摘 要

    工程建設(shè)機(jī)械用中、重型柴油機(jī)機(jī)油過量消耗是目前最難以解決的問題之一，而且 不同結(jié)構(gòu)類型、不同使用條件和技術(shù)狀況的柴油機(jī)，機(jī)油的消耗差別也較大，本文針對(duì) 機(jī)油上竄燃燒室因素的分析，介紹了降低機(jī)油消耗的措施和方法。

1 引起機(jī)油過量消耗的原因分析
    1.1機(jī)油粘度選用不當(dāng)
    據(jù)調(diào)查資料顯示，因機(jī)油粘度等級(jí)選用不當(dāng)，引起柴油機(jī)過度磨損是造成機(jī)油過量消耗的主要因 素之一。
    油的粘度越高，油的消耗也相對(duì)越少（如圖1），但若油的粘度過高，其殘?zhí)亢枯^大，凝點(diǎn)較 高，熱氧化安定性，低溫啟動(dòng)性、潤滑性、洗消作用以及泵送性也較差，極易引發(fā)活塞（環(huán)）與缸壁 間產(chǎn)生半（干）摩擦，而導(dǎo)致活塞環(huán)（氣缸）過度磨損、彈力減弱、粘環(huán)以及刮油環(huán)回油孔被沉積物堵塞等，造成大量機(jī)油竄入燃燒室引起過量消耗。

圖1　機(jī)油的粘度與消耗關(guān)系

    機(jī)油粘度低，流動(dòng)性、冷卻性及洗消作用較好，但粘度低于一定值時(shí)，油消耗會(huì)大大增加，因?yàn)榈驼扯葯C(jī)油揮發(fā)性高，同時(shí)密封性也較差，造成大量消耗及泄露。同時(shí)，粘度過低的機(jī)油， 由于承載能力低，易使油膜產(chǎn)生破裂；而且還會(huì)引起機(jī)油壓力明顯下降，使之不能有效泵送到各工作 部位，導(dǎo)致機(jī)件得不到正常的潤滑，加速氣缸、活塞環(huán)的磨損，增加機(jī)油的耗量．圖2為機(jī)油粘度與 活塞環(huán)、氣缸磨損的關(guān)系。

圖2　機(jī)油粘度與汽缸(活塞環(huán))磨損關(guān)系

    另外，機(jī)油壓力過高，機(jī)油的消耗量也大（如圖3）；同時(shí)，柴油機(jī)工作時(shí)冷卻液溫度過高，會(huì)引 起機(jī)油粘度降低，造成機(jī)油的揮發(fā)，增加機(jī)油的消耗（如圖4所示）。

圖3　機(jī)油壓力與機(jī)油消耗關(guān)系

圖4　水溫與機(jī)油消耗關(guān)系

1.2機(jī)油性能品質(zhì)
    機(jī)油的性能品質(zhì)對(duì)機(jī)油消耗影響，主要表現(xiàn)在揮發(fā)性和抗泡性。試驗(yàn)表明，油的餾分范圍越輕，揮發(fā)性越大，機(jī)油的消耗也越大（如圖5）。現(xiàn)代汽車由于對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的要求，廣泛應(yīng)用低粘度多級(jí)機(jī)油，以及油溫、機(jī)體溫度過高也是造成機(jī)油揮發(fā)大、油耗增加的主要原因之一。

圖5　機(jī)油揮發(fā)性與消耗的關(guān)系

    抗泡性是指機(jī)油在激烈的攪拌過程中抗泡沫形成的能力。泡沫對(duì)柴油機(jī)的正常工作有很大的危 害，主要表現(xiàn)在使機(jī)油的密封性下降；形成絕熱層使傳熱效果下降；使油泵抽空，油路產(chǎn)生氣阻，造 成供油中斷和潤滑效能下降等。從而加速缸壁、活塞和環(huán)壁的磨損，引起機(jī)油的上竄。
    特別是現(xiàn)代高強(qiáng)度柴油機(jī)中泡沫生成趨勢更為嚴(yán)重。主要是由于使用條件日趨苛刻，油的變質(zhì)加速，生成的醇酸老化產(chǎn)物都會(huì)助長起泡； 同時(shí)，現(xiàn)代機(jī)油為了改善潤滑油的各種性能，均含有大量的清凈分散劑，抗氧化腐蝕等性能添加劑， 這些添加劑大都為化學(xué)表面活性化合物，也是增長機(jī)油起泡的主要因素。 #p#分頁標(biāo)題#e#

1.3 燃燒室負(fù)壓過大
    據(jù)文獻(xiàn)記載，在汽缸、活塞、活塞環(huán)配合副間隙正常時(shí)，引起機(jī)油上竄燃燒室的主要因素是燃燒 室負(fù)壓過大而致(低于曲軸箱內(nèi)的壓力)。圖6為某四沖程六缸柴油機(jī)，進(jìn)氣壓力與機(jī)油消耗量的關(guān) 系。

                                       圖6　進(jìn)氣壓力與機(jī)油消耗的關(guān)系
    從圖中可以看到，隨著燃燒室進(jìn)氣壓力的降低，其機(jī)油耗量呈明顯上升的趨勢。柴油機(jī)在工作 時(shí)，汽缸壁上的機(jī)油在活塞（環(huán)）“泵油效應(yīng)” 以及強(qiáng)大壓力差作用下，通過活塞與缸壁，活塞環(huán)與環(huán)槽之間的間隙被泵入燃燒室，造成機(jī)油消耗量劇 增．引起燒燒室負(fù)壓過大的主要因素有：
a.空氣濾清器嚴(yán)重阻塞。
b.某缸不工作。
c.經(jīng)常拖啟動(dòng)或長期利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)等。
1.4汽缸套熱變形
    柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)汽缸熱變形超過某一限度時(shí)，活塞、活塞環(huán)便不能充分適應(yīng)氣缸的變形量， 在局部會(huì)出現(xiàn)較大上油的通路。同時(shí)，局部的熱變形還會(huì)引發(fā)活塞環(huán)在高速滑動(dòng)的過程中出現(xiàn)不規(guī)則 的扭曲變形以及懸浮和顫振現(xiàn)象，造成大量機(jī)油竄入燃燒室。引起汽缸熱變形的主要因素有：
a.缸套壁厚不均勻或裝配過盈量大。
b.缸套裝入缸體后上平面凸出量過大(濕式缸套)。
c.汽缸體缸套座孔的圓度，圓柱度及垂直度超過規(guī)定要求。
d.汽缸蓋螺栓緊固方法不正確或扭力不均勻。
e.柴油機(jī)經(jīng)常在高溫及爆燃狀態(tài)下工作等。

1.5轉(zhuǎn)速及運(yùn)轉(zhuǎn)模式變化
    試驗(yàn)表明，隨著轉(zhuǎn)速的增高，機(jī)油耗量明顯上升(如圖7所示)。

圖7　柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與機(jī)油耗量關(guān)系

    因?yàn)榛钊⒒钊h(huán)在與汽缸作相對(duì)高速滑動(dòng)時(shí)，其溫度會(huì)驟升，從而導(dǎo)致活塞環(huán)的彈力及氣密 性下降；同時(shí)，高速滑動(dòng)的刮油環(huán)，由于慣性的作用，其控制機(jī)油上竄的機(jī)能將明顯下降；而且高速 滑動(dòng)的活塞環(huán)還會(huì)出現(xiàn)異常的“顫振”和“懸浮’現(xiàn)象。
    另外，不同的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，機(jī)油消耗量也有較大差異。如柴油機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)頻繁；反復(fù)多次加減速 以及經(jīng)常在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其機(jī)油耗量將比穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的消耗量增加10%--30%。
1.6 活塞、活塞環(huán)與缸壁的配合間隙
    日本古濱莊一的研究認(rèn)為，當(dāng)汽缸壁與活塞第一道環(huán)壁的磨損量超過正常間隙的20％時(shí)，其機(jī)油 的耗量將增加2倍以上（如圖8所示），而與活塞環(huán)徑向磨損的3次方成正比。

圖8　缸壁、活塞環(huán)壁間隙與機(jī)油耗量關(guān)系

    造成汽缸壁和活塞環(huán)組磨損的主要原因有：高的滑動(dòng)速度和加速度（滑動(dòng)速度一般為：7～16ｍ/ s;加速度為12000～15000ｍ/s²）;柴油機(jī)負(fù)荷和較高 的燃燒壓力（使活塞環(huán)與缸壁間，活塞側(cè)面與缸套間以及環(huán)與環(huán)槽間承受很高不均衡的壓力。如圖9 所示）；機(jī)油粘度、汽缸壁溫度以及燃料的品質(zhì)等。尤其是汽缸上部、第一道壓縮環(huán)及活塞環(huán)壁，因潤滑條件惡劣，再加上受到爆發(fā)沖程高溫高壓氣流的沖擊，以及使用操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懀s有40％ 左右的柴油機(jī)在磨合運(yùn)轉(zhuǎn)期間，均發(fā)現(xiàn)有不同程度的異常磨損現(xiàn)象。 #p#分頁標(biāo)題#e#

圖9　某柴油機(jī)活塞環(huán)上的壓力分布情況

1.7其它影響因素
    (1)曲軸（連桿）軸瓦或機(jī)油泵嚴(yán)重磨損、松曠，使機(jī)油內(nèi)漏量過大，使機(jī)油的揮發(fā)性增加，加速機(jī) 油的消耗；
    (2)氣門導(dǎo)管與氣門桿間隙過大或氣門密封圈損壞；
    (3)機(jī)油油面過高或曲軸箱通風(fēng)裝置失效等。

2 降低機(jī)油過量消耗的對(duì)策

2.1改進(jìn)設(shè)計(jì)、制造工藝
(1)提高缸套壁厚制造的均勻性；選用耐磨性好、熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的材料(如鉻硅鑄鐵、鎳鑄鐵、 鋁硅合金)等，以提高缸套抗熱變形能力和耐磨性。
(2)嚴(yán)格控制缸套內(nèi)壁的粗糙度和鏜磨質(zhì)量，采用激光處理工藝對(duì)內(nèi)表面強(qiáng)化處理等以提高柴油 機(jī)初期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的磨合性，減少磨損．
(3)在保證柴油機(jī)正常工作的條件下，盡量減少活塞頂端環(huán)岸與缸壁間的間隙；活塞環(huán)槽內(nèi)鑲套 或鍍鉻；選用雙層涂鍍環(huán)及性能優(yōu)良的填充環(huán)等，以提高在磨合運(yùn)轉(zhuǎn)期活塞（環(huán)）對(duì)氣缸的良好的順 應(yīng)性和磨合性。
(4)適當(dāng)提高空氣濾清器的容量；合理布局和設(shè)計(jì)進(jìn)排氣道；采用增壓技術(shù)等，以提進(jìn)氣壓力。 2.2加強(qiáng)使用、維護(hù)和保養(yǎng)工作
(1)新機(jī)在磨合運(yùn)轉(zhuǎn)期內(nèi)，禁止長時(shí)間在負(fù)荷猛增猛減以及高速狀態(tài)下工作；冬季啟動(dòng)時(shí)應(yīng)做好 預(yù)熱和保溫工作，并盡量減少冷啟動(dòng)和拖啟動(dòng)次數(shù)。
(2)避免在高溫、高速、大負(fù)荷狀態(tài)下過頻熄火以及在高速下長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3)認(rèn)真做好對(duì)曲軸箱通風(fēng)裝置、廢氣循環(huán)系統(tǒng)以及各種濾清器的清洗和濾芯的更換工作。 (4)加強(qiáng)對(duì)汽缸墊、氣門密封圈、氣門間隙以及噴油器（火花塞）等機(jī)件的密封性檢查和維護(hù)工作， 使其保持良好的技術(shù)狀態(tài)。
(5)及時(shí)做好對(duì)曲軸、連桿軸瓦技術(shù)狀況的檢查和調(diào)整工作。

2.3提高裝配、維修質(zhì)量
(1)合理選配缸套與缸體間的過盈量及正確的裝配方法，防止產(chǎn)生應(yīng)力集中和發(fā)生永久變形；并 切實(shí)做好活塞與汽缸間隙的選配和調(diào)整工作。
(2)正確選配和組裝活塞環(huán)，活塞環(huán)端口禁止隨意的往復(fù)壓縮和擴(kuò)張，以防產(chǎn)生軸向扭曲和永久 的變形；活塞環(huán)的“三隙”必須符合規(guī)定要求；裝配時(shí)，必須用專用工具，防止因裝入方法不當(dāng)，產(chǎn) 生變形、扭曲、應(yīng)力集中以及損傷等。同時(shí)，應(yīng)確保安裝順序及方向的正確性。
(3)提高連桿軸承和主軸承的裝配質(zhì)量，使其保持良好的接觸面積和配合間隙；并作好對(duì)氣門密封圈、氣門閥座的密封性檢查和調(diào)配工作。
(4)加強(qiáng)柴油機(jī)裝配后的冷磨和熱試，并認(rèn)真作好拆檢，調(diào)試和清洗工作。

2.4合理選用和加注機(jī)油
    不同質(zhì)量、粘度等級(jí)的機(jī)油，其添加劑的成份、類型以及粘溫特性等性能有較大的差異。所以， 在選用時(shí)必須根據(jù)柴油機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)、工況以及運(yùn)行條件等因素合理選用。
(1)一般新機(jī)（大修后）、技術(shù)狀態(tài)良好的柴油機(jī)，在保證正常潤滑的條件下，應(yīng)優(yōu)先選用粘溫特 性好、品質(zhì)高、清洗能力強(qiáng)的中高檔的多級(jí)機(jī)油。反之，機(jī)油的粘度可適當(dāng)提高一些。
(2)不同質(zhì)量、粘度等級(jí)及不同使用類型的機(jī)油禁止混用；加注前一般應(yīng)不少于48h的沉淀；同 時(shí)，加注時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其數(shù)量，防止油平面過高。
(3)定期檢查曲軸箱內(nèi)機(jī)油的數(shù)質(zhì)量，并做好定期更換。禁止在機(jī)油已經(jīng)變質(zhì)的情況下，直接將 新油注入曲軸箱。
(4)加注的場所必須無污染、無風(fēng)沙；器皿必須干凈、衛(wèi)生；防止水、塵埃等污染物混入。

參考文獻(xiàn):

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