田 彤，馬學(xué)文，黃振霞，陳旭健

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

從20 世紀(jì)80 年代開始，歐美、日本的主要汽車制造商已經(jīng)為其電噴汽車配備車載診斷系統(tǒng)OBD（On Board Diagnostics），該系統(tǒng)始終監(jiān)控發(fā)動機(jī)和排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致排放超標(biāo)，就會發(fā)出警告[1，2]。自2001 年國家環(huán)境保護(hù)總局（2001）頒布GB18352.1-2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（玉）》排放標(biāo)準(zhǔn)中明確給出我國對車載診斷OBD 系統(tǒng)的技術(shù)要求，各地環(huán)保部門也相繼發(fā)布了關(guān)于OBD 診斷的要求。隨著中國排放法規(guī)的加嚴(yán)，國內(nèi)OBD 診斷參照美國OBDⅡ的要求，檢測項目增多，檢測要求更詳細(xì)[3]。

我國環(huán)境保護(hù)部發(fā)布GB 18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》，要求自2020 年7 月1 日以后所有銷售和注冊登記的輕型汽車應(yīng)該滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求，該標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)中OBD 診斷新增了曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)（Positive Crankcase Ventilation，下述為PCV）系統(tǒng)監(jiān)測的要求[4]。

PCV 系統(tǒng)的主要作用是將曲軸箱中竄漏的廢氣從發(fā)動機(jī)中抽出導(dǎo)入到進(jìn)氣系統(tǒng)中，重新燃燒。增壓發(fā)動機(jī)PCV 系統(tǒng)設(shè)計分為低負(fù)荷工況管路設(shè)計和高負(fù)荷工況管路設(shè)計，本研究主要是對增壓發(fā)動機(jī)PCV系統(tǒng)低負(fù)荷工況的管路的斷開進(jìn)行診斷。

1 PCV 低負(fù)荷系統(tǒng)診斷原理概述

PCV 低負(fù)荷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，圖中的曲軸箱與進(jìn)氣歧管，通過低負(fù)荷通風(fēng)管1 連接。低負(fù)荷通風(fēng)管與PCV 閥端采用不可拆卸接頭4，裝配完成后無法再次拆卸（根據(jù)《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》J.4.9.2.3）中規(guī)定，對于不可拆卸式的接頭，可豁免監(jiān)測）；與進(jìn)氣歧管管嘴端采用快插接頭2 連接，可重復(fù)拆卸。非增壓的發(fā)動機(jī)，除了高速工況，其他大多數(shù)工況曲軸箱內(nèi)是負(fù)壓。所以，曲軸箱內(nèi)的機(jī)油蒸汽不會通過PCV 低壓管路進(jìn)入進(jìn)氣歧管；對于增壓發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力較高，造成曲軸箱中壓力也高，曲軸箱內(nèi)的機(jī)油蒸汽更容易通過PCV低壓管路進(jìn)入到進(jìn)氣歧管中，如果該段管路斷開，蒸汽污染大氣的可能性增高，所以增壓發(fā)動機(jī)該段管路的斷開故障都需要進(jìn)行診斷。因此，中國第六階段的OBD 監(jiān)控需要對低負(fù)荷通風(fēng)管斷開故障進(jìn)行監(jiān)測。本研究主要是對快插接頭2 的斷開進(jìn)行診斷。

圖1 PCV 低負(fù)荷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PCV 低負(fù)荷管路斷開診斷原理：如果低負(fù)荷通風(fēng)管發(fā)生了斷開故障，在怠速工況，由于進(jìn)氣歧管負(fù)壓較大，因此大量新鮮空氣從斷開處進(jìn)入到進(jìn)氣歧管，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量增加，噴油量也隨之增加，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)燃燒所提供的扭矩增加，怠速轉(zhuǎn)速會超過目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速。當(dāng)目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速與實際怠速轉(zhuǎn)速之間的差值小于診斷閾值時，經(jīng)過一定時間的延時，就會報出發(fā)動機(jī)怠速偏高故障。如發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量增加太小，無法實現(xiàn)高怠速，改為通過漏氣量自學(xué)習(xí)值進(jìn)行診斷，當(dāng)漏氣量自學(xué)習(xí)值超過限定閾值后，報出故障。

漏氣量自學(xué)習(xí)值是通過充氣模型計算出節(jié)流閥體前后端氣體流量的變化所得，進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣壓力大小直接影響進(jìn)氣流量[5]，因此進(jìn)氣壓力的值直接影響漏氣量自學(xué)習(xí)值。漏氣量自學(xué)習(xí)值的獲取需要完成怠速、低速、中速、高速、正常加速減速、急加速急減速等工況，而拔開PCV 快插接頭前后進(jìn)氣歧管壓力差的獲取僅通過怠速工況就能完成，獲取工況相對省時，因此也可通過拔開PCV 快插接頭前后進(jìn)氣壓力的差值來初步判斷漏氣量自學(xué)習(xí)值的大小是否滿足診斷要求。由于中車型所匹配發(fā)動機(jī)斷開低負(fù)荷通風(fēng)管路時無法實現(xiàn)高怠速，下文中均是通過漏氣量自學(xué)習(xí)值和進(jìn)氣壓力差值進(jìn)行檢測。

2 診斷檢測

先對基礎(chǔ)車型和待測車型拔開PCV 快插接頭的進(jìn)氣歧管壓力進(jìn)行檢測，檢測數(shù)值見1。從表1 中可知待檢測車型在拔掉PCV 快插接頭后的進(jìn)氣壓力差均小于10 kPa，而基礎(chǔ)車型的進(jìn)氣壓力差均大于30 kPa，初步懷疑待檢測車型的漏氣量自學(xué)習(xí)值可能不滿足診斷要求。

表1 PCV 管路接通/斷開時進(jìn)氣壓力

進(jìn)一步對待檢測車型的斷開PCV 管后的漏氣量自學(xué)習(xí)值進(jìn)行檢測，該車型怠速漏氣量的自學(xué)習(xí)值約為9 kg/h，行車漏氣量自學(xué)習(xí)值約為11 kg/h。對比基礎(chǔ)車型的測試數(shù)據(jù)，怠速漏氣量的自學(xué)習(xí)值約為15 kg/h，行車漏氣量的自學(xué)習(xí)值約為20 kg/h。車輛正常狀態(tài)時，漏氣量自學(xué)習(xí)值的合理范圍是0 ～6 kg/h，待檢測車型管路斷開時的漏氣量自學(xué)習(xí)值僅為9 kg/h，與車輛正常狀態(tài)的區(qū)分度較?。榧嫒蒈囕v及零部件一致性誤差，根據(jù)以往項目的經(jīng)驗，漏氣量自學(xué)習(xí)值工程目標(biāo)設(shè)置大于正常車最大漏氣量2 倍以上）。如果以當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)定，容易造成售后車輛故障誤報或者不報故障，不滿足法規(guī)要求。

3 改進(jìn)措施制定及驗證

對比基礎(chǔ)車型1&2 和待檢測車型1&2 的PCV系統(tǒng)高、低負(fù)荷管路、呼吸管總成的管徑、走向完全一致，如圖1 和圖2 所示；而兩款車型所配發(fā)動機(jī)僅進(jìn)氣歧管總成存在設(shè)計差異和供應(yīng)商差異，因此將問題排查目標(biāo)定在進(jìn)氣歧管總成上。

圖2 基礎(chǔ)車型PCV 低負(fù)荷系統(tǒng)

對待檢測車型的進(jìn)氣歧管進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣歧管上集成的PCV 通道處已堵塞，如圖3 所示。進(jìn)一步檢查確認(rèn)，進(jìn)氣歧管模具及工裝用時較久、磨損較大，造成PCV 通道的蓋板與PCV 通道部分焊接時焊接溢料嚴(yán)重，導(dǎo)致PCV 通道堵塞、PCV 流通隔板被壓變形，影響PCV 氣體流通與氣流分配。

圖3 進(jìn)氣歧管PCV 通道拆解后示意圖

針對該問題，可以通過修正模具、調(diào)整焊接模具工裝來控制。但是模具和工裝使用一段時間以后，焊接溢料的情況又會發(fā)生。為了根本上解決該問題，對現(xiàn)有的PCV 通道進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)：（1）加寬整個PCV 通道的橫向尺寸；（2）增加PCV 通道孔直徑；（3）增大PCV通道孔與焊接溢料面的間隙值，如圖4 所示。

圖4 進(jìn)氣歧管PCV 通道設(shè)計改進(jìn)對比

改進(jìn)措施b 是為了增大PCV 通道的氣體流通量，孔徑增大多少能夠滿足PCV 系統(tǒng)斷開診斷要求，尚無經(jīng)驗值可借鑒。文中制作了兩種PCV 通道孔徑的樣件，樣件1 是孔徑增加0.5 mm，樣件2 是孔徑增加1 mm，與原PCV 通道孔徑的樣件進(jìn)行對比驗證，測試結(jié)果見表2。

表2 PCV 管路接通/斷開時進(jìn)氣壓力值&漏氣量自學(xué)習(xí)值

與原樣件相比，樣件1 的壓力差大于10 kPa，怠速漏氣量自學(xué)習(xí)值13.8 kg/h 是正常漏氣量自學(xué)習(xí)值最大值6 kg/h 的2.3 倍；樣件2 的壓力差大于20 kPa，怠速漏氣量自學(xué)習(xí)值14.8 kg/h 是正常漏氣量自學(xué)習(xí)值最大值的2.5 倍?？紤]到進(jìn)氣歧管注塑及焊接過程中的制造誤差會對進(jìn)氣壓力和漏氣量有一定影響，最終確認(rèn)以樣件2 的孔徑對進(jìn)氣歧管作設(shè)計改進(jìn)。

4 結(jié)論

（1）進(jìn)氣歧管上集成PCV 通道能夠均勻分配曲軸箱竄氣到發(fā)動機(jī)各缸；PCV 通道接入各缸的通道孔孔徑除了滿足最小流量設(shè)計，還應(yīng)考慮到模具和工裝磨損帶來的制造誤差，應(yīng)將孔徑適當(dāng)設(shè)計的大點；應(yīng)使PCV 通道孔與焊接面之間的間隙足夠大，防止焊接溢料導(dǎo)致PCV 通道堵塞或者流量損失。

（2）做PCV 系統(tǒng)低負(fù)荷系統(tǒng)斷開診斷時，可以拔掉PCV 通風(fēng)管的快插接頭，對比前后進(jìn)氣壓力差，快速地判斷該P(yáng)CV 低負(fù)荷系統(tǒng)是否滿足診斷要求。

（3）PCV 系統(tǒng)斷開診斷的漏氣量自學(xué)習(xí)值與正常行駛漏氣量自學(xué)習(xí)值相比，需保持較大的區(qū)分度，建議怠速漏氣量自學(xué)習(xí)值是正常漏氣量自學(xué)習(xí)值的2.3倍以上。