曲軸箱通風系統
曲軸箱通風系統
在發動機工作時，燃燒室的高壓可燃混合氣和已燃氣體，或多或少會通過活塞組與氣缸之間的間隙漏入曲軸箱內，造成竄氣。竄氣的成分為未燃的燃油氣、水蒸氣和廢氣等，這會稀釋機油，降低機油的使用性能，加速機油的氧化、變質。水氣凝結在機油中，會形成油泥，阻塞油路；廢氣中的酸性氣體混入潤滑系統，會導致發動機零件的腐蝕和加速磨損；竄氣還會使曲軸箱的壓力過高而破壞曲軸箱的密封，使機油滲漏流失。為防止曲軸箱壓力過高，延長機油使用期限，減少零件磨損和腐蝕，防止發動機漏油，必須實行曲軸箱通風。此外，為滿足日益嚴格的排放要求和提高經濟性，在汽車發動機設計過程中也必須進行曲軸箱通風系統設計。
曲軸箱通風包括自然通風和強制通風，現代汽油發動機常採用強制式曲軸箱通風，又稱PCV系統。
自然通風方式，即在曲軸箱上設置通風管，管上裝有空氣濾網。當曲軸箱內壓力增大時，漏入曲軸箱中的氣體經由通風管排出。
強制通風方式，將曲軸箱內的混合氣通過連接管導向進氣管的適當位置，返回氣缸重新燃燒，這樣既可以減少排氣污染，又提高發動機的經濟性。目前車用汽油機都採用強制性通風，汽車用柴油機也逐漸採用強制性通風。強制性通風可分為開式和閉式兩種。
開式強制曲軸箱通風裝置在發動機處於全負荷低轉速時，產生的串氣量大，但流量控制閥開度卻減小，過量的竄缸混合氣會通過開式通風蓋散入大氣，其凈化率只有75%左右。
閉式強制曲軸箱通風裝置能完全實現控制曲軸箱的排放，實現曲軸箱完全通風，防止油泥和其他有害物質的積蓄，減少了發動機的故障和磨損。閉式強制曲軸箱通風裝置是汽油發動機滿足排放法規規定的必要設計。
油氣分離器的作用是將曲軸箱排放物中的機油從混合氣中分離出來，使其回到油底殼。
壓力控制閥是一個流通截面隨兩端壓差變化的單向閥，它根據彈簧力和進氣管真空度的平衡情況開閉氣體通路。
提及曲軸箱強制通風系統，通常想到的是油氣分離系統及曲軸箱壓力控制系統，但完整曲軸箱強制通風系統應包括通風腔、油氣分離系統、曲軸箱壓力控制系統、回油腔及呼吸管等五部分。其中通風腔及回油腔一般布置在發動機本體中，貫穿缸蓋、機體、曲軸箱；整個系統中，油氣分離系統及曲軸箱壓力控制系統尤為重要。
曲軸箱通風系統
通常，發動機做功包含吸氣、壓縮、膨脹、排氣四個行程，在壓縮和膨脹行程中氣缸內混合氣的壓力很高，被壓縮的氣體會經活塞和缸套間隙、活塞環開口、活塞環和汽缸套的間隙等竄入下曲軸箱並與機油形成油霧。通常這部分混合氣需經集成在缸蓋、缸體及曲軸箱中的通道導入油氣分離系統，這個通道就是“通風腔”。
在曲軸箱強制通風系統中，經通風腔導入的竄氣含有大量的機油油滴，這部分機油如果不加以處理直接進入燃燒系統會導致燃燒及排放惡化，為了提高經濟性，改善排放，必須將竄氣中的機油油滴進行分離，油滴顆粒在0.1um～15um之間均有分佈。按照油氣分離方法的原理，可以分為慣性碰撞式分離器、物理沉降式分離器及電磁式分離器，其中慣性碰撞式分離器又可分為迷宮及孔板式、旋風式、離心式。各種分離方法均有優缺點，目前新設計的油氣分離系統採用多級油氣分離結構，從而得到一個高效的分離系統。
由於採用了曲軸箱強制通風系統，竄氣被吸入發動機進氣系統，在低速低負荷區域，曲軸箱會產生較大負壓，這種情況會導致大量機油隨竄氣吸入進氣系統並參與燃燒，將導致燒機油並嚴重影響發動機性能及可靠性，曲軸箱壓力控制系統可以盡量減少曲軸箱壓力波動，使其處於合理範圍內。下圖是一種常用的PRV調節閥，由膜片、彈簧、彈簧座及閥蓋組成。PRV閥膜片上下壓力不同，可存在壓差、由此可產生作用力，從而驅動彈簧運動，改變通道截面積，達到調節曲軸箱壓力的目的。
經油氣分離系統分離出來的機油要進一步迴流到油底殼循環利用，機油迴流的通道就是回油腔。機油迴流過程中，如與竄氣相遇會形成大量的油霧，影響油氣分離系統的分離效率，為了避免機油與竄氣相遇，發動機設計初期應考慮曲軸箱強制通風系統的“通風腔”及“回油腔”設計，使其盡量分離。
國家排放法規規定：曲軸箱竄氣不可排入大氣，以免造成大氣污染，因此作為曲軸箱強制通風系統必要的一環，必須將油氣分離系統分離后的氣體導入發動機進氣系統並參與燃燒，這個通道就是呼吸管。按功能呼吸管分為部分負荷呼吸管及全負荷呼吸管，通常部分負荷呼吸管連在節氣門后，全負荷呼吸管連在空氣濾清器后。對於增壓發動機，當增壓器工作時，進氣歧管內壓力為正，為了防止氣體倒流入曲軸箱，在部分負荷呼吸管上串聯一個單向閥。
車用發動機的曲軸箱通風系統涉及缸蓋、缸體、曲軸箱、進氣系統、缸內燃燒，比較複雜，開發及使用過程中經常會出現各種故障，引起發動機工作不良，現將常見的故障歸納如下:
調節曲軸箱壓力是曲軸箱強制通風系統的重要功能，通常曲軸箱壓力處於設計範圍內。異常情況下，曲軸箱壓力會超出設計範圍，這將導致油氣分離效率變差，同時還會導致發動機曲軸后曲軸油封、凸輪軸油封失效，發動機漏油。
油氣分離效率變差會導致過量機油通過油氣分離系統進入進氣系統參與燃燒，車輛出現“燒機油”現象，車輛燒機油會導致燃燒室積碳增加、怠速不穩、油耗上升、尾氣排放超標等不良後果，嚴重的會導致潤滑不良，使發動機報廢。
呼吸管結冰是另一個值得一提的故障模式，經售後調查，近幾年在我國呼倫貝爾、黑河等北方地區，氣溫經常達到一40℃，甚至更低，車輛在長時間高速運行后，會出現機油標尺彈出，密封件漏油，檢查呼吸管，發現其出口己被冰塊堵塞。
造成以上曲軸箱強制通風故障原因主要有以下幾方面：
（1）曲軸箱強制通風系統中的通風腔和呼吸管堵塞、呼吸管上的單向閥工作不良，使竄氣無法及時排出，曲軸箱正壓變大，則竄入燃燒室的機油增多，導致“燒機油”，需要疏通通風腔及呼吸管，更換單向閥。
（2）油氣分離器回油孔的單向閥膜片破裂，發動機曲軸箱與油氣分離器分離后的腔體連通，油霧未經油氣分離單元直接進入進氣系統，造成“燒機油”，需要更換單向閥膜片。
（3）單向閥彈簧彈力過硬使單向閥未正常開啟，過量氣體被從曲軸箱內吸出，導致很低的曲軸箱負壓；未按方向安裝單向閥使氣體反向流動，異常氣體進入曲軸箱，導致很高的曲軸箱正壓。
（4）極寒條件，冷熱空氣將在呼吸管出口處匯合，熱空氣遇到冷空氣會有水凝結，進而不斷匯聚形成冰塊，長時間運行后冰不斷增多，最終堵塞呼吸管，導致很高的曲軸箱正壓。
基本信息
- 中文名
- 曲軸箱通風系統
- 外文名
- Crankcase Breather System
- 別名
- PCV系統
- 分類
- 自然通風和強制通風