一种曲轴箱通风系统结冰问题的解决方案

10.16638/ki.1671-7988.2018.07.033

一种曲轴箱通风系统结冰问题的解决方案

沙宾宾，赵世来，孙秀毅

（华晨汽车工程研究院动力总成设计处，辽宁沈阳110141）

摘要：针对发动机曲轴箱通风系统在寒冷条件下结冰失效问题，文章介绍了采用发动机冷却液对曲轴箱通风系统管路进行加热，以及针对局部结构位置进行保温的方案解决发动机曲轴箱通风系统在寒冷条件下结冰问题。

关键词：发动机；曲轴箱通风系统；结冰

中图分类号：U464 文献标识码：B文章编号：1671-7988(2018)07-108-03

A solution to the icing problem of the crankcase ventilation system

Sha Binbin, Zhao Shilai, Sun Xiuyi

( Brilliance Auto R＆D Center Power Train Design section, Liaoning Shenyang 110141 )

Abstract:This paper introduces the way of heating the crankcase ventilation system by engine coolant, and the way of thermal insulation for local structure to solve the icing problem of engine crankcase ventilation system under cold conditions. Keywords: Engine; Crankcase ventilation system; Icing

CLC NO.: U464 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)07-108-03

前言

由于在发动机运行时，燃烧室并非一个完全密封的空间，其内部的高压混合气会通过各密封位置向外泄露；其中通过活塞与气缸套之间的间隙泄露的混合气体进入曲轴箱内，混合气体包括未燃的燃油气、水蒸气和废气等等，这些气体会导致机油稀释，进而降低机油的使用性能。混合气体中的腐蚀性物质随着润滑油进入润滑系统中，会加速发动机各零部件的腐蚀和磨损；混合气还会造成曲轴箱内压力过高而破坏曲轴箱的密封。为了解决以上问题，发动机设计过程中针对此问题设计了曲轴箱通风结构来防止发动机润滑油稀释、曲轴箱压力过高，延缓各个零部件的磨损，泄露的废气进入大气也会污染环境。

目前汽车行业中曲轴箱通风系统结冰故障一直在汽车冬季试验中受到极大的关注，今后对其曲轴箱通风系统的要求也越来越严格。为了解决此问题，汽车发动机研发就需要不断地开发新技术，并且优化现有产品来满足现状的要求。对于发动机来说，缸内直喷技术、增压技术逐渐成为主流后，缸内燃烧温度不断增加，爆发压力不断增加，发动机的活塞窜气量不断增加，缸内燃烧废其增加导致的水蒸气增加等因素，迫切的需要对曲轴箱通风系统进行改进设计，以提高发动机的寒区适应性。这里详细的介绍一款发动机曲轴箱通风系统的方案。

1 曲轴箱通风系统的原理

为了降低发动机工作过程中的机油消耗量，平衡发动机内部各系统间的压力，所以发动机的曲轴箱通风系统设计方案也发生了巨大变化。某款发动机的曲轴箱通风系统由于受整车发动机舱空间的限制，为了满足发动机整体的布置要求，将曲轴箱各个结构分散于发动机不同位置，通过采用较长的发动机外部管路结构连接曲轴箱通风系统各个结构，达到满足整个系统运行的需要；但由于连接管路过长，导致在极寒的恶劣条件下，外部管路出现结冰现象，导致曲轴箱通风系统某处结构流通面积减小甚至堵塞，整个曲轴箱通风系统失效的风险较大。

作者简介：沙宾宾，就职于华晨汽车工程研究院，工程师，主要从事发动机设计工作。

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曲轴箱通风系统的结构功能原理如图1、图2所示，由于随着发动机工作过程中负荷的变化，曲轴箱压力也随之进行变化，导致曲轴箱通风系统外部连接管路内部存在冷暖交替的气流，油气分离后的剩余的水蒸气在遇到外部恶劣的极寒条件下冷凝后结冰，导致曲轴箱通风系统某处结构流通面积减小甚至堵塞，最终导致曲轴箱通风系统失效。

图1 曲轴箱负压时气体流动示意图

图2 曲轴箱正压时气体流动示意图

2 曲轴箱通风系统的设计优化

针对曲轴箱通风系统结冰问题，某款发动机针对曲轴箱通风系统的设计进行优化，其优化方案主要从热传导方面对曲轴箱结冰位置的工作环境进行合理改善。引起曲轴箱通风系统结冰的原理主要是由于冷空气的进入和发动机工作环境处于极寒的低温状态，在保持发动机原有结构、机构不更改的前提下，将发动机产生的热量加以利用，引入到发动机需要的结构位置，对遭受低温侵害的零部件进行加热和保温。对其他不受低温影响或者涉及的零部件尽量维持原始设计方案。 2.1 管路加热

某款发动机已经通过多次试验并进行证实，发动机在工作过程中，发动机节气门体预热管路内部的冷却液温度在80℃ ~100℃之间，此温度可以用于改善曲轴箱通风系统结冰问题，故本方案通过调整局部冷却水管路的布置方案，在不影响发动机整体冷却系统工作的前提下，采取引用节气门体预热管路内的冷却液对曲轴箱通风系统外部连接管路进行加热的方法，此方案实现了对曲轴箱通风系统外部连接管路内的气体进行加热的目的，达到了降低管路内水蒸气冷凝及附

着在管壁的冷凝水结冰的风险效果。改善前的管路布置如图3所示，改善后的管路示意图如图4所示。图中黄色管路代表曲轴箱通风系统外部连接管路，蓝色管路代表发动机冷却液流通管路。

图3 改善前管路布置图

图4 改善后管路布置图

2.2 管路保温

某款发动机已经通过多次试验并进行证实，依靠发动机节气门提预热管路的冷却液对曲轴箱通风系统外部连接管路

进行加热可有效改善曲轴箱结冰问题，但曲轴箱通风系统外部连接管路局部位置仍存在结冰的风险，因此需要进一步优化方案，通过验证，在曲轴箱通风系统外部连接管路仍然存在结冰风险的局部位置增加一些管路的保温护套结构，将这些位置结构与外部极寒的工作环境进行一定程度上的隔离，减少这个结构的温度损失，进而达到降低这些局部位置结冰风险的目的。图4中灰色结构为保温护套的示意。

3 模拟结果与分析

由于整个曲轴箱通风系统的复杂性，边界条件过于复杂无法进行设定，所以现今汽车行业暂时无法针对曲轴箱通风系统结冰问题进行仿真分析。

4 试验验证

为了对改善后的曲轴箱通风系统结冰问题结果进行试验验证，对两台新车进行了对比试验，其中一台试验新车的发动机曲轴箱通风系统及冷却系统按本文提到的管路加热和管路保温方案进行了改装，另外一台新车发动机折采用现有的曲轴箱通风系统和冷却系统。为了可以得到温度的实时变化情况，分别在两台试验车发动机曲轴箱通风系统外部连接管路各自相同的位置布置了温度传感器A2～A6。试验地点设置在海拉尔极寒条件地区下进行，试验环境温度为-37.5 ℃，