詳解奧迪、大眾發(fā)動機機油異常消耗的主要原因(上)

◆文/遼寧 張利

汽修界有一句玩笑話：“EA888真的是‘發(fā)發(fā)發(fā)’，修不完的燒機油，真的可以發(fā)家致富?！贬槍W迪及大眾車系發(fā)動機燒機油的問題，其解決方案多種多樣，有的方案儼然已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)，經(jīng)常被冠以高科技、首創(chuàng)等高大上名頭。一時間洛陽紙貴，著實讓很多業(yè)界同仁火了一把，賺了一把。但是，回歸理性，奧迪、大眾車系尤其是EA888系列發(fā)動機，其燒機油的機理是什么？其合理解決方案是什么？

下面我們將結合傳統(tǒng)內燃機理論，廠家的升級改進方案，新式的檢測裝配手段及方法，展開進一步討論，力求拋磚引玉，將規(guī)范化的解決方案普及應用，并進一步改進發(fā)展，惠及業(yè)界同仁。

熟悉內燃機的朋友都知道，傳統(tǒng)意義上的燒機油的解決方案，都是更換活塞環(huán)、氣門油封，必要時重新加工汽缸孔。但是，這種方案在EA888發(fā)動機上經(jīng)常無效，于是乎很多同仁更換渦輪增壓器、廢氣閥，有時奏效，有時徒勞，未能形成規(guī)范化的流程，同時有效的檢測診斷方案匱乏，導致返修大幅攀升，客戶滿意度大幅下降，公司利益及形象接連受損。在此，筆者結合自身經(jīng)驗及理論將之分為如下版塊，較為系統(tǒng)地介紹奧迪大眾發(fā)動機燒機油的形成機理及解決方法。

一、發(fā)動機備件

1.活塞與活塞環(huán)

作為內燃機的核心部件之一，活塞組件尤其是活塞環(huán)在汽缸中的工作環(huán)境是極為惡劣的，高溫、高壓及應力驟變是常態(tài)(圖1、圖2)。

圖1 活塞在汽缸中的受熱情況

圖2 活塞及活塞環(huán)的受力示意圖

這里有一個有趣的現(xiàn)象，即汽缸內的高壓氣體有一個非常重要的正面作用，它是活塞環(huán)同汽缸壁之間良好貼合的重要保證。換言之，活塞環(huán)向汽缸壁之間施加的壓力總量很大程度上來源于活塞頂部的氣體壓力，最大時這個比值可達90%，尤其是一環(huán)和二環(huán)，活塞環(huán)受力理論分析示意圖如圖3所示。

理解了這一點可以洞悉，其實活塞環(huán)在工作時，是處于“呼吸”狀態(tài)的。形成鮮明對比的是活塞環(huán)在生產(chǎn)與維修實踐中，如果片面追求高彈力指標是不科學、不嚴謹?shù)?，世界上沒有最好的活塞組件，只有最適合的活塞組件，其參數(shù)關系見表1所示所示。

圖3 活塞環(huán)受力分析示意圖

表1 活塞環(huán)各指標對性能的影響

理解了這個基礎理論，那么對于理解活塞組件在維修工作中的內在價值與規(guī)范手段，無疑是大有裨益的。

2.活塞環(huán)中的油環(huán)

目前的主流汽油機的油環(huán)主要有兩種，即兩片組合式油環(huán)、三片波浪式組合油環(huán)，限于篇幅所限，更多這方面知識不作探討，有興趣的讀者可以查閱相關內燃機專著。關聯(lián)燒機油的一個核心參數(shù)是抗積炭污染性能，在這一方面，三片波浪式組合油環(huán)(圖4)，無疑優(yōu)勢更大。

圖4 三片波浪式組合油環(huán)

眾所周知，渦輪增壓發(fā)動機的升功率較高，工作時的溫度及輸出特性都較自然吸氣發(fā)動機強悍，潤滑油比自然吸氣發(fā)動機更易結膠、更容易形成積炭。另外，缸內直噴發(fā)動機燃油不流經(jīng)進氣門，尤其在冷車時易生成積炭和炭煙顆粒?；谝陨显颍瑠W迪大眾廠家對于活塞組件進行了升級，未來的主力機型，如EA839系列發(fā)動機，全面采用三片波浪式組合油環(huán)，其核心優(yōu)勢是抗積炭污染能力大大增強，刮油衰退大大減緩甚至與發(fā)動機總成同壽命。

3.氣門油封

高性能內燃機在工作時，其排氣溫度最高可達800℃，雖然氣門可以散熱，尤其是采用充鈉技術后，散熱進一步加強，但是氣門桿上的工作溫度依然炙熱，這對于氣門油封提出了全新挑戰(zhàn)。對于內燃機而言，機油從氣門導管中滲漏進入燃燒室是發(fā)動機燒機油的重要根源，采用合適的材料匹配氣門油封的良好刮油與貼合能力，則是重要課題。在早期發(fā)動機中，氣門油封的主要材料為腈、聚丙烯酸酯，但是這個材料用于渦輪增壓發(fā)動機則勉為其難，所以奧迪廠家將氣門油封材料全部升級為氟膠材料(圖5)，大大延長其使用壽命，因為氟膠最高可在260℃的溫度下可靠工作，采用氟膠材料的氣門油封在其全壽命周期內皆可以穩(wěn)定工作，由于材料本身固有的自潤滑特性，除耐高溫外，其抗物理損傷的能力也大大加強。見下圖所示

圖5 升級后的氟膠氣門油封

4.機油精分離器(廢氣閥)

出于環(huán)保的要求及自身工作的需要，密閉式強制曲軸箱通風系統(tǒng)目前被普遍采用。與自然吸氣發(fā)動機相比，渦輪增壓發(fā)動機的顯著特點在于其進氣歧管內不是常負壓狀態(tài)，在增壓器介入工作狀態(tài)時，甚至處于正壓狀態(tài)，若采用傳統(tǒng)方案，只用一只管路連接進氣管進行曲軸箱通風，勢必會導致發(fā)動機在非自然吸氣工作狀態(tài)時，無法進行通風。因此， EA888發(fā)動機的曲軸箱出氣管有兩根，一根通往進氣管，另外一根通向渦輪增壓器的進氣入口，從而保證曲軸箱的正常通風與廢氣導入。在這個過程當中，機油精分離器起到了關鍵性作用，它是一個集成式部件，主要有壓力調節(jié)閥、單向閥、旋風式分離器等組成，其主要作用是將曲軸箱的廢氣進行氣液分離，將液態(tài)機油回流入油底殼，將廢氣引入燃燒室燒掉。

如果產(chǎn)品設計偏差或者工作異常，必然導致分離不徹底，致使過多機油進入燃燒室，從而加重機油消耗，目前廠家已經(jīng)重視了該問題，并提出了改進方案及產(chǎn)品，采用了全新升級廢氣閥(圖6)及零件號。升級后的廢氣閥的主要特點有：工作負壓為-100mbar(1mbar=100Pa)；內部壓力膜片為多層氟膠結構；彈簧為矩形絲不等距結構等等，其內部結構原理如圖7所示。

圖6 EA888第二代廢氣閥

曲軸箱負壓的測定(圖8)有著嚴格的操作流程與規(guī)范，但是在實際的維修工作中，很多讀者缺乏必要的了解和手段，導致測量結果不準確，或者設備使用不當，導致結果不可信。如：儀表的分辨率過低，無法精確到1mbar，有的甚至用真空表代替負壓表；發(fā)動機機械機構嚴重故障，汽缸壓力與進氣歧管真空度雙低，失去了測定的前提條件卻盲目測量，這都是不科學、不規(guī)范的典型。曲軸箱負壓是多元壓力綜合的結果，其壓力的分析是建立在對于內燃機充分了解的基礎之上，正所謂“九層之臺起于壘土”，只有打好基礎，才能做到遇事不慌。

圖7 EA888第二代廢氣閥內部結構原理

圖8 第二代EA888曲軸箱負壓測定

二、發(fā)動機的基礎測量

在解決奧迪大眾發(fā)動機燒機油的工作過程中，基礎測量不僅非常重要，而且容易出現(xiàn)紕漏，在此將與燒機油相關的基礎測量工作進行分享和探討。

1.汽缸孔的測量

汽缸孔的測量如圖9所示，不僅需要在圖中1、2、3三個區(qū)域進行，而且還要在每個區(qū)域的A軸方向和B軸方向分別測量，并將上述結果詳細記錄，之后參考具體的維修手冊，以判定是否超標。以最常見的CDZA發(fā)動機為例，其基本的尺寸規(guī)范是：基本汽缸尺寸82.51mm，各方向最大偏差0.08mm。需要特別提示的是：當汽缸體固定在翻轉支架 VAS 6095或者類似設備上時，不允許測量缸徑，因為此時由于側向扭曲力的存在，足以讓測量結果偏差0.02mm。也就是說：測量時要嚴格遵守規(guī)范，不放過任何可能影響測量結果的細節(jié)。

圖9 汽缸孔的測量方法

目前，為了降低維修成本，汽缸孔損壞的汽缸體一般都采用重新鏜缸下套的方案進行維修，鑒于當前機加工市場水平良莠不齊，除了前文所述的基礎測量外，還應目視進行復檢。將汽缸孔清洗干凈后，其珩磨紋(圖10)應均勻且錯落有致，無傷痕、無砂眼。對于表面粗糙度Ra值的評定，由于其精度0.001mm已超出了大部分汽修廠的能力范疇，在此略過不予討論。

圖10 汽缸孔珩磨紋應均勻且錯落有致

2.活塞的測量

眾所周知，汽缸同活塞的配合間隙來源于二者的直徑差值。維修過程中，在活塞測量(圖11、圖12、圖13)時存在的問題主要有兩個：一是測量精確度與測量穩(wěn)定性欠佳，同一工件測量值多變，測量值漂移嚴重，這個主要的原因是設備精度和質量；其次，進行檢測時，目光應垂直于活塞，量具測量頭同活塞裙部之間，應該感覺稍有緊度但又可順利通過為佳，過緊與過松都會影響檢測結果。表2為大眾CDZA型發(fā)動機間隙規(guī)范值。

圖11 用外徑千分尺測量活塞裙部

圖12 用塞尺測量活塞環(huán)側隙

圖13 用塞尺測量活塞環(huán)端隙

表2 大眾CDZA型發(fā)動機規(guī)范間隙值

需要注意的是：目前大部分油環(huán)已經(jīng)升級為三片波浪式組合油環(huán)，在組裝波浪環(huán)組裝時一定不要搭接，否則將導致其永久損壞。(未完待續(xù))