臺架試驗增壓發(fā)動機(jī)機(jī)油消耗率過大原因的分析

摘要：機(jī)油消耗率過大是在發(fā)動機(jī)樣機(jī)試驗階段尤其是耐久試驗時出現(xiàn)概率比較高的重大問題之一。尤其是增壓汽油發(fā)動機(jī)，由于高溫高壓、活塞漏氣量增加及曲軸箱內(nèi)的壓力升高，通風(fēng)系統(tǒng)因部分工況下進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力大于大氣壓力，如何準(zhǔn)確查找機(jī)油消耗率過大的根本原因變得更見困難。本文就是研究如何解決增壓后機(jī)油消耗率異常的問題。汽油機(jī)增壓后，缸內(nèi)爆發(fā)壓力以及熱負(fù)荷都比自然吸氣汽油機(jī)增加很多，從而導(dǎo)致活塞最大漏氣量比自然吸氣發(fā)動機(jī)增加一倍甚至更多，同時曲軸箱內(nèi)壓力也會成倍乃至幾倍增加。之前自然吸氣發(fā)動機(jī)的油氣分離器及分離方式很難滿足增壓汽油機(jī)的分離要求，從而增壓汽油機(jī)的機(jī)油消耗率過高。機(jī)油消耗率過高，極易引起三元催化器壽命縮短和火花塞間隙變小等影響。

關(guān)鍵詞：汽油機(jī)增壓；機(jī)油消耗率；曲軸通風(fēng)系統(tǒng)

1引言

首先說明的是，汽油發(fā)動機(jī)都存在機(jī)油消耗。發(fā)動機(jī)機(jī)油有四大功能：潤滑、密封、冷卻和清潔，對于保證發(fā)動機(jī)正常工作起到至關(guān)重要的作用。隨著發(fā)動機(jī)試驗時間的不斷增加，零件的機(jī)械磨損、高溫氧化、燃油蒸發(fā)腐蝕等因素，發(fā)動機(jī)機(jī)油受到污染。此外，為完成潤滑、冷卻、清潔和密封四大功能，發(fā)動機(jī)存在機(jī)油消耗的問題是正常的。

發(fā)動機(jī)的機(jī)油消耗率的高低，跟發(fā)動機(jī)自身的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。但機(jī)油消耗過高對發(fā)動機(jī)自身的危害都是一樣的，因此我們要保證發(fā)動機(jī)機(jī)油消耗率在正常范圍內(nèi)。

本文主要針對增壓汽油機(jī)樣機(jī)試驗階段過程中機(jī)油消耗率過大問題的處理。對于增壓汽油機(jī)機(jī)油消耗率合理范圍，除了國家標(biāo)準(zhǔn)中限制機(jī)油燃油消耗率百分比之外，沒有一個強制性的限值。不過行業(yè)均一致認(rèn)同，機(jī)油消耗率一旦過高，導(dǎo)致零件潤滑不良而加速機(jī)械磨損、催化劑被覆蓋而導(dǎo)致催化失效，發(fā)動機(jī)排放不符合國家標(biāo)準(zhǔn)。因此發(fā)動機(jī)機(jī)油消耗率控制在較低的范圍，有助于提高發(fā)動機(jī)的可靠性。對于增壓汽油機(jī)，活塞漏氣量比同排量的自然吸氣汽油發(fā)動機(jī)增加一倍多。因進(jìn)氣中冷增壓，所以進(jìn)入進(jìn)氣歧管內(nèi)的氣體壓力部分工況下也高于正常大氣壓，同時也得考慮解決高速時曲軸箱壓力過大的問題。故油氣分離肯定比自然吸氣的復(fù)雜很多。

目前，對于中小排量發(fā)動機(jī)，不同工況下有所區(qū)別。國外一般要求新機(jī)磨合后機(jī)油消耗率小于15g/h，而可靠性試驗完成后機(jī)油消耗率要小于30gm。另外如果是增壓汽油機(jī)，除以上要求外，增加曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)含油量的要求（小于2eCh）。國家標(biāo)準(zhǔn)中對機(jī)油消耗率要求相對粗略，僅要求機(jī)油、燃油消耗質(zhì)量百分比小于0.3%。

2處理的一般步驟

2.1檢查是否漏油

首先停機(jī)檢查發(fā)動機(jī)是否漏油。主要檢查發(fā)動機(jī)曲軸前后油封、增壓器進(jìn)回油管路、機(jī)油濾清器及油底殼跟缸體連接處是否有滲漏痕跡。

如果前后油封密封失效，會導(dǎo)致機(jī)油泄漏，則應(yīng)檢查油封密封圈及涂膠等。

如果增壓器進(jìn)回油管墊片或墊圈處出現(xiàn)，先檢查螺栓扭力是否在正常范圍。如果扭力正常，則檢查墊片是否變形或者有其它缺陷。

機(jī)油濾清器處一般檢查跟機(jī)油冷卻器密封處，檢查其扭力后拆開檢查密封圈處。

如檢查發(fā)現(xiàn)油底殼跟缸體結(jié)合面處普遍滲油，但油底殼螺栓扭力均在正常范圍，拆開油底殼檢查涂膠。檢查涂膠是否完整及涂膠寬度厚度。如沒有出現(xiàn)涂膠量過少或不完整，則可能是曲軸箱壓力過高導(dǎo)致密封失效。

2.2測量氣缸壓縮壓力

汽缸壓縮壓力的檢查和判斷方法：

（1）起動發(fā)動機(jī)怠速運轉(zhuǎn)，待發(fā)動機(jī)冷卻液水溫達(dá)到80攝氏度以上時停機(jī)。

（2）將噴油器接插頭拔下，拆點火線圈后將火花塞拆下，節(jié)氣門全開。

（3）手持氣缸壓力表，將其錐形橡膠頭擰緊在火花塞孔上，逐缸測量氣缸壓縮壓力；測量時用起動馬達(dá)帶轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)（轉(zhuǎn)速應(yīng)300轉(zhuǎn)/分）。

（4）為確保準(zhǔn)確性，每缸應(yīng)測量2次以上，曲軸至少旋轉(zhuǎn)4轉(zhuǎn)以上。

（5）判斷氣缸壓力是否正常，視具體機(jī)型來決定。當(dāng)被測汽缸的壓縮壓力比給定的數(shù)值低15%以上、或該缸的壓縮壓力比各缸的平均壓縮壓力低10%以上時，基本上可以認(rèn)為該缸的密封性已經(jīng)不能達(dá)到正常的使用要求了。

如果缸壓過低，此時可以使用內(nèi)窺鏡檢查活塞以及缸孔內(nèi)壁是否完好。如果缸壁能看到明顯的劃痕或者損傷，或者活塞頂部有裂紋，拆機(jī)檢查零件質(zhì)量。

2.3測量全負(fù)荷竄漏

活塞環(huán)主要有密封氣體、均布?xì)飧妆跈C(jī)油、導(dǎo)熱和支撐活塞等作用。

活塞漏氣量通常指發(fā)動機(jī)在工作過程中，從曲軸箱通風(fēng)管中逃逸出的氣體的流量。活塞漏氣量是一個指示活塞環(huán)是否已得到正確的光潔度和配合的重要指標(biāo)，它是綜合評價發(fā)動機(jī)活塞、活塞環(huán)及氣缸壁的組合是否有效的重要手段。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 19055-2003汽車發(fā)動機(jī)可靠性試驗方法附錄A中的A.4，四沖程發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷時最大活塞漏氣量（Bmax）不得超過限值（B）。

BL=0.6%VH（n/2）R（298/T）

V-發(fā)動機(jī)排量，單位為升（L）

N-定轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)每分鐘（r/min）

R-額定轉(zhuǎn)速全負(fù)荷時增壓機(jī)的壓比，壓氣機(jī)出氣口的絕對壓力p和壓氣機(jī)進(jìn)口絕對壓力之比，非增壓機(jī)r=1

T-進(jìn)氣歧管內(nèi)部進(jìn)氣溫度為開爾文（K），非增壓機(jī)令T=298K

根據(jù)以上公式，可知不同的機(jī)型活塞的最大漏氣量可能不—樣的。

如果活塞最大漏氣量大于設(shè)定的目標(biāo)值且內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)活塞頂部及缸壁均完好。此時可將活塞拆下檢查。拆下時注意：（1）各活塞環(huán)開口是否相錯（三個活塞環(huán)開口應(yīng)相錯120度）。如果開口相錯較小甚至三道活塞開口跑到同一方面（俗稱環(huán)對口），活塞最大漏氣量會相應(yīng)增大很多。（2）檢查各活塞環(huán)是否完成，如果出現(xiàn)活塞環(huán)損壞，活塞漏氣量將增加。（3）活塞環(huán)上是否有積碳及彈性。如積碳過多，導(dǎo)致活塞環(huán)卡死，機(jī)油將直接進(jìn)入燃燒室燃燒，從而導(dǎo)致機(jī)油消耗率過大。（4）檢查活塞環(huán)安裝方向是否正確。

2.4油氣分離試驗

在現(xiàn)代汽車中，曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)氣體形成是多方面的。

（1）由于活塞環(huán)跟缸體缸孔之間沒有完全密封（如果要達(dá)到完全密封，極易出現(xiàn)拉缸導(dǎo)致發(fā)動機(jī)直接報廢），在發(fā)動機(jī)往復(fù)運轉(zhuǎn)過程中，部分工作氣體沿活塞與活塞環(huán)跟氣缸套的側(cè)間隙進(jìn)入曲軸箱，也就是之前說的活塞漏氣量。

（2）增壓汽油發(fā)動機(jī)采用活塞冷卻噴嘴工作中產(chǎn)生的飛濺油霧。由于增壓汽油機(jī)活塞相對于自然吸氣發(fā)動機(jī)所特有的高溫高壓，為保證活塞在合適溫度工作，一般會增加活塞冷卻噴嘴噴油冷卻。在冷卻過程中部分機(jī)油形成油霧。

（3）對增壓汽油機(jī)，增壓器的中間軸承也會有部分氣體從進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入曲軸箱內(nèi)。

（4）在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，為發(fā)動機(jī)運動件良好潤滑，機(jī)油泵會將機(jī)油運送到各個運動件以防止機(jī)械磨損過大。曲軸、活塞、連桿、凸輪軸及正時鏈等運動件所帶動的機(jī)油也會形成油霧；

鑒于以上多方面原因，在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)過程中曲軸箱內(nèi)不斷產(chǎn)生的氣體或油霧，曲軸箱壓力會相應(yīng)增大。為保持在發(fā)動機(jī)工作過程中合適的曲軸箱壓力，運轉(zhuǎn)過程中的氣體或油霧必須導(dǎo)出曲軸箱。

曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的功能之一就是通過其分離氣體及油霧，使機(jī)油回流到油底殼，再次進(jìn)入循環(huán)。根據(jù)氣體中的油的顆粒度分為細(xì)小顆粒油（<10um）、微小顆粒油（<1um）和粗糙油（肉眼可見的顆粒）。一般油氣分離器分離過程中一般先進(jìn)行粗分離再進(jìn)行精分離，即二級分離模式。這樣顆粒較大的機(jī)油將會先被分離，細(xì)小顆粒油將再次分離。

在增壓汽油發(fā)動機(jī)工作過程中，隨著增轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的增大，進(jìn)入進(jìn)氣歧管內(nèi)的氣體壓力將高于大氣壓力。也就意味著，必須設(shè)計在發(fā)動機(jī)低載荷及高載荷等工況下的各自獨立通道以保證曲軸箱內(nèi)氣體及時導(dǎo)出，從而保證曲軸箱壓力在合理范圍內(nèi)。

如9UON+uG9CTPpNhkOH1ff6g==圖所示，正常情況下，油氣分離器上有兩個單向閥，在油氣內(nèi)壓力達(dá)到其中某個閥值時，單向閥便打開，分離后的氣體經(jīng)過此閥流向進(jìn)氣歧管或增壓器進(jìn)氣口后再次進(jìn)行燃燒。

如果單向閥的壓力值設(shè)置偏大或者偏小時，就會出現(xiàn)出現(xiàn)失效情況，反而有氣體從進(jìn)氣歧管或增壓器進(jìn)氣口進(jìn)入油氣分離器。所以油氣分離試驗首先要確保檢查油氣分離后氣體的流向是否正確，如果出現(xiàn)逆流，則判斷單向閥失效。需要重新設(shè)計。

第二，如果經(jīng)過檢查，油氣分離的氣體流向是正確的，那么下一步的在單向閥跟進(jìn)氣歧管和增壓器進(jìn)氣口之間增加油氣收集瓶子。通過某段時間的收集（如2個小時），先目視檢查瓶子內(nèi)是否機(jī)油成分較多（試驗分離出的油氣如果含有機(jī)油一般為黑色）。如果此時收集到的瓶子內(nèi)油基本為黑色，可以初步確認(rèn)油氣分離器的效果欠佳（可以進(jìn)行放入烘干箱進(jìn)行烘干稱量）。如果烘干后發(fā)現(xiàn)機(jī)油含量大于設(shè)定值，油氣分離需要重新設(shè)計以增加油氣分離的效果。

3結(jié)語

臺架試驗增壓汽油發(fā)動機(jī)機(jī)油消耗率過大處理，主要是通過檢查增壓汽油發(fā)動機(jī)是否漏油、氣缸壓縮壓力、測量活塞最大漏氣量、以及進(jìn)行油氣分離試驗等手段。通過以上的測量，一般情況下都能檢查出增壓汽油發(fā)動機(jī)機(jī)油消耗率過大的根本原因。