缸內直噴發動機機油增多的原因分析及解決措施

劉金翠

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缸內直噴發動機機油增多的原因分析及解決措施

劉金翠

（新鄉職業技術學院，河南 新鄉453000）

文章分析了缸內直噴發動機機油增多現象產生的原因及發動機機油增多的危害，重點從發動機結構設計、熱管理策略、控制策略優化等幾個方面，提出了解決發動機機油增多的技術措施，為缸內直噴發動機的發展指明了方向。

缸內直噴；機油增多；濕壁量

引言

機油增多是指汽油及沒有完全燃燒的汽油等混入機油，使機油增多、粘度下降， 導致機油提前報廢的現象[1][2][3]。目前，缸內直噴發動機都在不同程度上存在機增多的現象，如果機油增多嚴重，不僅會使機油性能變差，而且將會使發動機存在很大的安全隱患。如東風本田汽車有限公司由于發動機設計原因導致機油增多，在2018年5月16日宣布召回部分思威（CR-V）汽車[4]。

因此，對缸內直噴發動機機油增多問題進行更加深入的研究具有重要的實際應用價值。

1 機油增多的原因分析

（1）由于缸內直噴發動機工作時爆發壓力高， 因此在其工作時高壓混合氣會將一部分沒有燃燒的混合氣和汽油通過活塞環間隙壓入曲軸箱，造成機油增多。

（2）汽油在噴入氣缸的過程中由于撞到氣缸壁或蒸發不及時，在氣缸壁上形成一定厚度的油膜，活塞在做往復運動時，油膜沿缸壁流入曲軸箱，造成機油增多。

（3）活塞、活塞環及氣缸壁配合間隙不恰當，使活塞與氣缸壁之間的間隙增大，導致密封效果變差，從而使汽油流入曲軸箱，造成機油增多。

（4）噴油器異常噴射，包括二次噴射、間歇噴射和泄露等，使氣缸內存在大量汽油來不及蒸發燃燒，而直接進入曲軸箱造成機油增多。

2 機油增多的危害

2.1 燃油消耗量增加

首先，由于大量沒有燃燒的汽油和可燃混合氣進入曲軸箱，造成燃油的浪費；其次，由于機油中混入汽油，使機油變稀，造成發動機的潤滑性能變差， 摩擦損失增加。這些都會使發動機燃油消耗量增加。

2.2 發動機的使用壽命和可靠性降低

由于機油變稀，發動機油道中的機油壓力下降，各摩擦副潤滑表面無法建立穩定油膜，使發動機內部運動零件磨損加劇， 嚴重時甚至造成拉缸和燒瓦。由于機油中混入大量的汽油，在高溫工作環境中還有可能會發生爆炸的危險。

2.3 發動機動力降低

由于摩擦損失增加，使發動機機械效率降低；氣缸內汽油和可燃混合氣的泄露，造成參加燃燒的混合氣減少，從而使平均有效壓力降低。這些也會使發動機動力下降。

2.4 可變正時機構響應滯后

對于依靠液壓油驅動的可變正時機構，當機油機油中混入汽油后，由于機油變稀，油壓降低，從而使可變正時機構的執行機構響應滯后，造成進、排氣門正時偏差， 影響發動機的整體工作性能。

2.5 排放性能惡化

發動機機油增多通常伴隨著汽油碰撞氣缸壁，這些壁面附近的燃油由于火焰淬熄無法完全燃燒， 使排放中的有害物質HC和碳煙顆粒增加，排放惡化。

3 機油增多的解決措施

進入機油的汽油量與蒸發的汽油量之差，即是發動機曲軸箱中的機油的增多量。凡是能減少燃油濕壁量和燃油蒸發量的因素均能減少機油增多[3]。可以通過改善發動機氣缸、活塞配合尺寸、發動機熱管理、缸內氣流運動形式、噴油控制策略等方式來有效減少缸內直噴發動機機油增多。

3.1 改善發動機氣缸、活塞配合尺寸

為了減少機油增多，發動機的氣缸、活塞、活塞環配合尺寸及間隙要設計合理，活塞環的端隙、側隙、背隙及張緊力要適當。活塞環的張緊力大小會直接影響氣缸的密封效果。如果張緊力太小，會使氣缸密封不嚴，造成嚴重的混合氣泄露，使汽油流入曲軸箱，造成機油增多；而張緊力太大又會增大摩擦力，造成機械損失，因此活塞環張緊力應該綜合考慮各方面因素，選取合適的數值。

3.2 完善發動機的熱管理策略

缸內直噴發動機熱管理策略會影響到冷卻液和機油的溫度。從而影響整個發動機的溫度分布。其中燃燒室與氣缸壁附近的溫度分布對汽油蒸發的影響更為明顯，因此也會影響到發動機機油增多量。

此外，發動機熱管理系統還要考慮到地區氣候的差異性，我國南北地區溫差較大，汽車發動機在南方和北方的工作特性也不相同，應把外界溫差共同考慮在內。如本田CR-V發生機油增多的案例，以東北地區居多，而南方很少。

3.3 選用更好的缸內氣流的運動形式

缸內氣流運動可以加速汽油顆粒與氣缸壁油膜的蒸發，減少汽油濕壁量，從而降低機油增多量［5］。

發動機不同的進氣道形式，會使混合氣在氣缸內形成不同的氣流運動。圖1是不同氣道類型下發動機的燃油濕壁量[6]。

圖1 不同氣道類型下發動機的燃油濕壁量

由圖1可以看出，采用雙切向進氣道的發動機，氣缸壁和活塞頂的濕壁量最小，采用雙螺旋進氣道的發動機濕壁量最多，采用切向螺旋組合進氣道的發動機濕壁量介于兩者之間。不同的組合進氣道會使氣缸內產生不同的氣流運動。其中雙切向進氣道主要產生強滾流運功；雙螺旋進氣道主要產生強渦流運動；而切向螺旋組合進氣道則綜合了兩種氣流運動。因此，可以產生滾流運動的雙切向進氣道可以更有效地減少缸內直噴發動機的機油增多。

3.4 改善噴油控制策略

改善噴油控制策略主要從兩方面考慮：一是將缸內單次噴射改為缸內多次噴射；二是調整噴油正時。將缸內單次噴射改為多次噴射之后，每次的噴油量應相應減少，這樣可以使燃油濕壁量相應減少；另外，減少主噴時刻內的噴油量還可以降低急燃期的壓升率，并降低燃燒爆壓，從而減少由于缸內爆壓過高而竄入曲軸箱的混合氣量，降低機油增多量[2]。

3.5 其它方面

除了上面幾方面之外，噴油器在氣缸內的安裝角度、燃油的品質、司機的駕駛習慣等因素也會在不同程度上影響機油增多量。

4 小結

機油增多是目前缸內直噴發動機面臨的一個普遍問題，是制約缸內直噴發動機發展的瓶頸。要解決這一難題，需要從發動機整體結構、燃油噴射方式、進氣流動形式、燃燒及熱控制等多方面全方位考慮，只有這樣才能在控制發動機機油增多的同時，獲得良好的動力性和經濟性。

[1] 信曦,丁寧,張小矛.二次噴射對直噴增壓汽油機油氣混合與燃油濕壁影響的研究[C].中國內燃機學會年會論文集,2013.

[2] 張元東,劉勝利.發動機機油稀釋原因分析及預防措施[J].內燃機,2012(2):57-60.

[3] 張子慶,楊友文,王旻,龍悅.缸內直噴發動機機油稀釋解決方案研究[J].上海汽車2016.

[4] http://www.honda.com.cn/news/detail.php?id=20180516_01.

[5] 王宇,高定偉.VVT和SOI對GDI汽油機機油稀釋的影響[C].中國內燃機學會學術年會論文集,2013.

[6] 張小矛,丁寧.不同組合進氣道對直噴增壓汽油機機油稀釋的數值研究[C].中國內燃機學會學術年會論文集,2012.

Cause analysis and solutions of engine oil increasing in direct injection engine

Liu Jincui

( Xinxiang Vocational and Technical College, Henan Xinxiang 453000 )

the paper analyzes the cause of the oil increase in the cylinder direct injection engine and the harm of the engine oil increase. The technical measures to solve the engine oil increase are put forward from several aspects, such as the design of the engine structure, the strategy of heat management, the optimization of the control strategy and so on, which indicate the development of the direct injection engine.

direct injection; oil increase; wet wall

B

1671-7988(2018)16-238-02

U462.3

B

1671-7988(2018)16-238-02

CLC NO.: U462.3

劉金翠，（1982-）女，碩士研究生，講師，研究方向：汽車發動機。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.086