某型號(hào)柴油機(jī)漏氣量高故障分析

卞光祥 葉飛 齊行飛

摘要：針對(duì)某型號(hào)柴油機(jī)漏氣量異常偏高進(jìn)行故障原因分析，最終確定故障初始原因?yàn)闄C(jī)油濾清器總成漏裝旁通閥。含有異物雜質(zhì)的機(jī)油直接通過機(jī)油濾清器總成漏裝的旁通閥通道（不經(jīng)過機(jī)濾濾芯）進(jìn)入各摩擦配副，并破壞其對(duì)高壓氣體的密封作用。隨著柴油機(jī)持續(xù)運(yùn)行，最終導(dǎo)致漏氣量持續(xù)惡化超限值。

Abstract： The missing bypass valve of oil filter assembly has been confirmed as the original cause of high blow-by failure according to the failure analysis of one type of diesel engines. The function of friction pairs as high-pressure gas sealer was affected/destroyed since the engine oil with impurities went straightly through the route of the oil filter assembly without a bypass valve （without passing machine filter element） and entered into each friction pair. With continuous running of the diesel engine， the amount of air leakage kept increasing and then exceeded the specified limit in the end.

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);漏氣量;機(jī)油濾清器總成;故障分析

Key words： diesel engine;blow-by;oil filter assembly;failure analysis

中圖分類號(hào)：TK428? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0121-03

0? 引言

除了動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等常規(guī)指標(biāo)，漏氣量也是評(píng)判柴油機(jī)性能特點(diǎn)及運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣量主要是指高壓氣體通過各配副密封面進(jìn)入曲軸箱后，從曲軸箱通風(fēng)管路中逃逸出的氣體流量，主要分為活塞漏氣量、氣門導(dǎo)管漏氣量、增壓器漏氣量、空壓機(jī)漏氣量等。定型柴油機(jī)的漏氣量，在使用過程中的變化通常直接反映各摩擦配副或相關(guān)零部件是否工作正常。漏氣量過低通常意味著相關(guān)摩擦配副配合過于緊密，在使用過程中會(huì)導(dǎo)致相關(guān)摩擦配副潤滑不良并加速其磨損，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。漏氣量過高通常意味著相關(guān)摩擦配副密封不良，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生機(jī)燃油消耗增加、機(jī)油老化加速、排放惡化、活塞等零部件散熱不良等一系列負(fù)面影響。因此，需要將發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣量控制在合理范圍內(nèi)。本文針對(duì)某型號(hào)柴油機(jī)運(yùn)行過程中漏氣量異常偏高故障進(jìn)行排查分析。

1? 故障描述

某型號(hào)柴油機(jī)在性能初試時(shí)漏氣量無異常，但在耐久試驗(yàn)過程中標(biāo)定工況下的漏氣量及曲軸箱壓力隨柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間持續(xù)增長，在運(yùn)行至192h時(shí)，標(biāo)定工況下的漏氣量達(dá)到80.5L/min，超出技術(shù)要求限值60L/min，確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)存在異常。標(biāo)定工況下漏氣量及曲軸箱壓力隨柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間增長變化曲線如圖1所示。

2? 初步排查分析

漏氣量隨柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間持續(xù)增高通常由機(jī)油異常（油水混合等）、部分外圍件異常、內(nèi)部配副件密封異常等問題引起，根據(jù)魚骨圖依次進(jìn)行排查，魚骨圖如圖2所示。

在發(fā)動(dòng)機(jī)下臺(tái)架前，依據(jù)故障魚骨樹初步排查了以下方面：

①查核裝配各相關(guān)摩擦配副零部件等，符合設(shè)計(jì)要求并無異常;

②檢查機(jī)油液位正常、無明顯油水混合現(xiàn)象及呼吸系統(tǒng)呼出氣體無明顯水汽，初步排除機(jī)油冷卻器或缸蓋等零部件損壞致冷卻液混入機(jī)油中造成漏氣量偏高;

③出水溫度等主要參數(shù)基本穩(wěn)定，初步排除缸蓋墊片損壞導(dǎo)致漏氣量持續(xù)最高（沖缸墊，高壓氣體進(jìn)入油水管路，水溫?zé)o法穩(wěn)住）;

④檢查噴油器墊片處密封良好，無漏氣現(xiàn)象;

⑤更換排查相關(guān)外圍件增壓器、真空泵、呼吸系統(tǒng)（氣缸蓋罩）等零部件，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)無改善，漏氣量依據(jù)偏高。

3? 油品檢測分析

初始加注機(jī)油為符合要求的新機(jī)油，對(duì)試驗(yàn)后機(jī)油進(jìn)行取樣分析，油樣中粘度堿值檢測無異常，進(jìn)一步說明加注機(jī)油符合要求，不會(huì)導(dǎo)致漏氣量異常。檢測結(jié)果如表1所示。

油樣中Na元素主要來源于冷卻液，Na元素含量較低且變化平穩(wěn)，說明無冷卻液混入機(jī)油中。油樣中Si元素主要來源于砂石雜質(zhì)，Si含量較低且變化平穩(wěn)，說明故障機(jī)本身清潔度總體良好。故障機(jī)油樣中Na、Si元素含量變化趨勢(shì)如圖3所示。

故障機(jī)油樣中主要磨損元素Fe、Cu、Al等含量處于較低水平，但增長趨勢(shì)明顯高于同型號(hào)其他正常樣機(jī)磨損速率，說明發(fā)動(dòng)機(jī)存在異常磨損。同型號(hào)故障機(jī)與正常樣機(jī)磨損元素Fe、Cu、Al磨損速率對(duì)比圖詳見圖4～圖6。

4? 樣機(jī)拆檢分析

根據(jù)上述排查分析，確定發(fā)動(dòng)機(jī)下臺(tái)架進(jìn)行拆檢，排查內(nèi)部相關(guān)零件磨損情況。拆檢過程中發(fā)現(xiàn)各主要摩擦副均存在大量異物劃傷。

各缸孔均存在大量異物劃傷痕跡，拉痕從缸孔中上部至底部逐步增多且嚴(yán)重，缸孔磨損痕跡如圖7所示。

軸瓦異物劃傷嚴(yán)重，活塞裙部拉傷痕跡明顯，曲軸、軸瓦磨損情況如圖8～圖11所示。

氣環(huán)外圓面等接觸帶存在異物劃傷痕跡，并致使活塞環(huán)等運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，影響封氣效果，活塞環(huán)磨損如圖10所示。

根據(jù)拆檢分析，機(jī)油中混有大量雜質(zhì)異物，判斷潤滑系統(tǒng)或其清潔度存在問題。進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)機(jī)油濾清器總成漏裝旁通閥如圖11所示 。

機(jī)油濾清器總成中旁通閥的主要作用為預(yù)防機(jī)濾芯被雜質(zhì)嚴(yán)重堵塞后機(jī)油無法進(jìn)入各潤滑表面時(shí)，旁通閥會(huì)自動(dòng)開啟（機(jī)濾進(jìn)出口壓差達(dá)到某規(guī)定值時(shí)），此時(shí)機(jī)油將不通過濾芯經(jīng)旁通閥直接進(jìn)入機(jī)體主油道，然后分配至各摩擦副表面以保證其潤滑。機(jī)油濾清器總成漏裝旁通閥，未經(jīng)濾清的機(jī)油直接輸送到各摩擦副表面并加速其磨損，隨柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)間增長，持續(xù)破壞密封高壓氣體各摩擦副密封面，進(jìn)而加速漏氣量惡化。因此，確定機(jī)油濾清器總成漏裝旁通閥為漏氣量異常偏高的初始原因。

5? 故障分析驗(yàn)證

根據(jù)上述排查結(jié)果，更換各主要磨損件及故障件，整修樣機(jī)后重新進(jìn)行排查驗(yàn)證，標(biāo)定工況漏氣量恢復(fù)至正常值47.6L/min左右。

6? 結(jié)論

通過本文各項(xiàng)綜合分析，漏氣量異常偏高故障失效模式為含有異物雜質(zhì)的機(jī)油直接通過機(jī)油濾清器總成漏裝的旁通閥通道（不經(jīng)過機(jī)濾濾芯）進(jìn)入各摩擦配副，并破壞其對(duì)高壓氣體的密封作用。隨著柴油機(jī)持續(xù)運(yùn)行，最終導(dǎo)致漏氣量持續(xù)惡化超限值。

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