商用车空气压缩机窜油故障浅析

葛 锐

（安徽江淮纳威司达柴油发动机有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

采用空气制动的商用车，多为载货状态为确保可靠有效的制动性能，必须严格控制压缩空气中的含油量。如果压缩空气中的油量过大将会造成制动系统的污染，严重可使制动失灵而引起行车事故，从而造成生命、财产的严重损失。压缩空气中含油，主要是因为空压机曲轴箱中润滑油上窜，因此，必须解决空压机的窜油问题。

1 背景

针对市场反馈有部分机型空压机存在窜油严重问题，主要体现在整车干燥器卸荷阀处油污较多，机油消耗量高等现象。给用户的实际使用带来了很大的隐患。为此分别展开了相关的调查分析，期间要求厂家对活塞环及配缸间隙进行了优化，优化后窜油问题得到一定的缓解。但之后市场再次反馈效果不够明显。因此再次联合空气压缩机厂家对市场反馈的窜油问题展开了逐步排查，如图1市场车型及窜油情况。

图1 市场车型及窜油情况

2 整车制动系统的布置校核

经过校核整车制动系统布置情况分析，目前整车设计布置情况基本符合制动系统要求，具体详见图2整车制动系统布置。

图2 制动系统布置

3 空压机窜油的危害及原因分析

（1）空压机窜油后，机油便窜入汽车贮气筒，当汽车制动时，这些机油就进入了制动阀，时间一长，便使阀门里的橡胶密封件膨胀松驰或大死，造成判动控制工作失灵。同时，机油还能使制动软管和制动皮碗早期腐蚀损坏，影响行车安全。

（2）机油窜入空压机缸盖后，由于温度较高，使空压机缸盖上的排气阀及阀门弹簧容易出现胶结现象，从而影响空压机的正常工作，最后导致空压机不工作。

（3）空压机窜油后，会使发动机的机油消耗增加，即影响发动机的润滑，又增加车辆的运输成本，而且使发动机排放超标，造成环境污染。

润滑油上窜的其它原因主要在活塞环往向截荷和侧向力的影响，活塞环对缸壁的往向截荷包括活塞环的初始弹力及空压机工作进的气体压力，它是活塞环与气缸壁磨损的主要原因，尤其是第一道气环磨损最大。活塞环及气缸壁窜油会随着磨损加剧而增加。为减少润滑油的上窜量，必须控制活塞环的磨损。为此，活塞环的材料应采用有较高的耐磨性、硬度及韧性的材料，并要严格控制活塞与缸壁的配合间隙。

A）空压机具体管路要求推荐的进气接头和进气管线的最小内径如下表：

表1

B）空压机系统的排气管尺寸/长度指导如下表：

表2

4 空压机窜油摸底试验

针对市场反馈的信息，首先对空压机进行抽查，其中随机抽查一台量产空压机，两台市场退回机，两台供应商提供的试验样机，同时也随机抽查一台奉化空压机进行对比。将上述空压机分别在台架上进行窜油摸底试验，排查问题原因。试验基本信息如下：

空压机基本信息如下表。

表3

试验基本信息，分别对发动机台架、供应商试验台架进行了对比验证，图 3台架试验状态对比，试验方法参照QC/T29078 测试方法，使空压机工作在额定转速，连续运行1小时，采用滤纸对随气窜出的机油进行收集，称重计算。

图3 试验状态对比

空压机随气窜油标准为：

0公里：＜0.02g/m³或＜0.46g/h；

3万公里以内：＜0.03g/m³或 ＜0.69g/h；

3万至6万公里：＜0.04g/m³或 ＜0.93g/h；6万至10万公里：＜0.06g/m³或 ＜1.39g/h；压机窜油测试结果：

表4

小结：通过空压机的抽查结果可以看出，随机抽查的量产空压机以及市场退回机，均窜油严重。供应商提供的两台样机虽然满足设计要求，但结果偏上限。竞品空压机窜油结果优于现有产品。综上所述，现机型空压机普遍存在窜油严重问题，竞品空压机窜油量满足设计标准；空压机本体零件对比分别拆解对比分析，主要差异为空压机活塞、曲轴轴瓦存以及活塞环型等存在较大差异。

A）活塞优化对比如图4活塞状态所示：

图4 活塞状态

（1）两款活塞环的布置基本相同，均为三道气环，一道油环；

（2）气环为一道正扭曲，两道鼻型环；奉化为三道鼻型环。

（3）第三道气环下方布置有六个回油孔，竞品空压机三道气环下无回油孔。

因此，在目前量产活塞的基础上，取消第三道气环下部的回油孔，具体如图5 活塞回油孔取消前后状态。

图5 活塞回油孔取消前后状态

B）轴瓦对比如图6活轴瓦状态所示。

（1）现用轴瓦上设计有环装油槽，发动机持续为空压机供油；

（2）竞品轴瓦上设计为月牙状油槽，发动机间歇为空压机供油；

图6 活轴瓦状态

C）活塞环作用及其改进对比如

矩形截面的活塞环被装入活塞环槽中后，一般在高度方向存在0.04mm—0.08mm的间隙。当空压机在工作时，环在环槽中上下窜动，其间的间隙就构成了一个周期变化的密封容积如图7活塞环运动状态。当活塞下行时，环压紧在环槽的上侧，将缸壁表面上刮下的润滑油贮入环槽的下部及底部间隙，当活塞上行时，环被压紧在环槽的下侧，润滑油被挤入环槽的上部间隙，如此不断重复，润滑油便不断刮入气缸并随压缩空气排出，导致压缩空气中含油量的增多。

图7 活塞环运动状态

扭曲环的应用，为抵制润滑油通过环槽间隙的上窜，扭曲环在车用空压机中得到了普遍的应用，其结构形式以正扭曲环、反扭曲环较为多见图8正扭曲和反扭曲活塞环对比。

图8 正扭曲和反扭曲活塞环对比

正扭曲环是在矩形截面环的内缘或外缘切槽或倒角，安装时将内缘切槽或倒角向上而外缘切槽或倒角向下。扭典环在上下移动中会产生明显的碟状变形，使环的棱边与环槽侧壁及缸壁线状接触。这样既减少了活塞环的泵油作用，也提高了活塞环的气密性能。外缘面切槽或倒角的正扭曲环与缸壁面形成的楔形环带，能向上布油和下向刮油，不仅改善了缸壁与活塞（活塞环）组之间的润滑，也减少了润滑油的上窜。第一道密封环由于承受气体压力最大，易产生早期磨损，故宜采用内缘切槽或倒角的正扭曲环。

根据上述对比结果，初步确认气环下方的回油孔和活塞环型问题，是窜油的主要原因。空压机正常工作过程中，当活塞下行时，空压机曲轴箱压力变大，曲轴箱内部油雾浓度较高。油雾通过此孔上窜至活塞顶部。当活塞上行时，油雾随压缩空气一起排出。从而导致随气窜油量较大。因此，基于上述推测，选择原状态活塞和取消回油孔活塞进行对比试验。

5 试验结果

表5

6 总结

通过上述排查以及对比试验结果，取消回油孔和更换扭曲环之后的窜油结果明显优于原状态。根据结果建议了供应商进行设计优化改进。为了保证取消状态的额稳定性和可靠性，建议对取消回油孔和更换新状态活塞环的零部件，进行500h的耐久试验，其中每100h测试一次随气窜油量。试验通过后，立即切换新状态活塞。通过活塞环槽的改进，提高了表面粗糙度和装配的精密度，保证了环与环槽在缸内的气密性。使用改进的活塞环槽，合理选用。正确装配活塞环，并考虑材料、工作温度等因素。并且经常检查回油管路及进气是否畅通，并且按照标准更换发动机机油及机油滤芯，从而有效的对空压机窜油的危害得到更好的控制和解决。

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