通过零件的优化设计降低柴油机机油消耗.pdf

114 芜湖，2008 年 9 月 中国内燃机学会第八届学术年会论文集 APC2008－022 通过零件的优化设计降低柴油机机油消耗 苏洪吉，廖荣盛 （东风汽车公司商用车技术中心，湖北武汉 430056 ） 摘 要：近年来我国柴油机的排放要求不断升级，到 2010 年就将实施国 4 排放法规。为满足未来的法规要求， 除了必须优化燃烧和开发排气后处理系统外，减少发动机的机油消耗也十分重要，因为这可大大减少 排气中的颗粒物。东风汽车公司在最新开发的 5X 柴油机中，通过对关键零件的优化设计，不仅大幅降 低了发动机的机油耗，而且使机油消耗的稳定性得以提高。 关键词：柴油机；机油耗；活塞；优化设计；排放；PM 降低柴油机的机油消耗量一直以来都倍受关 一是活塞与缸孔的配缸间隙，此间隙影响活塞 注，究其原因主要有如下两方面。一是机油耗低， 导向和横向摆动，经验表明减小此间隙可减少机油 经济性好，汽车用户的使用成本降低；二是低的 消耗量。 机油耗是符合最新汽车排放法规的前提。因为柴 二是活塞一环槽位置的热负荷，此位置热负荷 油机排放控制的难点是要降低 NOx 和 PM ，而研 高，一环的温度就高，热稳定性就变差，环的密封 [1] 功能大大降低，机油耗也就增加。另外一环槽温度 究表明机油对 PM 的贡献度接近 40 ％ 。2010 年 我国将实施国 4 排放法规，新法规要求 PM 需在 过高，也易烧机油，导致环槽严重积碳。 现有国 3 基础上降低 80 ％，可见降低机油消耗意 三是活塞环槽与活塞环的配合间隙（侧隙和背 义十分重大。 隙），这会影响活塞环的运行平稳性和油气通道体 积，一般气环的间隙过大和油环的间隙过小都会增 1 柴油机的正常机油消耗分析 加机油消耗。 柴油机的正常机油消耗可分为缸内机油消耗 2.2 活塞环 和缸外机油消耗。缸内机油消耗是指进入气缸内 活塞环对机油耗的影响主要体现在两个方面。 被烧掉或附着在气缸壁面上被蒸发掉的机油，主 一是第一环的颤振。在做功行程后期，由于气 要包括：（1）经活塞与活塞环槽间隙窜入气缸内 缸压力迅速下降而一二环间的气压变化不大，从而 的机油；（2 ）活塞环往复运动刮入燃烧室内的机 易产生一环轴向振动。这将导致在活塞环整个外圆 油；（3 ）从气阀导管孔进入气缸的机油。除缸内 周上油气进入燃烧室燃烧，大大增加机油消耗。故 消耗以外的机油消耗统称缸外机油消耗，主要包 一般设计时应注意加大二道环的开口间隙以降低一 含曲轴箱通风带走机油、轴承等摩擦副消耗的机 二环间的压力。 油以及部分蒸发掉的机油。大量统计显示，缸内 二是油环的控油能力。为了降低发动机机油消 机油消耗占整个机油消耗的比例巨大，在部分发 耗，目前油环的比压有升高的趋势，同时为减少摩 动机上此比例达到 90 ％，因此要想降低机油耗对 擦损失，油环的刮油刃高度也越来越小。但必须注 缸内的活塞/ 活塞环和活塞环/缸套两对摩擦副的 意，过高的油环比压可能对发动机运行后期的机油 优化设计就显得十分重要。