Cummins KTA50C發動機潤滑油脂使用分析

郭俊義

（神華準能設備維修中心 內蒙古鄂爾多斯）

Cummins系列發動機，以優良的品質、精良的制造工藝、可靠的性能和較長的壽命周期，被廣泛采用于重裝設備及礦山采礦運輸設備，做為重型電動輪汽車的動力主機。Cunmmins KAT-50C發動機，被國內154 t級電動輪汽車及美國尤尼特瑞格-mark-36，德萊賽630E卡車、尤克里德154 t級卡車廣泛使用。

從運行使用實踐看，該型號發動機具有重量輕、馬力重量比合理、燃油經濟性好、壽命周期長、便于維護的優良特點。只要本著嚴肅認真的科學態度，遵守制造廠家的使用規范，精心管理和使用，就可以收到良好的效果并能創造可觀的經濟效益。

取得良好效益的前提是要保證發動機的良好潤滑。該型號發動機中的K為cunnnins系列號，T是渦輪增壓，A是增壓后冷卻。發動機結構緊湊，缸徑與行程相等。無輪曲軸軸瓦、連桿軸瓦、凸輪軸瓦，單位壓強高，負荷大，單缸額定功率73.5 kW（100馬力）。為此，如若保證發動機良好的運轉，達到設計的運行壽命周期，潤滑問題至關重要。

KTA-50C發動機，由于單缸功率大，壓強高，在活塞的直線運動，轉變為曲軸旋轉運動。作用在連桿軸徑、曲軸徑的壓強非常大，曲徑承受著往復慣性力和旋轉離心力。在高負荷工況下，曲軸徑與軸瓦的相對滑動速度非常高（＞10 m/s），軸承內部溫度＞150℃。當曲轉達到相當轉數時，由于軸與軸瓦形成楔形作用，在潤滑油壓力作用下軸徑被推向一側。曲軸轉數越高，單位時間進入軸瓦的機油越多，壓力越大，并形成良好的油膜。當達到一定轉數時，油膜油壓將軸徑托起，使曲軸懸浮在一定厚度的油膜之中，實現理想的液體動壓潤滑。其先決條件是，曲軸與軸瓦滑動副必須有一定的旋轉速度，在軸承副良好情況下，轉數越高，形成的潤滑油膜越厚，越能達到良好的潤滑。曲軸滑動面間必須有一定黏度的潤滑油存在，潤滑油的黏度指數越大，則形成的油膜越厚。

在發動機實際運轉及整個壽命周期內，種種故障原因的產生，不能達到理想的液體動壓的潤滑條件。如曲軸徑損傷，軸瓦鎢金脫落，軸承副間隙過大。由于曲軸轉數提高，形不成油楔狀態，油瓦局部高溫，導致進一步損傷軸瓦，引起大面積高溫，行成邊界摩擦狀態，嚴重時導致發動機燒瓦，造成嚴重的機械故障及經濟損失。簡言之，潤滑狀態的優劣，直接影響發動機的壽命。

為解決此項問題，在檢修發動機的過程中，必須按Cummins發動機制造廠商給定的技術規范、檢修工藝要求進行檢修，以期達到發動機整體裝配符合Cummins制造廠商的技術標準，各部配合間隙，軸瓦匹配合理。運行使用中，定期精心保養、點檢、檢測、機油化驗全過程管理維護。在此基礎上，要重點做好KTA-50C發動機以下幾個方面的潤滑工作。

1.潤滑機油

發動機的潤滑油優劣，將對發動機運轉起到至關重要的作用。機油有其潤滑、清洗、冷卻、密封、防腐等作用，就Cummins發動機而言，屬于重型高速柴油機，其最大特點是體積小，功率大，單位摩擦面負荷大，軸瓦承載強度高。歐米伽型燃燒室在高負荷作功工況下，溫度達3200℃。燃燒室生成的燃氣和固態物，由于高溫化學反應，危害機油質量，導致其劣化。就機油而言，對于活塞環處主要考慮它的耐熱性能和抗氧化性能，對于連桿、主軸軸瓦主要考慮其黏度和抗載性能。對于齒輪系及凸輪頂桿配氣機構，則考慮它的邊界摩擦潤滑性。對于冬季的低溫起動，則要考慮它的凝固點、流動性。盡管如此，1臺發動機只能使用1種機油來滿足不同部位的潤滑需求，這樣要保證發動機正常運轉，適應滿足各個部位、各種工況條件下的潤滑，機油的品質、質量至關重要。

Cummins發動機用戶在給定條件上，必須符合Cummins公司的技術規范。必須符合美國石油協會API和美國汽車工程師協會，即SAE所頒布油類季節使用標準。如日本出光興產S-310機油，該油特點是黏度偏低；國產15W-40機油等等。最為理想的是殼牌SHELL，Diesel、15W-40進口機油；該油的主要指標是運動黏度100℃下14.5 m2/s，黏度指數99。開口閃點，最高246℃，正常220℃，凝固點-15℃，完全可以滿足Cummins發動機的技術要求。公司現使用的是殼牌15W-40CH-4/SL機油，部分車輛使用美孚機油，現Cummins KTA50C使用勁霸15W-40（C1-4）機油，并采取強制換油方式，即Cummins QS系列發動機250 h換油，K系列發動機330 h強制換油，收到良好的效果。

2.潤滑系統的濾清器

發動機持續在高負荷工況下工作，機油由于高溫氧化作用產生油泥和膠質之類非流體的固態顆粒，加之活塞環泄漏燃氣中的固體顆粒，吸入空氣中的塵埃固體顆粒混入機油中，這些雜質均靠機油濾清器加以清除，防止機油劣化。

對于機油濾清器而言，理論要求是濾紙細密，過濾精度高，過濾流動阻力小，能濾出粒度極小的雜質顆粒。但是這個要求通常是相互矛盾的，過濾精又阻力小很難實現。為此，使用質量上乘的機濾至關重要，劣質濾器將導致機油劣化速度加快，危害發動機運動機件，影響它的壽命。值得提倡的是按Cummins公司推薦的標準，使用進口廠家機油濾清器或經Cummins公司認定的國產正規廠家，質量符合SAE標準的機油濾器。

3.潤滑機油化驗

機油隨著使用時間的延長，機油老化是一個循序漸進的過程，它的劣化曲線是平順的。QS系列發動機250 h換油，K系列發動機330 h換油，從管理上可以說是保守的、保險的，劣化沒有達到相當程度，就到換油時間了，對發動機而言是有利的。但是，發動機處于高溫、高壓、高負荷工況運轉狀態下，發動機本身的潛在故障將嚴重加速機油的劣化，它的曲線是陡升的。

例如，冷卻系統密封老化，如機油散熱器座口密封、缸套密封老化，冷卻劑進入機油中；發動機噴油器密封老化，柴油在高壓作用下進入搖臂室、進入機油中；空氣過濾器破損，吸氣膠套裂紋進灰，灰塵進入燃燒室，進入機油循環系統中。

從發動機設計上講，冷卻劑、燃油及缸套個密封橡膠采用含丁氰（耐油）、硅氟橡膠成分（耐高溫）等特殊性能，但是不是絕對的，當發動機高溫到相當程度，還是要老化失效的。這些問題的發生，必須靠機油化驗才能檢測出潛在故障。這些問題的存在，嚴重影響發動機的壽命，將造成發動機嚴重損壞。例如，柴油進入機油中，將直接影響機油黏度，破壞軸瓦油膜承載力，降低機油閃點，就Cummins發動機而言，閃點低到175℃時，即會造成發動機燒瓦事故的發生。

為了解決這個問題，設立了油品化驗室。采用的辦法是保養時機油取樣化驗，有故障信號取樣化驗，按發動機運轉壽命小時抽檢機油化驗。主要化驗指標是，機油黏度、水分、閃點、斑痕、硅含量（吸氣是否進灰）、鋁含量（是否拉缸）、銅含量（軸瓦是否有損傷）。從而能有效地監測發動機運轉工況，努力做到潛在的小故障不要擴大，及早發現及早檢修以防止發動機造成重大機械故障，保證發動機正常運轉。

4.潤滑油量加注

眾所周知，機油超量，將引起發動機過熱，機油將竄入燃燒室燃燒，增加燃燒熱值，將造成發動機配氣機件、活塞的損壞。機油不足，將嚴重影響發動機的潤滑，機油量低到一定程度，Cummins發動機從設計上機油活塞冷卻噴油器（噴至活塞底部，對活塞強制冷卻）將停止工作噴油，加劇機件熱量和活塞膨脹系數，加速機件的磨損，直至造成拉缸事故的發生。

為此，建立相應制度。一是保養加注機油量必須有標準；二是起車之前，必檢機油油位；三是司機交換班必須停機檢查機油，目的是盡最大努力保證機油油量的標準。

Cummins發動機造價昂貴，從我們的管理上看，使用質量上乘的機油，250 h、330 h強制換機油，以及使用符合標準的機油濾建立油品化驗制度，從現象上看，局部是多支出了成本費用，從保證發動機正常運轉、從整體上考慮，效益是明顯的，符合Cummins的技術要求和規范，是經濟的、劃算的。

5.潤滑油的冷卻

KTA-50C發動機從設計上考慮，為了滿足發動機高負荷、高溫工況下的潤滑，防止機油超溫，位于V形缸體的中部，設計配置了機油散熱器。設計上考慮經過主油道的潤滑機油，用發動機冷卻水為介質，對潤滑機油進行強制冷卻。如在運行中，中冷器堵塞或局部堵塞，是不可想象的。機油得不到充分冷卻，其黏度指數就會降低，進而就形不成承載能力的油膜形成，造成嚴重的故障發生。為此，在解決KTA-50C發動機潤滑問題的本身，必須關注發動機的水循環，冷卻系統工況是否正常，如發動機處于超高水溫下、工況下運轉，冷卻劑對潤滑機油的冷卻能力降低，將嚴重影響發動機的正常潤滑。

6.潤滑油的污染

通常電動輪汽車吸氣系統的空氣濾清器，均采用干式旋管二級濾清器。據稱，過濾精度達到99.9%。吸氣管道粗大，進而滿足發動機的吸氣量，增壓器之前處于負壓狀態，如空氣濾破損，吸氣管膠套損壞，采場臟空氣將不經空氣濾清直接吸入氣缸，將嚴重污染潤滑油，導致潤滑油急劇劣化，短時間即可造成發動機的損壞。

顆粒及小的灰塵，首先破壞氣缸壁的潤滑。KTA-50C發動機在額定1900 r/min工況下，活塞與缸套相對運行速度可達16 m/s左右，在這樣高的相對運動的機件潤滑油中，如有灰塵存在，如同在兩個相對高速運動的機件當中加入研磨砂，短時間就會損壞活塞環，加大環槽的間隙，影響活塞的氣密性。嚴重情況下，造成拉缸的故障發生。

KTA-50C發動機，連桿軸徑較之主軸徑壓強較高。灰塵進入氣缸后，隨潤滑油的循環，造成整個機油的污染。首先損壞的是連桿軸徑與主軸徑，造成軸瓦損傷，形不成良好的油膜，軸徑表面呈灰白的亮斑，隨著時間延長及機油劣化嚴重，導致發動機燒瓦事故的發生。

因此，吸氣系統的氣密性非常重要，基本可采用如下方法。一是330 h保養，更換新空氣粗濾器及二級濾芯，舊芯報廢，并保證裝機標準到位，保證空氣濾的有效性、可靠性；二是吸氣管道吊卡齊備，管卡齊全緊固，防止車輛行駛顛簸，管路擺動，卡子松動進灰；三是重點檢查吸氣膠套，發現裂紋，必須及時更換；四是增壓器前端吸氣膠套，系增壓器高溫區，為防止高溫而引起膠套龜裂老化，應設置防火放熱套；五是定期檢查渦輪增壓器泵輪及中冷器內壁，檢查是否有灰塵存在。總之，從管理上，必須保證空氣濾良好，吸氣系統密封嚴密，杜絕進灰塵的故障發生，才能保證潤滑油不被污染，進而保證發動機得到良好的潤滑。

在設備生產實際運行中，也曾發生增壓后膠套破損漏氣情況。由于增壓后的管路壓力大于大氣壓力，處于正壓狀態，灰塵難以進入，不會造成對潤滑油的污染。只會導致發動機進氣量不足，排黑煙，影響發動機的功率，但是，也需要及時的檢查與處理，以期達到發動機工作正常。

7.渦輪增壓器的潤滑

理論上講，KTA50C發動機，不配置增壓器，可減少功率30%左右。增壓器處于發動機排氣管末端，高溫可達700℃左右，它采用浮動軸承，其轉數由排氣壓力、排氣背壓、吸氣阻力所決定，正常的額定功率下，轉數可達60 000～80 000 r/min，是發動機重要機件之一。

增壓器的正常工作，機油的潤滑是首要的，正常工況下，增壓器夜間目視呈暗紅色，溫度非常高，轉數高，潤滑油流動量極大，如其說是對增壓器軸承的潤滑。更重要的是靠潤滑油對增壓器進行冷卻。為此，保證增壓器的潤滑是增壓器正常工作的先決條件，使用過程中，必須消除供油管路的泄漏，防止發生火災及供油量不足，同時必須保證回油管道的暢通，進而保證增壓器的理想潤滑與冷卻。