国六标准关于曲轴箱排气污染物测量方法的提升

刘鑫 张凤鸣

中国汽车工程研究院股份有限公司天津分公司 天津市 300300

1 引言

随着国际标准的不断更新，中国制订的国六标准相比国五更进一步加强了对汽车排气污染物的监控和要求。新标准不仅在常温冷启动下汽车排气污染物测量、工况图、标准限值等方面对比国五标准有很大区别和提升，在曲轴箱排气污染物试验（Ⅲ型试验）方面也有不同。由窜气产生的排气污染物需要通过有效措施进行控制，防止其直接通过机油尺孔、缝隙等处排向大气。为此进行的曲轴箱排气污染物试验（Ⅲ型试验）能够很好地监控这种现象，保证车辆符合国标要求。

2 曲轴箱排气污染物的由来与危害

曲轴箱窜气是任何一部发动机都会出现的现象。一般是由气缸垫老化、缸套内经过大、活塞环无法起到完全密封、缸套变形活塞环无法贴合、压缩比设计过大引起气体下窜、活塞环弹力失效、活塞环不平等原因导致在发动机工作时，燃烧室内高压可燃混合气体、已经燃烧的气体废气和部分水蒸气通过间隙漏入到曲轴箱内形成的。

进入曲轴箱的窜气由于其成分复杂，可能产生多种危害。比如水蒸气可能阻塞机油油路使机油流通不顺，影响发动机的正常工作；已经燃烧的废气可能在不断积压的情况下通过机油尺孔与装配缝隙窜入大气造成污染；可燃的油气混入曲轴箱中稀释机油，影响发动机的润滑；废气中的部分成分可能与氧气结合生成具有腐蚀性的物质，腐蚀损坏发动机零件。

3 曲轴箱通风系统的工作原理，类别与区别

曲轴箱通风系统主要基于进气系统的真空度原理实现。进气冲程时活塞下行形成抽吸，进气歧管压力低于大气压力产生负压。随着节气门开度减小，负压增大；节气门开度增大，负压减小。若进气歧管发生回火，则正压激增。根据上述原理，通过PCV阀的调节将窜气吸回进气歧管，参与下一个工作循环的燃烧。PCV阀通过真空吸力与弹簧弹力平衡，调节窜气通过量，进气歧管负压增大时弹簧被压缩窜气通过量加大，相反负压减小时窜气通过量减小，当出现进气歧管回火时正压增大阻挡窜气继续进入进气歧管。PCV阀门的工作原理如下图1。

曲轴箱通风系统分为开式和闭式两种，均采用PCV阀，唯一不同的是闭式曲轴箱通风系统含有一根连接曲轴箱和进气歧管的通风管。当发动机负荷加大的情况下，曲轴箱通风系统仅仅通过阀门导流窜气远远不够，过多的窜气会通过通风盖散入大气，虽然通风盖有过滤系统，但终将排入大气的这种形式也避免不了对大气的污染。相对开式通风系统，闭式通风系统在发动机大负荷情况下仍能使更多的窜气直接通过通风管顺畅的进入进气歧管，这样就保证了窜气根本不会排入大气。这使得曲轴箱中的气体压力正常工作状态下均为负压，这也就是曲轴箱排气污染物试验（III型试验）的试验原理。闭式曲轴箱通风系统原理图见图2。

图1 PCV阀工作原理

图2 开式曲轴箱通风系统原理图

4 国六标准下曲轴箱排气污染物试验（Ⅲ型试验）的方法

基于曲轴箱通风系统的基本原理可知，发动机正常工作状态下曲轴箱内压力应该低于外界大气压，即为负压。通过机油尺孔测量气压，如为负压则可确定不会有窜气向外排出。通过这种方法也能排除窜气通过曲轴箱装配缝隙进入大气。

国六标准下曲轴箱排气污染试验的方法见表1：

试验步骤如下：

a. 发动机的缝隙或孔应保持原状。

b. 在机油标尺孔处使用倾斜式压力计进行测量。若在上表工况下，测得的曲轴箱的压力均不超过测量时的大气压力，则应认为汽车曲轴箱污染物排放满足要求。

c. 曲轴箱内测得的压力准确度应在±0.01kPa以内，测功机指示车速的测量准确度应在±2km/h以内。

d. 若在上表规定的某一测量工况下，测得的压力超过大气压，在制造厂要求追加试验时，可按追加试验来进行。

追加试验步骤如下：

e. 发动机的缝隙或孔应保持原状。

f. 在机油标尺孔处连接一个容积大约为5L，不泄露曲轴箱气体的柔性袋。每次测量前应将气袋排空。

g. 每次测量前气袋应该封闭。在标准要求的每种工况下，气袋应与曲轴箱接通5min。

h. 若每种测量工况下，气袋均没有出现可观察到的张大，则认为汽车曲轴箱污染物排放满足要求。

5 国六标准相比国五标准（Ⅲ型试验）的区别

国五中只要求对汽油车进行曲轴箱排气污染物试验，国六标准要求所有汽车均需要进行此项试验；国六标准要求在I型试验进行之后进行试验；对于没有曲轴箱强制通风的汽车，应将曲轴箱污染物计入排气污染物总量；对于混合动力汽车，在纯发动机模式试验后，应按照III型试验规定的运转工况进行试验。具体见表2。

国六标准相比国五标准，在曲轴箱排气污染物试验方面加强了要求，取消了汽柴油汽车的区别、加入对混合动力类车辆该试验的要求、将国五原先可在双怠速试验结束之后进行的试验条件调整为只能在I型试验结束后进行，并加入了无曲轴箱强制通风的车辆关于曲轴箱排放物计算方法。

表1 车辆运转工况

表2 标准要求区别

6 国六标准下曲轴箱排气污染物试验的操作注意事项

试验检测人员及驾驶员在试验操作上应当注意：

a. 检测人员应确定车辆是否有曲轴箱通风系统。在发动机舱内进气歧管周围可以发现带有PCV阀的通风导管，如有则可判定为具有曲轴箱强制通风系统；

b. 检测人员应在I型试验进行之后立刻进行该试验。需注意保持整车固定状态不变，尾气管路直接与通风管路（I型试验预处理接通的管路）连接；

c. 车辆驾驶人员应该在I型试验后立刻准备进行曲轴箱排气污染物试验，配合检测人员完成怠速状态下的测量，之后稳定车速在（50±2）km/h进行后续测量；

d. 对于混合动力车辆，试验人员应确保试验在纯发动机模式下进行；如无法满足50km/h速度下运转模式为纯发动机，则可选择另一纯发动机模式下的稳定车速。

7 结语

本文介绍了曲轴箱排气污染物即窜气的来源及危害。介绍了曲轴箱强制通风的类型以及原理。介绍了国六标准下曲轴箱排气污染物的试验方法。对比国五国六标准下曲轴箱排气污染物试验的相关要求，并研究了国六标准下试验操作的注意事项。