【前言】:几年来,菲翔发动机渗漏机油情况不断发生,多数菲友(包括我)搞不清楚究竟是什么问题引起;广菲视而不见,至今未说明原因和拿出好的解决方法。近日,为帮菲友了解这方面的情况,我查找了诸多资料(菲翔相关讯息太少),虽尊享近6年无渗漏机油现象,也谈点儿粗浅看法供菲友们参考。
(欢迎讨论;作为普通车友水平有限,若发现有误、请菲友们善意指正)。
一. 发动机曲轴箱强制通风系统的设置及作用
(一)曲轴箱强制通风系统的作用及必要性
发动机工作时,燃烧室的高压可燃混合气和已燃气体,或多或少会通过活塞组件与气缸的间隙漏到曲轴箱内,造成窜气;窜气的成分为未燃燃油气、水蒸气及二氧化硫等废气,窜气因温度高,加温污染或稀释机油的同时,也会使曲轴箱机油产生过多机油蒸气。这些窜气会加速机油的氧化变质,降低机油的润滑质量和冷却效果;水蒸气会使机油产生气泡形成泡沫,阻塞油路;废气中的二氧化硫遇水会生成亚硫酸、亚硫酸遇空气中的氧生成硫酸,这些酸性物质混入机油及润滑系统,加快机油性能变质的同时,还会导致发动机零件腐蚀和加速磨损,造成发动机性能大为降低。
同时,由于高温可燃混合气、废气等窜到曲轴箱内,会使曲轴箱压力升高;破坏曲轴箱密封,机油会从曲轴油封、曲轴箱衬垫等处渗漏而加重机油损耗。
为防止曲轴箱压力过高,保证机油使用性能和延长寿命、减少发动机零件磨损及腐蚀、防止发动机渗漏机油等,汽油发动机曲轴箱必须实行通风系统设计,现汽油机采用强制式曲轴箱通风,又称PCV系统。
1.发动机装有曲轴箱通风系统,可避免或减轻上述现象;其作用是:1)防止机油过快变质;2)防止发动机渗漏机油;3)防止机油蒸气、汽油蒸气及其它有害气体排出车外污染空气;
2.涡轮增压发动机,曲轴箱采用强制式通风系统;是利用发动机进气系统的抽吸作用,抽吸曲轴箱内的气体,不仅降低曲轴箱压力,还可将窜入曲轴箱内的可燃混合气回收二次燃烧利用、有害废气一并烧掉,同时将机油蒸气、机油成分凝结为液态机油回流到油底壳再次循环使用,不仅提高发动机经济性、还可减轻排放污染;
3.发动机曲轴箱强制通风系统设计是否合理,其通风量、窜气量与曲轴箱压力的控制情况,油气分离功能如何,对保证机油性能、防止发动机机件腐蚀和减轻磨损,防止发动机渗漏机油、烧机油等都很重要。
(二)曲轴箱通风系统及气体来源
为保证曲轴箱通风系统的有效性,首先应了解曲轴箱窜入气体的来源;
1.活塞漏气:
燃烧室压力大大高于曲轴箱压力,由于缸内活塞及密封组件与缸壁有间隙,所以燃烧室的高温高压气体可以窜入曲轴箱内;燃烧室与曲轴箱压差越大、其窜气流量也越大(注:发动机怠速及高速时,活塞环会颤抖,此时也会引起窜气流量的增加);
1-1.活塞漏气是窜气的主要原因,有三个途径:1)活塞环(包括油环、气环)与缸壁间隙;2)活塞环的侧隙、背隙参数;3)活塞环的开口结构;一般情况,汽油机活塞及活塞组件的漏气量应小于进气量的0.5%,最大不超过1%;
1-2.这三个途径中,1)取决于活塞环与缸壁的接触质量(设计精度);2)取决于活塞环侧隙、背隙的面积及设计形式;3)取决于活塞环开口间隙大小和各活塞环闭口相互之间的错位情况;
1-3.自吸发动机,应确保发动机在任何工况下,曲轴箱压力<0 KPa,即为负压;而涡轮增压发动机,允许少数工况时的曲轴箱为正低压、但压力应<1 KPa,同时曲轴箱的最低压力应>-5 KPa;
1-4.曲轴箱通风系统的机油分离功能,正常活塞漏气情况下、油气分离效率应满足进入进气歧管的机油量不大于2g/h;在漏气翻倍情况下,油气分离器出口应没有目视可见的机油液流;
2.涡轮增压器漏气:
涡轮增压器中间体内涡轮轴、全浮动轴承由发动机机油强制润滑和冷却,其回油腔直通曲轴箱;涡轮室的废气受排气背压的影响、存在一定压力,加上涡轮增压器密封组件有一定泄漏,会导致涡轮室废气窜入回油腔而进入曲轴箱;当涡轮增压器密封性能失效时,曲轴箱通风量会增大,引起油气分离效果恶化(注:某涡增发动机出现油气分离失效,发生窜油及烧机油情况;查出曲轴箱通风量超标,后经确认是涡轮增压器密封漏气,引起曲轴箱通风量过大、造成油气分离失效,导致出现窜油和烧机油情况)。
(三)曲轴箱需补充新鲜空气
为降低曲轴箱内水蒸气饱和度,降低其对机油乳化和稀释作用的影响,同时降低回收可燃气体的汽油浓度、使其不影响发动机的正常燃烧,汽油发动机会向曲轴箱内注入新鲜空气,这会使曲轴箱通风量增加;补充的新鲜空气量,应为活塞漏气量的15-30%(注:某涡增发动机,检查中发现曲轴箱通风量始终偏大,导致油气分离效果不佳,后查出进气歧管补充的新鲜空气太多、导致曲轴箱整体通风量过大;后改进设计,将补充的新鲜空气量减少至活塞漏气量的20%左右,其油气分离效果大为改善)。
二. 发动机曲轴箱强制通风系统的构成与作用
曲轴箱强制通风系统,由通风腔、油气分离器、曲轴箱压力控制阀、回油腔及呼吸管五部分组成;其中通风腔、回油腔布置在发动机机体上,贯穿于缸盖、机体及曲轴箱;整个通风系统中,油气分离器、曲轴箱压力控制阀尤为重要,即油气分离器是曲轴箱强制通风系统的核心部件,曲轴箱压力控制阀是曲轴箱强制通风系统的重要环节。
(一)曲轴箱强制通风系统各部分的功能
1.【通风腔】:
发动机作功包括吸气、压缩、膨胀、排气四个过程,在压缩和膨胀过程中、气缸内的压力很高,部分被压缩气体会经活塞与缸壁间隙、活塞环开口、活塞环与缸壁间隙下窜进曲轴箱,并与机油形成油气混合气,将这些油气混合气经缸盖、缸体及曲轴箱的通道导入油气分离器,这个通道就是“通风腔”;
2.【油气分离器】:
在曲轴箱强制通风中,经通风腔导入的发动机窜气、曲轴箱油气混合气含有大量机油微油滴和机油蒸气,这些机油如果不加处理、直接进入燃烧系统,会导致燃烧及排放恶化;为保证燃烧质量、经济性并改善排放,必须将窜气、油气混合气中的机油进行油气分离,并将分离出来的机油、通过导油管回流到油底壳;这个分离装置就是“油气分离器”;
油气分离方法有惯性碰撞式分离、电磁式分离等,其中惯性碰撞式分离又分为迷宫及孔板式分离、旋流(旋风)式分离、离心式分离等多种(菲翔估计属于“多组旋流分离式油气分离器);
3.【曲轴箱压力控制阀】:
由于采用曲轴箱强制通风、窜气混合气被吸入发动机进气系统,在低速、低负荷区域(涡轮增压未介入),曲轴箱会产生较大负压;这种情况会导致大量机油随窜气混合气吸入进气系统参与燃烧,引起烧机油并严重影响发动机性能及可靠性;其曲轴箱通风装置中设置曲轴箱压力控制阀,可尽量减少曲轴箱压力波动,使其处于合理范围内;曲轴箱压力控制采用调节阀,又称曲轴箱强制通风阀或PCV阀;通常安装在发动机气门室盖与节气门后的进气歧管之间,利用进气歧管的负压、控制进入曲轴箱的新鲜空气量和进入进气歧管的曲轴箱窜气混合气量,以达到调节曲轴箱压力的目的;
该压力控制阀是流通截面随两端压差变化的单向调节阀,它根据弹簧力和进气管真空度的平衡情况,通过曲轴箱与进气管之间的压力差来调节曲轴箱窜气混合气的流量,使曲轴箱压力稳定在一个合理范围内;同时阻止发动机回火,防止燃烧室内的火焰随闭式曲通管路进入曲轴箱,点燃油气混合气;
该阀由膜片、弹簧、弹簧座及阀盖组成,膜片上下压力不同、可存在压差,由此可产生作用力,从而驱动弹簧运动来改变通道截面积,起到调节窜气混合气流量、曲轴箱压力的作用;
4.【回油腔】:
经油气分离器分离出来的机油,要进一步回流到油底壳循环利用,机油回流的通道就是“回油腔”;
机油在回流过程中,如与窜气混合气相遇会形成大量油雾(机油蒸气),影响油气分离器的分离效率;为避免机油与窜气混合气相遇,发动机设计者必须考虑,曲轴箱强制通风系统的通风腔与分离后机油的回油腔,在设计引擎结构时、二者尽量分离远一些;
5.【呼吸管】:
国家《排放法》规定:发动机曲轴箱窜气不可排入大气,以免造成大气污染。因此,作为曲轴箱强制通风系统的重要一环,必须将油气分离器分离后的气体导入发动机进气系统并参与燃烧,这个导入的通道就是“呼吸管”;
按功能不同,呼吸管分为部分负荷呼吸管和全负荷呼吸管;通常,部分负荷呼吸管连在节气门后;全负荷呼吸管连在空滤后的主进气管上;对涡轮增压发动机来讲,当增压器介入工作时、进气歧管为正压,为防止气体倒流入曲轴箱,在部分负荷呼吸管上串联一个单向阀。
(二)曲轴箱通风系统的回油机构
回油机构的作用是使油气分离器分离出来的机油,顺利的重新回到油底壳循环利用;同时,不能让机体内不洁净的窜气和油反窜入回油通道内;
为了使分离后的机油顺利回到油底壳,必须使油液形成足够的液位高度,以克服油气分离器的等参数压差;当油液形成的压力不能克服回油腔与曲轴箱之间的压力差时,会使油液不能正常回到曲轴箱及油底壳内;油液过多时,将会随气体排出、造成油气分离失效,严重时、曲轴箱的气体会反窜入回油腔,同时带走大量油液,发生窜油现象。
(三)在活塞漏气量一定的情况下,进入油气分离器内的窜气流速与进气口截面积成反比关系;经试验分析,在进气口截面积较小时、易导致进入油气分离器的窜气流速增大;此时,窜气将携带更多的飞溅油滴进入油气分离器内,大大增加油气分离器的分离难度,使得窜油问题更加严重。
(四)曲轴箱强制通风系统常见故障及分析
1.【曲轴箱压力异常】:
调节曲轴箱压力是曲轴箱强制通风系统的重要功能,通常曲轴箱压力处于设计范围内;异常情况下(如PCV阀失灵等),曲轴箱压力会超出设计范围,导致油气分离效果变差;同时,还会引起发动机后曲轴油封、凸轮轴油封失效,导致发动机渗漏机油;
2.【油气分离器分离效果异常】:
油气分离效果变差,会引起过量机油通过油气分离器进入进气系统参与燃烧,发动机出现烧机油现象,会导致燃烧系统积碳增加、怠速不稳、油耗上升、尾气排放超标等不良后果,如果进气管与涡轮增压器进气口端连接处漏气,还会出现机油随漏气渗漏的情况;严重时会导致润滑不良、使发动机过早报废;
3.【造成曲轴箱强制通风系统故障的原因】:
3-1.曲轴箱通风系统中,通风腔及呼吸管堵塞、呼吸管上的单向阀工作不良,使窜气无法及时排出,致使曲轴箱正压变大(超过1 KPa限定值),则窜入燃烧室的机油增多、导致烧机油,需疏通通风腔及呼吸管并更换呼吸管单向阀;
3-2.油气分离器回油孔的单向阀膜片破裂;造成曲轴箱与油气分离器分离后的腔体联通,油气未经油气分离单元而直接进入进气系统、造成烧机油,需更换单向阀膜片;
3-3.曲轴箱压力控制阀(PCV阀)异常、阀内弹簧压力过硬,使单向阀无法正常控制和调节,过量气体被从曲轴箱内吸出,造成曲轴箱很低的负压(超过-5 KPa限定值);另外,如果曲轴箱压力控制阀安装反位置、会使气体反向流动,异常气体进入曲轴箱、引起曲轴箱很高的正压;
3-4.极寒情况下,冷热气体将在呼吸管出口处汇合;分离后的热气体遇进气管送来的冷气体会有水成分凝结,进而不断汇聚形成冰块,长时间后冰块不断增多、最终堵塞呼吸管,造成很高的曲轴箱正压。
三. 1.4T-jet 曲轴箱强制通风系统及油气分离器
因找不到菲翔曲轴箱强制通风系统图,也没有相关技术资料及参数,无法清楚了解通风系统的实际情况,只能表象的说说简单看法;并从南京致悦车友Mr.fiestaottimo帖子中选用几张照片及内容加以说明。
(一)旋流式油气分离器工作原理
曲轴箱油气混合气、经通风腔及管路进入油气分离器后,在分离锥中间圆柱及分离锥内圆弧面影响下旋转流动,在离心力作用下、油气混合气中的微油滴会粘附在分离锥内表面上,并靠重力沿锥面下滑至分离器底部,经出油管、回油腔回流到油底壳;同时,脱油后的气体因密度小而上升、经分离锥中间内孔上升被吸入呼吸管;按发动机不同工况、分别被吸入进气歧管或主进气管、涡轮增压器进气口。
曲轴箱压力过高时会增加活塞下行阻力,膨胀作功和吸气行程的功率损失增大,降低发动机输出功率;而安装油气分离器及呼吸管后,可将曲轴箱内的高温、高压气体及时排出,减轻、平衡曲轴箱内外的压力差。
油气分离器有两根出气管(呼吸管):一根是部分负荷呼吸管(即出气管②),在怠速及涡轮增压未介入时,将分离后的气体直接送入进气歧管;另一根是全负荷呼吸管(即出气管③),在涡轮增压介入后,通过该管将分离后的气体送入主进气管靠近涡轮增压器进气口处;
【说明】(来至Mr.fiestaottimo):
1.在怠速或丢油门时(关闭节气门),分离后的气体、由出气管②直接送入节气门下端的进气歧管(此时涡轮增压未介入,进气歧管为负压);
2.涡轮增压介入后,分离后的气体,由出气管③送入主进气管(此时因进气增压,进气歧管为正压)。
(二)油气分离器与发动机进气系统的连接
1.菲翔油气分离器内部结构
上图中,①部分负荷呼吸管(又称小回气管),连接至进气歧管;②全负荷呼吸管(又称大回气管),连接至主进气管靠近涡轮增压器进气口处;③流路切换膜片;④油气混合气分离锥;⑤气缸盖上收集到的曲轴箱窜气混合气入口;
【说明】(来至Mr.fiestaottimo):
1. ① ②为不同情况下的分离气出口,根据发动机工况不同、正负压的不同,在分离器流路切换膜片作用下,分离后的气体或从②被吸入主进气管右端涡轮增压器进气口处;或从①直接被吸入进气歧管;
2. ⑤即是曲轴箱油气混合气的分离器入口,又是分离后回收机油的回流口;
2.主进气管上连接的各管情况(见下图):
(1)来至碳罐的汽油蒸气管(没有机油);(3b)进气旁通管,泄压旁通时和进气口形成环路(管内气体与主进气管内气体相同);(2)全负荷呼吸管(涡轮增压时的大回气管),即涡轮增压后、分离气由该管被吸入主进气管并进入涡轮增压器压气室。
【更正说明】(4S店也一头雾水、没整明白)前几年,4S店告诉根伯(3b)是回气管,所以我一直误以为(3b)是回气管,其实是错的;(2)才是回气管(全负荷呼吸管);特此更正。
(三)油气分离器及主进气管与涡轮增压器进气口渗漏机油的初步分析
通过以上,我们大致了解了曲轴箱设置强制通风系统的目的和作用,以及通风系统各部分的功能情况;也基本清楚了曲轴箱压力控制阀、油气分离器的工作原理及呼吸管的来龙去脉。那么,我们就应该探讨和分析,相对其它涡轮增压发动机,为什么1.4T-je油气分离器、主进气管与涡轮增压器连接处机油渗漏情况比较严重,其机油渗漏机理及引起渗漏的根源究竟在哪?初步分析如下:
1.菲翔发动机曲轴箱强制通风系统,其总体设计是否合理:
活塞组件漏气量、窜气总量以及曲轴箱通风量,曲轴箱压力极限正压值、极限负压值,曲轴箱与进气系统的最大压力差,以及进气系统提供的新鲜空气量,在曲轴箱通风系统总体设计中,具体参数是否得到应用;通风腔的输送能力,油气分离器的分离功效,曲轴箱压力控制阀的调节能力等,是否符合1.4T-jet的实际情况;
1-1.曲轴箱压力控制阀(PCV阀)性能与曲轴箱通风量、压力差是否匹配;
1-2.油气分离器结构、分离功效与活塞窜气量、曲轴箱通风量是否匹配;
1-3.油气分离器曲轴箱油气混合气进口,与分离后的机油回流口同为一口,是否合理;
1-4.涡轮增压器密封性能是否低下,引起废气漏进回油腔、曲轴箱,造成曲轴箱通风量过大;
1-5.进气系统提供给曲轴箱的的新鲜空气量,是否超过活塞组件漏气量15-30%的上限,造成曲轴箱通风量过大,引起油气分离效果恶化。
2.油气分离器及主进气管与涡轮增压器进气口渗漏机油的初步分析:
2-1 曲轴箱压力过高、通风量过大,加重油气分离负担,或许是渗漏机油的原因;
2-2 曲轴箱混合气含有过多机油蒸气、机油成分,引起油气分离失效,或许是渗漏机油的原因;
2-3 活塞组件漏气量超标,高温高压窜气造成机油及曲轴箱混合气温度过高,致使进入油气分离器的混合气温度高,引起分离器塑料外壳热变形或上盖松动而漏气,或许是分离器渗漏机油的原因;
2-4 所用机油基础油品质低、热稳定性差且蒸发率高,导致油底壳、曲轴箱产生过多机油蒸气,致使进入油气分离器的油气混合气含有过多机油成分,或许是渗漏机油的原因;
2-5 所用机油不适用或性能衰减严重、过度肮脏,或许是渗漏机油原因;
2-6 操控强度过大或发动机重载长时间高速运行,窜气量过多或发动机温度过高,或许是渗漏机油的原因;
2-7 冬季气温过低时,冷启后不适当热车或冷启后原地怠速热车时间过久,或许是渗漏机油原因;
2-8 主进气管与涡轮增压器进气口连接处密封漏气,且因以上2-1、2-2条原因、造成分离后进入全负荷呼吸管的回气中含有过多机油,或许是该处渗漏机油的原因。
【后语】: 根伯(根叔、根哥)66周岁(近视加花),查找资料、拟文敲字,实属不易(很是辛劳);但想到能发挥余热、为年轻菲友们做点儿什么,虽辛苦也很快乐;非汽车专业、难免有误,请大家多多包涵并给予谅解;敲字为手舞指蹈、延缓衰老,心思脑动、学无止境;发帖为一起交流、你索我求,彼此相助、共同进步。
由衷祈福全国菲友们安顺吉祥,手里的菲翔少出毛病并多用几年。