某型号柴油机漏气量高故障分析

卞光祥 叶飞 齐行飞

摘要：针对某型号柴油机漏气量异常偏高进行故障原因分析，最终确定故障初始原因为机油滤清器总成漏装旁通阀。含有异物杂质的机油直接通过机油滤清器总成漏装的旁通阀通道（不经过机滤滤芯）进入各摩擦配副，并破坏其对高压气体的密封作用。随着柴油机持续运行，最终导致漏气量持续恶化超限值。

Abstract： The missing bypass valve of oil filter assembly has been confirmed as the original cause of high blow-by failure according to the failure analysis of one type of diesel engines. The function of friction pairs as high-pressure gas sealer was affected/destroyed since the engine oil with impurities went straightly through the route of the oil filter assembly without a bypass valve （without passing machine filter element） and entered into each friction pair. With continuous running of the diesel engine， the amount of air leakage kept increasing and then exceeded the specified limit in the end.

關键词：柴油机;漏气量;机油滤清器总成;故障分析

Key words： diesel engine;blow-by;oil filter assembly;failure analysis

中图分类号：TK428                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0121-03

0  引言

除了动力性、经济性等常规指标，漏气量也是评判柴油机性能特点及运行状态的一个重要指标。发动机漏气量主要是指高压气体通过各配副密封面进入曲轴箱后，从曲轴箱通风管路中逃逸出的气体流量，主要分为活塞漏气量、气门导管漏气量、增压器漏气量、空压机漏气量等。定型柴油机的漏气量，在使用过程中的变化通常直接反映各摩擦配副或相关零部件是否工作正常。漏气量过低通常意味着相关摩擦配副配合过于紧密，在使用过程中会导致相关摩擦配副润滑不良并加速其磨损，进而影响发动机寿命。漏气量过高通常意味着相关摩擦配副密封不良，进而会产生机燃油消耗增加、机油老化加速、排放恶化、活塞等零部件散热不良等一系列负面影响。因此，需要将发动机漏气量控制在合理范围内。本文针对某型号柴油机运行过程中漏气量异常偏高故障进行排查分析。

1  故障描述

某型号柴油机在性能初试时漏气量无异常，但在耐久试验过程中标定工况下的漏气量及曲轴箱压力随柴油机运行时间持续增长，在运行至192h时，标定工况下的漏气量达到80.5L/min，超出技术要求限值60L/min，确认发动机状态存在异常。标定工况下漏气量及曲轴箱压力随柴油机运行时间增长变化曲线如图1所示。

2  初步排查分析

漏气量随柴油机运行时间持续增高通常由机油异常（油水混合等）、部分外围件异常、内部配副件密封异常等问题引起，根据鱼骨图依次进行排查，鱼骨图如图2所示。

在发动机下台架前，依据故障鱼骨树初步排查了以下方面：

①查核装配各相关摩擦配副零部件等，符合设计要求并无异常;

②检查机油液位正常、无明显油水混合现象及呼吸系统呼出气体无明显水汽，初步排除机油冷却器或缸盖等零部件损坏致冷却液混入机油中造成漏气量偏高;

③出水温度等主要参数基本稳定，初步排除缸盖垫片损坏导致漏气量持续最高（冲缸垫，高压气体进入油水管路，水温无法稳住）;

④检查喷油器垫片处密封良好，无漏气现象;

⑤更换排查相关外围件增压器、真空泵、呼吸系统（气缸盖罩）等零部件，发动机状态无改善，漏气量依据偏高。

3  油品检测分析

初始加注机油为符合要求的新机油，对试验后机油进行取样分析，油样中粘度碱值检测无异常，进一步说明加注机油符合要求，不会导致漏气量异常。检测结果如表1所示。

油样中Na元素主要来源于冷却液，Na元素含量较低且变化平稳，说明无冷却液混入机油中。油样中Si元素主要来源于砂石杂质，Si含量较低且变化平稳，说明故障机本身清洁度总体良好。故障机油样中Na、Si元素含量变化趋势如图3所示。

故障机油样中主要磨损元素Fe、Cu、Al等含量处于较低水平，但增长趋势明显高于同型号其他正常样机磨损速率，说明发动机存在异常磨损。同型号故障机与正常样机磨损元素Fe、Cu、Al磨损速率对比图详见图4～图6。

4  样机拆检分析

根据上述排查分析，确定发动机下台架进行拆检，排查内部相关零件磨损情况。拆检过程中发现各主要摩擦副均存在大量异物划伤。

各缸孔均存在大量异物划伤痕迹，拉痕从缸孔中上部至底部逐步增多且严重，缸孔磨损痕迹如图7所示。

轴瓦异物划伤严重，活塞裙部拉伤痕迹明显，曲轴、轴瓦磨损情况如图8～图11所示。

气环外圆面等接触带存在异物划伤痕迹，并致使活塞环等运动不稳定，影响封气效果，活塞环磨损如图10所示。

根据拆检分析，机油中混有大量杂质异物，判断润滑系统或其清洁度存在问题。进一步排查发现机油滤清器总成漏装旁通阀如图11所示 。

机油滤清器总成中旁通阀的主要作用为预防机滤芯被杂质严重堵塞后机油无法进入各润滑表面时，旁通阀会自动开启（机滤进出口压差达到某规定值时），此時机油将不通过滤芯经旁通阀直接进入机体主油道，然后分配至各摩擦副表面以保证其润滑。机油滤清器总成漏装旁通阀，未经滤清的机油直接输送到各摩擦副表面并加速其磨损，随柴油机运行时间增长，持续破坏密封高压气体各摩擦副密封面，进而加速漏气量恶化。因此，确定机油滤清器总成漏装旁通阀为漏气量异常偏高的初始原因。

5  故障分析验证

根据上述排查结果，更换各主要磨损件及故障件，整修样机后重新进行排查验证，标定工况漏气量恢复至正常值47.6L/min左右。

6  结论

通过本文各项综合分析，漏气量异常偏高故障失效模式为含有异物杂质的机油直接通过机油滤清器总成漏装的旁通阀通道（不经过机滤滤芯）进入各摩擦配副，并破坏其对高压气体的密封作用。随着柴油机持续运行，最终导致漏气量持续恶化超限值。

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