某国Ⅴ柴油机窜机油量大故障分析

梁程+范皖元

摘 要：本文针对柴油发动机试验过程中发现试验样机窜机油量大的故障现象，进行了相关的试验分析，故障排查，并设计改进方案，通过试验验证优化后新状态效果，解决了柴油发动机试验过程中出现的窜机油量大问题。

关键词：柴油机；试验；窜油量；缸盖护罩；活塞环

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.003

0 引言

发动机作为汽车的心脏，其性能决定了汽车的优劣，因此发动机的动力性、经济性指标尤为重要。但随着柴油发动机技术发展，在关注性能指标的同时，还要关注发动机基础系统结构呼吸系统的合理性，这是发动机正常工作的基石。

本文通过对某国Ⅴ柴油机窜机油量大问题进行故障分析研究，逐一排查可能原因，提出优化整改方案并进行试验验证整改效果，解决了在试验开发过程中出现的窜机油量大问题，并对柴油机呼吸系统设计开发具有一定指导意义。

1 故障现象

某国Ⅴ柴油机在试验开发过程中，统计了4台样机，窜油量达到3g/h，漏气量达到93 L/min均出现漏气量大，窜油量大问题，不满足要求。

2 故障分析

根据对该机型呼吸系统及涉及的零部件运行的过程分析，认为 导致窜油量大有两个原因，一是漏气量大，另一个是缸盖护罩分离效率偏低。针对这两个原因，做出更详细的分析与排查。

3 原因排查及验证

3.1 缸孔加工一致性排查

（a）可能原因：缸孔加工缺陷，缸孔絎磨偏差大。导致与活塞环匹配不良，造成漏气。

（b）排查方案：根据可靠性试验过程中测量的发动机的活塞漏气量结果，此次发动机的活塞漏气量较前期增加了20%左右。通过更换前期试验用的缸体，测量漏气量，进行数据对比。

（c）结论：通过更换缸体，测量漏气量数据如下图，根据图中活塞漏气量数据基本一致，没有明显降低，可以排除缸体加工工艺一致性问题。

3.2 活塞及活塞环排查

（a）可能原因：活塞与缸孔配缸间隙大，活塞环颤振，活塞环结构等对漏气量大都有影响。

（b）排查方案：优化第一道活塞环为偏桶面环，选择偏桶面环是因为偏桶面环对气缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，有利于密封。

（c）结论：制定4种方案验证得出以下结果：

（1）方案1试验结果最大活塞漏气量比原机的漏气量有所增加，说明活塞漏气量大并非二环颤振引起的。

（2）方案2、3、4均验证了偏桶面的活塞环对降低发动机活塞漏气量有很大的改善，能够控制发动机的活塞漏气量在设计指标范围内。

（3）其中方案3、4表明配缸间隙的优化对发动机的活塞漏气量及窜油量影响较小，但能够影响发动机的机油耗，间隙越小，机油耗越好。

综上所述发动机活塞漏气量大的问题主要集中在活塞环的结构设计及加工工艺上。

3.3 缸盖护罩回油不畅排查

（a）可能原因：缸盖护罩预分离压损过大，重力回油小于气体压力。

（b）排查方案：模拟窜油量恶化情况，通过机油尺管向呼吸系统内输入压缩气体，从正常漏气量一直增加到漏气量为140L/min，漏气量每增加10L/min做一次机油消耗试验。验证方案一是增加单向阀高度进行试验，验证回油高度带来的影响；验证方案二是单向阀高度不变，增大档板孔直径的缸盖护罩，以此来验证减小压损对窜油量的影响。

（c）试验测量后的结果。（1）发动机的活塞漏气量在90L/min以内，窜油量均在设计指标以内，当发动机的漏气量超过100L/min，窜油量急剧增加，油气分离器分离失效。（2）当发动机的活塞漏气量在100L/min，三号单向阀处的压力差为0.5kpa，二号单向阀处的压力差为0.3kpa，对应回油的机油高度应在60mm和36mm，而目前量产状态的预分离单向阀的深度不足，导致储油深度不足，压力小于气压差，单向阀不回油，机油被带出。（3）缸盖护罩预分离挡板的孔径增大后，预分离的过滤效率降低，发动机的活塞窜油量超过设计指标，此方案不能满足要求。

综上所述，缸盖护罩回油单向阀高度不够，回油不畅是导致发动机窜机油量大原因之一。

4 解决方案及效果验证

4.1 优化活塞环设计方案

根据上述验证验证方案，偏桶面活塞环较现状态能够更有效的降低发动机的活塞漏气量，试验测得的最大漏气量能够控制在63L/min，窜油量0.4 g/h要求。最终优化方案是将第一道气环优化为偏桶面环。装配最终方案的样件在耐久试验中表现良好，漏气量均在设计指标以内。

4.2 优化缸盖护罩预分离效果的设计方案

针对回油不畅问题，增加回油单向阀的储油深度。设计在不改变缸盖护罩预分离挡板的基础上增加了回油单向阀处的储油深度，消除回油风险，优化后进行试验验证：在发动机的漏气量110L/min时，缸盖护罩回油单向阀的压力差在0.5kpa和0.3kpa左右（如下图），但发动机的窜油量满足要求，整改有效。

5 结论

本文结合窜油量大问题，分析故障原因，得出窜机油量大的两个原因，一是发动机活塞环结构导致的漏气量大，进而造成窜机油量大；二是发动机缸盖护罩单向重力回油阀高度不够，通过优化改进活塞环结构及缸盖护罩回油单向阀的高度，解决了发动机窜机油量大问题。

参考文献：

[1]陈家瑞.汽车构造[M].人民交通出版社，2012.

[2]黃海燕.汽车发动机试验学教程[M].清华大学出版社，2014

[3]周龙保.内燃机学[M].机械工业出版社第三版，2011.

作者简介：梁程（1986-），安徽滁州人，本科，工程师，研究方向：发动机试验。endprint