詳解奧迪、大眾發(fā)動機(jī)機(jī)油異常消耗的主要原因(上)

◆文/遼寧 張利

汽修界有一句玩笑話：“EA888真的是‘發(fā)發(fā)發(fā)’，修不完的燒機(jī)油，真的可以發(fā)家致富。”針對奧迪及大眾車系發(fā)動機(jī)燒機(jī)油的問題，其解決方案多種多樣，有的方案儼然已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)，經(jīng)常被冠以高科技、首創(chuàng)等高大上名頭。一時間洛陽紙貴，著實(shí)讓很多業(yè)界同仁火了一把，賺了一把。但是，回歸理性，奧迪、大眾車系尤其是EA888系列發(fā)動機(jī)，其燒機(jī)油的機(jī)理是什么？其合理解決方案是什么？

下面我們將結(jié)合傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)理論，廠家的升級改進(jìn)方案，新式的檢測裝配手段及方法，展開進(jìn)一步討論，力求拋磚引玉，將規(guī)范化的解決方案普及應(yīng)用，并進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)展，惠及業(yè)界同仁。

熟悉內(nèi)燃機(jī)的朋友都知道，傳統(tǒng)意義上的燒機(jī)油的解決方案，都是更換活塞環(huán)、氣門油封，必要時重新加工汽缸孔。但是，這種方案在EA888發(fā)動機(jī)上經(jīng)常無效，于是乎很多同仁更換渦輪增壓器、廢氣閥，有時奏效，有時徒勞，未能形成規(guī)范化的流程，同時有效的檢測診斷方案匱乏，導(dǎo)致返修大幅攀升，客戶滿意度大幅下降，公司利益及形象接連受損。在此，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)及理論將之分為如下版塊，較為系統(tǒng)地介紹奧迪大眾發(fā)動機(jī)燒機(jī)油的形成機(jī)理及解決方法。

一、發(fā)動機(jī)備件

1.活塞與活塞環(huán)

作為內(nèi)燃機(jī)的核心部件之一，活塞組件尤其是活塞環(huán)在汽缸中的工作環(huán)境是極為惡劣的，高溫、高壓及應(yīng)力驟變是常態(tài)(圖1、圖2)。

圖1 活塞在汽缸中的受熱情況

圖2 活塞及活塞環(huán)的受力示意圖

這里有一個有趣的現(xiàn)象，即汽缸內(nèi)的高壓氣體有一個非常重要的正面作用，它是活塞環(huán)同汽缸壁之間良好貼合的重要保證。換言之，活塞環(huán)向汽缸壁之間施加的壓力總量很大程度上來源于活塞頂部的氣體壓力，最大時這個比值可達(dá)90%，尤其是一環(huán)和二環(huán)，活塞環(huán)受力理論分析示意圖如圖3所示。

理解了這一點(diǎn)可以洞悉，其實(shí)活塞環(huán)在工作時，是處于“呼吸”狀態(tài)的。形成鮮明對比的是活塞環(huán)在生產(chǎn)與維修實(shí)踐中，如果片面追求高彈力指標(biāo)是不科學(xué)、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模澜缟蠜]有最好的活塞組件，只有最適合的活塞組件，其參數(shù)關(guān)系見表1所示所示。

圖3 活塞環(huán)受力分析示意圖

表1 活塞環(huán)各指標(biāo)對性能的影響

理解了這個基礎(chǔ)理論，那么對于理解活塞組件在維修工作中的內(nèi)在價值與規(guī)范手段，無疑是大有裨益的。

2.活塞環(huán)中的油環(huán)

目前的主流汽油機(jī)的油環(huán)主要有兩種，即兩片組合式油環(huán)、三片波浪式組合油環(huán)，限于篇幅所限，更多這方面知識不作探討，有興趣的讀者可以查閱相關(guān)內(nèi)燃機(jī)專著。關(guān)聯(lián)燒機(jī)油的一個核心參數(shù)是抗積炭污染性能，在這一方面，三片波浪式組合油環(huán)(圖4)，無疑優(yōu)勢更大。

圖4 三片波浪式組合油環(huán)

眾所周知，渦輪增壓發(fā)動機(jī)的升功率較高，工作時的溫度及輸出特性都較自然吸氣發(fā)動機(jī)強(qiáng)悍，潤滑油比自然吸氣發(fā)動機(jī)更易結(jié)膠、更容易形成積炭。另外，缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)燃油不流經(jīng)進(jìn)氣門，尤其在冷車時易生成積炭和炭煙顆粒。基于以上原因，奧迪大眾廠家對于活塞組件進(jìn)行了升級，未來的主力機(jī)型，如EA839系列發(fā)動機(jī)，全面采用三片波浪式組合油環(huán)，其核心優(yōu)勢是抗積炭污染能力大大增強(qiáng)，刮油衰退大大減緩甚至與發(fā)動機(jī)總成同壽命。

3.氣門油封

高性能內(nèi)燃機(jī)在工作時，其排氣溫度最高可達(dá)800℃，雖然氣門可以散熱，尤其是采用充鈉技術(shù)后，散熱進(jìn)一步加強(qiáng)，但是氣門桿上的工作溫度依然炙熱，這對于氣門油封提出了全新挑戰(zhàn)。對于內(nèi)燃機(jī)而言，機(jī)油從氣門導(dǎo)管中滲漏進(jìn)入燃燒室是發(fā)動機(jī)燒機(jī)油的重要根源，采用合適的材料匹配氣門油封的良好刮油與貼合能力，則是重要課題。在早期發(fā)動機(jī)中，氣門油封的主要材料為腈、聚丙烯酸酯，但是這個材料用于渦輪增壓發(fā)動機(jī)則勉為其難，所以奧迪廠家將氣門油封材料全部升級為氟膠材料(圖5)，大大延長其使用壽命，因?yàn)榉z最高可在260℃的溫度下可靠工作，采用氟膠材料的氣門油封在其全壽命周期內(nèi)皆可以穩(wěn)定工作，由于材料本身固有的自潤滑特性，除耐高溫外，其抗物理損傷的能力也大大加強(qiáng)。見下圖所示

圖5 升級后的氟膠氣門油封

4.機(jī)油精分離器(廢氣閥)

出于環(huán)保的要求及自身工作的需要，密閉式強(qiáng)制曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)目前被普遍采用。與自然吸氣發(fā)動機(jī)相比，渦輪增壓發(fā)動機(jī)的顯著特點(diǎn)在于其進(jìn)氣歧管內(nèi)不是常負(fù)壓狀態(tài)，在增壓器介入工作狀態(tài)時，甚至處于正壓狀態(tài)，若采用傳統(tǒng)方案，只用一只管路連接進(jìn)氣管進(jìn)行曲軸箱通風(fēng)，勢必會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在非自然吸氣工作狀態(tài)時，無法進(jìn)行通風(fēng)。因此， EA888發(fā)動機(jī)的曲軸箱出氣管有兩根，一根通往進(jìn)氣管，另外一根通向渦輪增壓器的進(jìn)氣入口，從而保證曲軸箱的正常通風(fēng)與廢氣導(dǎo)入。在這個過程當(dāng)中，機(jī)油精分離器起到了關(guān)鍵性作用，它是一個集成式部件，主要有壓力調(diào)節(jié)閥、單向閥、旋風(fēng)式分離器等組成，其主要作用是將曲軸箱的廢氣進(jìn)行氣液分離，將液態(tài)機(jī)油回流入油底殼，將廢氣引入燃燒室燒掉。

如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)偏差或者工作異常，必然導(dǎo)致分離不徹底，致使過多機(jī)油進(jìn)入燃燒室，從而加重機(jī)油消耗，目前廠家已經(jīng)重視了該問題，并提出了改進(jìn)方案及產(chǎn)品，采用了全新升級廢氣閥(圖6)及零件號。升級后的廢氣閥的主要特點(diǎn)有：工作負(fù)壓為-100mbar(1mbar=100Pa)；內(nèi)部壓力膜片為多層氟膠結(jié)構(gòu)；彈簧為矩形絲不等距結(jié)構(gòu)等等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖7所示。

圖6 EA888第二代廢氣閥

曲軸箱負(fù)壓的測定(圖8)有著嚴(yán)格的操作流程與規(guī)范，但是在實(shí)際的維修工作中，很多讀者缺乏必要的了解和手段，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，或者設(shè)備使用不當(dāng)，導(dǎo)致結(jié)果不可信。如：儀表的分辨率過低，無法精確到1mbar，有的甚至用真空表代替負(fù)壓表；發(fā)動機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)嚴(yán)重故障，汽缸壓力與進(jìn)氣歧管真空度雙低，失去了測定的前提條件卻盲目測量，這都是不科學(xué)、不規(guī)范的典型。曲軸箱負(fù)壓是多元壓力綜合的結(jié)果，其壓力的分析是建立在對于內(nèi)燃機(jī)充分了解的基礎(chǔ)之上，正所謂“九層之臺起于壘土”，只有打好基礎(chǔ)，才能做到遇事不慌。

圖7 EA888第二代廢氣閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理

圖8 第二代EA888曲軸箱負(fù)壓測定

二、發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)測量

在解決奧迪大眾發(fā)動機(jī)燒機(jī)油的工作過程中，基礎(chǔ)測量不僅非常重要，而且容易出現(xiàn)紕漏，在此將與燒機(jī)油相關(guān)的基礎(chǔ)測量工作進(jìn)行分享和探討。

1.汽缸孔的測量

汽缸孔的測量如圖9所示，不僅需要在圖中1、2、3三個區(qū)域進(jìn)行，而且還要在每個區(qū)域的A軸方向和B軸方向分別測量，并將上述結(jié)果詳細(xì)記錄，之后參考具體的維修手冊，以判定是否超標(biāo)。以最常見的CDZA發(fā)動機(jī)為例，其基本的尺寸規(guī)范是：基本汽缸尺寸82.51mm，各方向最大偏差0.08mm。需要特別提示的是：當(dāng)汽缸體固定在翻轉(zhuǎn)支架 VAS 6095或者類似設(shè)備上時，不允許測量缸徑，因?yàn)榇藭r由于側(cè)向扭曲力的存在，足以讓測量結(jié)果偏差0.02mm。也就是說：測量時要嚴(yán)格遵守規(guī)范，不放過任何可能影響測量結(jié)果的細(xì)節(jié)。

圖9 汽缸孔的測量方法

目前，為了降低維修成本，汽缸孔損壞的汽缸體一般都采用重新鏜缸下套的方案進(jìn)行維修，鑒于當(dāng)前機(jī)加工市場水平良莠不齊，除了前文所述的基礎(chǔ)測量外，還應(yīng)目視進(jìn)行復(fù)檢。將汽缸孔清洗干凈后，其珩磨紋(圖10)應(yīng)均勻且錯落有致，無傷痕、無砂眼。對于表面粗糙度Ra值的評定，由于其精度0.001mm已超出了大部分汽修廠的能力范疇，在此略過不予討論。

圖10 汽缸孔珩磨紋應(yīng)均勻且錯落有致

2.活塞的測量

眾所周知，汽缸同活塞的配合間隙來源于二者的直徑差值。維修過程中，在活塞測量(圖11、圖12、圖13)時存在的問題主要有兩個：一是測量精確度與測量穩(wěn)定性欠佳，同一工件測量值多變，測量值漂移嚴(yán)重，這個主要的原因是設(shè)備精度和質(zhì)量；其次，進(jìn)行檢測時，目光應(yīng)垂直于活塞，量具測量頭同活塞裙部之間，應(yīng)該感覺稍有緊度但又可順利通過為佳，過緊與過松都會影響檢測結(jié)果。表2為大眾CDZA型發(fā)動機(jī)間隙規(guī)范值。

圖11 用外徑千分尺測量活塞裙部

圖12 用塞尺測量活塞環(huán)側(cè)隙

圖13 用塞尺測量活塞環(huán)端隙

表2 大眾CDZA型發(fā)動機(jī)規(guī)范間隙值

需要注意的是：目前大部分油環(huán)已經(jīng)升級為三片波浪式組合油環(huán)，在組裝波浪環(huán)組裝時一定不要搭接，否則將導(dǎo)致其永久損壞。(未完待續(xù))