浅谈柴油机的曲轴箱气体处理

邓翔

摘要：随着国家环保升级至第六阶段，最新的环保文件GB17691-2018中对曲轴箱排放有明确规定，随着排放的一起升级的还有发动机的性能，而性能的提升往往会使发动机漏气量增加，曲轴箱气体里的机油含量增加，通常曲轴箱气体接入发动机进气口前需要进行处理。然后安装曲轴箱压力传感器监测曲轴箱压力，通过曲轴箱压力的变化来判断CV阀是否断开，达到OBD監测的目的。本文对曲轴箱强制通风系统主要零部件油气分离器、曲轴箱通气阀、加热器进行分析研究，对曲轴箱强制通风系统的设计有参考借鉴意义。

关键词：柴油机;曲轴箱通风;气体处理

0  引言

随着国家环保升级至第六阶段，最新的环保文件GB17691-2018中对曲轴箱排放有明确规定：对于闭式曲轴箱，发动机曲轴箱内的任何气体不允许排入大气;对于开式曲轴箱，将曲轴箱气体与排放尾气一起进行测试。同时对于闭式曲轴箱，也有曲轴箱通风（CV）系统监要求，如果曲轴箱与CV阀或者CV阀与进气歧管之间的连接断开，OBD系统应该检测出故障。确保曲轴箱里的气体不排入大气，减少对环境造成污染。

而对于主机厂来说，曲轴箱通风系统的设计需要考虑的因素增加了，以前经过处理后的曲轴箱气体直接排入大气的做法是不可行的。由于将曲轴箱气体与排放尾气一起进行测试会使整车标定工作量巨幅提升;考虑到动辄几千万的标定费用主机厂通常更倾向于选择闭式曲轴箱。

闭式曲轴箱需将曲轴箱气体接入发动机的进气口，靠其负压保证曲轴箱强制通风。曲轴箱强制通风系统需保持曲轴箱内的负压，同时避免对进气系统过分干扰;并保证系统正常工作时，发动机性能不出现异常，系统内各相关零件设计合理，功能齐全[1]。

随着排放一起升级的还有发动机的性能，而性能的提升往往会使发动机漏气量增加，曲轴箱气体里的机油含量增加，通常曲轴箱气体接入发动机进气口前需要进行处理。然后安装曲轴箱压力传感器监测曲轴箱压力，通过曲轴箱压力的变化来判断CV阀是否断开，达到OBD监测的目的。

曲轴箱强制通风系统主要包含以下零部件：油气分离器、曲轴箱通气阀、曲轴箱通气软管、加热器。我们对几个主要零部件来做分析。（图1）

1  油气分离器

因柴油机在高负荷运转时其曲轴箱气体含有大量的机油，如果这些机油全部进入气缸则会导致烧机油。所以一般会在CV阀接入进气系统前进行油气分离，将大部分机油分离并回流到油底壳。

油气分离器主要分为单滤网式、迷宫式及迷宫加滤网式。

单滤网式的油气分离器一般是独立悬挂在发动机外部，在油气分离器底部会有会有管路，回油管路上需安装一个单向阀。

迷宫式及迷宫加滤网式的一般集成于气缸盖罩上，直接将气缸盖罩做成迷宫式，分离后的机油也直接回流到气缸盖上。

油气分离器的设计或选择主要参考两个方面：分油效率及气流阻力。

比如4JB1型发动机的要求曲轴箱压力为负压（-5～0kPa），而发动机的漏气量为20～68L/min，如果曲轴箱直接通大气，在全速全负荷时曲轴箱内的压力为正压（约0.5～1.5kPa），因此油气分离器的压降不能过大，如果油气分离器的压降过大，就难免使得曲轴箱内的压力变为正压，影响OBD的监测准确性，同时会使发动机机油渗漏事故增加。

同时4JB1发动机要求油气分离之后的气体含机油量≤0.2g/h（全速全负荷，测量方法），所以油气分离器的分油效率要满足发动机的性能要求。

2  曲轴箱通气阀

曲轴通气阀一般采取的是膜片弹簧式，种类有两种：

2.1 常闭型

早期的曲轴通气阀一般为常闭型，正常压力下该阀是关闭的，在曲轴箱里为正压3kPa以上时开启，一般漏气量小的发动机才可以使用，一般只应用在自然吸气的柴油机上。

2.2 常开型

带增压器的柴油机一般选择常开型，正常压力下该阀的是开启状态，在曲轴箱里出现负压时关闭。

个人认为：常闭型的对漏气量比较敏感，如果发动机活塞环加工精度高，加上又是非增压机型的工作条件不是恶劣，因此其总的下排气相当小的，因此常闭型完全能够满足要求;而如果发动机活塞环加工精度要求不够，且是增压机型，发动机工作负荷大，下排气相对大一些，则尽量采用常开型的。

3  加热器

加热器一般安装于曲轴箱通气管与发动机进气管接口处，因曲轴箱气体中含有燃烧室窜出的水蒸气，在-20℃或者更低的环境温度下曲轴箱气体与寒冷的新风混合，含有水汽的曲轴箱气体就容易结冰，情况严重的就会造成冰堵。

冰堵后的发动机曲轴箱压力急剧上升，会带来严重的后果，比如凸轮轴后堵盖被崩开、前油封被冲开，造成烧瓦，发动机机体大量渗漏机油等。加热器可以完美解决冰堵隐患。

毕竟出现-20℃或者更低的环境温度的区域比较少，所以目前市场上大部分整车并未带加热器，如果不带加热器，那么曲轴箱通气管就必须避免出现凹形储水弯头，防止曲轴箱通气管内冷却水聚集后结冰;且曲轴箱通气管不宜过长。

总之，整个曲轴箱通风系统的设计需同时考虑对曲轴箱压力的影响及对曲轴箱气体中机油的过滤效率，过于复杂的油气分离器可能分油效率上满足设计要求，但可能导致曲轴箱压力无法维持在负压;反之同理。

只有针对不同发动机的特性，设计合适的曲轴箱通风系统，并通过性能试验验证其合理性，才能使发动机在满足国家环保要求下保持最佳性能。

参考文献：

[1]孙玺亮.DA465QA发动机曲轴箱强制通风系统设计[D].吉林大学，2012.

[2]张仕田.6DK-36L型柴油机曲轴常见故障原因分析及解决方案[J].内燃机与配件，2020（06）：156-158.

[3]刘江涛，张鹏，李治明，陈向阳，张耀忠，魏仙妹，张青锋.某船用柴油机机组拉缸故障原因分析及解决方案[J].内燃机与配件，2020（05）：50-52.