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【技术贴】N20发动机曲轴箱通风(PCV)研究

1 69 发布于 2018-03-04 23:15:21 只看楼主修改帖子

敬告读者：
本文只是笔者自我学习+共享讨论，任何内容均不能作为维修车辆的依据！使用本文所述之内容进行操作时，读者须自行承担一切风险！所产生的任何损失均与笔者和参与讨论的网友无关！

关于强制曲轴箱通风，这个原理我就不多解释了，网上有很多原理资料。

PCV的设计有【完全自吸】和【自吸+增压】两种设计方案，分别适配自吸和增压的发动机。
增压发动机在增压压力极低的时候，也是工作在自吸模式的，节气门后的空气管路（进气歧管）相对大气压力存在真空（负压），因此需要使用一套跟自吸发动机相同的PCV系统。此时曲轴箱的气体被吸入到节气门前或后（下文详说）。
增压发动机在增压压力提高时，为了避免增压压力进入曲轴箱，会使用单向阀关闭自吸模式的PCV，转而使用一套增压模式下的PCV。此时曲轴箱气体被吸入空气滤清器后涡轮增压器前的管道。

刚才说到在自吸模式下，PCV的设计有泄露到节气门前后的区别。
据考证，一般是老车会设计在节气门前比较多，而最近10年的新车大多设计在节气门后。（N20发动机同样是在节气门后）
二者的区别：设计在节气门后，抽吸力道比较大。
但是，抽吸力道太大也有坏处，【过度抽吸】会导致机油蒸汽来不及冷凝（回流油底壳），就被抽进进气歧管烧掉——可能会导致机油消耗过量的问题（视油气分离器设计不同）。另外，还会造成曲轴箱负压过大。
所以，PCV中引入了一个装置——调压阀。也称PCV阀、废气阀。
此装置用于一个弹簧和一个橡胶膜片（或橡胶柱塞）来限制PCV的真空压力，防止过度抽吸。
如果PCV调压阀损坏，保持常开的状态，就会造成【过度抽吸】。

增压模式的PCV没有调压阀，因为（原厂设计下的）空滤和增压器之间产生的真空度【很小】，可以安全地抽吸曲轴箱气体。

N20发动机的PCV集成在【气门室盖罩】内（就是你们平时总漏油的那个）。
气门室盖罩与缸盖接触的那个面上有三个小孔，一个用于回流分离出来的机油，另外两个用于把分离后的废气送到进气歧管。
气门室盖罩外有一根管子，就是有些人接机油透气壶的那根，那个是增压模式下的废气抽吸管道。
（自吸模式的管道全在气门室盖罩内集成，除了一根从空滤后给曲轴箱输送新鲜空气的管路）

下面上几张图片。

N20发动机曲轴箱通风装置剖面图。可见，整个PCV和油气分离都集成在气门室盖罩中。（1）是增压模式下通往空滤后增压器前的气体泄漏管道。（2）和（8）是两个单向阀，用于控制PCV是自吸模式还是增压模式。（3）是调压阀（PCV阀/废气阀）。（4）是簧片油气分离器。（5）是（旋风？）油气分离器。（6）是集气室。（7）是（机油回流？）单向阀。（9）是两个自吸模式下通往进气歧管的气体泄漏通道。

气门室盖罩上有三个集成的内部管路，一个让分离出的机油回流，另外两个输送废气到进气歧管。图片最左侧的管子，是增压模式下的废气泄露管，通往空滤后增压器前的空气管路。

气缸盖上对应的三个内部管道位置。

自吸模式下，通过调压阀在进气歧管处抽吸曲轴箱废气。另有空滤后增压器前的一根管路（6），将洁净空气输送到曲轴箱，平衡曲轴箱压力。

增压模式下，洁净空气管路和通往进气歧管的通道均被单向阀关闭。曲轴箱废气不经过调压阀，直接被吸入空滤后增压器前的进气管路。

在自吸模式下，还有新鲜空气进行补偿。

下面说一下相关的部件，节气门。（详细讨论节气门的内容，可以参考笔者的另一篇***《N20更换火花塞与燃油品质及节气门清洗探究》（https://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-66-62124180-1.html）
N20发动机的节气门有几个特点：
1、怠速工况开度较其他发动机更大（宝马所有带VT无极气门升程可变技术的发动机均是如此），约3%-5%；
2、节气门调节精度很高，节气门受污染后可以精确进行开度补偿，所以几乎不太需要进行清洗；
3、节气门断电或电路故障时，翻板受弹簧限制，将停留在一个被称为“紧急空气点”的位置（也就是非常小的一个开度），可以维持发动机怠速的空气需求。如果节气门很脏，而且电路又坏了，那么你的发动机就没法启动了；
4、节气门在非增压工况下，会打开到一个能在节气门后产生轻微真空的位置（来源官方技术文献）。尽管官方的技术文献并没有说这个真空度是多少，但根据多台N20机器的实测数据流，我得出这个真空度标准值应该是58mbar（受实际条件影响，可能在55-60mbar之间浮动）。

58mbar（等于58hpa），这个真空度对于PCV来说还是略高。
因此，N20发动机的PCV调压阀，利用一个弹簧和一个膜片，将真空度调节到约38mbar。（官方数据）
设机油加注口直径为6cm，1mbar压力约等于0.0010197kgf/cm2。
则机油盖的吸力是0.0010197kgf/cm2*(3cm*3cm*π)*38mbar=1.097，是这么算的吧？？数学不好。

N20的PCV阀使用的是膜片结构，而不是柱塞结构。（柱塞结构常见于PCV管路外置的发动机）
大概的剖面图就像下面这样吧……

膜片的背面（上面）是PCV阀的上盖。上盖上有个小孔，直通大气，目的是为了引入大气压力，大气压力和进气歧管压力产生压力差，这个压力差用于克服弹簧的弹力，来推动膜片运动。
如图所示，膜片的正面和背面是隔离的，确保发动机不会吸入外部未经过滤的空气。
图片展示的是怠速状态（此时进气歧管真空度最大），气压差克服了弹簧的弹力，膜片受气压作用封住了去往进气歧管的气体通道。（实际不会封得这么死，多少会留个缝隙）
注：看之前的图片，调压阀和进气歧管之间还有个单向阀，增压气体不会倒灌调压阀，所以不存在增压时膜片被顶的风险。

今天手贱，就研究了一下自己这台N20的调压阀。
配件是马云那买的山寨国产货，50块钱。（要对国产山寨胶皮有信心，宝马的原厂胶皮质量还特么不如山寨的呢，这事大家有目共睹！）
关于怎么找到这个小零件？马云家搜索“N20 废气阀”，即可。
目前有国产、台产、原厂三路货色。我建议不要买原厂，第一这个东西毫无技术含量，第二见上一行。（弹簧又不会坏，担忧副厂弹簧弹力不准的，你学我用原车弹簧就行啦）
注：之前马云家不知道抽什么洋狗疯，居然把“N20”列为敏感词，不让搜索。

最近又悄悄解封了，可以搜了……

可能有人好奇，为什么没有单独卖膜片的呢？因为这个盖子的卡扣非常紧，基本拆下来是碎的。6个卡扣大概能碎4、5个吧。你不买盖子，没法将发动机复原。

这是一套副厂国产PCV阀（N20用），一共就三个零件。盖子、膜片和弹簧。（弹簧我沿用原车的，副厂的叫我扔了）

国产PCV阀的背面。

网上找的原厂PCV阀配件图片。零件号是11127588412-1，但是ETK里好像并不能查到这个零件。11127588412是汽缸盖罩。但是，山寨的都有了，无所谓了。

原厂的PCV阀，未开启的状态。中间凸出的地方就是与大气连通的通气孔。

PCV阀座，里面似乎有点机油乳化的痕迹？？这块好像是会凝结一点水蒸气，实际打开加注口看了，机油并没有问题。
一个圆孔，右边一个梯形孔，这是两个气道。

原车拆下的膜片，比较恶心。

原厂PCV阀盖背面。

PCV阀盖上连接大气的小孔。之前的宝马发动机，这个盖子的通气孔都做个小JJ出来。到N20就剩个孔了，木有小JJ啦！

如你所见，这是原车的盖子，拆下后卡扣全碎……

原车膜片，没漏，但是基本没什么弹性了，而且运动的部位也出现裂痕。
如果这个膜片碎了，进气歧管就会抽吸未经过滤的空气进去。这部分额外的空气没经过空气流量计（而且还很脏），会造成发动机空燃比失准（混合气过稀）。ECU通过氧传感器检测到空燃比失准，就会调节进气、喷油等参数试图修正。如果超出了ECU微调的能力范围，就会出现故障码了。
当然，短时间内也可能不会报告故障码，但是通过发动机数据流能看出来。

总结：N20的PCV阀很好更换，一个人大概10分钟就足够了。因为是在发动机的气门室盖罩上，所以除了刚刚暴力驾驶完，一般也不需要等待发动机冷却。除了揭开膜片的时候可能有机油滴落，其他环节不会流出机油，操作过程很干净。

最后，我特么为啥要手贱换这玩意？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？