中重型柴油机机油过量消耗的原因分析及对策

摘 要

    工程建设机械用中、重型柴油机机油过量消耗是目前最难以解决的问题之一，而且 不同结构类型、不同使用条件和技术状况的柴油机，机油的消耗差别也较大，本文针对 机油上窜燃烧室因素的分析，介绍了降低机油消耗的措施和方法。

1 引起机油过量消耗的原因分析
    1.1机油粘度选用不当
    据调查资料显示，因机油粘度等级选用不当，引起柴油机过度磨损是造成机油过量消耗的主要因 素之一。
    油的粘度越高，油的消耗也相对越少（如图1），但若油的粘度过高，其残炭含量较大，凝点较 高，热氧化安定性，低温启动性、润滑性、洗消作用以及泵送性也较差，极易引发活塞（环）与缸壁 间产生半（干）摩擦，而导致活塞环（气缸）过度磨损、弹力减弱、粘环以及刮油环回油孔被沉积物堵塞等，造成大量机油窜入燃烧室引起过量消耗。

图1　机油的粘度与消耗关系

    机油粘度低，流动性、冷却性及洗消作用较好，但粘度低于一定值时，油消耗会大大增加，因为低粘度机油挥发性高，同时密封性也较差，造成大量消耗及泄露。同时，粘度过低的机油， 由于承载能力低，易使油膜产生破裂；而且还会引起机油压力明显下降，使之不能有效泵送到各工作 部位，导致机件得不到正常的润滑，加速气缸、活塞环的磨损，增加机油的耗量．图2为机油粘度与 活塞环、气缸磨损的关系。

图2　机油粘度与汽缸(活塞环)磨损关系

    另外，机油压力过高，机油的消耗量也大（如图3）；同时，柴油机工作时冷却液温度过高，会引 起机油粘度降低，造成机油的挥发，增加机油的消耗（如图4所示）。

图3　机油压力与机油消耗关系

图4　水温与机油消耗关系

1.2机油性能品质
    机油的性能品质对机油消耗影响，主要表现在挥发性和抗泡性。试验表明，油的馏分范围越轻，挥发性越大，机油的消耗也越大（如图5）。现代汽车由于对燃油经济性的要求，广泛应用低粘度多级机油，以及油温、机体温度过高也是造成机油挥发大、油耗增加的主要原因之一。

图5　机油挥发性与消耗的关系

    抗泡性是指机油在激烈的搅拌过程中抗泡沫形成的能力。泡沫对柴油机的正常工作有很大的危 害，主要表现在使机油的密封性下降；形成绝热层使传热效果下降；使油泵抽空，油路产生气阻，造 成供油中断和润滑效能下降等。从而加速缸壁、活塞和环壁的磨损，引起机油的上窜。
    特别是现代高强度柴油机中泡沫生成趋势更为严重。主要是由于使用条件日趋苛刻，油的变质加速，生成的醇酸老化产物都会助长起泡； 同时，现代机油为了改善润滑油的各种性能，均含有大量的清净分散剂，抗氧化腐蚀等性能添加剂， 这些添加剂大都为化学表面活性化合物，也是增长机油起泡的主要因素。 #p#分页标题#e#

1.3 燃烧室负压过大
    据文献记载，在汽缸、活塞、活塞环配合副间隙正常时，引起机油上窜燃烧室的主要因素是燃烧 室负压过大而致(低于曲轴箱内的压力)。图6为某四冲程六缸柴油机，进气压力与机油消耗量的关 系。

                                       图6　进气压力与机油消耗的关系
    从图中可以看到，随着燃烧室进气压力的降低，其机油耗量呈明显上升的趋势。柴油机在工作 时，汽缸壁上的机油在活塞（环）“泵油效应” 以及强大压力差作用下，通过活塞与缸壁，活塞环与环槽之间的间隙被泵入燃烧室，造成机油消耗量剧 增．引起烧烧室负压过大的主要因素有：
a.空气滤清器严重阻塞。
b.某缸不工作。
c.经常拖启动或长期利用发动机制动等。
1.4汽缸套热变形
    柴油机运转时，当汽缸热变形超过某一限度时，活塞、活塞环便不能充分适应气缸的变形量， 在局部会出现较大上油的通路。同时，局部的热变形还会引发活塞环在高速滑动的过程中出现不规则 的扭曲变形以及悬浮和颤振现象，造成大量机油窜入燃烧室。引起汽缸热变形的主要因素有：
a.缸套壁厚不均匀或装配过盈量大。
b.缸套装入缸体后上平面凸出量过大(湿式缸套)。
c.汽缸体缸套座孔的圆度，圆柱度及垂直度超过规定要求。
d.汽缸盖螺栓紧固方法不正确或扭力不均匀。
e.柴油机经常在高温及爆燃状态下工作等。

1.5转速及运转模式变化
    试验表明，随着转速的增高，机油耗量明显上升(如图7所示)。

图7　柴油机转速与机油耗量关系

    因为活塞、活塞环在与汽缸作相对高速滑动时，其温度会骤升，从而导致活塞环的弹力及气密 性下降；同时，高速滑动的刮油环，由于惯性的作用，其控制机油上窜的机能将明显下降；而且高速 滑动的活塞环还会出现异常的“颤振”和“悬浮’现象。
    另外，不同的运转模式，机油消耗量也有较大差异。如柴油机启动、停机频繁；反复多次加减速 以及经常在发动机制动状态下运转时，其机油耗量将比稳定转速下的消耗量增加10%--30%。
1.6 活塞、活塞环与缸壁的配合间隙
    日本古滨庄一的研究认为，当汽缸壁与活塞第一道环壁的磨损量超过正常间隙的20％时，其机油 的耗量将增加2倍以上（如图8所示），而与活塞环径向磨损的3次方成正比。

图8　缸壁、活塞环壁间隙与机油耗量关系

    造成汽缸壁和活塞环组磨损的主要原因有：高的滑动速度和加速度（滑动速度一般为：7～16ｍ/ s;加速度为12000～15000ｍ/s²）;柴油机负荷和较高 的燃烧压力（使活塞环与缸壁间，活塞侧面与缸套间以及环与环槽间承受很高不均衡的压力。如图9 所示）；机油粘度、汽缸壁温度以及燃料的品质等。尤其是汽缸上部、第一道压缩环及活塞环壁，因润滑条件恶劣，再加上受到爆发冲程高温高压气流的冲击，以及使用操作不当等因素的影响，约有40％ 左右的柴油机在磨合运转期间，均发现有不同程度的异常磨损现象。 #p#分页标题#e#

图9　某柴油机活塞环上的压力分布情况

1.7其它影响因素
    (1)曲轴（连杆）轴瓦或机油泵严重磨损、松旷，使机油内漏量过大，使机油的挥发性增加，加速机 油的消耗；
    (2)气门导管与气门杆间隙过大或气门密封圈损坏；
    (3)机油油面过高或曲轴箱通风装置失效等。

2 降低机油过量消耗的对策

2.1改进设计、制造工艺
(1)提高缸套壁厚制造的均匀性；选用耐磨性好、热稳定性能优良的材料(如铬硅铸铁、镍铸铁、 铝硅合金)等，以提高缸套抗热变形能力和耐磨性。
(2)严格控制缸套内壁的粗糙度和镗磨质量，采用激光处理工艺对内表面强化处理等以提高柴油 机初期运转时的磨合性，减少磨损．
(3)在保证柴油机正常工作的条件下，尽量减少活塞顶端环岸与缸壁间的间隙；活塞环槽内镶套 或镀铬；选用双层涂镀环及性能优良的填充环等，以提高在磨合运转期活塞（环）对气缸的良好的顺 应性和磨合性。
(4)适当提高空气滤清器的容量；合理布局和设计进排气道；采用增压技术等，以提进气压力。 2.2加强使用、维护和保养工作
(1)新机在磨合运转期内，禁止长时间在负荷猛增猛减以及高速状态下工作；冬季启动时应做好 预热和保温工作，并尽量减少冷启动和拖启动次数。
(2)避免在高温、高速、大负荷状态下过频熄火以及在高速下长时间运转。
(3)认真做好对曲轴箱通风装置、废气循环系统以及各种滤清器的清洗和滤芯的更换工作。 (4)加强对汽缸垫、气门密封圈、气门间隙以及喷油器（火花塞）等机件的密封性检查和维护工作， 使其保持良好的技术状态。
(5)及时做好对曲轴、连杆轴瓦技术状况的检查和调整工作。

2.3提高装配、维修质量
(1)合理选配缸套与缸体间的过盈量及正确的装配方法，防止产生应力集中和发生永久变形；并 切实做好活塞与汽缸间隙的选配和调整工作。
(2)正确选配和组装活塞环，活塞环端口禁止随意的往复压缩和扩张，以防产生轴向扭曲和永久 的变形；活塞环的“三隙”必须符合规定要求；装配时，必须用专用工具，防止因装入方法不当，产 生变形、扭曲、应力集中以及损伤等。同时，应确保安装顺序及方向的正确性。
(3)提高连杆轴承和主轴承的装配质量，使其保持良好的接触面积和配合间隙；并作好对气门密封圈、气门阀座的密封性检查和调配工作。
(4)加强柴油机装配后的冷磨和热试，并认真作好拆检，调试和清洗工作。

2.4合理选用和加注机油
    不同质量、粘度等级的机油，其添加剂的成份、类型以及粘温特性等性能有较大的差异。所以， 在选用时必须根据柴油机的性能、结构、工况以及运行条件等因素合理选用。
(1)一般新机（大修后）、技术状态良好的柴油机，在保证正常润滑的条件下，应优先选用粘温特 性好、品质高、清洗能力强的中高档的多级机油。反之，机油的粘度可适当提高一些。
(2)不同质量、粘度等级及不同使用类型的机油禁止混用；加注前一般应不少于48h的沉淀；同 时，加注时应严格控制其数量，防止油平面过高。
(3)定期检查曲轴箱内机油的数质量，并做好定期更换。禁止在机油已经变质的情况下，直接将 新油注入曲轴箱。
(4)加注的场所必须无污染、无风沙；器皿必须干净、卫生；防止水、尘埃等污染物混入。

参考文献:

1、关子杰．内燃机润滑油应用原理．北京：中国石化出版社，2001．6
2、王毓民．汽车燃料润滑油及其应用．北京：人民交通出版社，1996．3
3、冯长征．柴油的品质与发动机磨损分析．建筑机械，2001 (3)