Cummins KTA50C發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油脂使用分析

郭俊義

（神華準(zhǔn)能設(shè)備維修中心 內(nèi)蒙古鄂爾多斯）

Cummins系列發(fā)動(dòng)機(jī)，以優(yōu)良的品質(zhì)、精良的制造工藝、可靠的性能和較長(zhǎng)的壽命周期，被廣泛采用于重裝設(shè)備及礦山采礦運(yùn)輸設(shè)備，做為重型電動(dòng)輪汽車的動(dòng)力主機(jī)。Cunmmins KAT-50C發(fā)動(dòng)機(jī)，被國(guó)內(nèi)154 t級(jí)電動(dòng)輪汽車及美國(guó)尤尼特瑞格-mark-36，德萊賽630E卡車、尤克里德154 t級(jí)卡車廣泛使用。

從運(yùn)行使用實(shí)踐看，該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)具有重量輕、馬力重量比合理、燃油經(jīng)濟(jì)性好、壽命周期長(zhǎng)、便于維護(hù)的優(yōu)良特點(diǎn)。只要本著嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，遵守制造廠家的使用規(guī)范，精心管理和使用，就可以收到良好的效果并能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

取得良好效益的前提是要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的良好潤(rùn)滑。該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)中的K為cunnnins系列號(hào)，T是渦輪增壓，A是增壓后冷卻。發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，缸徑與行程相等。無(wú)輪曲軸軸瓦、連桿軸瓦、凸輪軸瓦，單位壓強(qiáng)高，負(fù)荷大，單缸額定功率73.5 kW（100馬力）。為此，如若保證發(fā)動(dòng)機(jī)良好的運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)的運(yùn)行壽命周期，潤(rùn)滑問題至關(guān)重要。

KTA-50C發(fā)動(dòng)機(jī)，由于單缸功率大，壓強(qiáng)高，在活塞的直線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。作用在連桿軸徑、曲軸徑的壓強(qiáng)非常大，曲徑承受著往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)離心力。在高負(fù)荷工況下，曲軸徑與軸瓦的相對(duì)滑動(dòng)速度非常高（＞10 m/s），軸承內(nèi)部溫度＞150℃。當(dāng)曲轉(zhuǎn)達(dá)到相當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，由于軸與軸瓦形成楔形作用，在潤(rùn)滑油壓力作用下軸徑被推向一側(cè)。曲軸轉(zhuǎn)數(shù)越高，單位時(shí)間進(jìn)入軸瓦的機(jī)油越多，壓力越大，并形成良好的油膜。當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，油膜油壓將軸徑托起，使曲軸懸浮在一定厚度的油膜之中，實(shí)現(xiàn)理想的液體動(dòng)壓潤(rùn)滑。其先決條件是，曲軸與軸瓦滑動(dòng)副必須有一定的旋轉(zhuǎn)速度，在軸承副良好情況下，轉(zhuǎn)數(shù)越高，形成的潤(rùn)滑油膜越厚，越能達(dá)到良好的潤(rùn)滑。曲軸滑動(dòng)面間必須有一定黏度的潤(rùn)滑油存在，潤(rùn)滑油的黏度指數(shù)越大，則形成的油膜越厚。

在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)及整個(gè)壽命周期內(nèi)，種種故障原因的產(chǎn)生，不能達(dá)到理想的液體動(dòng)壓的潤(rùn)滑條件。如曲軸徑損傷，軸瓦鎢金脫落，軸承副間隙過(guò)大。由于曲軸轉(zhuǎn)數(shù)提高，形不成油楔狀態(tài)，油瓦局部高溫，導(dǎo)致進(jìn)一步損傷軸瓦，引起大面積高溫，行成邊界摩擦狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦，造成嚴(yán)重的機(jī)械故障及經(jīng)濟(jì)損失。簡(jiǎn)言之，潤(rùn)滑狀態(tài)的優(yōu)劣，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。

為解決此項(xiàng)問題，在檢修發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，必須按Cummins發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠商給定的技術(shù)規(guī)范、檢修工藝要求進(jìn)行檢修，以期達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)整體裝配符合Cummins制造廠商的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各部配合間隙，軸瓦匹配合理。運(yùn)行使用中，定期精心保養(yǎng)、點(diǎn)檢、檢測(cè)、機(jī)油化驗(yàn)全過(guò)程管理維護(hù)。在此基礎(chǔ)上，要重點(diǎn)做好KTA-50C發(fā)動(dòng)機(jī)以下幾個(gè)方面的潤(rùn)滑工作。

1.潤(rùn)滑機(jī)油

發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油優(yōu)劣，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起到至關(guān)重要的作用。機(jī)油有其潤(rùn)滑、清洗、冷卻、密封、防腐等作用，就Cummins發(fā)動(dòng)機(jī)而言，屬于重型高速柴油機(jī)，其最大特點(diǎn)是體積小，功率大，單位摩擦面負(fù)荷大，軸瓦承載強(qiáng)度高。歐米伽型燃燒室在高負(fù)荷作功工況下，溫度達(dá)3200℃。燃燒室生成的燃?xì)夂凸虘B(tài)物，由于高溫化學(xué)反應(yīng)，危害機(jī)油質(zhì)量，導(dǎo)致其劣化。就機(jī)油而言，對(duì)于活塞環(huán)處主要考慮它的耐熱性能和抗氧化性能，對(duì)于連桿、主軸軸瓦主要考慮其黏度和抗載性能。對(duì)于齒輪系及凸輪頂桿配氣機(jī)構(gòu)，則考慮它的邊界摩擦潤(rùn)滑性。對(duì)于冬季的低溫起動(dòng)，則要考慮它的凝固點(diǎn)、流動(dòng)性。盡管如此，1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)只能使用1種機(jī)油來(lái)滿足不同部位的潤(rùn)滑需求，這樣要保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，適應(yīng)滿足各個(gè)部位、各種工況條件下的潤(rùn)滑，機(jī)油的品質(zhì)、質(zhì)量至關(guān)重要。

Cummins發(fā)動(dòng)機(jī)用戶在給定條件上，必須符合Cummins公司的技術(shù)規(guī)范。必須符合美國(guó)石油協(xié)會(huì)API和美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)，即SAE所頒布油類季節(jié)使用標(biāo)準(zhǔn)。如日本出光興產(chǎn)S-310機(jī)油，該油特點(diǎn)是黏度偏低；國(guó)產(chǎn)15W-40機(jī)油等等。最為理想的是殼牌SHELL，Diesel、15W-40進(jìn)口機(jī)油；該油的主要指標(biāo)是運(yùn)動(dòng)黏度100℃下14.5 m2/s，黏度指數(shù)99。開口閃點(diǎn)，最高246℃，正常220℃，凝固點(diǎn)-15℃，完全可以滿足Cummins發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求。公司現(xiàn)使用的是殼牌15W-40CH-4/SL機(jī)油，部分車輛使用美孚機(jī)油，現(xiàn)Cummins KTA50C使用勁霸15W-40（C1-4）機(jī)油，并采取強(qiáng)制換油方式，即Cummins QS系列發(fā)動(dòng)機(jī)250 h換油，K系列發(fā)動(dòng)機(jī)330 h強(qiáng)制換油，收到良好的效果。

2.潤(rùn)滑系統(tǒng)的濾清器

發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)在高負(fù)荷工況下工作，機(jī)油由于高溫氧化作用產(chǎn)生油泥和膠質(zhì)之類非流體的固態(tài)顆粒，加之活塞環(huán)泄漏燃?xì)庵械墓腆w顆粒，吸入空氣中的塵埃固體顆粒混入機(jī)油中，這些雜質(zhì)均靠機(jī)油濾清器加以清除，防止機(jī)油劣化。

對(duì)于機(jī)油濾清器而言，理論要求是濾紙細(xì)密，過(guò)濾精度高，過(guò)濾流動(dòng)阻力小，能濾出粒度極小的雜質(zhì)顆粒。但是這個(gè)要求通常是相互矛盾的，過(guò)濾精又阻力小很難實(shí)現(xiàn)。為此，使用質(zhì)量上乘的機(jī)濾至關(guān)重要，劣質(zhì)濾器將導(dǎo)致機(jī)油劣化速度加快，危害發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)件，影響它的壽命。值得提倡的是按Cummins公司推薦的標(biāo)準(zhǔn)，使用進(jìn)口廠家機(jī)油濾清器或經(jīng)Cummins公司認(rèn)定的國(guó)產(chǎn)正規(guī)廠家，質(zhì)量符合SAE標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)油濾器。

3.潤(rùn)滑機(jī)油化驗(yàn)

機(jī)油隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，機(jī)油老化是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，它的劣化曲線是平順的。QS系列發(fā)動(dòng)機(jī)250 h換油，K系列發(fā)動(dòng)機(jī)330 h換油，從管理上可以說(shuō)是保守的、保險(xiǎn)的，劣化沒有達(dá)到相當(dāng)程度，就到換油時(shí)間了，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)而言是有利的。但是，發(fā)動(dòng)機(jī)處于高溫、高壓、高負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)本身的潛在故障將嚴(yán)重加速機(jī)油的劣化，它的曲線是陡升的。

例如，冷卻系統(tǒng)密封老化，如機(jī)油散熱器座口密封、缸套密封老化，冷卻劑進(jìn)入機(jī)油中；發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器密封老化，柴油在高壓作用下進(jìn)入搖臂室、進(jìn)入機(jī)油中；空氣過(guò)濾器破損，吸氣膠套裂紋進(jìn)灰，灰塵進(jìn)入燃燒室，進(jìn)入機(jī)油循環(huán)系統(tǒng)中。

從發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上講，冷卻劑、燃油及缸套個(gè)密封橡膠采用含丁氰（耐油）、硅氟橡膠成分（耐高溫）等特殊性能，但是不是絕對(duì)的，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫到相當(dāng)程度，還是要老化失效的。這些問題的發(fā)生，必須靠機(jī)油化驗(yàn)才能檢測(cè)出潛在故障。這些問題的存在，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，將造成發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。例如，柴油進(jìn)入機(jī)油中，將直接影響機(jī)油黏度，破壞軸瓦油膜承載力，降低機(jī)油閃點(diǎn)，就Cummins發(fā)動(dòng)機(jī)而言，閃點(diǎn)低到175℃時(shí)，即會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦事故的發(fā)生。

為了解決這個(gè)問題，設(shè)立了油品化驗(yàn)室。采用的辦法是保養(yǎng)時(shí)機(jī)油取樣化驗(yàn)，有故障信號(hào)取樣化驗(yàn)，按發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)壽命小時(shí)抽檢機(jī)油化驗(yàn)。主要化驗(yàn)指標(biāo)是，機(jī)油黏度、水分、閃點(diǎn)、斑痕、硅含量（吸氣是否進(jìn)灰）、鋁含量（是否拉缸）、銅含量（軸瓦是否有損傷）。從而能有效地監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況，努力做到潛在的小故障不要擴(kuò)大，及早發(fā)現(xiàn)及早檢修以防止發(fā)動(dòng)機(jī)造成重大機(jī)械故障，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.潤(rùn)滑油量加注

眾所周知，機(jī)油超量，將引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，機(jī)油將竄入燃燒室燃燒，增加燃燒熱值，將造成發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)件、活塞的損壞。機(jī)油不足，將嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑，機(jī)油量低到一定程度，Cummins發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)上機(jī)油活塞冷卻噴油器（噴至活塞底部，對(duì)活塞強(qiáng)制冷卻）將停止工作噴油，加劇機(jī)件熱量和活塞膨脹系數(shù)，加速機(jī)件的磨損，直至造成拉缸事故的發(fā)生。

為此，建立相應(yīng)制度。一是保養(yǎng)加注機(jī)油量必須有標(biāo)準(zhǔn)；二是起車之前，必檢機(jī)油油位；三是司機(jī)交換班必須停機(jī)檢查機(jī)油，目的是盡最大努力保證機(jī)油油量的標(biāo)準(zhǔn)。

Cummins發(fā)動(dòng)機(jī)造價(jià)昂貴，從我們的管理上看，使用質(zhì)量上乘的機(jī)油，250 h、330 h強(qiáng)制換機(jī)油，以及使用符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)油濾建立油品化驗(yàn)制度，從現(xiàn)象上看，局部是多支出了成本費(fèi)用，從保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、從整體上考慮，效益是明顯的，符合Cummins的技術(shù)要求和規(guī)范，是經(jīng)濟(jì)的、劃算的。

5.潤(rùn)滑油的冷卻

KTA-50C發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)上考慮，為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷、高溫工況下的潤(rùn)滑，防止機(jī)油超溫，位于V形缸體的中部，設(shè)計(jì)配置了機(jī)油散熱器。設(shè)計(jì)上考慮經(jīng)過(guò)主油道的潤(rùn)滑機(jī)油，用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水為介質(zhì)，對(duì)潤(rùn)滑機(jī)油進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。如在運(yùn)行中，中冷器堵塞或局部堵塞，是不可想象的。機(jī)油得不到充分冷卻，其黏度指數(shù)就會(huì)降低，進(jìn)而就形不成承載能力的油膜形成，造成嚴(yán)重的故障發(fā)生。為此，在解決KTA-50C發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑問題的本身，必須關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)的水循環(huán)，冷卻系統(tǒng)工況是否正常，如發(fā)動(dòng)機(jī)處于超高水溫下、工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻劑對(duì)潤(rùn)滑機(jī)油的冷卻能力降低，將嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常潤(rùn)滑。

6.潤(rùn)滑油的污染

通常電動(dòng)輪汽車吸氣系統(tǒng)的空氣濾清器，均采用干式旋管二級(jí)濾清器。據(jù)稱，過(guò)濾精度達(dá)到99.9%。吸氣管道粗大，進(jìn)而滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣量，增壓器之前處于負(fù)壓狀態(tài)，如空氣濾破損，吸氣管膠套損壞，采場(chǎng)臟空氣將不經(jīng)空氣濾清直接吸入氣缸，將嚴(yán)重污染潤(rùn)滑油，導(dǎo)致潤(rùn)滑油急劇劣化，短時(shí)間即可造成發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞。

顆粒及小的灰塵，首先破壞氣缸壁的潤(rùn)滑。KTA-50C發(fā)動(dòng)機(jī)在額定1900 r/min工況下，活塞與缸套相對(duì)運(yùn)行速度可達(dá)16 m/s左右，在這樣高的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件潤(rùn)滑油中，如有灰塵存在，如同在兩個(gè)相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的機(jī)件當(dāng)中加入研磨砂，短時(shí)間就會(huì)損壞活塞環(huán)，加大環(huán)槽的間隙，影響活塞的氣密性。嚴(yán)重情況下，造成拉缸的故障發(fā)生。

KTA-50C發(fā)動(dòng)機(jī)，連桿軸徑較之主軸徑壓強(qiáng)較高?；覊m進(jìn)入氣缸后，隨潤(rùn)滑油的循環(huán)，造成整個(gè)機(jī)油的污染。首先損壞的是連桿軸徑與主軸徑，造成軸瓦損傷，形不成良好的油膜，軸徑表面呈灰白的亮斑，隨著時(shí)間延長(zhǎng)及機(jī)油劣化嚴(yán)重，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦事故的發(fā)生。

因此，吸氣系統(tǒng)的氣密性非常重要，基本可采用如下方法。一是330 h保養(yǎng)，更換新空氣粗濾器及二級(jí)濾芯，舊芯報(bào)廢，并保證裝機(jī)標(biāo)準(zhǔn)到位，保證空氣濾的有效性、可靠性；二是吸氣管道吊卡齊備，管卡齊全緊固，防止車輛行駛顛簸，管路擺動(dòng)，卡子松動(dòng)進(jìn)灰；三是重點(diǎn)檢查吸氣膠套，發(fā)現(xiàn)裂紋，必須及時(shí)更換；四是增壓器前端吸氣膠套，系增壓器高溫區(qū)，為防止高溫而引起膠套龜裂老化，應(yīng)設(shè)置防火放熱套；五是定期檢查渦輪增壓器泵輪及中冷器內(nèi)壁，檢查是否有灰塵存在?？傊?，從管理上，必須保證空氣濾良好，吸氣系統(tǒng)密封嚴(yán)密，杜絕進(jìn)灰塵的故障發(fā)生，才能保證潤(rùn)滑油不被污染，進(jìn)而保證發(fā)動(dòng)機(jī)得到良好的潤(rùn)滑。

在設(shè)備生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行中，也曾發(fā)生增壓后膠套破損漏氣情況。由于增壓后的管路壓力大于大氣壓力，處于正壓狀態(tài)，灰塵難以進(jìn)入，不會(huì)造成對(duì)潤(rùn)滑油的污染。只會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量不足，排黑煙，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，但是，也需要及時(shí)的檢查與處理，以期達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常。

7.渦輪增壓器的潤(rùn)滑

理論上講，KTA50C發(fā)動(dòng)機(jī)，不配置增壓器，可減少功率30%左右。增壓器處于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管末端，高溫可達(dá)700℃左右，它采用浮動(dòng)軸承，其轉(zhuǎn)數(shù)由排氣壓力、排氣背壓、吸氣阻力所決定，正常的額定功率下，轉(zhuǎn)數(shù)可達(dá)60 000～80 000 r/min，是發(fā)動(dòng)機(jī)重要機(jī)件之一。

增壓器的正常工作，機(jī)油的潤(rùn)滑是首要的，正常工況下，增壓器夜間目視呈暗紅色，溫度非常高，轉(zhuǎn)數(shù)高，潤(rùn)滑油流動(dòng)量極大，如其說(shuō)是對(duì)增壓器軸承的潤(rùn)滑。更重要的是靠潤(rùn)滑油對(duì)增壓器進(jìn)行冷卻。為此，保證增壓器的潤(rùn)滑是增壓器正常工作的先決條件，使用過(guò)程中，必須消除供油管路的泄漏，防止發(fā)生火災(zāi)及供油量不足，同時(shí)必須保證回油管道的暢通，進(jìn)而保證增壓器的理想潤(rùn)滑與冷卻。