某GDI發動機燒機油問題優化方案

薛向陽 沙賓賓 隋寶峰 周維 王雷

摘 要：為了解決某GDI發動機研發階段出現的發動機在低負荷工況下燒機油問題 通過分析燒機油問題的原因 最終確定采取了優化油氣分離器結構的方法來降低機油耗 通過將原發動機的旋風式精分離油氣分離器變更為纖維棉式精分離油氣分離器的方式 成功將小時機油耗由1.425g/h降低至0.38g/h。經過整車路試驗證 機油消耗量明顯下降 可以得出纖維棉式精分離油氣分離器可以有效降低發動機在低負荷狀態下運轉的機油消耗量的結論。

關鍵詞：機油消耗;曲軸箱通風系統;氣缸蓋罩

中圖分類號：U464? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-99-03

Abstract： In order to solve the problem of engine oil burning under low load for a GDI engine， through analyzing the causes of the oil burning problem， finally confirm to optimize the structure of the oil-gas separator to reduce the engine oil consumption. By changing the cyclone type oil-gas separator into the fiber cotton type fine separation oil-gas separator， the hourly oil is successfully decreased， the consumption decreased from 1.425g/h to 0.38g/h. Through the vehicle road test， the oil consumption is obviously reduced. It can be concluded that the oil gas separator with fiber cotton separation can effectively reduce the oil consumption of the engine under low load.

Keywords： Oil consumption; Crankcase ventilation system; Cylinder head cover

CLC NO.： U464? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-99-03

前言

機油作為發動機的保護劑存在于發動機中 減輕發動機摩擦副磨損 避免由于摩擦副的異常摩擦而導致發動機異常磨損 且同時起到冷卻摩擦副的作用。機油消耗量過大將引起以下問題：（1）發動機摩擦副的異常磨損。（2）活塞冷卻不足。（3）活塞環卡滯 發動機油耗上升并加劇機油消耗。（4）堵塞噴油器 降低發動機的功率扭矩。（5）氣門背面結焦 造成進氣量偏差。（6）排放惡化。（7）發動機維護成本上升等不利因素。故本文以某GDI發動機研發階段出現的機油消耗量大問題為依托 研究了一種降低機油消耗的方法。

1 燒機油原因分析

B公司某GDI發動機研發路試過程中 發現車輛低速低負荷行駛時 機油消耗量明顯上升 40000km路試過程中 每8000km機油消耗量均大于840g（如圖1所示） 不滿足B公司機油消耗量標準 需進行優化。

使用魚骨圖分析發動機燒機油的原因（如圖2所示），可能的路徑包括：

（1）機油經由曲軸箱通風系統返回氣缸燃燒。

（2）機油經缸體、活塞、活塞環進入氣缸燃燒。

因檢查此路試發動機過程中 發現進氣門背面存在大量機油結焦現象（如圖3所示） 判斷機油可能通過曲軸箱通風系統經由氣缸蓋罩、進氣歧管返回氣缸中燃燒。其失效模式可能主要是油氣分離器效率不足等。

曲軸箱中含油氣體必須通過曲軸箱通風系統對油氣進行分離后返回氣缸燃燒。油氣分離效率低會導致經過油氣分離器的機油無法有效分離 含油氣體通過曲軸箱通風系統進入氣缸燃燒。

針對問題發動機進行油氣分離試驗驗證如：（如圖4） 在曲軸箱通風系統中串接一個油氣收集瓶并稱量空油氣收集瓶重量。每間隔500rpm 固定負荷 運行發動機2h。烘干后稱量油氣收集瓶重量 計算機油攜帶量。

通過對比小時機油攜帶量 可明顯發現低速時油氣分離效率遠低于高速（如圖5所示） 故可通過優化油氣分離效率來降低此款發動機低速低負荷的機油耗。

2 優化方案

如圖5所示 發動機低速運轉時油氣分離效率較低 可通過優化油氣分離器結構來提高油氣分離效率。現階段采用的氣缸蓋罩為多孔旋風精分離油氣分離模式（如圖7所示） 多孔旋風精分離油氣分離器的特點是利用油氣慣性來分離機油，故隨著活塞竄氣量的加大 油氣分離效果越好 但低速低負荷時由于活塞竄氣量較小 含油氣體流速較小 油氣分離效果無法滿足使用需求 故發動機低速低負荷運轉時油氣分離效果不佳。將此結構更改為纖維棉精分離模式（如圖8所示） 即在油氣分離器油氣出口處增加一層纖維棉 當發動機處于低速低負荷運轉時 纖維棉可以有效吸附油氣中的機油微粒 當機油積累至一定數量后 通過氣缸蓋罩的回油孔回流至油底殼 可以有效降低低速低負荷的機油消耗量。

3 試驗驗證

3.1 氣缸蓋罩單體油氣分離試驗

使用兩種氣缸蓋罩進行單體油氣分離模擬試驗。試驗工況如下：模擬竄氣流量30L/min 50L/min 80L/min。模擬竄氣濃度4.58g/h 4.37g/h 4.74g/h進行油氣分離試驗 試驗結果表明纖維棉式油氣分離器分離效果優于多孔旋風式油氣分離器（如圖9所示）。

3.2 發動機油氣分離臺架試驗

按發動機油氣分離試驗方法 利用臺架分別模擬搭載多孔旋風精分離模式氣缸蓋罩和纖維棉精分離模式氣缸蓋罩整車低速低負荷行駛工況50h 結果顯示小時機油耗由1.425g/h降低至0.38g/h。（如圖10所示）

3.3 機油消耗整車試驗

由于臺架試驗僅能驗證穩態狀態下的機油消耗 故還需將纖維棉式氣缸蓋罩搭載在整車上進行整車試驗（如圖11所示）。

經過試驗驗證8000km機油消耗量由1170g降低至608g。且進氣門背面基本無機油結焦現象。（如圖12所示）

4 結論

出于發動機對環境保護的要求 必須使用曲軸箱通風系統平衡曲軸箱壓力 含油的曲軸箱廢氣必然要通過油氣分離器路進入氣缸內燃燒。長時間的燒機油會在活塞環處累計大量的積碳 造成活塞環無法自由轉動 進一步加劇機油消耗。同時會造成進氣門背面結焦 影響發動機的充氣模型 產生進氣量不足 降低整車的動力性及經濟性 嚴重時發生發動機怠速不良或失火故障。本文通過對油氣分離結構的優化 提高了低速狀態下氣缸蓋罩的油氣分離效率 降低了機油耗 經過臺架及整車的驗證 此方案效果良好。

參考文獻

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