某发动机PCV阀怠速异响问题分析

杨依

摘要： 某耐久车在路试过程中，发现怠速工况存在高频异响。通过整车摸底测试及声源定位等分析手段查找噪声源，判定为缸盖罩壳体的PCV阀，因其内部阀体磨损而引起气体的通过流量较大，导致该高频异响。后续对其阀体材料进行优化，增加耐酸性保证零部件的正常功效，降低异响问题的产生，以提升整车怠速声品质性能。

Abstract： During the road test of a durable vehicle， it was found that there was high frequency abnormal sound in the idle speed condition. Through the vehicle test and sound source positioning analysis method， the noise source was found and determined to be the PCV valve of the cylinder head cover shell.Because of the wear of its internal valve body， the gas flow rate was large， leading to the high frequency sound.Subsequently， the material was optimized to increase the acidity to ensure the normal function of the parts and raduce the occurrence of abnormal sound problems， so as to improve the sound quality and performance of the vehicle.

关键词： 异响;PCV阀;声源定位

Key words： abnormal sound;PCV valve;sound localization

中图分类号：TK428                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0043-02

0  引言

随着人们生活水平的提高，汽车已成为一种大众消费品。消费者对车辆的选择余地越来越大，对车辆的要求也随之提高。多数顾客驾驶汽车时，不仅把它作为一种代步工具，同时期望得到安静舒适的车内体验感，因此在购买汽车时非常在意汽车的振动噪声性能。汽车上发出声音的系统和部件很多。有的声音与发动机运转有关系，如发动机本体噪声以及进、排气系统噪声等。在產品开发初期，这类声音掩盖了其他声源。随着这些主要噪声源的控制，其他一些部件的噪声慢慢的凸显出来，如齿轮的啮合声、转向盘液压泵的声音、空压机泵、刮水器泵的低频声和调节自动座椅位置的声音等等。这些声音多半是由一些旋转部件产生，频率比较单一，是一种纯音，听起来非常清晰。近年来，人们对这种声音的声品质越来越重视。

不同于制动性、操控稳定性和碰撞安全性能，这些性能的评价需要特定的条件。而汽车的NVH性能很容易被感知，尤其对一些突兀的异响问题难以接受。发动机作为汽车的动力源泉，同时也是汽车上最大的振动和噪声源[1]。随着发动机开发技术的提高，发动机本体的振动及噪声日趋减弱，发动机上原来一些不引人注目的零部件振动噪声问题日益突出。当车辆处于怠速工况，发动机转速及负荷均较小，总体噪声水平较低时，更容易暴露NVH问题。例如某些零部件经过长期运转工作，耐久磨损导致的异响问题，已逐渐成为怠速工况车内噪声的主导因素。

本文举例某车型耐久路试过程发生的怠速异响问题，通过整车摸底测试及声源定位等分析手段查找噪声源[2]，判定为缸盖罩内部的PCV阀因磨损导致异响，后续对阀体材料进行改进优化，增加其耐久可靠性，以提升整车怠速声品质性能。

1  噪声测试及声源定位分析

某车型耐久试验时（已路试4万公里里程），路试人员发现怠速工况发动机舱内部存在明显的异响声，类似于啸叫。其它工况也存在该异响，但因其它工况转速及负荷较高，发动机的本体噪声较大将其掩盖，不易察觉。

在发动机舱进行麦克风布点测试，通过滤波分析该异响为5700Hz的单频噪声，且频谱显示频段内的最大频率亦为5700Hz，分贝值较大。利用LMS测试软件显示实时频谱图，通过移动麦克风的测点位置，对比查看各个测点位置的近场噪声在怠速工况下的最高频率及其对应的分贝值。经过查找，判定噪声源主要集中在缸盖罩。后续通过换件对比，更换缸盖罩集成件后，异响消除。对缸盖罩集成件的零部件做进一步拆解分析，当更换PCV阀时异响消除。将异响件拆装到其它发动机仍然存在上述异响情况，故最终判定PCV阀为异响源。

2  PCV阀工作原理及其结构

在发动机工作时，总有一部分可燃混合气和废气经活塞环窜到曲轴箱内，窜到曲轴箱内的汽油蒸汽凝结后将使机油变稀，性能变坏。废气内含有水蒸气和二氧化硫，水蒸气凝结在机油中形成泡沫，破坏机油供给，这种现象在冬季尤为严重。二氧化硫遇水生成亚硫酸，亚硫酸遇到空气中的氧生成硫酸，酸性物质不仅使机油变质，也会使得零件受到腐蚀。由于可燃混合气和废气窜到曲轴箱内，曲轴箱内的压力将增大，机油会从曲轴油封、曲轴箱衬垫等处渗出而流失。流失到大气中的机油蒸汽会加大发动机对大气的污染。发动机装有曲轴箱通风装置就可以避免或减轻上述现象。利用发动机进气系统的抽吸作用抽吸曲轴箱内的气体称为强制通风方式。在曲轴强制通风系统中，最重要的控制元件是PCV阀，其作用是根据发动机工况的变化自动调节进入气缸的曲轴箱气体数量[3]。

发动机各工况下的PCV阀开度：①发动机不工作时PCV阀的开度。当发动机不工作时，PCV阀中的弹簧将其中的锥形阀压在阀座上，关闭了曲轴箱与进气管的通路。②发动机在怠速或减速时PCV阀的开度。在怠速或减速时，进气管真空度很大，真空度克服弹簧压力把锥形阀高高吸起，这时锥形阀3与PCV阀体1之间只有很小的缝隙，如图1所示。因为发动机在怠速或减速工作时，窜入曲轴箱的气体很少。所以PCV阀开度虽小，但足以使曲轴箱气体流出。③部分节气门体开度时PCV阀的开度。节气门部分开度时的进气管真空度比怠速时小，在弹簧的作用下锥形阀与阀体间的缝隙增大。因为在部分节气门体开度下发动机的负荷比怠速时大，窜入曲轴箱的气体比较多，所以较大的PCV阀开度可以使所有曲轴箱的气体被吸入进气管。④发动机在大负荷工作时PCV阀的开度。发动机在大负荷工作时，节气门体全开进气管真空度较小，弹簧将锥形阀进一步向下压，使PCV阀的开度达到最大。因为大负荷时将产生更多的曲轴箱气体，所以只有PCV阀开度很大才能使曲轴箱气体全部进入进气管。⑤进气管回火时PCV阀的开度。如果进气管发生回火，进气管压力增高，锥形阀落在阀座上，如同发动机不工作一样，以防止回火进入曲轴箱而引发发动机爆炸。当活塞或气缸嚴重磨损时，将有过多的气体窜入曲轴箱，这时即使PCV阀开度最大也不足以使这些气体都流入进气管。在这种情况下，曲轴箱压力也将会升高，部分曲轴箱气体经空气软管进气空气滤清器。

3  整改措施及优化对比测试

通过对异响件的流量测试发现其各压力下的流量均超上限值，如表1所示。对其结构拆解分析发现阀体存在明显的磨损痕迹，经测试该异响件的内孔直径因磨损增大约0.12mm，导致气体流量变大。PBT和PA66均为PCV阀常用的材料，在无介质的常规耐久试验中并无明显差异。但是在发动机曲轴箱内部的工作环境较为复杂，存在各种具有腐蚀性的可燃混合气和废气。故建议将阀体材料由目前的PA66 GF20变更为PBT GF30，通过提高阀体自身的耐酸性，增强零部件耐久可靠性。

将优化样件搭载于实车进行主、客观评价及测试数据分析，如图2-图4所示。测试结果表明：近场噪声及缸盖罩处的振动频谱在5700Hz处均明显减弱，主观评价亦无明显啸叫异响声。

4  总结

人们说一个产品的声品质好是指他们觉察不到噪声存在或者声音并不让人反感，而声品质坏是指噪声使人不舒服并让人有烦恼的感觉。除了整车的常规操作噪声，如关门声、刮水器与前档玻璃的摩擦声、行李箱关门声等等，子系统的零部件也会产生运转之后的异响噪声。某些零部件经过一系列耐久试验后，其自身的磨损会降低其功能作用，且可能会产生不正常的异响噪声[4]。本文举例PCV阀的工作原理，通过对阀体材料进行优化，降低阀体因气体流通过程中所产生的磨损，减小各工况下气体的流量波动。当发动机总体噪声水平较低时，一些不引人注目的零部件更容易暴露NVH问题。后续需重点关注低速工况下的异响问题，提升整车声品质。

参考文献：

[1]庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[2]庞剑.汽车车身噪声与振动控制[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3]陈家瑞，等.汽车构造上册[M].内燃机工程，2005.

[4]靳晓雄，张立军.汽车噪声的预测与控制[M].上海：同济大学出版社，2003.