范亦銘

摘 要：金龍研發(fā)的XMQ6530E73車型，在新品上市初期，客戶反饋該車型存在機油消耗異常故障。通過對該故障信息分析、實車測試，判斷故障原因是發(fā)動機采用閉式曲軸箱廢氣再循環(huán)結(jié)構(gòu)后，引發(fā)缸蓋罩上的油氣分離器工作異常造成。再通過對單向閥式油氣分離器、迷宮式油氣分離器兩種結(jié)構(gòu)的工作原理分析和試驗，解釋了單向閥式油氣分離器失效的原因，制定了改裝迷宮式油氣分離器的改善方案。

關(guān)鍵詞：機油消耗異常；開式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)；閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)；單向閥式油氣分離器；迷宮擋板式油氣分離器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.001

0 引言

金龍XMQ6530E73車型，選用某品牌2.8TC柴油發(fā)動機。該車型上市初期，有多地用戶反饋：車輛行駛里程在10000～20000km之間時，發(fā)動機機油消耗量偏大，排氣管冒藍煙，或同時在增壓器出口處有油漬。將機油添加到油尺上刻度線后再跟蹤，行駛3000～4000km后機油液面會下降到下刻度線或線下。

本款發(fā)動機的機油液面從油尺上刻度線到下刻度線，油量相差約1.2L；該車型的百公里油耗約10L。按此測算，機油燃油消耗比為0.3～0.4%，超過0.3%的國家標準，更低于目前行業(yè)的平均水平。一般來說，小排量發(fā)動機在一個保養(yǎng)周期8000～10000km范圍內(nèi)，機油的消耗量應(yīng)控制在上下刻度線之間，保養(yǎng)周期內(nèi)無需補充機油。

1 故障診斷

（1）初期排查。從故障現(xiàn)象可初步判定發(fā)動機存在燒機油故障，先按經(jīng)驗從車輛使用角度來排查車輛的故障點。主要方法如表1：

經(jīng)過對十余輛車排查，其中對4輛車拆缸蓋，檢查缸套、氣門油封、更換活塞環(huán)；對2輛車更換增壓器，均未確認故障點。對經(jīng)過試處理的車輛進行跟蹤，故障未有效排除。

（2）第二階段排查。在前述車輛的故障未確診時，收到信息：吉林省某用戶15輛車中，有12輛機油消耗異常。經(jīng)比對，故障狀況及排查結(jié)果與前述車輛的情況基本一致。因出現(xiàn)批量性故障，即改變檢查思路，重點從產(chǎn)品設(shè)計缺陷、匹配角度進行排查。通過排查，發(fā)現(xiàn)本款車型與之前生產(chǎn)的柴油機產(chǎn)品在曲軸箱排放處理方面存在差異：早期生產(chǎn)的車型使用開式循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)，本批車型采用閉式強制通風(fēng)系統(tǒng)，如圖1、圖2示：

開式循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)的排氣口直通大氣，曲軸箱排氣未經(jīng)處理直排大氣。閉式強制通風(fēng)系統(tǒng)在諧振腔位置聯(lián)接進氣管道，曲軸箱排氣通過諧振腔、增壓器、進氣管道，進入氣缸燃燒，減少了排放污染。兩種排放方式對比，差異點為曲軸箱通風(fēng)排氣管尾端的真空度不同，在發(fā)動機正常工作、氣缸吸氣時，進氣管處于負壓狀態(tài)。

（3）對比試驗。為了驗證兩種排放方式對機油消耗是否有影響，從機油異常消耗的12輛車中，選擇3輛機油消耗量最大的車輛進行測試。把這3輛車的曲軸箱排氣管從諧振腔的聯(lián)接點處斷開，直排大氣；再堵上諧振腔上的聯(lián)接口，改成開式循環(huán)通風(fēng)方式，與其它車輛進行使用跟蹤對比。一個月后，車輛行駛里程約4000～5000km。跟蹤結(jié)果：曲軸箱排氣管改裝的3輛車正常，機油液面均處于上、下刻度線的中部上方；未改裝的車輛有6輛異常，機油液面低于下刻度，補油1.5～4.5L。

試驗結(jié)果表明：曲軸箱排放處理方式與機油消耗異常相關(guān)；采用閉式強制通風(fēng)系統(tǒng)，引發(fā)機油消耗異常。

2 單向閥式油氣分離器工作分析

發(fā)動機工作時，曲軸箱內(nèi)會產(chǎn)生由氣缸燃燒的竄氣及機油蒸汽組成的混合氣。按發(fā)動機設(shè)計，在缸蓋罩上設(shè)計有油氣分離器，回收混合氣里的機油顆?！，F(xiàn)機油消耗異常發(fā)生，說明油氣分離器失效，原因分析如下：

（1）單向閥式油氣分離器工作原理。本款發(fā)動機缸蓋罩上設(shè)計有單向閥式油氣分離器，如圖3示。缸蓋罩的前端上部設(shè)計油氣分離腔，在分離腔的底部在有過濾絲網(wǎng)、單向閥，分離腔的頂端有膜片閥、通風(fēng)管。

單向閥閥體內(nèi)有一個球狀的輕質(zhì)的塑料閥芯；閥體外殼呈圓柱狀，上方與分離腔底板相連，閥體上、下方是圓形的回油孔，左、右側(cè)也各有一個方形的回油孔，單向閥的主要作用是回油。

油氣分離器的油氣分離原理，如圖4示，有三種工作狀態(tài)：

初始狀態(tài)：單向閥的閥芯處于閥體的下方。

油氣分離狀態(tài)：發(fā)動機工作時，單向閥閥芯在曲軸箱竄氣產(chǎn)生的浮力作用下，上浮堵住閥體上方的回油孔，曲軸箱內(nèi)的混合氣通過濾網(wǎng)進入分離腔。在油氣通過濾網(wǎng)時，其中含帶的機油顆粒粘附到濾網(wǎng)上，實現(xiàn)第一步分離。通過濾網(wǎng)的油氣到達分離腔，因分離腔內(nèi)的空間大，進入的氣流降為低速氣流；在這一過程中，油氣中的機油由于進入較大空間，氣體密度驟降，同時流速也降低，利用密度與流速的變化實現(xiàn)油氣的第二步分離。分離后的氣體從上方的通風(fēng)管排出，油液靠自身重力匯流到分離腔的底部。

回油狀態(tài)：當(dāng)分離腔內(nèi)的油液積累到一定量時，受重力作用，克服閥芯的浮力，壓下閥芯打開上回油孔，油液經(jīng)過左、右及下方的回油孔向曲軸箱回油。

回油結(jié)束后，重新恢復(fù)到油氣分離狀態(tài)。

（2）油氣分離失效分析。采用閉式強制通風(fēng)方式時，進氣管道正常工作時真空度在-1KP～-4KP之間，最大可達-6KP。進氣管道的真空經(jīng)過通風(fēng)管到達分離腔，再通過單向閥體的上回油孔與曲軸箱連通，由此對曲軸箱內(nèi)的氣壓產(chǎn)生干擾，使曲軸箱里的混合氣壓力降低，閥芯浮力不足，關(guān)閉上回油孔的時間延遲。此時，混合氣可通過單向閥的回油孔直接進入分離腔，油氣未經(jīng)充分分離便經(jīng)過通風(fēng)管排出，如圖5示。未經(jīng)充分油氣分離的混合氣通過進氣管道進入氣缸燃燒，造成機油消耗異常。

（3）測試驗證。在分離腔單向閥的正上方（如圖6箭頭指示位置）鉆一觀測口，用透明膠帶膠上后裝車測試。測試結(jié)果：發(fā)動機轉(zhuǎn)速達3100RPM時閥芯才閉合上回油孔，進入油氣分離狀態(tài)。

測試結(jié)論：由于閥芯未能及時關(guān)閉，大部份的混合氣未經(jīng)充分油氣分離，便通過分離腔、進氣管道進入汽缸燃燒，是機油消耗過大的主要原因。

3 迷宮擋板式油氣分離結(jié)構(gòu)工作原理

由于開式循環(huán)通風(fēng)方案會對大氣造成污染，無法采用。解決方案首選對油氣分離機構(gòu)進行優(yōu)化。經(jīng)過技術(shù)對標，擬采用迷宮擋板式油氣分離結(jié)構(gòu)的缸蓋罩。

（1）迷宮擋板式缸蓋罩的油氣分離腔結(jié)構(gòu)如圖7，在分離腔的入口處設(shè)計有過濾絲網(wǎng)，腔體內(nèi)設(shè)計三塊迷宮擋板，腔體下方設(shè)計三個開口向上的彎鉤形回油管。

（2）油氣分離原理?；旌蠚饨?jīng)過濾絲網(wǎng)進入分離腔，由濾網(wǎng)進行第一次油氣分離。在分離腔內(nèi)，由于擋板的作用，竄氣走“S”形路徑通過分離腔；油滴顆粒由于密度較大，在流動過程中由于慣性作用，撞擊迷宮擋板后被吸附在擋板上，從而被捕捉，進行第二次分離。分離后的油滴依自身重力匯流到分離腔底板，再通過回油彎管流回曲軸箱。彎鉤形回油管內(nèi)可儲存少量的機油，阻止曲軸箱內(nèi)的混合氣從回油管進入分離腔。從理論上分析，油氣分離效果基本不受管道真空度影響。

4 測試檢驗

（1）臺架試驗。對兩種缸蓋罩進行24小時全速全負荷可靠性臺架實驗，結(jié)果對比如表2：

試驗數(shù)據(jù)表明：使用迷宮擋板式的油氣分離器對比單向閥式油氣分離器，機油燃油消耗比值降低了34%。

（2）實車試驗。對前述吉林某單位機油消耗異常的車輛，選擇5輛更換迷宮擋板式缸蓋罩，機油加到上刻度線。跟蹤一個月，約行駛4000～5000km，機油液面均不低于上、下刻度線的中位，達到預(yù)期改善效果。

5 結(jié)論

迷宮擋板式缸蓋罩的油氣分離器不受進氣管道真空的干擾，油氣分離效果優(yōu)于單向閥式缸蓋罩。改進方案：采用迷宮擋板式缸蓋罩替換單向閥式缸蓋罩。

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