某柴油机机油过早老化问题分析及改进

某柴油机机油过早老化问题分析及改进

李哲

中车大连机车车辆有限公司  辽宁省大连市 116021

摘要：为保证柴油机各摩擦副之间正常运行,需在摩擦副表面供给一定压力的润滑油,对摩擦副进行冷却与润滑,形成润滑油膜,减小摩擦阻力及磨损,保证发动机正常运行,延长发动机使用寿命。机油与高温的金属摩擦副零件及空气接触,机油温度升高,容易氧化变质。由活塞环缝隙窜入曲轴箱内的高温燃烧废气及各种金属磨屑、沉积物等造成机油严重污染。此外,冬季从低温起动到发动机高温、高负荷运转,机油温度波动可达100℃以上,工作温度变化范围过大,也会加速机油老化。某柴油机在全速、全负荷耐久试验中出现机油老化快的现象,主要表现为机油运动黏度快速增加,碳含量短时间内超出正常范围。

关键词：柴油机;机油过早老化;问题分析

引言

机油作为从石油中提炼出来的一种产品，在工业及日常生活中被广泛使用，在生产、运输、使用过程中的跑冒滴漏及突发性泄漏事故，含油污水的随意排放等都对水资源造成了极大的污染。机油主要是以多种复杂的碳氢化合物为主要成分的混合物，其中芳香烃对人的危害及毒性尤为突出。现有的石油烃污染修复技术主要有化学修复法、物理修复法和生物修复法，其中生物法利用降解菌转化机油中石油烃类化合物，以此达到修复机油污染场地的目的，此方法成本低、效果好且无二次污染。

1柴油机问题描述

某发电用水冷、4冲程、增压中冷,大功率直喷柴油机,机油更换周期为500h,柴油机主要技术参数如图1所示。

图1柴油机主要技术参数

柴油机在测试台架上进行全速、全负荷耐久试验,运行至61h时,检测柴油机机油运动黏度为43.2mm2/s;机油中直径大于5μm的颗粒数量(以下简称大颗粒值)为142.1,超出一般机油中大颗粒值不超过100的规定。柴油机运行至96h时,柴油机机油运动黏度升高至151.2mm2/s,机油中大颗粒值为265,远超限值。将机油由CD-415W-40更换为CF-415W-40继续进行耐久试验,柴油机运行至198h时机油中大颗粒值再次超标,拆检摇臂罩发现机油变黑且摇臂上有较多油泥,此时机油运动黏度为158.73mm2/s,碳烟质量分数为4.95%,超出一般机油中碳烟质量分数不高于2.5%的规定。试验过程中检查柴油机运行状态,各种运转数据均显示正常。试验过程中监测机油中大颗粒物值为287,超出限值,初步判断机油过早老化是由机油含碳量增加造成的。

2机油压力故障原因分析与判断

机油油品影响有“五个方面原因”：一是机油油品选择不对；二是会因渗入水；三是渗入柴油；四是发动机过热；五是长期没更换等，油品不对或变质，导致机油压力故障。①机油油品选择。不同柴油发动机应按要求选择不同型号机油，机油油品有冬夏用之分，冬天用的机油稀；夏天用的机油浓。正常都有换季保养：冬天用了浓的机油，发动机起动初期润滑不良；夏天用了稀的机油，机油压力会变低影响润滑。②机油渗入水。拔出机油尺，观察到机油变成乳白色且液面明显高出。机油渗入水有缸体破裂、缸盖破裂、水堵锈蚀漏和四缸床冲水道等四种原因。③机油渗入柴油。拔出机油尺，闻到明显的柴油味道且液面也会高出。机油渗入柴油有两种原因：一是喷油器雾化不良而滴柴油；二高压油泵内的柱塞不密封漏柴油。④发动机过热。发动机温度过高，机油会变稀，造成机油压力不足。发动机高温有五大原因：一是冷却系。水泵叶片锈蚀或其轴承卡住，泵水性能变差；风扇皮带松或断，水泵不转；风扇叶片损坏或装反向，冷却不力；节温器损坏，造成水没有大循环冷却；水道内脏，特别是冷却水箱内脏而堵塞；冷却水箱外脏，也会导致冷却不良；水道堵塞、破损、漏水（缸体破裂、水堵锈蚀、水管松脱凹瘪或破损、水箱锈蚀或破损）。二是配气机构。配气机构运动零部件磨损。三是润滑系。机油散热器锈蚀破损；发动机缸床水道和机油道对冲。四是燃油系。喷油提前角太大或太小。五是空压机缸床冲水道。⑤机油长期未更换。机油变质，杂质会造成润滑油道变小，均会导致机油压力故障。

3解决措施及验证

柴油机机油内大颗粒物值过高的主要原因是油束落点异常导致燃烧过程中产生颗粒物,对柴油机燃烧进行优化:1)燃烧室容积增加7.6%,压缩比由16提高到17,缩短喷油持续期;2)活塞喉口直径增加12.3mm;3)减小喷油器油束夹角,避免油束喷射到活塞顶面上。使用优化后的柴油机,采用孔数均为8、喷嘴结构相同、体积流量不同、喷油器油束夹角不同的4种喷油器,进行标定转速下负荷特性试验,记为方案1~4。对比不同转矩下的燃油消耗率、烟度,试验结果如图2所示。

图2 4种方案标定转速负荷特性试验

由图2a)可知:4种方案的燃油消耗率随转矩的变化趋势基本一致,转矩在800N·m以下时,燃油消耗率差别不大,但转矩在800N·m以上时差别较大;方案1油耗最高,方案2次之,方案3、4的油耗较低。由此可见:油束夹角对油耗的影响较大,夹角较小时,大部分柴油喷在燃烧室凹坑内,有利于降低油耗。由图2b)可知:方案4的烟度排放最高,方案3的最低。方案4的体积流量大于方案3,大流量造成局部缺氧,油量增加,烟度排放高。经以上分析,应减小喷油器油束夹角,同时控制喷油体积流量。

4环境因素对机油降解效果的影响

1.加菌量的影响，测定不同加菌量对水中机油的降解效果。随菌液量增加，整体降解效果呈增长趋势，在7%时的降解率最高，可达36．7%，加菌量为9%时，降解率出现明显下降，在5%～7%的加菌量范围为最佳加菌量。由此可得，菌株加菌量的多少，与之能达到的降解率无正相关关系，这可能是在一定量的无机盐培养基中，过多的菌株会造成过度繁殖，形成一种竞争，导致营养物质短缺，从而减缓菌株的生长，甚至由于恶劣的生存环境，可能会使其产生一些抑制生长甚至死亡的产物，菌株存活率随之降低、死亡率增高。加菌量的多少会直接影响菌株的新陈代谢、生长速率、胞内酶活性、是否达到最佳生长状态，从而影响机油的降解率。

2.降解天数的影响，随着菌株在含油无机盐培养基中降解时间的增加，它对水中机油的降解效果如图3所示。从图3中可以明显看出，菌株对水中机油的降解速率随着降解时间延长迅速上升，到了144h后，降解速率变缓，几乎与96h的降解速率相近，此时能达到的最高降解速率在42．6%。这可能是由于菌株最初是以机油中的烷烃及小分子芳烃作为碳源，较易降解，随着时间增加，小分子组分被分解，菌株才开始降解多环芳烃、胶质、沥青质等较难降解的大分子组分，也可能是由于菌株对水中机油的分解，积累的有毒有害物质增多，造成了菌株的死亡，同时营养物质的缺失，也是造成其后期降解速率减缓的一个因素。

图3不同时间对水中机油的降解效果

结束语

柴油机性能开发过程中,应于产品开发前增加燃烧分析计算环节,有利于缩短产品开发周期,保证产品可靠性。

参考文献

[1]丁行海,张英华.柴油机油路故障之油量计量单元解析[J].汽车维修,2021(03):15-16.

[2]景桂荣.运用中柴油机油的性能指标分析机车的质量[J].内蒙古科技与经济,2019(22):80-81+88.