機(jī)油液面高低對(duì)機(jī)油消耗的影響研究

馬俊杰 高尚志 成海元 潘建考 沈 源 尹建東 王瑞平，2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司）

引言

機(jī)油消耗是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)普遍存在的一種現(xiàn)象，特指機(jī)油通過缸筒活塞環(huán)、曲通系統(tǒng)及氣門油封進(jìn)入氣缸，在燃燒沖程中被燒掉，從而引起油底殼機(jī)油液面下降的現(xiàn)象，如果機(jī)油消耗異常，在用戶的保養(yǎng)周期就低于機(jī)油尺下限，甚至引起油壓低報(bào)警，影響冷卻和潤滑功能。另外，機(jī)油燃燒時(shí)會(huì)排放出大量有害氣體，造成排放超標(biāo)，甚至排氣管會(huì)冒藍(lán)煙，非常影響客戶對(duì)產(chǎn)品的滿意度，基于該問題，各大主機(jī)廠在產(chǎn)品上市前會(huì)進(jìn)行機(jī)油消耗試驗(yàn)來評(píng)價(jià)整機(jī)系統(tǒng)的機(jī)油消耗水平[1]。

影響機(jī)油消耗的影響因素比較多，如活塞環(huán)、缸筒變形、曲通系統(tǒng)、氣門油封等，本文不一一贅述，在最近的研究結(jié)果表明，機(jī)油加注量不同會(huì)造成機(jī)油初始液面高低不同，也會(huì)引起機(jī)油消耗的差異，本文主要介紹機(jī)油液面高低對(duì)機(jī)油消耗的影響。

1 機(jī)油加注量

機(jī)油加注量主要分為兩類，1是臺(tái)架試驗(yàn)過程中的機(jī)油加注量；2是整車保養(yǎng)時(shí)的機(jī)油加注量。在臺(tái)架機(jī)油消耗試驗(yàn)過程中，機(jī)油加注量可以通過電子秤稱量合適質(zhì)量的機(jī)油進(jìn)行試驗(yàn)，一般來說每次試驗(yàn)可以控制較為準(zhǔn)確，但目前主要采用機(jī)油標(biāo)尺來判斷機(jī)油加注量，通過液面來判斷加注量會(huì)有較大誤差，因?yàn)橛偷讱け砻娣e較大，所以只有加注量偏差很大，才能從機(jī)油尺看出差異，另外不同機(jī)油溫度，運(yùn)行后靜置時(shí)間不同，機(jī)油標(biāo)尺顯示出來的機(jī)油液位高低存在很大差異。另外，由于技術(shù)變更，如增加平衡軸技術(shù)，會(huì)使得相同的加注量機(jī)油液面不同，或者相同的機(jī)油液面，加注量不同[2]。

整車保養(yǎng)時(shí)，機(jī)油加注量也是依靠觀看機(jī)油標(biāo)尺的位置來定義加注量，不同人在加注機(jī)油時(shí)會(huì)有很大的加注量偏差。本文的主要研究對(duì)象就是機(jī)油加注量過多或者過少對(duì)機(jī)油消耗的影響。

2 試驗(yàn)工況

臺(tái)架機(jī)油消耗試驗(yàn)一般采用國標(biāo)，工況為全速、全負(fù)荷。

本文研究機(jī)油消耗試驗(yàn)工況如表1所示，為了減少試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，將試驗(yàn)時(shí)間優(yōu)化為6 h和12 h（國標(biāo)要求試驗(yàn)時(shí)間為24 h），因?yàn)榍? h存在機(jī)油稀釋情況，故使用稀釋后的舊機(jī)油繼續(xù)運(yùn)行6 h，相當(dāng)于總共運(yùn)行12 h，觀察不同機(jī)油液面對(duì)機(jī)油消耗的影響。

表1 機(jī)油消耗量試驗(yàn)工況

3 機(jī)油稀釋對(duì)機(jī)油消耗的影響

機(jī)油稀釋主要發(fā)生的區(qū)域有低溫、低速、小負(fù)荷和高溫、高速、大負(fù)荷，這2個(gè)區(qū)域一個(gè)是因?yàn)榈蜏仄瓦M(jìn)入機(jī)油后不容易揮發(fā)，另一個(gè)是因?yàn)閲娪土看?，濕壁風(fēng)險(xiǎn)高，稀釋量較大。

機(jī)油稀釋后會(huì)導(dǎo)致表面機(jī)油消耗變小，因?yàn)橛胁糠謾C(jī)油消耗被燃油稀釋給抵消，甚至在某些情況下，機(jī)油消耗會(huì)出現(xiàn)負(fù)值（“機(jī)油增多”）。

機(jī)油稀釋后的另一個(gè)影響因素就是降低機(jī)油粘度，同時(shí)會(huì)造成機(jī)油油膜變化，蒸發(fā)性變化，從而在相同條件下機(jī)油消耗會(huì)增加。

研究發(fā)現(xiàn)，在高速、大負(fù)荷，包含機(jī)油和汽油的總消耗，如圖1中所示的液體消耗存在先變負(fù)后變正的規(guī)律，也就是說油底殼中的液體先增加后減少，達(dá)到平衡的時(shí)間大約在6 h，6 h后機(jī)油消耗和液體消耗基本相當(dāng)，此時(shí)液體中的汽油量基本不變，說明此時(shí)汽油稀釋量和汽油消耗量達(dá)到平衡，采用舊機(jī)油6 h更能真實(shí)有效地評(píng)價(jià)機(jī)油消耗水平。隨著機(jī)油加注量的增多，汽油的稀釋和消耗的平衡點(diǎn)會(huì)后移，使得相同時(shí)間的機(jī)油消耗和機(jī)油液面存在相關(guān)性[3]。

圖1 機(jī)油耗隨試驗(yàn)時(shí)間變化關(guān)系

4 試驗(yàn)研究

4.1 問題發(fā)現(xiàn)

在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪現(xiàn)象，在相同技術(shù)狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)油消耗試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)機(jī)油消耗和液面高低存在一定相關(guān)性，如圖2和圖3所示。

為了消除發(fā)動(dòng)機(jī)的一致性對(duì)機(jī)油消耗帶來的影響，采用同一臺(tái)增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行專項(xiàng)試驗(yàn)，為消除偶然性，隨機(jī)抽選了3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來確定機(jī)油消耗和機(jī)油加注量的關(guān)系，145S發(fā)動(dòng)機(jī)和其他2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)有一定差異，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

圖3 舊機(jī)油消耗隨機(jī)油加注量變化關(guān)系

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)

圖4 82S發(fā)動(dòng)機(jī)不同液面機(jī)油消耗結(jié)果

圖5 84S發(fā)動(dòng)機(jī)不同液面機(jī)油消耗結(jié)果

圖6 145S發(fā)動(dòng)機(jī)不同液面機(jī)油消耗結(jié)果

4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

本文共選取了3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)，其中2臺(tái)用來對(duì)比加油量為3 200 g（高液面）和2 700 g（低液面），另外一臺(tái)用來對(duì)比3 200 g（高液面）和3 450 g（超高液面）；試驗(yàn)工況采用國標(biāo)定義的全速、全負(fù)荷工況，試驗(yàn)時(shí)間為6 h，機(jī)油采用新機(jī)油和運(yùn)行6 h后的舊機(jī)油分別試驗(yàn)。評(píng)價(jià)參數(shù)采用機(jī)油燃油比，圖4、5、6 為試驗(yàn)結(jié)果。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)上機(jī)油液面高低會(huì)引起機(jī)油消耗較大的不同，特別對(duì)于新機(jī)油，由于存在機(jī)油稀釋的情況，機(jī)油液面高低代表著機(jī)油量的多少，從而代表了機(jī)油能夠稀釋汽油的量，隨著機(jī)油量的增多，可稀釋的汽油量也越大，從而使得機(jī)油消耗變低，甚至在某些情況下，機(jī)油消耗會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，但是隨著試驗(yàn)時(shí)間的變長，由于機(jī)油稀釋引起機(jī)油消耗增多，所以液面過高的情況下，6 h舊機(jī)油的機(jī)油消耗會(huì)高于低液面[4]。所以在正常的機(jī)油消耗試驗(yàn)及整車機(jī)油加注的時(shí)候，一定要盡可能保持機(jī)油加注量一致，否則也會(huì)引起機(jī)油消耗異常。

不同液面機(jī)油檢測結(jié)果如表3所示，隨著液面的上升，機(jī)油稀釋水平稍有升高，升高幅度約為1%，對(duì)于本文研究發(fā)動(dòng)機(jī)加油量約為3200g，稀釋8.57%，約為274 g汽油進(jìn)入，而2 700 g稀釋7.93%，折算為汽油約為214 g，二者相差60 g，這個(gè)是造成機(jī)油消耗差異的主要原因。試驗(yàn)后期（6 h舊機(jī)油），隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，稀釋逐漸飽和，機(jī)油中進(jìn)入的汽油量和揮發(fā)的汽油量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，機(jī)油稀釋對(duì)機(jī)油消耗的影響逐漸降低，機(jī)油消耗和機(jī)油液面的關(guān)系變得弱化[5]。

表3 不同液面機(jī)油稀釋結(jié)果%

5 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油消耗不單由發(fā)動(dòng)機(jī)本體決定，機(jī)油的加注量也是一個(gè)關(guān)鍵因素，不同機(jī)油加注量會(huì)引起機(jī)油消耗的大幅變化。

1）對(duì)于6 h機(jī)油消耗，機(jī)油消耗隨加注量增加而減小，加注量低于標(biāo)準(zhǔn)500 g，機(jī)燃比大約增加0.03%，增幅高達(dá)67%，如果加注量高于標(biāo)準(zhǔn)250 g，機(jī)油消耗為負(fù)，機(jī)油液面會(huì)升高。

2）對(duì)于12 h機(jī)油消耗或者6 h舊機(jī)油消耗，機(jī)油液面對(duì)機(jī)油消耗的影響較小，加注量低于標(biāo)準(zhǔn)500 g，機(jī)燃比大約增加0.03%，增幅為27%，如果加注量高于標(biāo)準(zhǔn)250 g，由于前期機(jī)油稀釋量過大，后期消耗會(huì)明顯上升，機(jī)油消耗也會(huì)增高，增幅為25%。

3）機(jī)油液面過高或者過低均會(huì)引起機(jī)油消耗的異常變化，建議在進(jìn)行機(jī)油消耗試驗(yàn)時(shí)，機(jī)油加注量誤差控制在一定范圍內(nèi)。同時(shí)，在整車保養(yǎng)過程中也要嚴(yán)格按照要求加注，以免由于機(jī)油加注量的偏差引起機(jī)油消耗異常。