中重型柴油機機油過量消耗的原因分析及對策

來源：塑膠五金網發(fā)布時間：2009-02-14 14:51:20點擊率：

◇江蘇徐州交通學校　　　成伯君 ◇江蘇徐州工程兵指揮學院　　　馮長征

摘要

工程建設機械用中、重型柴油機機油過量消耗是目前難以解決的問題之一，而且不同結構類型、不同使用條件和技術狀況的柴油機，機油的消耗差別也較大，本文針對機油上竄燃燒室因素的分析，介紹了降低機油消耗的措施和方法。

1 引起機油過量消耗的原因分析
    1.1機油粘度選用不當
    據調查資料顯示，因機油粘度等級選用不當，引起柴油機過度磨損是造成機油過量消耗的主要因素之一。
    油的粘度越高，油的消耗也相對越少（如圖1），但若油的粘度過高，其殘?zhí)亢枯^大，凝點較高，熱氧化安定性，低溫啟動性、潤滑性、洗消作用以及泵送性也較差，極易引發(fā)活塞（環(huán)）與缸壁間產生半（干）摩擦，而導致活塞環(huán)（氣缸）過度磨損、彈力減弱、粘環(huán)以及刮油環(huán)回油孔被沉積物堵塞等，造成大量機油竄入燃燒室引起過量消耗。

圖1　機油的粘度與消耗關系

機油粘度低，流動性、冷卻性及洗消作用較好，但粘度低于一定值時，油消耗會大大增加，因為低粘度機油揮發(fā)性高，同時密封性也較差，造成大量消耗及泄露。同時，粘度過低的機油，由于承載能力低，易使油膜產生破裂；而且還會引起機油壓力明顯下降，使之不能有效泵送到各工作部位，導致機件得不到正常的潤滑，加速氣缸、活塞環(huán)的磨損，增加機油的耗量．圖2為機油粘度與活塞環(huán)、氣缸磨損的關系。

圖2　機油粘度與汽缸(活塞環(huán))磨損關系

另外，機油壓力過高，機油的消耗量也大（如圖3）；同時，柴油機工作時冷卻液溫度過高，會引起機油粘度降低，造成機油的揮發(fā)，增加機油的消耗（如圖4所示）。

圖3　機油壓力與機油消耗關系

圖4　水溫與機油消耗關系

1.2機油性能品質
機油的性能品質對機油消耗影響，主要表現(xiàn)在揮發(fā)性和抗泡性。試驗表明，油的餾分范圍越輕，揮發(fā)性越大，機油的消耗也越大（如圖5）?，F(xiàn)代汽車由于對燃油經濟性的要求，廣泛應用低粘度多級機油，以及油溫、機體溫度過高也是造成機油揮發(fā)大、油耗增加的主要原因之一。

圖5　機油揮發(fā)性與消耗的關系

抗泡性是指機油在激烈的攪拌過程中抗泡沫形成的能力。泡沫對柴油機的正常工作有很大的危害，主要表現(xiàn)在使機油的密封性下降；形成絕熱層使傳熱效果下降；使油泵抽空，油路產生氣阻，造成供油中斷和潤滑效能下降等。從而加速缸壁、活塞和環(huán)壁的磨損，引起機油的上竄。
特別是現(xiàn)代高強度柴油機中泡沫生成趨勢更為嚴重。主要是由于使用條件日趨苛刻，油的變質加速，生成的醇酸老化產物都會助長起泡；同時，現(xiàn)代機油為了改善潤滑油的各種性能，均含有大量的清凈分散劑，抗氧化腐蝕等性能添加劑，這些添加劑大都為化學表面活性化合物，也是增長機油起泡的主要因素。

1.3 燃燒室負壓過大
據文獻記載，在汽缸、活塞、活塞環(huán)配合副間隙正常時，引起機油上竄燃燒室的主要因素是燃燒室負壓過大而致(低于曲軸箱內的壓力)。圖6為某四沖程六缸柴油機，進氣壓力與機油消耗量的關系。

                                       圖6　進氣壓力與機油消耗的關系
    從圖中可以看到，隨著燃燒室進氣壓力的降低，其機油耗量呈明顯上升的趨勢。柴油機在工作時，汽缸壁上的機油在活塞（環(huán)）“泵油效應” 以及強大壓力差作用下，通過活塞與缸壁，活塞環(huán)與環(huán)槽之間的間隙被泵入燃燒室，造成機油消耗量劇增．引起燒燒室負壓過大的主要因素有：
a.空氣濾清器嚴重阻塞。
b.某缸不工作。
c.經常拖啟動或長期利用發(fā)動機制動等。
1.4汽缸套熱變形
    柴油機運轉時，當汽缸熱變形超過某一限度時，活塞、活塞環(huán)便不能充分適應氣缸的變形量，在局部會出現(xiàn)較大上油的通路。同時，局部的熱變形還會引發(fā)活塞環(huán)在高速滑動的過程中出現(xiàn)不規(guī)則的扭曲變形以及懸浮和顫振現(xiàn)象，造成大量機油竄入燃燒室。引起汽缸熱變形的主要因素有：
a.缸套壁厚不均勻或裝配過盈量大。
b.缸套裝入缸體后上平面凸出量過大(濕式缸套)。
c.汽缸體缸套座孔的圓度，圓柱度及垂直度超過規(guī)定要求。
d.汽缸蓋螺栓緊固方法不正確或扭力不均勻。
e.柴油機經常在高溫及爆燃狀態(tài)下工作等。

1.5轉速及運轉模式變化
試驗表明，隨著轉速的增高，機油耗量明顯上升(如圖7所示)。

圖7　柴油機轉速與機油耗量關系

    因為活塞、活塞環(huán)在與汽缸作相對高速滑動時，其溫度會驟升，從而導致活塞環(huán)的彈力及氣密性下降；同時，高速滑動的刮油環(huán)，由于慣性的作用，其控制機油上竄的機能將明顯下降；而且高速滑動的活塞環(huán)還會出現(xiàn)異常的“顫振”和“懸浮’現(xiàn)象。
    另外，不同的運轉模式，機油消耗量也有較大差異。如柴油機啟動、停機頻繁；反復多次加減速以及經常在發(fā)動機制動狀態(tài)下運轉時，其機油耗量將比穩(wěn)定轉速下的消耗量增加10%--30%。
1.6 活塞、活塞環(huán)與缸壁的配合間隙
    日本古濱莊一的研究認為，當汽缸壁與活塞道環(huán)壁的磨損量超過正常間隙的20％時，其機油的耗量將增加2倍以上（如圖8所示），而與活塞環(huán)徑向磨損的3次方成正比。

圖8　缸壁、活塞環(huán)壁間隙與機油耗量關系

造成汽缸壁和活塞環(huán)組磨損的主要原因有：高的滑動速度和加速度（滑動速度一般為：7～16ｍ/ s;加速度為12000～15000ｍ/s²）;柴油機負荷和較高的燃燒壓力（使活塞環(huán)與缸壁間，活塞側面與缸套間以及環(huán)與環(huán)槽間承受很高不均衡的壓力。如圖9 所示）；機油粘度、汽缸壁溫度以及燃料的品質等。尤其是汽缸上部、道壓縮環(huán)及活塞環(huán)壁，因潤滑條件惡劣，再加上受到爆發(fā)沖程高溫高壓氣流的沖擊，以及使用操作不當?shù)纫蛩氐挠绊?，約有40％左右的柴油機在磨合運轉期間，均發(fā)現(xiàn)有不同程度的異常磨損現(xiàn)象。

圖9　某柴油機活塞環(huán)上的壓力分布情況

1.7其它影響因素
    (1)曲軸（連桿）軸瓦或機油泵嚴重磨損、松曠，使機油內漏量過大，使機油的揮發(fā)性增加，加速機油的消耗；
    (2)氣門導管與氣門桿間隙過大或氣門密封圈損壞；
    (3)機油油面過高或曲軸箱通風裝置失效等。

2 降低機油過量消耗的對策

2.1改進設計、制造工藝
(1)提高缸套壁厚制造的均勻性；選用耐磨性好、熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的材料(如鉻硅鑄鐵、鎳鑄鐵、鋁硅合金)等，以提高缸套抗熱變形能力和耐磨性。
(2)嚴格控制缸套內壁的粗糙度和鏜磨質量，采用激光處理工藝對內表面強化處理等以提高柴油機初期運轉時的磨合性，減少磨損．
(3)在保證柴油機正常工作的條件下，盡量減少活塞頂端環(huán)岸與缸壁間的間隙；活塞環(huán)槽內鑲套或鍍鉻；選用雙層涂鍍環(huán)及性能優(yōu)良的填充環(huán)等，以提高在磨合運轉期活塞（環(huán)）對氣缸的良好的順應<

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