葛 銳

（安徽江淮納威司達柴油發(fā)動機有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

采用空氣制動的商用車，多為載貨狀態(tài)為確?？煽坑行У闹苿有阅埽仨殗栏窨刂茐嚎s空氣中的含油量。如果壓縮空氣中的油量過大將會造成制動系統(tǒng)的污染，嚴重可使制動失靈而引起行車事故，從而造成生命、財產(chǎn)的嚴重損失。壓縮空氣中含油，主要是因為空壓機曲軸箱中潤滑油上竄，因此，必須解決空壓機的竄油問題。

1 背景

針對市場反饋有部分機型空壓機存在竄油嚴重問題，主要體現(xiàn)在整車干燥器卸荷閥處油污較多，機油消耗量高等現(xiàn)象。給用戶的實際使用帶來了很大的隱患。為此分別展開了相關(guān)的調(diào)查分析，期間要求廠家對活塞環(huán)及配缸間隙進行了優(yōu)化，優(yōu)化后竄油問題得到一定的緩解。但之后市場再次反饋效果不夠明顯。因此再次聯(lián)合空氣壓縮機廠家對市場反饋的竄油問題展開了逐步排查，如圖1市場車型及竄油情況。

圖1 市場車型及竄油情況

2 整車制動系統(tǒng)的布置校核

經(jīng)過校核整車制動系統(tǒng)布置情況分析，目前整車設(shè)計布置情況基本符合制動系統(tǒng)要求，具體詳見圖2整車制動系統(tǒng)布置。

圖2 制動系統(tǒng)布置

3 空壓機竄油的危害及原因分析

（1）空壓機竄油后，機油便竄入汽車貯氣筒，當汽車制動時，這些機油就進入了制動閥，時間一長，便使閥門里的橡膠密封件膨脹松馳或大死，造成判動控制工作失靈。同時，機油還能使制動軟管和制動皮碗早期腐蝕損壞，影響行車安全。

（2）機油竄入空壓機缸蓋后，由于溫度較高，使空壓機缸蓋上的排氣閥及閥門彈簧容易出現(xiàn)膠結(jié)現(xiàn)象，從而影響空壓機的正常工作，最后導(dǎo)致空壓機不工作。

（3）空壓機竄油后，會使發(fā)動機的機油消耗增加，即影響發(fā)動機的潤滑，又增加車輛的運輸成本，而且使發(fā)動機排放超標，造成環(huán)境污染。

潤滑油上竄的其它原因主要在活塞環(huán)往向截荷和側(cè)向力的影響，活塞環(huán)對缸壁的往向截荷包括活塞環(huán)的初始彈力及空壓機工作進的氣體壓力，它是活塞環(huán)與氣缸壁磨損的主要原因，尤其是第一道氣環(huán)磨損最大。活塞環(huán)及氣缸壁竄油會隨著磨損加劇而增加。為減少潤滑油的上竄量，必須控制活塞環(huán)的磨損。為此，活塞環(huán)的材料應(yīng)采用有較高的耐磨性、硬度及韌性的材料，并要嚴格控制活塞與缸壁的配合間隙。

A）空壓機具體管路要求推薦的進氣接頭和進氣管線的最小內(nèi)徑如下表：

表1

B）空壓機系統(tǒng)的排氣管尺寸/長度指導(dǎo)如下表：

表2

4 空壓機竄油摸底試驗

針對市場反饋的信息，首先對空壓機進行抽查，其中隨機抽查一臺量產(chǎn)空壓機，兩臺市場退回機，兩臺供應(yīng)商提供的試驗樣機，同時也隨機抽查一臺奉化空壓機進行對比。將上述空壓機分別在臺架上進行竄油摸底試驗，排查問題原因。試驗基本信息如下：

空壓機基本信息如下表。

表3

試驗基本信息，分別對發(fā)動機臺架、供應(yīng)商試驗臺架進行了對比驗證，圖 3臺架試驗狀態(tài)對比，試驗方法參照QC/T29078 測試方法，使空壓機工作在額定轉(zhuǎn)速，連續(xù)運行1小時，采用濾紙對隨氣竄出的機油進行收集，稱重計算。

圖3 試驗狀態(tài)對比

空壓機隨氣竄油標準為：

0公里：＜0.02g/m3或＜0.46g/h；

3萬公里以內(nèi)：＜0.03g/m3或 ＜0.69g/h；

3萬至6萬公里：＜0.04g/m3或 ＜0.93g/h；6萬至10萬公里：＜0.06g/m3或 ＜1.39g/h；壓機竄油測試結(jié)果：

表4

小結(jié)：通過空壓機的抽查結(jié)果可以看出，隨機抽查的量產(chǎn)空壓機以及市場退回機，均竄油嚴重。供應(yīng)商提供的兩臺樣機雖然滿足設(shè)計要求，但結(jié)果偏上限。競品空壓機竄油結(jié)果優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品。綜上所述，現(xiàn)機型空壓機普遍存在竄油嚴重問題，競品空壓機竄油量滿足設(shè)計標準；空壓機本體零件對比分別拆解對比分析，主要差異為空壓機活塞、曲軸軸瓦存以及活塞環(huán)型等存在較大差異。

A）活塞優(yōu)化對比如圖4活塞狀態(tài)所示：

圖4 活塞狀態(tài)

（1）兩款活塞環(huán)的布置基本相同，均為三道氣環(huán)，一道油環(huán)；

（2）氣環(huán)為一道正扭曲，兩道鼻型環(huán)；奉化為三道鼻型環(huán)。

（3）第三道氣環(huán)下方布置有六個回油孔，競品空壓機三道氣環(huán)下無回油孔。

因此，在目前量產(chǎn)活塞的基礎(chǔ)上，取消第三道氣環(huán)下部的回油孔，具體如圖5 活塞回油孔取消前后狀態(tài)。

圖5 活塞回油孔取消前后狀態(tài)

B）軸瓦對比如圖6活軸瓦狀態(tài)所示。

（1）現(xiàn)用軸瓦上設(shè)計有環(huán)裝油槽，發(fā)動機持續(xù)為空壓機供油；

（2）競品軸瓦上設(shè)計為月牙狀油槽，發(fā)動機間歇為空壓機供油；

圖6 活軸瓦狀態(tài)

C）活塞環(huán)作用及其改進對比如

矩形截面的活塞環(huán)被裝入活塞環(huán)槽中后，一般在高度方向存在0.04mm—0.08mm的間隙。當空壓機在工作時，環(huán)在環(huán)槽中上下竄動，其間的間隙就構(gòu)成了一個周期變化的密封容積如圖7活塞環(huán)運動狀態(tài)。當活塞下行時，環(huán)壓緊在環(huán)槽的上側(cè)，將缸壁表面上刮下的潤滑油貯入環(huán)槽的下部及底部間隙，當活塞上行時，環(huán)被壓緊在環(huán)槽的下側(cè)，潤滑油被擠入環(huán)槽的上部間隙，如此不斷重復(fù)，潤滑油便不斷刮入氣缸并隨壓縮空氣排出，導(dǎo)致壓縮空氣中含油量的增多。

圖7 活塞環(huán)運動狀態(tài)

扭曲環(huán)的應(yīng)用，為抵制潤滑油通過環(huán)槽間隙的上竄，扭曲環(huán)在車用空壓機中得到了普遍的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)形式以正扭曲環(huán)、反扭曲環(huán)較為多見圖8正扭曲和反扭曲活塞環(huán)對比。

圖8 正扭曲和反扭曲活塞環(huán)對比

正扭曲環(huán)是在矩形截面環(huán)的內(nèi)緣或外緣切槽或倒角，安裝時將內(nèi)緣切槽或倒角向上而外緣切槽或倒角向下。扭典環(huán)在上下移動中會產(chǎn)生明顯的碟狀變形，使環(huán)的棱邊與環(huán)槽側(cè)壁及缸壁線狀接觸。這樣既減少了活塞環(huán)的泵油作用，也提高了活塞環(huán)的氣密性能。外緣面切槽或倒角的正扭曲環(huán)與缸壁面形成的楔形環(huán)帶，能向上布油和下向刮油，不僅改善了缸壁與活塞（活塞環(huán)）組之間的潤滑，也減少了潤滑油的上竄。第一道密封環(huán)由于承受氣體壓力最大，易產(chǎn)生早期磨損，故宜采用內(nèi)緣切槽或倒角的正扭曲環(huán)。

根據(jù)上述對比結(jié)果，初步確認氣環(huán)下方的回油孔和活塞環(huán)型問題，是竄油的主要原因?？諌簷C正常工作過程中，當活塞下行時，空壓機曲軸箱壓力變大，曲軸箱內(nèi)部油霧濃度較高。油霧通過此孔上竄至活塞頂部。當活塞上行時，油霧隨壓縮空氣一起排出。從而導(dǎo)致隨氣竄油量較大。因此，基于上述推測，選擇原狀態(tài)活塞和取消回油孔活塞進行對比試驗。

5 試驗結(jié)果

表5

6 總結(jié)

通過上述排查以及對比試驗結(jié)果，取消回油孔和更換扭曲環(huán)之后的竄油結(jié)果明顯優(yōu)于原狀態(tài)。根據(jù)結(jié)果建議了供應(yīng)商進行設(shè)計優(yōu)化改進。為了保證取消狀態(tài)的額穩(wěn)定性和可靠性，建議對取消回油孔和更換新狀態(tài)活塞環(huán)的零部件，進行500h的耐久試驗，其中每100h測試一次隨氣竄油量。試驗通過后，立即切換新狀態(tài)活塞。通過活塞環(huán)槽的改進，提高了表面粗糙度和裝配的精密度，保證了環(huán)與環(huán)槽在缸內(nèi)的氣密性。使用改進的活塞環(huán)槽，合理選用。正確裝配活塞環(huán)，并考慮材料、工作溫度等因素。并且經(jīng)常檢查回油管路及進氣是否暢通，并且按照標準更換發(fā)動機機油及機油濾芯，從而有效的對空壓機竄油的危害得到更好的控制和解決。

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