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷加大的情況下,曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)僅僅通過閥門導(dǎo)流竄氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,過多的竄氣會(huì)通過通風(fēng)蓋散入大氣,雖然通風(fēng)蓋有過濾系統(tǒng),但終將排入大氣的這種形式也避免不了對(duì)大氣的污染。相對(duì)開式通風(fēng)系統(tǒng),閉式通風(fēng)系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷情況下仍能使更多的竄氣直接通過通風(fēng)管順暢的進(jìn)入進(jìn)氣歧管,這樣就保證了竄氣根本不會(huì)排入大氣。這使得曲軸箱中的氣體壓力正常工作狀態(tài)下均為負(fù)壓,這也就是曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)(III型試驗(yàn))的試驗(yàn)原理。閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)原理圖見圖2。
圖1 PCV閥工作原理
圖2 開式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)原理圖
基于曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的基本原理可知,發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作狀態(tài)下曲軸箱內(nèi)壓力應(yīng)該低于外界大氣壓,即為負(fù)壓。通過機(jī)油尺孔測(cè)量氣壓,如為負(fù)壓則可確定不會(huì)有竄氣向外排出。通過這種方法也能排除竄氣通過曲軸箱裝配縫隙進(jìn)入大氣。
國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染試驗(yàn)的方法見表1:
試驗(yàn)步驟如下:
a. 發(fā)動(dòng)機(jī)的縫隙或孔應(yīng)保持原狀。
b. 在機(jī)油標(biāo)尺孔處使用傾斜式壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量。若在上表工況下,測(cè)得的曲軸箱的壓力均不超過測(cè)量時(shí)的大氣壓力,則應(yīng)認(rèn)為汽車曲軸箱污染物排放滿足要求。
c. 曲軸箱內(nèi)測(cè)得的壓力準(zhǔn)確度應(yīng)在±0.01kPa以內(nèi),測(cè)功機(jī)指示車速的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)在±2km/h以內(nèi)。
d. 若在上表規(guī)定的某一測(cè)量工況下,測(cè)得的壓力超過大氣壓,在制造廠要求追加試驗(yàn)時(shí),可按追加試驗(yàn)來進(jìn)行。
追加試驗(yàn)步驟如下:
e. 發(fā)動(dòng)機(jī)的縫隙或孔應(yīng)保持原狀。
f. 在機(jī)油標(biāo)尺孔處連接一個(gè)容積大約為5L,不泄露曲軸箱氣體的柔性袋。每次測(cè)量前應(yīng)將氣袋排空。
g. 每次測(cè)量前氣袋應(yīng)該封閉。在標(biāo)準(zhǔn)要求的每種工況下,氣袋應(yīng)與曲軸箱接通5min。
h. 若每種測(cè)量工況下,氣袋均沒有出現(xiàn)可觀察到的張大,則認(rèn)為汽車曲軸箱污染物排放滿足要求。
國(guó)五中只要求對(duì)汽油車進(jìn)行曲軸箱排氣污染物試驗(yàn),國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)要求所有汽車均需要進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn);國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)要求在I型試驗(yàn)進(jìn)行之后進(jìn)行試驗(yàn);對(duì)于沒有曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的汽車,應(yīng)將曲軸箱污染物計(jì)入排氣污染物總量;對(duì)于混合動(dòng)力汽車,在純發(fā)動(dòng)機(jī)模式試驗(yàn)后,應(yīng)按照III型試驗(yàn)規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)工況進(jìn)行試驗(yàn)。具體見表2。
國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)相比國(guó)五標(biāo)準(zhǔn),在曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)方面加強(qiáng)了要求,取消了汽柴油汽車的區(qū)別、加入對(duì)混合動(dòng)力類車輛該試驗(yàn)的要求、將國(guó)五原先可在雙怠速試驗(yàn)結(jié)束之后進(jìn)行的試驗(yàn)條件調(diào)整為只能在I型試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行,并加入了無曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的車輛關(guān)于曲軸箱排放物計(jì)算方法。
表1 車輛運(yùn)轉(zhuǎn)工況
表2 標(biāo)準(zhǔn)要求區(qū)別
試驗(yàn)檢測(cè)人員及駕駛員在試驗(yàn)操作上應(yīng)當(dāng)注意:
a. 檢測(cè)人員應(yīng)確定車輛是否有曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)進(jìn)氣歧管周圍可以發(fā)現(xiàn)帶有PCV閥的通風(fēng)導(dǎo)管,如有則可判定為具有曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng);
b. 檢測(cè)人員應(yīng)在I型試驗(yàn)進(jìn)行之后立刻進(jìn)行該試驗(yàn)。需注意保持整車固定狀態(tài)不變,尾氣管路直接與通風(fēng)管路(I型試驗(yàn)預(yù)處理接通的管路)連接;
c. 車輛駕駛?cè)藛T應(yīng)該在I型試驗(yàn)后立刻準(zhǔn)備進(jìn)行曲軸箱排氣污染物試驗(yàn),配合檢測(cè)人員完成怠速狀態(tài)下的測(cè)量,之后穩(wěn)定車速在(50±2)km/h進(jìn)行后續(xù)測(cè)量;
d. 對(duì)于混合動(dòng)力車輛,試驗(yàn)人員應(yīng)確保試驗(yàn)在純發(fā)動(dòng)機(jī)模式下進(jìn)行;如無法滿足50km/h速度下運(yùn)轉(zhuǎn)模式為純發(fā)動(dòng)機(jī),則可選擇另一純發(fā)動(dòng)機(jī)模式下的穩(wěn)定車速。
本文介紹了曲軸箱排氣污染物即竄氣的來源及危害。介紹了曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的類型以及原理。介紹了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染物的試驗(yàn)方法。對(duì)比國(guó)五國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下曲軸箱排氣污染物試驗(yàn)的相關(guān)要求,并研究了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下試驗(yàn)操作的注意事項(xiàng)。