机油液面高低对机油消耗的影响研究

马俊杰 高尚志 成海元 潘建考 沈 源 尹建东 王瑞平，2

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利罗佑发动机有限公司）

引言

机油消耗是传统内燃机普遍存在的一种现象，特指机油通过缸筒活塞环、曲通系统及气门油封进入气缸，在燃烧冲程中被烧掉，从而引起油底壳机油液面下降的现象，如果机油消耗异常，在用户的保养周期就低于机油尺下限，甚至引起油压低报警，影响冷却和润滑功能。另外，机油燃烧时会排放出大量有害气体，造成排放超标，甚至排气管会冒蓝烟，非常影响客户对产品的满意度，基于该问题，各大主机厂在产品上市前会进行机油消耗试验来评价整机系统的机油消耗水平[1]。

影响机油消耗的影响因素比较多，如活塞环、缸筒变形、曲通系统、气门油封等，本文不一一赘述，在最近的研究结果表明，机油加注量不同会造成机油初始液面高低不同，也会引起机油消耗的差异，本文主要介绍机油液面高低对机油消耗的影响。

1 机油加注量

机油加注量主要分为两类，1是台架试验过程中的机油加注量；2是整车保养时的机油加注量。在台架机油消耗试验过程中，机油加注量可以通过电子秤称量合适质量的机油进行试验，一般来说每次试验可以控制较为准确，但目前主要采用机油标尺来判断机油加注量，通过液面来判断加注量会有较大误差，因为油底壳表面积较大，所以只有加注量偏差很大，才能从机油尺看出差异，另外不同机油温度，运行后静置时间不同，机油标尺显示出来的机油液位高低存在很大差异。另外，由于技术变更，如增加平衡轴技术，会使得相同的加注量机油液面不同，或者相同的机油液面，加注量不同[2]。

整车保养时，机油加注量也是依靠观看机油标尺的位置来定义加注量，不同人在加注机油时会有很大的加注量偏差。本文的主要研究对象就是机油加注量过多或者过少对机油消耗的影响。

2 试验工况

台架机油消耗试验一般采用国标，工况为全速、全负荷。

本文研究机油消耗试验工况如表1所示，为了减少试验周期，提高试验效率，将试验时间优化为6 h和12 h（国标要求试验时间为24 h），因为前6 h存在机油稀释情况，故使用稀释后的旧机油继续运行6 h，相当于总共运行12 h，观察不同机油液面对机油消耗的影响。

表1 机油消耗量试验工况

3 机油稀释对机油消耗的影响

机油稀释主要发生的区域有低温、低速、小负荷和高温、高速、大负荷，这2个区域一个是因为低温汽油进入机油后不容易挥发，另一个是因为喷油量大，湿壁风险高，稀释量较大。

机油稀释后会导致表面机油消耗变小，因为有部分机油消耗被燃油稀释给抵消，甚至在某些情况下，机油消耗会出现负值（“机油增多”）。

机油稀释后的另一个影响因素就是降低机油粘度，同时会造成机油油膜变化，蒸发性变化，从而在相同条件下机油消耗会增加。

研究发现，在高速、大负荷，包含机油和汽油的总消耗，如图1中所示的液体消耗存在先变负后变正的规律，也就是说油底壳中的液体先增加后减少，达到平衡的时间大约在6 h，6 h后机油消耗和液体消耗基本相当，此时液体中的汽油量基本不变，说明此时汽油稀释量和汽油消耗量达到平衡，采用旧机油6 h更能真实有效地评价机油消耗水平。随着机油加注量的增多，汽油的稀释和消耗的平衡点会后移，使得相同时间的机油消耗和机油液面存在相关性[3]。

图1 机油耗随试验时间变化关系

4 试验研究

4.1 问题发现

在大量试验数据研究时，发现一个奇怪现象，在相同技术状态的发动机进行机油消耗试验，发现机油消耗和液面高低存在一定相关性，如图2和图3所示。

为了消除发动机的一致性对机油消耗带来的影响，采用同一台增压直喷发动机进行专项试验，为消除偶然性，随机抽选了3台发动机来确定机油消耗和机油加注量的关系，145S发动机和其他2台发动机的活塞环有一定差异，发动机技术参数如表2所示。

图3 旧机油消耗随机油加注量变化关系

表2 发动机基本参数

图4 82S发动机不同液面机油消耗结果

图5 84S发动机不同液面机油消耗结果

图6 145S发动机不同液面机油消耗结果

4.2 试验设计及结果

本文共选取了3台发动机进行性能试验，其中2台用来对比加油量为3 200 g（高液面）和2 700 g（低液面），另外一台用来对比3 200 g（高液面）和3 450 g（超高液面）；试验工况采用国标定义的全速、全负荷工况，试验时间为6 h，机油采用新机油和运行6 h后的旧机油分别试验。评价参数采用机油燃油比，图4、5、6 为试验结果。

从试验结果可以看出，在相同的发动机上机油液面高低会引起机油消耗较大的不同，特别对于新机油，由于存在机油稀释的情况，机油液面高低代表着机油量的多少，从而代表了机油能够稀释汽油的量，随着机油量的增多，可稀释的汽油量也越大，从而使得机油消耗变低，甚至在某些情况下，机油消耗会出现负值，但是随着试验时间的变长，由于机油稀释引起机油消耗增多，所以液面过高的情况下，6 h旧机油的机油消耗会高于低液面[4]。所以在正常的机油消耗试验及整车机油加注的时候，一定要尽可能保持机油加注量一致，否则也会引起机油消耗异常。

不同液面机油检测结果如表3所示，随着液面的上升，机油稀释水平稍有升高，升高幅度约为1%，对于本文研究发动机加油量约为3200g，稀释8.57%，约为274 g汽油进入，而2 700 g稀释7.93%，折算为汽油约为214 g，二者相差60 g，这个是造成机油消耗差异的主要原因。试验后期（6 h旧机油），随着试验时间的增加，稀释逐渐饱和，机油中进入的汽油量和挥发的汽油量达到动态平衡，机油稀释对机油消耗的影响逐渐降低，机油消耗和机油液面的关系变得弱化[5]。

表3 不同液面机油稀释结果%

5 结论

通过以上试验研究可以发现，直喷发动机的机油消耗不单由发动机本体决定，机油的加注量也是一个关键因素，不同机油加注量会引起机油消耗的大幅变化。

1）对于6 h机油消耗，机油消耗随加注量增加而减小，加注量低于标准500 g，机燃比大约增加0.03%，增幅高达67%，如果加注量高于标准250 g，机油消耗为负，机油液面会升高。

2）对于12 h机油消耗或者6 h旧机油消耗，机油液面对机油消耗的影响较小，加注量低于标准500 g，机燃比大约增加0.03%，增幅为27%，如果加注量高于标准250 g，由于前期机油稀释量过大，后期消耗会明显上升，机油消耗也会增高，增幅为25%。

3）机油液面过高或者过低均会引起机油消耗的异常变化，建议在进行机油消耗试验时，机油加注量误差控制在一定范围内。同时，在整车保养过程中也要严格按照要求加注，以免由于机油加注量的偏差引起机油消耗异常。