康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

 

图1  柴油机机油消耗大的原因

图2  机油消耗量大检查步骤图

 

二、引起机油过量消耗的原因分析

1、机油粘度选用不当

      据调查资料显示，因机油粘度等级选用不当，引起柴油机过度磨损是造成机油过量消耗的主要因素之一。

（1）机油的粘度过高或过低

      机油的粘度越高，油的消耗也相对越少（如图3），但若油的粘度过高，其残炭含量较大，凝点较高，热氧化安定性，低温启动性、润滑性、洗消作用以及泵送性也较差，极易引发活塞（环）与缸壁间产生半（干）摩擦，而导致活塞环（气缸）过度磨损、弹力减弱、粘环以及刮油环回油孔被沉积物堵塞等，造成大量机油窜入燃烧室引起过量消耗。机油粘度低，流动性、冷却性及洗消作用较好，但粘度低于一定值时，油消耗会大大增加，因为低粘度机油挥发性高，同时密封性也较差，造成大量消耗及泄露。同时，粘度过低的机油，由于承载能力低，易使油膜产生破裂；而且还会引起机油压力明显下降，使之不能有效泵送到各工作部位，导致机件得不到正常的润滑，加速气缸、活塞环的磨损，增加机油的耗量。图4为机油粘度与活塞环、气缸磨损的关系。

 

图3 柴油机机油的粘度与消耗关系曲线图

图4  柴油机机油粘度与汽缸(活塞环)磨损关系

 

（2）机油压力过高

      机油压力过高，机油的消耗量也大（如图5）；同时，柴油机工作时冷却液温度过高，会引起机油粘度降低，造成机油的挥发，增加机油的消耗（如图6所示）。

 

图5  柴油机机油压力与机油消耗关系

图6  柴油机水温与机油消耗关系

 

2、机油质量差

      机油的性能品质对机油消耗影响，主要表现在挥发性和抗泡性。

（1）抗挥发性低

    机油有一项很重要的参数叫抗挥发性，性能越高，抗挥发能力就越强，反之越低，抗挥发能力就越低。若经过检查，机械部件磨损在正常范围之内，也没有机油的泄漏，油气回收装置工作正常。所以机油减少的原因已经非常明显，就是因为机油的抗挥发能力不足导致的。

      试验表明，机油的馏分范围越轻，挥发性越大，机油的消耗也越大（如图7）。现代柴油发电机由于对燃油经济性的要求，广泛应用低粘度多级机油，以及油温、机体温度过高也是造成机油挥发大、油耗增加的主要原因之一。

（2）抗泡性差

      抗泡性是指机油在激烈的搅拌过程中抗泡沫形成的能力。泡沫对柴油机的正常工作有很大的危害，主要表现在使机油的密封性下降；形成绝热层使传热效果下降；使油泵抽空，油路产生气阻，造成供油中断和润滑效能下降等。从而加速缸壁、活塞和环壁的磨损，引起机油的上窜。
      特别是现代高强度柴油机中泡沫生成趋势更为严重。主要是由于使用条件日趋苛刻，油的变质加速，生成的醇酸老化产物都会助长起泡；同时，现代机油为了改善润滑油的各种性能，均含有大量的清净分散剂，抗氧化腐蚀等性能添加剂，这些添加剂大都为化学表面活性化合物，也是增长机油起泡的主要因素。

3、燃烧室负压过大

      据文献记载，在汽缸、活塞、活塞环配合副间隙正常时，引起机油上窜燃烧室的主要因素是燃烧室负压过大而致(低于曲轴箱内的压力)。图8为某四冲程六缸柴油机，进气压力与机油消耗量的关系。

      从图8中可以看到，随着燃烧室进气压力的降低，其机油耗量呈明显上升的趋势。柴油机在工作时，汽缸壁上的机油在活塞（环）“泵油效应”以及强大压力差作用下，通过活塞与缸壁，活塞环与环槽之间的间隙被泵入燃烧室，造成机油消耗量剧增。

 

图7  柴油机机油挥发性与消耗的关系

图8  柴油机进气压力与机油消耗的关系曲线图

 

4、汽缸套热变形

      在形状精确的气缸里，机油可由活塞和活塞坏加以控制。但是，如果气缸有了锥度和失圆度，油控就变得很闲难了。造成气缸变形的原因除了磨损外，还有热分布不均（如图9所示）或镗缸体时未将轴承盖拧紧到位。柴油机运转时，当汽缸热变形超过某一限度时，活塞、活塞环便不能充分适应气缸的变形量，在局部会出现较大上油的通路。同时，局部的热变形还会引发活塞环在高速滑动的过程中出现不规则的扭曲变形以及悬浮和颤振现象，造成大量机油窜入燃烧室。

5、转速及运转模式变化

      试验表明，随着转速的增高，机油耗量明显上升(如图10所示)。

      因为活塞、活塞环在与汽缸作相对高速滑动时，其温度会骤升，从而导致活塞环的弹力及气密性下降；同时，高速滑动的刮油环，由于惯性的作用，其控制机油上窜的机能将明显下降；而且高速滑动的活塞环还会出现异常的“颤振”和“悬浮’现象。
另外，不同的运转模式，机油消耗量也有较大差异。如柴油机启动、停机频繁；反复多次加减速以及经常在发动机制动状态下运转时，其机油耗量将比稳定转速下的消耗量增加10%--30%。

 

图9  柴油机运行时缸套温度分布图

图10  柴油机转速与机油耗量关系曲线图

 

6、活塞、活塞环与缸壁的配合间隙

      当汽缸壁与活塞第一道环壁的磨损量超过正常间隙的20％时，其机油的耗量将增加2倍以上（如图11所示），而与活塞环径向磨损的3次方成正比。

      造成汽缸壁和活塞环组磨损的主要原因有：高的滑动速度和加速度（滑动速度一般为：7～16ｍ/s;加速度为12000～15000ｍ/s2）；柴油机负荷和较高的燃烧压力（使活塞环与缸壁间，活塞侧面与缸套间以及环与环槽间承受很高不均衡的压力。如图12所示）；机油粘度、汽缸壁温度以及燃料的品质等。尤其是汽缸上部、第一道压缩环及活塞环壁，因润滑条件恶劣，再加上受到爆发冲程高温高压气流的冲击，以及使用操作不当等因素的影响，约有40％左右的柴油机在磨合运转期间，均发现有不同程度的异常磨损现象

 

图11  柴油机缸壁、活塞环壁间隙与机油耗量关系曲线图

图12  柴油机活塞环上的压力分布情况

 

7、密封垫失效和外部渗漏

      当发现柴油发电机机油消耗过多时，应首先检查机体和齿轮室盖、后盖、盖罩等连接处是否有漏油现象。如漏油，应注意观察各连接部位的密封垫是否完整，要对损坏的密封垫进行更换。若密封垫完整，应捡查各部位的连接螺丝是否松动。对松动的螺栓用扳手上到规定扭力即可。

      气缸盖密封垫，是安装在气缸体和气缸盖之间的弹性密封元件。由于缸体和缸盖之间不可能绝对平整，因此，就需要有气缸盖密封垫来防止高压气体、润滑油及冷却水从它们之间的空隙窜出，保证结合面处有良好的密封性。气缸体上钻有一个润滑油道，它延伸到气缸盖上，将机油引到摇臂。若气缸盖垫不能将此部位很好地密封，机油就会进入气缸或柴油发电机冷却液中。如在冷却液中发现机油，或者靠近缸体油道的火花塞不断地被机油污染，即表明内部存在漏油问题，则此气缸盖垫需要更换。

8、磨损造成的消耗

（1）正常磨损消耗

      柴油发电机长期使用形成的正常磨损，或因保养不当形成的非正常磨损，均会使柴油机的缸套形成纵行拉痕，缸径、活塞侧间隙超出规定值，使活塞环的撑力相应减小，出现刮油不净现象。或因油环内的内撑扭曲簧断开在油环的开口位置，致使刮油不净而参与燃烧，造成机油严重消耗症状，表现为柴油机起动困难，排气管有明显的蓝烟冒出，呼吸器喷油严重。再者，活塞本应向上的一侧，在装配时因方向倒置使燃烧室形成倒置状态，虽不会影响柴油发电机的起动，但机油的损耗会相当严重，每天油耗在0.5公斤左右。

（2）异常磨损消耗

      气缸中存有过多或过大的磨损时会引起气缸严重的磨料磨损；柴油发电机由于长期处于高温高负荷运转，气缸和活塞环之间会发生异常的黏着磨损；柴油发电机经常低温运转，又会导致气缸异常的腐蚀磨损；气缸和活塞中心线不重合时，会导致活塞偏缸，使气缸和活塞偏磨。这些都会使窜入燃烧室而被燃烧的机油量大大增加。通过检查柴油发电机气缸压力，可判断气缸的密封性。若气缸压力不足，而在向活塞周围加入机油后，缸压明显升高，即可断定气缸漏气，这可能是气缸和活塞异常磨损引起，此时应打开缸盖视情处理。如确实为气缸和活塞异常磨损，在对气缸进行镗削、磨削或更换缸套后，还应找出引起异常磨损的原因。

9、油底壳的油位过高

     机油加多后，多余的润滑油会被带入燃烧室燃烧，导致油耗过大。应排出多余的润滑油，使其储油量在标准范围内。

注意事项：检查油面时，应特别注意油尺规格要与原厂要求相符。

10、活塞环错装

      柴油发电机使用的气环种类较多，就其断面形状来分，常用的有平气环、锥面环、扭曲环、扭曲锥面环、反扭曲锥面环、扭曲刮油环、桶面环及大力岸环等。安装新环时，除平环和桶面环外，都有装配方向要求，如锥面环标有“0”或“顶”记号的一面朝上，扭曲环外圆切口一面朝下、内圆切口一面朝上等。安装使用过的平环或桶面环时，应按原装配方向装回。保修过程中如不按规定装环，会使气环的泵油作用加强，导致烧机油现象严重。现代柴油发电机多使用组合式油环，它一般由油环和衬簧组成。安装时衬簧应小心地对接，一些修理工为图安装方便，将衬簧剪去一些，甚至有时干脆不装衬簧，衬簧张力降低后，就不能使活塞环以足够的压力压到气缸上。

 

三、解决机油消耗大的措施

      以康明斯KTA50-G3型柴油机为例，该机型属于四冲程、16缸V型排列、废气涡轮增压、带中冷器、直喷式柴油机。该机采用湿式油底壳带有进气阀座润滑的压力循环润滑系统。进气阀座润滑系统是利用机油计量泵定量地把机油供给中冷器空气出口中的喷嘴，机油通过喷嘴与增压空气相混合后经进气阀进入燃烧室，而空气中的机油会吸附在进气阀及阀座上对其进行润滑以减少点蚀。

1、改进设计、制造工艺

（1）提高缸套壁厚制造的均匀性；选用耐磨性好、热稳定性能优良的材料（如铬硅铸铁、镍铸铁、 铝硅合金）等，以提高缸套抗热变形能力和耐磨性。

（2）严格控制缸套内壁的粗糙度和镗磨质量，采用激光处理工艺对内表面强化处理等以提高柴油 机初期运转时的磨合性，减少磨损．

（3）在保证柴油机正常工作的条件下，尽量减少活塞顶端环岸与缸壁间的间隙；活塞环槽内镶套 或镀铬；选用双层涂镀环及性能优良的填充环等，以提高在磨合运转期活塞（环）对气缸的良好的顺 应性和磨合性。

（4）适当提高空气滤清器的容量；合理布局和设计进排气道；采用增压技术等，以提进气压力。

2、加强使用、维护和保养工作

（1）新机在磨合运转期内，禁止长时间在负荷猛增猛减以及高速状态下工作；冬季启动时应做好 预热和保温工作，并尽量减少冷启动和拖启动次数。

（2）避免在高温、高速、大负荷状态下过频熄火以及在高速下长时间运转。

（3）认真做好对曲轴箱通风装置、废气循环系统以及各种滤清器的清洗和滤芯的更换工作。

（4）加强对汽缸垫、气门密封圈、气门间隙以及喷油器等机件的密封性检查和维护工作， 使其保持良好的技术状态。

（5）及时做好对曲轴、连杆轴瓦技术状况的检查和调整工作。

3、提高装配、维修质量

（1）合理选配缸套与缸体间的过盈量及正确的装配方法，防止产生应力集中和发生永久变形；并 切实做好活塞与汽缸间隙的选配和调整工作。

（2）正确选配和组装活塞环，活塞环端口禁止随意的往复压缩和扩张，以防产生轴向扭曲和永久 的变形；活塞环的“三隙”必须符合规定要求；装配时，必须用专用工具，防止因装入方法不当，产 生变形、扭曲、应力集中以及损伤等。同时，应确保安装顺序及方向的正确性。

（3）提高连杆轴承和主轴承的装配质量，使其保持良好的接触面积和配合间隙；并作好对气门密封圈、气门阀座的密封性检查和调配工作。

（4）加强柴油机装配后的冷磨和热试，并认真作好拆检，调试和清洗工作。

4、合理选用和加注机油

      不同质量、粘度等级的机油，其添加剂的成份、类型以及粘温特性等性能有较大的差异。所以， 在选用时必须根据柴油机的性能、结构、工况以及运行条件等因素合理选用。

（1）一般新机（大修后）、技术状态良好的柴油机，在保证正常润滑的条件下，应优先选用粘温特 性好、品质高、清洗能力强的中高档的多级机油。反之，机油的粘度可适当提高一些。

（2）不同质量、粘度等级及不同使用类型的机油禁止混用；加注前一般应不少于48h的沉淀；同 时，加注时应严格控制其数量，防止油平面过高。

（3）定期检查曲轴箱内机油的数质量，并做好定期更换。禁止在机油已经变质的情况下，直接将 新油注入曲轴箱。

（4）加注的场所必须无污染、无风沙；器皿必须干净、卫生；防止水、尘埃等污染物混入。

 

总结：

      柴油发电机结构、系统复杂，各结构、系统相互影响，若某部件或系统出现异常，势必影响其它部件或系统，乃至影响整台柴油发电机的运行，如因中冷器堵塞引起的冷却水温度偏高，进而引发缸套润滑不良而造成缸套磨损，最终导致机油消耗量过高的故障。本文针对康明斯柴油发电机机油消耗量过高的原因进行了系统分析，找出直接原因提出了全面有效的排除方法，对排除此类故障具有一定的参考和借鉴意义。

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