柴油機(jī)機(jī)油耗的優(yōu)化及試驗(yàn)探析范文

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摘要:以某柴油機(jī)為研究對象，針對低功率段柴油機(jī)排氣歧管出現(xiàn)漏機(jī)油現(xiàn)象，對活塞油環(huán)槽上下側(cè)面直線度、油環(huán)槽油帶以及油環(huán)槽槽下側(cè)面中的回油孔、泄油槽等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明:活塞油環(huán)槽下側(cè)面增加回油孔設(shè)計(jì)使機(jī)油耗量由原型產(chǎn)品的19．4g/h降低到7．5g/h，柴油機(jī)漏機(jī)油試驗(yàn)通過率達(dá)98.4%，從而有利于解決柴油機(jī)漏機(jī)油問題，對柴油機(jī)有效地降低機(jī)油消耗有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:柴油機(jī);活塞;漏機(jī)油;漏油試驗(yàn);油環(huán)槽

缸內(nèi)機(jī)油消耗超標(biāo)對于內(nèi)燃機(jī)CO2和顆粒物排放有直接的影響。隨著對汽車的排放要求越來越高，減少機(jī)油排放也越來越受到關(guān)注［1］。根據(jù)機(jī)油在內(nèi)燃機(jī)中排放的原理，造成缸內(nèi)機(jī)油消耗的關(guān)鍵在于活塞組件［2］，因此優(yōu)化活塞組件設(shè)計(jì)對降低機(jī)油耗、改善排放有重要的意義。針對某柴油機(jī)在低功率工況試驗(yàn)過程中排氣歧管出現(xiàn)漏機(jī)油現(xiàn)象，通過對活塞油環(huán)槽上下側(cè)面直線度、油環(huán)槽油帶以及油環(huán)槽下側(cè)面中的回油孔、泄油槽等各部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，從而解決柴油機(jī)漏機(jī)油現(xiàn)象，對柴油機(jī)有效降低機(jī)油消耗從而降低CO2排放有指導(dǎo)意義。

1柴油機(jī)漏油分析

出現(xiàn)機(jī)油泄漏的為某公司設(shè)計(jì)的100mm缸徑柴油機(jī)，其參數(shù)如表1所示。柴油機(jī)在額定工況和負(fù)載試驗(yàn)時(shí)機(jī)油耗都正常，而在進(jìn)行2h低功率工況(4．7kW)運(yùn)行試驗(yàn)后，拆檢發(fā)現(xiàn)排氣管管口有明顯的機(jī)油漏出，如圖1所示，對柴油機(jī)進(jìn)行拆機(jī)，發(fā)現(xiàn)活塞、活塞環(huán)、缸套等表面磨損正常，活塞頭部、環(huán)岸沒有明顯的積碳，如圖2所示。柴油機(jī)排氣管出現(xiàn)漏機(jī)油現(xiàn)象主要原因有。1)氣缸缸孔網(wǎng)紋損壞，缸孔變形，活塞環(huán)磨損嚴(yán)重，使活塞在運(yùn)行過程中機(jī)油上竄進(jìn)入燃燒室，從排氣門排出。2)密封件損壞。3)機(jī)油品質(zhì)不高，活塞積碳嚴(yán)重。4)油底殼機(jī)油油面過高、機(jī)油壓力過大。5)活塞設(shè)計(jì)參數(shù)不合理，活塞在運(yùn)行過程中過多的機(jī)油留在活塞環(huán)槽部位，不能回流，導(dǎo)致機(jī)油上竄進(jìn)入燃燒室，從排氣門排出。通過對排氣管漏油現(xiàn)象及柴油機(jī)各零部件表面情進(jìn)行分析，排除氣缸缸孔網(wǎng)紋損壞、缸孔變形、密封件損壞和活塞積碳等因素，最終確認(rèn)主要原因?yàn)榈凸β薁顟B(tài)下燃燒室內(nèi)形成部分時(shí)段的低壓或負(fù)壓，油底殼與燃燒室之間出現(xiàn)正壓差導(dǎo)致機(jī)油上竄從排氣門流出，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。本文中通過對活塞設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整，加大活塞的儲(chǔ)油、卸油能力，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，活塞優(yōu)化后降低了柴油機(jī)的機(jī)油耗，杜絕了低功率工況漏油現(xiàn)象。

2改進(jìn)方案確立

根據(jù)柴油機(jī)排氣管漏油原因確立活塞優(yōu)化方案，如圖3所示。1)調(diào)整活塞油環(huán)槽形狀(油環(huán)槽上下側(cè)面向活塞頂部方向傾斜為碟形，向活塞止口方向?yàn)閭阈巍?)活塞油環(huán)槽上側(cè)面油帶寬度由2增加到3mm。3)活塞油環(huán)槽下側(cè)面增加8個(gè)回油孔。4)活塞油環(huán)槽下側(cè)面增加4個(gè)泄油槽。根據(jù)以上4種優(yōu)化方案進(jìn)行組合，最終確定試驗(yàn)方案如表2所示。

3試驗(yàn)方法及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖4試驗(yàn)臺(tái)架對5種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在柴油機(jī)上進(jìn)行4．7kW低功率工況試驗(yàn)，每2h停機(jī)拆卸柴油機(jī)排氣彎管、排氣總管及排氣歧管，并統(tǒng)計(jì)漏油情況。每個(gè)方案進(jìn)行25次共計(jì)50h試驗(yàn)。建立的柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架如圖4所示。試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)管口圓柱面內(nèi)漏油面積占整個(gè)圓柱面的比例對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定，當(dāng)漏油面積比例達(dá)到50%，需要開機(jī)烘干30min再按低功率工況運(yùn)行，具體標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

4試驗(yàn)結(jié)果及討論

根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)完成所有5種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的試驗(yàn)。每個(gè)方案有250組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)上述判定標(biāo)準(zhǔn)對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)判定，整個(gè)試驗(yàn)判定結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4所示。根據(jù)活塞漏油判定標(biāo)準(zhǔn)，漏油等級≥3級表示試驗(yàn)通過，分析各方案試驗(yàn)判定結(jié)果數(shù)據(jù)，最終得出各組方案的試驗(yàn)通過率，如圖5所示。從圖5分析數(shù)據(jù)可以得出，方案1、2、3中活塞環(huán)槽形狀的優(yōu)化及活塞第三環(huán)槽上下環(huán)岸增加油帶對柴油機(jī)漏油的改進(jìn)效果不明顯，方案4、5中活塞油環(huán)槽下側(cè)面增加回油孔和增加泄油槽的設(shè)計(jì)對柴油機(jī)漏油有明顯的改進(jìn)，而方案4與5的合格率沒有明顯差異，泄油槽對控制機(jī)油消耗沒有明顯作用，由此可見，增加回油孔設(shè)計(jì)對柴油機(jī)漏油的改進(jìn)效果最為顯著。每組試驗(yàn)過程中排氣管溫度、燃油耗及機(jī)油消耗量結(jié)果如表5所示。根據(jù)表5可以看出，5個(gè)方案中總管排氣溫度、燃油耗及額定功率下機(jī)油耗沒有明顯的差異，其中在低功率(4．7kW)狀態(tài)下方案1、2、3機(jī)油耗量有減小的趨勢，但差異不大，方案4、5機(jī)油耗明顯降低，結(jié)合加工成本綜合考慮，方案4被確定為最優(yōu)改進(jìn)方案。圖6所示為改進(jìn)前與方案4柴油機(jī)試驗(yàn)后排氣管內(nèi)宏觀情況對比。顯然，通過優(yōu)化改進(jìn)后排氣管內(nèi)較干燥、沒有出現(xiàn)機(jī)油泄漏現(xiàn)象。

5結(jié)論

1)活塞第3環(huán)槽蝶形、傘形增加第3環(huán)岸油帶寬度設(shè)計(jì)，對降低低功率狀態(tài)下柴油機(jī)機(jī)油耗，減小漏油沒有明顯效果。2)通過將活塞第3環(huán)槽增加回油孔、泄油槽的的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使柴油機(jī)低功率(4．7kW)狀態(tài)下漏油試驗(yàn)通過率分別達(dá)到了98．4%、98．8%，機(jī)油耗量為由原方案的19．4分別降低到7．5、7．3g/h，對降低機(jī)油耗，減小漏油有明顯效果。3)通過優(yōu)化活塞頭部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可以有效降低柴油機(jī)低功率工況下機(jī)油消耗，從而進(jìn)一步改善柴油機(jī)排放。

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作者：高永春 宋樹峰 高尉尉 張廷玉 陳麗 單位：濱州渤海活塞有限公司