葛春偉

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

工程機(jī)械發(fā)動機(jī)油銅含量超標(biāo)問題探討

葛春偉

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

就發(fā)動機(jī)油內(nèi)銅產(chǎn)生的原因進(jìn)行具體分析，以及在日常設(shè)備維護(hù)中如何避免發(fā)動機(jī)油中產(chǎn)生高的銅含量進(jìn)行討論。

發(fā)動機(jī)；機(jī)油；機(jī)油冷卻器；銅含量超標(biāo)；磨損

0 引言

工程機(jī)械設(shè)備的運(yùn)用越來越廣泛，主要運(yùn)用在礦山開采、道路維護(hù)、工業(yè)與建筑業(yè)等工程上。近年來，隨著社會的發(fā)展和科技進(jìn)步，一些企業(yè)或個體為了更好地維護(hù)設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)內(nèi)部問題，通過發(fā)動機(jī)油樣檢測來檢測發(fā)動機(jī)的動態(tài)運(yùn)行狀況。根據(jù)油樣化驗結(jié)果，設(shè)備在運(yùn)行過程中，經(jīng)過多次油樣化驗，發(fā)動機(jī)油會出現(xiàn)高的銅含量，有時候銅含量值不穩(wěn)定。機(jī)油中高銅含量意味著發(fā)動機(jī)內(nèi)部有銅出現(xiàn)，而發(fā)動機(jī)油中銅的產(chǎn)生有多種原因，需要經(jīng)過分析才能確定具體來源，如果確定為異常磨損產(chǎn)生了銅，必要情況下需停機(jī)修復(fù)，否則導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞或直接拉缸抱軸。

1 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)概況

工程機(jī)械設(shè)備所用發(fā)動機(jī)大都為柴油發(fā)動機(jī)，柴油發(fā)動機(jī)有2大機(jī)構(gòu)4大系統(tǒng)組成，即曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)，啟動系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、冷卻體統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)。

1）曲柄連桿機(jī)構(gòu)。將燃料產(chǎn)生的熱能由活塞的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動對外輸出動力。包括：①機(jī)體組：汽缸體、汽缸蓋、氣缸蓋罩、汽缸墊、油底殼。②活塞連桿組：活塞、活塞環(huán)（氣環(huán)和油環(huán)）、活塞銷、連桿。③曲軸飛輪組：曲軸、飛輪、正時齒輪、曲軸帶輪。

2）配氣機(jī)構(gòu)。根據(jù)發(fā)動各缸工作順序和點(diǎn)火次序，定時的將各缸的進(jìn)排氣門打開與關(guān)閉，以便使發(fā)動機(jī)進(jìn)行換氣。包括①氣門組：氣門、氣門座、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管。②氣門傳動組：凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸。

3）啟動系統(tǒng)。使靜止的發(fā)動機(jī)啟動并轉(zhuǎn)入自行運(yùn)動狀態(tài)，包括蓄電池、起動機(jī)、啟動繼電器等。

4）燃油供給系統(tǒng)：將一定比例的燃料（燃油與空氣）適時的送入各個氣缸。包括油箱、低壓油管、濾芯、高壓油泵、噴油器、空濾、渦輪增壓器、中冷器等。

5）冷卻系統(tǒng)。對在高溫下工作的發(fā)動機(jī)零件表面進(jìn)行冷卻，同時防止冬季發(fā)動機(jī)過冷，發(fā)動機(jī)正常工作溫度以水溫80℃～95℃為最佳。冷卻系統(tǒng)主要由水泵、節(jié)溫器、散熱器、冷卻風(fēng)扇等組成。

6）潤滑系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)工作時，連續(xù)不斷的將機(jī)油送至運(yùn)動零件表面，減小零件的摩擦（潤滑），機(jī)油流經(jīng)各零件表面時，還會帶走摩擦產(chǎn)生的熱量（冷卻），清洗零件表面，帶走磨屑和其他異物（清潔），在零件表面形成油膜（密封），防止腐蝕（防腐），生銹（防銹）。

發(fā)動機(jī)油（engine oil）又稱機(jī)油，是潤滑整個發(fā)動機(jī)內(nèi)運(yùn)動零件的潤滑油，分為汽油機(jī)油和柴油機(jī)油，工程機(jī)械發(fā)動機(jī)油一般為柴油機(jī)油。機(jī)油在發(fā)動機(jī)內(nèi)有著至關(guān)重要作用，具有清洗、潤滑、密封、冷卻、防腐防銹、減震緩沖等作用[1]。

機(jī)油是由基礎(chǔ)油和添加劑組成，機(jī)油的添加劑按作用分為清凈劑、分散劑、抗氧化劑、極壓抗磨劑、油性劑、摩擦改進(jìn)劑、金屬減活劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑、防銹劑、降凝劑、抗泡沫劑等多種添加劑。每一類添加劑種類繁多，例如作為清凈劑和分散劑中的中堿性磺酸鈣、高堿值合成磺酸鎂，作為抗氧化劑的硫磷丁辛伯烷基鋅鹽，作為極壓抗磨劑的二丁基二硫代氨基甲酸鉛等[2]。在潤滑油中添加添加劑的作用就是使?jié)櫥偷玫侥撤N新的特性或改善潤滑油中已有的某些特性。

柴油發(fā)動機(jī)內(nèi)部有銅的位置因發(fā)動機(jī)型號不同含銅的位置也不同，一般含銅的位置有以下幾處：曲軸瓦（主軸瓦、連桿瓦）、凸輪軸瓦、止推瓦、連桿小頭銷套、搖臂軸套、正時齒輪套、渦輪增壓器軸承、機(jī)油冷卻器芯等。

2 發(fā)動機(jī)油中銅產(chǎn)生的原因分析

銅在柴油機(jī)里是僅次于鐵的第2種易受磨損的金屬。工程機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中，目前采集到的發(fā)動機(jī)油樣超過3萬份，油脂化驗部門將收集到的發(fā)動機(jī)油樣進(jìn)行化驗并分析，得到如下數(shù)據(jù)：

發(fā)動機(jī)油樣Fe、Pb、Cu含量數(shù)據(jù)見表1，這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)反應(yīng)了銅的讀數(shù)比鐵的讀數(shù)上下波動幅度大。據(jù)統(tǒng)計，鐵的95%數(shù)值都在136×10-6以下，而銅的平均值則較低，但整個數(shù)據(jù)變動性較大，即95%數(shù)值在167×10-6以下。跟鐵不同，實際上銅有許多途徑釋放到機(jī)油中，它們產(chǎn)生的數(shù)量比典型的銅磨損所產(chǎn)生的要多。

表1 發(fā)動機(jī)油樣Fe、Pb、Cu含量的數(shù)據(jù)×10-6

2.1 確定油品化驗結(jié)果準(zhǔn)確與真實

油品化驗是一種動態(tài)檢測發(fā)動機(jī)運(yùn)行情況的方式，一定要有連續(xù)性，通過多次化驗進(jìn)行比較，并且確保同一取樣位置與同一取樣方法，以及油樣的清潔度和化驗儀器的準(zhǔn)確度校準(zhǔn)等，通過化驗確定銅含量的真實值[3]。

2.2 明確是否有其他金屬元素超標(biāo)

在發(fā)動機(jī)內(nèi)除了鐵和銅，還有其他可磨損的金屬，例如鉛、鋁、錫、鎳等。銅在發(fā)動機(jī)內(nèi)存在的形式不同，而有一種情況是發(fā)動機(jī)中一些銅基部件的表面附著合金鍍層，如曲軸瓦和連桿瓦，銅基部件上有鉛、錫或鎳等合金。在油樣化驗結(jié)果中，如果出現(xiàn)異常磨損[4]造成機(jī)油中銅含量超標(biāo)，那么往往在之前或同時伴隨著這些鍍層金屬元素的異常增加。所以可以通過仔細(xì)觀察其他元素的變化來判斷銅產(chǎn)生的部位。

2.3 冷卻液泄漏到機(jī)油內(nèi)導(dǎo)致銅含量超標(biāo)

冷卻液泄漏到機(jī)油中也會導(dǎo)致機(jī)油中銅含量超標(biāo)，因為冷卻液中含有乙二醇，當(dāng)冷卻液泄漏到發(fā)動機(jī)內(nèi)部，乙二醇會與發(fā)動機(jī)內(nèi)含銅的部件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銅化物，銅化物最終流入曲軸箱導(dǎo)致發(fā)動機(jī)油銅含量超標(biāo)。冷卻液由多種元素組成，其中包括鈉、硅、鉀、鉬、硼等，若發(fā)動機(jī)油銅含量超標(biāo)的同時發(fā)現(xiàn)這些元素，可以確定為冷卻液泄漏到發(fā)動機(jī)內(nèi)導(dǎo)致機(jī)油中產(chǎn)生銅[5]。

2.4 使用新機(jī)油冷卻器導(dǎo)致機(jī)油中產(chǎn)生銅

如果確定機(jī)油中只有銅含量超標(biāo)，沒有其他元素異常超標(biāo)，首先應(yīng)考慮機(jī)油冷卻器。冷卻裝置核心的過濾是一個化學(xué)過程，它被分成3類：二烷基二硫代磷酸鋅、熱量和新發(fā)動機(jī)，二烷基二硫代磷酸鋅的主要元素成分是硫磺。對于新發(fā)動機(jī)或者裝有新油冷卻器的發(fā)動機(jī)而言，在工作時間1 500 h內(nèi)，冷卻裝置核心對二烷基二硫代磷酸鋅具有活性反應(yīng)，導(dǎo)致銅冷卻管上銅硫化物的形成，這些銅化物流入機(jī)油中從而促使銅的含量達(dá)到并超過300×10-6。這種情況在油溫達(dá)到104°C開始作用，而且油溫越高，指數(shù)比率增加越快。在冷卻時，冷卻器核心銅表面的膜開始形成銅化物，釋放出的銅化物進(jìn)入發(fā)動機(jī)，這可能會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)機(jī)油的各種變化。

2.5 不同品牌機(jī)油混合使用產(chǎn)生銅

不同品牌的機(jī)油添加劑可能不同，當(dāng)機(jī)油在發(fā)動機(jī)內(nèi)循環(huán)時，一些添加劑會與發(fā)動機(jī)中含銅的部位發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的銅化物最終流入曲軸箱內(nèi)，使得機(jī)油中銅含量增加。

2.6 金屬銅磨損導(dǎo)致機(jī)油中銅含量超標(biāo)

由于工程機(jī)械設(shè)備所處的工作環(huán)境惡劣，周圍塵土較多，若保養(yǎng)不當(dāng)或塵土清理不及時，灰塵進(jìn)入發(fā)動機(jī)內(nèi)造成發(fā)動機(jī)內(nèi)部零件異常磨損，另外，由于裝配不當(dāng)或配件質(zhì)量問題，也會造成發(fā)動機(jī)異常磨損產(chǎn)生高的銅含量。

2.7 其他原因

油品過熱、保養(yǎng)間隔延遲、油品污染等都可能使原有機(jī)油變質(zhì)，這樣會使機(jī)油功能減弱或失效，造成機(jī)器異常磨損產(chǎn)生銅。

銅在發(fā)動機(jī)中通常運(yùn)用在搖臂、齒輪套和渦輪增壓器軸襯，以及曲軸瓦（上面有鉛制/錫制鍍層）中，一般情況下磨損產(chǎn)生的銅濃度很難超過50×10-6。但當(dāng)發(fā)動機(jī)造成異常磨損時，銅含量會逐漸升高，這種情況一般也伴隨著硅含量超標(biāo)。判斷是否為異常磨損產(chǎn)生的銅最好的辦法就是用過濾器過濾（切取機(jī)油濾清器濾紙）并對這些微粒進(jìn)行顯微分析[6]。因為銅微粒尺寸太小，元素光譜分析儀也很難分析。由于自身的局限性，一般的光譜測定法不能揭示活躍磨損區(qū)域產(chǎn)生的青銅和黃銅微粒的真正濃度。粒子微粒尺寸大于5 μm后，發(fā)射分光計就很難計算它們的數(shù)目了。美國東北大學(xué)經(jīng)研究表明，元素光譜測定法（受體破壞酶或感應(yīng)耦合等離子體）僅測量到7%尺寸在1～11 μm的銅微粒數(shù)量。此時顯微分析和X射線熒光/SEM——能量彌散X射線探測器光譜測定法就十分受用，因為它們都不會受微粒尺寸影響。冷卻裝置核心的過濾和冷卻液泄漏所形成的銅化物是可溶解的，且它們微粒直徑都小于1 μm，因此不會在表層上出現(xiàn)，所以很難使用顯微分析方法，只有磨損產(chǎn)生的銅才能被肉眼看見，這樣通過觀察濾紙上是否有細(xì)小的銅顆粒來判斷銅的來源[7]。

3 如何避免發(fā)動機(jī)油中產(chǎn)生高的銅含量

3.1 正確選擇機(jī)油

正確選擇機(jī)油是發(fā)動機(jī)正常工作的必要條件，機(jī)油的選擇必須能夠保證潤滑系統(tǒng)正常工作，機(jī)油在發(fā)動機(jī)內(nèi)通過壓力或飛濺潤滑方式使每個運(yùn)動零部件都得到潤滑。選擇機(jī)油，必須選擇合適的粘度，根據(jù)機(jī)器工作的環(huán)境、溫度氣候、負(fù)荷大小等條件確定機(jī)油的黏度等級[8]。

3.2 定時更換機(jī)油

按要求定時更換機(jī)油是保證潤滑系統(tǒng)正常工作的必要條件,有利于發(fā)動機(jī)正常工作，如果長期不換機(jī)油，機(jī)油會老化變質(zhì),失去原有的性能，機(jī)油中雜質(zhì)、塵土也會增多，導(dǎo)致異常磨損越來越嚴(yán)重，發(fā)動機(jī)故障隨之增加。

3.3 新、舊機(jī)油不要混合使用

新機(jī)油與舊機(jī)油不要混合使用，因為舊的機(jī)油時間長會老化變質(zhì)，失去機(jī)油應(yīng)有的性能，產(chǎn)生大量的氧化物質(zhì)，鐵屑灰塵也增多,加快發(fā)動機(jī)內(nèi)運(yùn)動零件磨損,容易導(dǎo)致燒瓦抱軸。

3.4 按要求規(guī)范保養(yǎng)發(fā)動機(jī)

由于工程機(jī)械發(fā)動機(jī)工作環(huán)境較差，要想保證發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)正常工作，延長發(fā)動機(jī)使用壽命，必須按要求規(guī)范保養(yǎng)發(fā)動機(jī)。這就需要定期更換空氣濾芯器，防止塵土通過進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)動機(jī)，保證發(fā)動機(jī)內(nèi)部干凈，以防造成異常磨損。及時檢查進(jìn)氣系統(tǒng)，包括進(jìn)氣道、中冷器、渦輪增壓器等是否有漏氣處，防止塵土進(jìn)入發(fā)動機(jī)內(nèi)。另外，機(jī)油加注要保持干凈清潔，以防臟物進(jìn)入污染發(fā)動機(jī)直接造成異常磨損損壞發(fā)動機(jī)。

4 結(jié)語

對發(fā)動機(jī)油中銅的產(chǎn)生以及在日常維護(hù)中如何避免機(jī)油中產(chǎn)生高的銅含量，做了比較全面地分析，為以后判斷發(fā)動機(jī)油銅含量超標(biāo)問題提供了一定的幫助。

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【責(zé)任編輯：張東旭】

Discussion on the problem of excessive copper content in engine oil of construction machinery

GE Chunwei
(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhot 026000,China)

The article carries out specific analysis on the causes of copper in engine oil,and elaborates how to avoid high copper content in engine oil in the daily equipment maintenance.

engine;oil;oil cooler;excessive copper content;wear and tear

TD862.1

B

1671－9816（2017）01－0057－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.016

葛春偉.工程機(jī)械發(fā)動機(jī)油銅含量超標(biāo)問題探討［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（1）：57-59.

2016-07-16

葛春偉（1990—），男，助理工程師，2012年畢業(yè)于包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車制造與裝配專業(yè)，現(xiàn)就職于神華北電勝利能源有限公司設(shè)備維修中心，從事設(shè)備維修工作。