某型柴油機機油壓力低故障機理分析

摘要：目前某型柴油機普遍存在機油壓力低問題，并且在數(shù)量上有蔓延和擴散的趨勢;在解決油壓低問題時，是進行某些零部件的簡單更換（如機冷、機濾、油泵等），并沒有找到引起油壓低問題的共性原因和統(tǒng)一的解決方法，最終解決效果往往差強人意，油壓低問題仍然反復出現(xiàn)。導致油壓低問題的原因，可能是單個系統(tǒng)異常，引起相關系統(tǒng)之間產(chǎn)生互相影響，最終表征出的一種綜合性故障現(xiàn)象，解決油壓低問題的難點是找出引起油壓低的起始因素，同時排除其他關聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生的被動干擾。本次機理分析邏輯流程如下：首先從系統(tǒng)原理逐一分析、排查;對干擾因素運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法進行初步判斷，最終通過對比試驗排除干擾因素，針對性找出油壓低問題的根本原因。

Abstract： At present，low oil pressure is a common problem in a diesel engine，and the number of the spread and diffusion trend;When solving the problem of low oil pressure，it is a simple replacement of same parts（such as maching cooling，machine filtering，oil pump，etc. ），and did not find the commom causes of the problem of low oil pressure and a unified solution，the final solution is often unsatisfactory，low oil pressure problem still recurring. The cause of the problem low oil pressure may be the abnormality of a single system，which leads to the mutual influence among related systems，and at the same time eliminate the passive interference generated by other related systems.The logical flow of the mechanism analysis is as follows：firstly，analyze and check one by one from the system principle; The interfence factors were preliminiarily judged by the statistical method of data，and finally the interference factors were eliminated through the comparative test to find out the root cause of the problem of low oil pressure.

關鍵詞：某型柴油機;油壓低;截留裝置

Key words： a diesel engine;low oil pressure;cut-off equipment

0? 引言

機油壓力低，對任何一種發(fā)動機而言都是普遍存在的故障現(xiàn)象，造成機油壓力低的原因通常是復雜而難以解決的，僅僅通過更換相關系統(tǒng)零部件是無法解決問題的，本文對某型柴油機所存在的機油壓力低問題進行深度分析，通過對某型柴油發(fā)動機潤滑系統(tǒng)進行多項試驗對比、數(shù)據(jù)分析等方法最終設計截留裝置解決問題，為V型柴油機機油壓力低故障提供了新的思路。

1? 分析排查過程

某型柴油機潤滑系統(tǒng)圖如圖1所示（帶手動、電動機油預供泵）：由系統(tǒng)圖可知油底殼內(nèi)滑油有三種升壓途徑：①手動機油預供泵;②電動機油預供泵;③機油泵。

首先對紅色邊框內(nèi)的各部件進行分析（包括：手動、電動預供泵;機油泵;機冷、機濾總成）。

1.1 機油預供系統(tǒng)

一般試車過程前a手動機油預供、b電動機油預供選裝一種，起車后預供系統(tǒng)關閉，預供泵出口都安裝有單項閥，可以排除預供管路旁通滑油導致起車后系統(tǒng)油壓低的可能。

1.2 機油泵

復查機油泵的流量參數(shù)，選取同一批次油壓低機器及油壓正常機器的油泵進行流量統(tǒng)計：油壓正常機器的機油泵流量測試數(shù)據(jù)如下，見表1。

結(jié)論：從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上看，機油泵流量滿足企標《柴油機機油泵試驗技術條件》技術要求（160L/min），但機油泵額定流量是否滿足目前發(fā)動機的潤滑油消耗狀態(tài)需求，需進一步驗證。

1.3 機濾及調(diào)壓閥與機冷及旁通閥測試試驗

（以下數(shù)據(jù)全部為油壓低機器測試結(jié)果）。試驗方法均采用五表測量法，對應測量發(fā)動機5個測點的機油壓力衰減趨勢，具體測點在濾前、濾后、冷前、冷后、增壓器進油壓力。

測試全部油壓低機器的機濾座調(diào)壓閥開啟壓力，經(jīng)測試調(diào)壓閥開啟壓力均大于0.6MPa，開啟后可迅速關閉，保持壓力均大于0.55MPa，符合技術要求。

結(jié)論：經(jīng)過大量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，機濾入口、出口總壓降最大不超過0.2MPa（100%工況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1500r至2100r適用），實測油壓低機器濾前壓力均≤0.6MPa，故可證明濾前調(diào)壓閥處于關閉狀態(tài)，不存在調(diào)壓閥開啟致使?jié)櫥托沽鞫鴮е孪到y(tǒng)有效流量降低，因此造成油壓低的可能性。

測試全部油壓低機器的機冷（陸用機）旁通閥為壓差時開啟，開啟壓差均大于0.65MPa，符合技術要求。

結(jié)論：經(jīng)過大量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，正常情況下機冷進、出口總壓降最大不超過0.3MPa（100%工況統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1500r至2100r適用），遠未達到機冷旁通閥的開啟壓差，故可排除因機冷旁通閥開啟，導致未經(jīng)冷卻后直接流向機濾，部分滑油推動機濾的調(diào)壓閥打開，滑油泄油至油底殼，最終產(chǎn)生主油道油壓低的可能性。

油底殼內(nèi)機油經(jīng)機油泵升壓，流經(jīng)機冷、機濾總成后可分為A、B兩路，流經(jīng)路線分別如下：A路由濾后流經(jīng)增壓器然后流回油底殼;B路為濾后流經(jīng)主油道后潤滑各檔運動摩擦副、配氣機構;高壓油泵;活塞冷卻噴嘴最后流回油底殼。

1.4 A路潤滑油系

A路油系用來對增壓器進行潤滑與冷卻后直接流回油底殼（目前全部為油冷型增壓器）。

1.4.1 曲軸箱強制通風系統(tǒng)（PCV）

PCV系統(tǒng)可使曲軸箱內(nèi)產(chǎn)生一定的負壓，負壓理論上會引起機油泵的吸油阻力增加，在試車過程中將油氣分離器與增壓器入口之間管路脫開，此時壓氣機無法對曲軸箱強制抽氣，多次試驗證明曲軸箱的負壓并沒有對油壓潤滑系統(tǒng)的油壓提升產(chǎn)生可觀影響，故排除上述原因造成主油道油壓低的可能性。

1.4.2 增壓器的回油量及流通阻力問題

首先查閱增壓器技術狀態(tài)，進口狀態(tài)為BorgWarner，國產(chǎn)狀態(tài)型號：GJ100。目前本系列柴油機全部用國產(chǎn)增壓器，經(jīng)查閱增壓器技術規(guī)格書《2013YGM-002》，要求增壓器滑油壓力為：2.5-6bar，但并沒有對增壓器回油量參數(shù)提供明確要求（見圖2），經(jīng)咨詢廠家技術人員，獲知該增壓器理論回油量要求為：2.8-3.2L/min。

如若增壓器供油量不足（供油壓力低）會造成增壓器兩端浮動軸承與壓氣機端止推軸承潤滑不良產(chǎn)生故障;如供油量過大會造成兩端軸封漏油，且增壓器的供油量過大有可能導致柴油機主油道因流量損耗導致壓力的衰減。故在增壓器配機過程中，須對供油壓力及流量進行主動控制。

在此前提下，首先進行增壓器的回油量對比試驗如圖3。

試驗結(jié)果表明，油壓正常機器的增壓器回油量在3.9L/min至4.8L/min之間，油壓低機器的增壓器回油量在4.9L/min至8.7L/min之間，油壓低機器與油壓正常機器的回油量均明顯超出設計值;同時增壓器的進油壓力偏高，有少數(shù)增壓器的進油壓力超出0.6MPa。

增壓器更換對比試驗：

將油壓正常機（974）的增壓器換到油壓低的機器（999）上，對比試驗結(jié)果見表5。

通過對比試驗證明，更換增壓器后，油壓可以恢復正常。

結(jié)論：通過對比油壓正常與油壓低機器的增壓器回油量可發(fā)現(xiàn)，油壓低機器的回油量明顯相對偏大;增壓器互換試驗說明，油壓低機器更換增壓器后油壓恢復正常。因此，供給增壓器的油量及油壓對主油道壓力有一定影響。

1.5 B路潤滑油系分析

鑒于B路潤滑管系構成最為復雜，該報告中采取的分析方式可能缺陷。某系列柴油機自從1985年經(jīng)德國Deutz引進以來，已經(jīng)100%國產(chǎn)消化吸收，目前技術狀態(tài)十分穩(wěn)定。

對其技術文件、圖紙資料、更改許可書進行復查，所有技術狀態(tài)均未發(fā)生重大更改（目前機油泵為原始狀態(tài)、非大泵）;對其加工工藝、尺寸公差控制進行梳理，機加工設備、工藝、零部件精度都能夠按照原有設計要求保證，故暫時排除因機加尺寸控制不良致使運動件（曲軸與主軸孔、連桿大端與曲柄、凸輪軸與安裝底孔）配合間隙超差，導致滑油泄流量過大;冷卻噴嘴、搖臂出油機構零部件狀態(tài)穩(wěn)定，并且全部做過對比試驗，故暫時排除該零部件問題導致泄流量過大;高壓油泵互換試驗，排除高壓油泵潤滑油回油量過大引起主油道油壓過低。

目前可暫時排除B路潤滑系統(tǒng)個運動部件配合間隙過大，導致泄流量異常造成主油道油壓低這一因素。

原因分析：

在機油泵流量不變的前提下：潤滑系統(tǒng)原理圖表明，系統(tǒng)的壓力由A、B兩路共同的延程阻力決定，由于阻力而建立起潤滑系統(tǒng)的動態(tài)壓力。當A、B兩路流通阻力增加，潤滑系統(tǒng)的有效循環(huán)流量會減小，壓力會隨之升高，反之則降低。

假設當A路（增壓器）流通阻力過小，B路（主油道）流通阻力不變，在機油泵輸出流量固定（定轉(zhuǎn)速）的前提下：由于A路由于延程阻力小致其使循環(huán)流量增加（大部分滑油冷卻潤滑增壓器后流回油底殼），則B路（主油道）會因循環(huán)流量減小而產(chǎn)生動態(tài)壓力的衰減（主油道各測點）。

結(jié)論：如果增壓器回油量過大，會引起潤滑系統(tǒng)主油道壓力跌落，可能是造成機油壓力低的最初原因。

2? 解決方案設計

在發(fā)動機滑油系統(tǒng)流量（壓力）富于的情況下，主機廠家一般是采取主動控制法來限制增壓器的供油壓力（回油量），從而達到主動控制增壓器供油壓力與流量的目的，通常采取的措施是設計專用截流閥，某型柴油機并沒有該項設計。

2.1 截流裝置的設計

2.2 試驗驗證

分別對油壓低機器進行了截流試驗，經(jīng)過試驗驗證，截流后主油道壓力升高明顯，滿足油壓0.4MPa（1500r）或0.45MPa（2100r）以上的驗收要求;同時截流后增壓器進油壓力有所降低，基本與主油道壓力相等，增壓器的漏油現(xiàn)象沒有再次發(fā)生。

3? 結(jié)論

排查油壓低過程中主要運用以下幾種驗證方法：對比試驗法，通過統(tǒng)計測試數(shù)據(jù)，判斷和排除各項非關鍵影響因素;結(jié)合五表法分析各測點機油壓力衰減程度，快速判斷故障現(xiàn)象;使用截流法調(diào)節(jié)支路流量，控制和提升系統(tǒng)整體壓力。通過本次機理分析，形成如下兩點結(jié)論：

①在增壓器的供油壓力在要求范圍內(nèi)（2.5-6bar），某型增壓器的回油流量明顯超出技術要求的2到3倍;

②在機油泵流量供應富余的前提下，通過設計專用截流裝置，對增壓器供油管路進行截流后，主油道平均壓力可以達到工藝要求，同時增壓器進油壓力得到有效限制、降低了增壓器發(fā)生故障的風險;若機油泵本身流量偏低，無法保證充足滑油供應的前提下，則截流法是無效的。

參考文獻：

[1]周龍保.內(nèi)燃機[M].二版.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]蔣德明.內(nèi)燃機原理[M].北京：機械工程出版社，1994.

[3]羅惕乾.流體力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.