探究增压直喷机型机油稀释的影响因素及解决方法

贾殿臣 王凯 刘佳庆 张士伟 吴宜兵 段景辉

（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定071000 2-河北省汽车工程技术研究中心）

探究增压直喷机型机油稀释的影响因素及解决方法

贾殿臣1，2王凯1，2刘佳庆1，2张士伟1，2吴宜兵1，2段景辉1，2

（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定071000 2-河北省汽车工程技术研究中心）

机油稀释现象是发动机常见的试验表象之一，尤其是增压缸内直喷汽油发动机，机油稀释较明显。机油发生稀释后会破坏机油使用性能，降低运动粘度，严重时还导致机油压力下降，零部件功能丧失，发动机可靠性下降。主要分析一款1.8L GDI缸内增压直喷发动机产生机油稀释的影响因素进而对机油牌号、机油温度、水温、SOI角度、曲轴箱通风系统、活塞漏气量、喷油器布置方式进行Benchmark分析及优化验证，为改善增压直喷发动机机油稀释现象提供解决方法，机油稀释包括燃油喷射稀释和机油挥发稀释，重点探究的方向是燃油喷射稀释。

机油稀释运动粘度机油压力SOI

引言

发动机热管理系统间接影响燃烧的稳定性进而影响机油稀释的严重程度，尤其是冷却水温度控制、机油温度控制尤为关键；曲轴箱通风系统、活塞漏气量、喷油器布置方式直接影响曲轴箱内的汽油含量；SOI、EOI的喷油角度控制影响着缸内混合气的均匀性间接对机油稀释的产生也有一定的影响[1～4]；选用机油的牌号即机油质量等级和粘度等级直接影响着润滑油的工作表现，也是产生机油稀释现象的基础因子。本文涉及的1.8GDI发动机最大功率及相应转速144kW/（6000r/min）、最大扭矩及相应转速288N·m/（1800～4000r/min），发动机强化程度达到升功率80kW/L、升/扭矩160N·m/L，较高的性能指标对发动机的使用性能提出了更高的设计要求。1.8GDI发动机在台架试验过程中出现机油稀释现象尤其是在大负荷工况机油稀释较严重。具体试验表现为机油尺液位刻度上移，机油压力下降，曲轴箱窜油量增多，个别工况点机油稀释率和机油粘度下降程度超过标准值。经Benchmark对比分析和试验验证发现提高水温，调整SOI提前，提高油底壳机油温度，喷油器中置，优化曲轴箱通风系统，减少活塞漏气量，选用SM级及以上级别润滑油均能够减少机油稀释现象。

1 机油稀释试验表现

1.1 发动机台架机油稀释试验

1.8 GDI发动机台架标定试验过程中，多次停机后发现机油液位升高，升幅高度一般在1cm以上（约500mL）。经试验测试工况点排查，证实发动机转速在2000r/min～4000r/min大负荷工况运行2 h后，存在机油稀释现象，个别工况点机油稀释率超过10%（机油中汽油的质量分数），机油粘度低于9mm2/s，机油增加量超过450g，具体试验测试数据如表1所示。

表1 机油稀释试验测试数据

1.2 整车机油稀释验证及对比分析

对1.8 GDI整车与其它厂家进行整车机油稀释测试对比，测试工况包括1500km不同车速循环工况、1000km全速试验工况、1000km匀速车速试验，测试结果表明1.8GDI整车机油稀释程度均大于美系整车、韩系整车、德系整车，综合对比德系整车机油稀释程度最轻，具体试验数据如表2和表3所示。

表2 整车不同车速循环和整车全速试验测试数据

表3 整车1000km匀速车速试验测试数据

2 机油稀释的影响因素

机油稀释通常是多种因素综合作用的结果而导致未燃烧的燃油泄漏到机油箱造成机油中汽油含量偏多和机油粘度下降，然而机油本身也会随着温度的提高而挥发，造成粘度下降。高性能增压缸内直喷汽油发动机因结构紧凑和小型化更加剧了机油稀释现象。本文主要从机油牌号、喷油策略、曲轴箱通风系统、机油温度、水温、活塞漏气量、汽油湿壁等方面对机油稀释的影响进行探究和分析。

2.1 机油选用牌号

选用较高的质量等级机油和初始粘度能够提高机油的综合性能，为机油稀释提供附加的粘度保护，如图1所示。

2.2 喷油角度

图1 机油综合性能评价示意图

最佳的喷油角度能够促进燃油与空气的充分混合，改善缸内燃烧和减少未燃可燃混合气的生成尤其是SOI角度对汽油稀释的现象影响较大。

图2 水温、油温与机油稀释变化关系图

2.3 水温和机油温度

相关研究表明水温低于油温20℃时，机油稀释增加10倍，提高发动机冷却水温度和油底壳机油温度能够对机油稀释提供良好的保护屏障尤其是提高水温对改善机油稀释率有明显的作用，如图2所示。

2.4 汽油湿壁现象

汽油喷溅到气缸壁会导致更多的汽油泄漏到曲轴箱造成机油稀释，侧置式喷油器与中置喷油器相比湿壁现象偏多，湿壁会加剧机油稀释程度。

2.5 活塞漏气量

在活塞上、下运行过程中尤其是在压缩行程和作功行程中活塞漏气量偏多，会泄露多余和未燃烧的混合气进入油底壳造成机油稀释现象。

3 机油稀释的评价标准

1.8 GDI发动机以机油稀释率＞5%或运动粘度＜9.375mm2/s作为机油稀释的评价标准，1.8GDI发动机初始机油粘度最低为12.5mm2/s，要求粘度下降≥12.5×（100-25）%。国标与润滑油公司一般以燃油稀释和运动粘度变化率为汽油机油换油指标，如表4所示。

表4 汽油机油换油指标

4 机油稀释解决方法及Benchmark对比分析

4.1 水温调整

其它控制因素不变，选择1.8GDI发动机工况在3200r/min、275N·m，水温由88℃提高至98℃，机油中汽油的含量由原来452g减小至240g。试验结果证明提高水温能够明显改善机油稀释的程度，如表5所示。

表5 水温与机油稀释的关系

4.2 喷油起始时刻调整

其它控制因素不变，选择1.8GDI发动机工况在3200r/min、275N·m，喷油起始时刻SOI由95°CA调整为75°CA，机油中汽油含量减小不明显，调整为50°CA时机油中汽油含量由452g减小至290g，喷油时刻SOI提前能能够多对改善机油稀释有显著效果，如表6所示。

表6 喷油起始时刻与机油稀释的关系

4.3 机油温度Benchmark对比分析

根据Benchmark分析德系整车工作状态下的油底壳机油温度高于1.8GDI整车、韩系整车及美系整车，该德系整车在保证主油道工作温度的前提下有意提高油底壳机油温度来加快机油中汽油的挥发进而改善机油稀释现象。该德系整车油底壳机油温度明显高于主油道机油温度，如表7和图3所示。

表7 油底壳机油温度测试数据

图3 德系整车油底壳机油温度与主油道机油温度对比示意图

4.4 活塞漏气量Benchmark对比分析

活塞漏气量越大汽油泄漏到曲轴箱进入机油内部的含量越高对机油稀释的影响越严重，根据Benchmark整车实际状态下最大活塞漏气量对比，1.8GDI发动机活塞漏气量高于德系整车、美系整车、韩系整车，如图4所示。

4.5 机油牌号Benchmark对比分析

图4 活塞漏气量对比示意图

高质量等级的润滑油能够提高机油的抗高温粘度特性和减少机油本身挥发，从一定程度上减小机油稀释。综合国内外增压缸内直喷发动机机油选用牌号分析，SL级别润滑油逐步淘汰，越来越多的厂商选用SM级别润滑油，如表8所示。

4.6 喷油器布置方式Benchmark分析

中置喷油器布置优于侧置式喷油器布置可以减少缸内燃油喷射湿壁现象，有利于减少机油稀释现象。1.8GDI发动机为侧置式喷油器，国内外各厂家不同排量区间的增压缸内直喷发动机越来越多趋向于采用中置喷油器，如表9所示。

表8 机油质量等级对比

表9 不同厂家中置喷油器应用情况

4.7 优化曲轴箱通风系统

良好的曲轴箱通风系统能够减少曲轴箱内油气含量，如增加油气分离器回油高度、回油通道设置单向阀、缩短油气分离后距离、两级分离均能够改善曲轴箱内油气含量，对改善机油稀释现象能够起到积极的效果，如表10所示。

表10 优化曲轴箱通风系统的措施

5 结论

1）提高合适的水温能够增加燃烧室壁面温度，促进缸内汽油挥发，在改善燃烧同时减少未燃可燃混合气的生成，对减小机油稀释现象具有显著效果。

2）调整喷油起始时刻可以改变喷油相对于活塞的位置以及油束与气流间的相互作用，经试验工况验证喷油起始角度SOI提前有助于改善机油稀释现象。

3）通过对德系某款发动机机油温度进行对比分析发现提高油底壳机油温度有助于汽油的挥发，可以减少机油中汽油的含量，降低机油稀释率。

4）根据不同厂家整车状态下活塞漏气量对比，减小活塞漏气量可以减小汽油泄漏到曲轴箱进入机油内部的含量，对改善机油稀释有益。

5）经过对增压缸内直喷发动机机油牌号选用分析，质量等级SM以下机油逐渐淘汰，选用高质量等级牌号的机油可以改善机油的的黏温特性和降低机油本身的挥发性，能够从一定程度上减小机油稀释的情况。

6）缸内直喷发动机愈来愈趋向于采用喷油器中置的布置方式以减小汽油湿壁现象进而减小机油稀释现象。

7）优化曲轴箱通风系统尤其是提高油气分析器的效率包括增加回油高度、回油通道设置单向阀、缩短油气分离后距离、采用两级分离均能够减少曲轴箱内的油气含量，减缓汽油对机油的稀释。

1赵青，钟敏.内燃机车机油稀释原因分析及措施[J].铁道运营技术，2002（3）：20～21

2吴清泉，马岩，刘军.内燃机车的机油稀释问题[J].内燃机车，1992（2）：8～12

3吴清泉，孙静波，马岩，等.内燃机车机油稀释的分析[J].哈尔滨铁道科技，1999（1）：40～41

4毛雄杰.GK1型机车机油稀释的原因分析及解决措施[J].内燃机车，2006（12）：36～38

Investigation on the Cause of Oil Dilution of TDI Engine and Methods to Solve the Oil Dilution Problem

Jia Dianchen1，2，Wang Kai1，2，Liu Jiaqing1，2，Zhang Shiwei1，2，Wu Yibing1，2，Duan Jinghui1，2
1-Technique Center of Great Wall Motor Co.，Ltd.（Baoding，Hebei，071000，China）2-Research Center of Auto Technology Engineering of Hebei Provence

Oil dilution is one of the usual phenomena that happen during engine test，and for TDI gasoline engine that phenomenon is more obvious than that of NA engine.Oil dilution could disable oil from its normal functions and lower its dynamic viscosity;in worse cases that would cause decrease of oil pressure，failure of moving parts and drop of engine's reliability.In this paper factors having influence on oil dilution of one TDI engine with a displacement of 1.8L have been investigated，and in order to find out methods to solve that oil dilution phenomenon benchmark analysis and optimization variation have been done with oil type，oil temperature，coolant temperature，SOI angle，crankcase breath system，piston blow by and layout of fuel injector.Oil dilution includes both fuel injection dilution and oil evaporation dilution，in this paper fuel injection dilution has been investigated.

Oil dilution，Dynamic viscosity，Oil pressure，SOI

U461

A

2095-8234（2014）04-0024-05

2014-06-06）

贾殿臣（1986-），男，助理工程师，主要研究方向为发动机竞品分析。