通用小型汽油機(jī)的熱負(fù)荷及機(jī)油消耗率的分析研究

劉鵬 閻希成 張斌 秦靜 賈濱

（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所 天津 300072）

引言

隨著內(nèi)燃機(jī)不斷向高速和強(qiáng)化方向發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的傳熱和熱負(fù)荷問(wèn)題也就顯得越來(lái)越突出。如何有效地解決內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷問(wèn)題，提高內(nèi)燃機(jī)受熱零部件的可靠性及其使用壽命就變得日益重要和緊迫。由于熱負(fù)荷的影響，內(nèi)燃機(jī)受熱零部件的非正常磨損，材料的腐蝕、燒蝕和熱疲勞破壞等故障屢見(jiàn)不鮮，直接或間接地影響著內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性和可靠性[1-2]。因此，在內(nèi)燃機(jī)工程的研究中，傳熱和熱負(fù)荷的研究是一個(gè)非常重要的研究方向。同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷過(guò)高會(huì)導(dǎo)致一部分機(jī)油汽化而被蒸發(fā)到曲軸箱外，從而增高了內(nèi)燃機(jī)的機(jī)油消耗。本文以3款6.5HP通用小型汽油機(jī)為參考樣機(jī)，進(jìn)行了熱負(fù)荷及機(jī)油消耗率的對(duì)比試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)設(shè)備與方法

主要的試驗(yàn)設(shè)備為天津內(nèi)燃機(jī)研究所第一研究室自主開(kāi)發(fā)的一款多通道測(cè)試儀，可同時(shí)測(cè)量廢氣濃度、溫度、壓力、空燃比及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等多種參數(shù)，此次試驗(yàn)主要使用多通道溫度采集，如圖1所示。

圖1 多通道測(cè)試儀

試驗(yàn)用樣機(jī)選取了3臺(tái)不同廠家的6.5HP汽油機(jī)，樣機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

2 熱負(fù)荷試驗(yàn)

分析發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷的方法有很多，本文主要采用記錄10 h發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋不同位置的溫度變化，來(lái)反映發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷情況。在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋附近選取了6個(gè)有代表性的位置，具體位置如圖2所示。

圖2 溫度測(cè)點(diǎn)位置

測(cè)得曲線變化如圖3所示，從曲線可以看到3#樣機(jī)熱負(fù)荷同比高于其它兩臺(tái)。

圖3 熱負(fù)荷曲線

3 機(jī)油消耗率試驗(yàn)

在考察樣機(jī)熱負(fù)荷的同時(shí)，按照J(rèn)B/T5135標(biāo)準(zhǔn)對(duì)3臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了機(jī)油消耗量測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。發(fā)現(xiàn)3#樣機(jī)的機(jī)油消耗量5.9 g/（kW·h）明顯高于1#樣機(jī)2.0 g/（kW·h）和2#樣機(jī)2.7 g/（kW·h），因此對(duì)3#樣機(jī)的機(jī)油消耗量及熱負(fù)荷狀況進(jìn)行了分析。

表2 機(jī)油消耗率對(duì)比

通過(guò)對(duì)比觀察3#樣機(jī)和參考樣機(jī)的空濾器，發(fā)現(xiàn)3#樣機(jī)的空濾器內(nèi)有明顯的機(jī)油，因此分析是由于呼吸器管道將大量的機(jī)油蒸汽送到了空濾器內(nèi)，低溫后凝結(jié)成為機(jī)油。機(jī)油消耗量過(guò)高與呼吸器管道內(nèi)的機(jī)油蒸汽過(guò)多有關(guān)，因此進(jìn)行了呼吸器更換的對(duì)比試驗(yàn)，如圖4所示。結(jié)果表明：在3#樣機(jī)上安裝1#樣機(jī)的呼吸蓋進(jìn)行試驗(yàn)，機(jī)油蒸汽排出的現(xiàn)象沒(méi)有改變。

圖4 1#、3#呼吸蓋對(duì)比

將3#樣機(jī)的呼吸蓋安裝到2#樣機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，如圖5所示。機(jī)器在3 600 r/min、3.6 kW工況下運(yùn)行40min從呼吸器管道中排出的機(jī)油蒸汽明顯比3#樣機(jī)少。

因此分析呼吸器管道內(nèi)的機(jī)油蒸汽受呼吸器的影響不明顯。3#樣機(jī)與2#樣機(jī)分別進(jìn)行了曲軸箱泄漏量測(cè)量，圖6是由軸箱泄漏量測(cè)量結(jié)果，表3所示為曲軸箱泄漏量對(duì)比。

通過(guò)曲軸箱壓力測(cè)量，3#樣機(jī)的活塞泄漏量明顯大于2#樣機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間會(huì)有大量的高溫氣體竄入曲軸箱，對(duì)機(jī)油進(jìn)行加熱，而后機(jī)油蒸汽通過(guò)呼吸器管道進(jìn)入化油器及燃燒室被燒掉，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷升高，機(jī)油消耗量升高的問(wèn)題均會(huì)出現(xiàn)[3]。

圖5 2#、3#呼吸蓋對(duì)比

圖6 曲軸箱泄漏量測(cè)量

表3 曲軸箱泄漏量對(duì)比

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)3臺(tái)6.5HP樣機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)油消耗的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)熱負(fù)荷是造成發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油消耗的重要因素，同時(shí)活塞、活塞環(huán)的配缸間隙也是造成機(jī)油消耗的重要原因，因此改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，匹配合適的活塞和活塞環(huán)對(duì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油消耗，增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性及提高經(jīng)濟(jì)性有重要作用。