柴油发动机排气歧管淌油试验方法研究与应用

陈曦 唐巨惠 杨俊 刘尧武 解亮

摘要：柴油发动机在设计开发过程中，由于零件的设计变更，需要进行台架试验对其可靠性进行验证。为验证由于气阀杆油封或动力缸（活塞、活塞环、缸套）等零件的设计变更而引起的对发动机封油能力的影响，本文介绍了一种排气歧管淌油试验方法。在发动机长时间低怠速工况下，通过观察排气歧管机油泄漏的程度以及排查缸盖排气口机油泄漏的来源，以指导相关零件的设计改进。

关键词：柴油发动机;淌油;试验方法

中图分类号：S219.031                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0061-02

0  引言

柴油发动机在低怠速运转时，发动机的工作温度比较低，燃油燃烧不完全，容易形成积碳，并且未完全燃烧的燃油会洗刷缸壁，将润滑油稀释，造成活塞、活塞环与气缸壁的磨损加剧[1];同时，机油温度低，粘性高，流动性不好，不能够为各摩擦表面提供良好的润滑，同样会加剧磨损[2]。严重磨损的活塞环和缸壁封油能力减弱，机油会窜入燃烧室随着排气漏出。另一方面，柴油发动机低怠速空转，机体温度低，各部位达不到正常机体温度时的膨胀状态，各接合面压力相对减弱，发动机容易出现机油泄漏的情况[3]。

为了验证动力缸等零件封油的可靠性，本文介绍了一种排气歧管淌油试验方法，用以评判发动机在长时间低怠速工况下，排气中机油的泄漏程度以及泄漏来源，为柴油发动机开发过程中相关零件的设计改进提供参考方向。

1  试验方法介绍

第一步：将发动机安装在合适的有运行额定转速和负荷能力的台架上，移除后处理系统（运行该试验时，很多机油或灰分可能进入后处理系统。因此，除非有保护措施，否则后处理系统需要移开）。清洁发动机排气侧，确保在试验前发动机没有出现油渍，以便任何泄漏都能够很容易被观察到。在发动机下面放置一块干净的垫子，一些没有被发现的泄漏会显示在垫子上。

第二步：如果发动机没有磨合，在试验之前至少需要运行100小时的磨合试验。研究显示，一些新的发动机（或是旧发动机，但配备的是新的动力缸系统组件）试验时不会出现排气泄漏物，但在动力缸系统组件磨合过程中会逐渐出现泄漏物。当新的动力缸系统组件没有完成磨合而运转该试验时，泄漏物会存在一些显著的偏差。

第三步：起动发动机并热机后，按照如下条件在额定点运行30分钟：①进气歧管温度46±2℃;②燃油温度38±5℃;③出水温度88±5℃。发动机在此条件下运行是为了使排气温度足够高以便烧掉存在于排气系统内部的机油，确保机油是在后续低怠速工况运转下出现而不是先前遗留，保证试验结果的一致性。

第四步，测功机需要从发动机获得一些惯性力，可能会影响排气泄漏，如果更接近实际道路情况，最好将发动机与测功机脱开。

第五步：将发动机调至低怠速，无负荷运行12个小时。

第六步：停机检查所有排气系统外部的机油泄漏，按照如表1评价方法对所有泄漏进行等级评定，2级或以上则判定为失效。

第七步：移除排气歧管，大多数情况下，排气歧管和增压器可以作为一体拆下，这样可以减少工作量。要确保在拆除排气歧管前后，没有油泄漏到排气歧管上，否则会在确定油的来源上增加难度。

第八步：检查排气管和增压器，确定泄漏的位置。核实在增压器出口处没有单独的机油沉积，那增压器就不是排气机油泄漏的源头。如果机油出现在增压器内，但在排气管后没有机油流过的痕迹，就表明机油泄漏来自增压器。

第九步：拍照记录缸盖排气口机油位置，确定判定为失效的排气口机油泄漏的来源。缸盖排气口泄漏等级评价参考表2，3级以上则判定为失效。

2  试验方法应用

2.1 试验对象

某型非道路三阶段柴油发动机活塞环和缸套进行了设计优化，为验证其优化后对动力缸封油能力的影响，需要通过排气歧管淌油试验的考核，发动机主要参数见表3。

2.2 试验方案

排查泄漏来源时，可根据缸盖排气口泄漏程度灵活调整低怠速工况运行时间，以保证淌油的发生处在初期，刚刚表现出趋势。若缸盖排气口淌油严重，呈现“全湿”的状态，则适当缩短低怠速工况时间，使泄漏程度减弱;若缸盖排气口淌油还未发生，呈现“全干”的状态，则适当增加低怠速工况时间，使泄漏程度增加。

2.3 试验结果及分析

按照试验方法依次进行第一至第九步，检查排气系统外部泄漏，如图1所示。根据表1泄漏等级评价，对排气歧管及增压器法兰面密封情况进行泄漏等级评价，并未出现任何漏油迹象，泄漏等级为0级，小于2级泄漏，通过本次试验考核。

移除排气歧管后，检查排气口机油泄漏情况，如表4所示。根据表2排气口泄漏等级判定标准，对试验后缸盖排气口泄漏等级进行判定，4缸整个排气口内可见机油淌出，且在排气歧管密封带形成完整的环形油迹，泄漏等级判定为6级，未通过试验考核。因4缸排气口“全湿”，泄漏来源无法确认，故需缩短低怠速工况时间。

重新运行第三步将发动机排气系统内机油烧尽，低怠速运行2小时，移除排气歧管，检查4缸机油泄漏来源，如图2所示，可以明显观察到机油泄漏来源于气阀杆油封和动力缸。

3  结论

本文介绍了一种柴油发动机排气歧管淌油试验方法，结合具体试验案例，详细介绍了试验运行步骤以及试验结果评价方法。若试验后排气口泄漏严重，泄漏来源无法查明，可重新烧尽及机油后，适当缩短低怠速的工况时间，在泄漏刚刚发生且不致使排气口全湿的前提下，使得泄漏来源清晰明了。

參考文献：

[1]孟繁凉.发动机气缸、活塞及活塞环早起磨损的预防措施[J].农机使用与维修，2016（12）：57.

[2]卫绍元.发动机润滑油品质对发动机磨损影响的分析[J].润滑与密封，2002（2）：88.

[3]李兴发，等.矿用柴油机低怠速运转的危害[J].科技资讯，2012（2）：111.