发动机曲轴箱通风管路结冰问题的改善方案.docx

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发动机曲轴箱通风管路结冰问题的改善方案

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田身军项大伟李德银徐亚飞

摘要：发动机曲轴箱通风管路结冰问题只有在特殊环境条件下才会出现，所以不易被发现。随着国内乘用车市场不断扩大，更多品牌的车辆进入了东北、内蒙、新疆等极寒地区。随着售后问题显现，这个问题逐渐被国内主机厂重视起来，并投入大量的人力物力加以研究验证。为解决通风管路结冰问题，本文总结了曲通管结冰的机理，对比分析了目前主流的技术方案的优缺点。通过CAE仿真分析及低温环境仓试验验证，采用新设计的锥形口管接头结构可有效解决极寒条件下曲通管结冰堵塞问题，并能大幅降低制造成本。该技术方案已经在多款车型上进行了批量生产，售后质量数据未出现不良故障发生。取得了较好的经济效益。

关键词：发动机;曲轴箱通风系统;管路结冰

0引言

由于设计和布置方案的不同，会使得曲轴箱通风管路结冰问题的发生。曲轴箱通风管一旦结冰，会造成曲轴箱压力升高、油封冲出等，如不及时处理还可以会造成安抛类质量事故。由于该问题只会发生在极寒地区，所以在2010年之前未引起各主机厂重视。随着国内乘用车市场突飞猛进的发展，在冬季部分极寒地区售后质量问题频发，国内的主机厂才开始展开这方面的研究与验证工作。

经过多年来的分析及实验总结，应对曲轴箱通风管结冰问题，目前国内主机厂找到了各自的解决方案。本文阐述了曲轴箱通风管结冰问题的失效机理，展示了目前比较成熟的应对技术方案，并分析了优缺点。重点阐述了锥形口管接头技术方案和验证结果。

1曲轴箱通风系统的组成、作用及失效机理

曲轴箱通风系统主要由通风腔（由缸体、缸盖等零部件的内腔构成）、油气分离系统（一般集成在气门室罩盖中）、压力调节系统（PCV）、回油腔、呼吸管等组成[1]。

在发动机工作时，燃烧室内的混合气和燃烧后的废气在爆发压力作用下，通过活塞与缸壁之间的间隙和活塞环开口间隙进入曲轴箱内[2]。另外，增压发动机在增压器工作时，也会有一些漏气从增压器中间体窜到回油管路进入曲轴箱内。这些进入曲轴箱的气体包含燃油、机油、碳烟颗粒物、CH化合物、CO、CO2和水蒸气等，如不及时排出，可能导致：1）曲轴箱压力升高，曲轴油封、增压器油封等处密封失效，废气进入大气，污染环境;2）机油稀释、机油乳化，运动副异常磨损。为此，发动机需设置强制闭式曲轴箱通风系统，将曲轴箱废气送回发动机燃烧室进行二次燃烧。

在极寒天气下，进气软管或进气歧管壁面温度较曲轴箱废气温度低30～40℃，曲轴箱废气中的水蒸气遇到冷空气后，局部气压降低，水蒸气相对湿度增大，达到饱和状态后，水蒸气析出。废气中的水蒸气直接在曲轴箱通风管与进气软管接头位置的冷壁面处凝结成冰霜，随着车辆继续行驶，冰霜越积越厚，最终结冰导致堵塞管路，从而使得曲轴箱通风系统功能失效[3]。

2曲通结冰试验验证方法

为规避曲轴箱通风系统管路结冰问题，主机厂在发动机开发过程中，会进行极寒环境试验。试验主要选择寒冬季节在东北部地区进行用户模拟道路试验，例如：漠河、黑河、海拉尔等地。由于环境道路试验受地域和时间的约束，近年来部分主机厂逐步通过在环境仓内进行试验验证，低温环境仓可以提供-40℃环境温度条件，发动机按规定工况运行，通过监控发动机曲轴箱压力和关键位置的实时影像，可以监控曲通管路结冰程度。与冬季的道路试验相比，环境仓验证试验受到驾驶人员和环境（温度、路况）的影响更小，试验过程可控，试验结果更准确，效率更高。

3传统曲通管路结冰防护方案

从发动机曲通系统原理来说，对于自然吸气发动机，只要保证任一路曲轴箱通风管通畅即可保障发动机长期在极寒条件下正常运行;而对于增压发动机，发动机在大负荷工况下，进气歧管内形成最大可以达到100kPa以上的正压，部分负荷一路的PCV阀或单向阀关闭，曲轴箱废气仅能通过大负荷管路通往燃烧室，因此必须保证大负荷管路的通畅[4]。

现有的曲轴箱通风管路防结冰技术方案，部分负荷通风管一般布置在缸体[5]、缸盖本体和歧管之间，利用发动机本体的热辐射[6]来保证部分负荷通风管不会结冰堵死。近些年，由于发动机系统集成度越来越高，部分负荷曲通管已被集成到气门室罩盖、缸盖、进气歧管等零部件的内部，内部通道壁面温度较高，该方案可以彻底规避部分负荷管路结冰问题。

大负荷通风管防结冰技术方案比较成熟的应用，有以下几种：

暖风水循环加热方案[7]。代表性的有丰田、本田和广汽、长安等品牌的部分车型。该方案是通过从冷却系统引出一路水源，对容易结冰的节流阀体和大负荷轴箱通风管进行加热，再返回到冷却系统的技术方案。该方案防结冰效果较好，但需新增复杂的并联金属管路，成本高;零件焊接难度大，易出现漏水失效;另外，对发动机前仓空间影响较大，不利于发动机紧凑性布置。

PTC电加热方案[5，9]，代表性的有上汽、一汽、PSA、奇瑞、宝马