劉鵬 閻希成 張斌 秦靜 賈濱

（天津大學內(nèi)燃機研究所 天津 300072）

引言

隨著內(nèi)燃機不斷向高速和強化方向發(fā)展，內(nèi)燃機的傳熱和熱負荷問題也就顯得越來越突出。如何有效地解決內(nèi)燃機的熱負荷問題，提高內(nèi)燃機受熱零部件的可靠性及其使用壽命就變得日益重要和緊迫。由于熱負荷的影響，內(nèi)燃機受熱零部件的非正常磨損，材料的腐蝕、燒蝕和熱疲勞破壞等故障屢見不鮮，直接或間接地影響著內(nèi)燃機的動力性能、經(jīng)濟性和可靠性[1-2]。因此，在內(nèi)燃機工程的研究中，傳熱和熱負荷的研究是一個非常重要的研究方向。同時，內(nèi)燃機的熱負荷過高會導致一部分機油汽化而被蒸發(fā)到曲軸箱外，從而增高了內(nèi)燃機的機油消耗。本文以3款6.5HP通用小型汽油機為參考樣機，進行了熱負荷及機油消耗率的對比試驗。

1 試驗設備與方法

主要的試驗設備為天津內(nèi)燃機研究所第一研究室自主開發(fā)的一款多通道測試儀，可同時測量廢氣濃度、溫度、壓力、空燃比及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等多種參數(shù)，此次試驗主要使用多通道溫度采集，如圖1所示。

圖1 多通道測試儀

試驗用樣機選取了3臺不同廠家的6.5HP汽油機，樣機的主要參數(shù)見表1。

表1 發(fā)動機主要參數(shù)

2 熱負荷試驗

分析發(fā)動機熱負荷的方法有很多，本文主要采用記錄10 h發(fā)動機缸蓋不同位置的溫度變化，來反映發(fā)動機的熱負荷情況。在發(fā)動機缸蓋附近選取了6個有代表性的位置，具體位置如圖2所示。

圖2 溫度測點位置

測得曲線變化如圖3所示，從曲線可以看到3#樣機熱負荷同比高于其它兩臺。

圖3 熱負荷曲線

3 機油消耗率試驗

在考察樣機熱負荷的同時，按照JB/T5135標準對3臺樣機進行了機油消耗量測量，試驗結(jié)果如表2所示。發(fā)現(xiàn)3#樣機的機油消耗量5.9 g/（kW·h）明顯高于1#樣機2.0 g/（kW·h）和2#樣機2.7 g/（kW·h），因此對3#樣機的機油消耗量及熱負荷狀況進行了分析。

表2 機油消耗率對比

通過對比觀察3#樣機和參考樣機的空濾器，發(fā)現(xiàn)3#樣機的空濾器內(nèi)有明顯的機油，因此分析是由于呼吸器管道將大量的機油蒸汽送到了空濾器內(nèi)，低溫后凝結(jié)成為機油。機油消耗量過高與呼吸器管道內(nèi)的機油蒸汽過多有關，因此進行了呼吸器更換的對比試驗，如圖4所示。結(jié)果表明：在3#樣機上安裝1#樣機的呼吸蓋進行試驗，機油蒸汽排出的現(xiàn)象沒有改變。

圖4 1#、3#呼吸蓋對比

將3#樣機的呼吸蓋安裝到2#樣機上進行試驗，如圖5所示。機器在3 600 r/min、3.6 kW工況下運行40min從呼吸器管道中排出的機油蒸汽明顯比3#樣機少。

因此分析呼吸器管道內(nèi)的機油蒸汽受呼吸器的影響不明顯。3#樣機與2#樣機分別進行了曲軸箱泄漏量測量，圖6是由軸箱泄漏量測量結(jié)果，表3所示為曲軸箱泄漏量對比。

通過曲軸箱壓力測量，3#樣機的活塞泄漏量明顯大于2#樣機，發(fā)動機工作期間會有大量的高溫氣體竄入曲軸箱，對機油進行加熱，而后機油蒸汽通過呼吸器管道進入化油器及燃燒室被燒掉，因此發(fā)動機的熱負荷升高，機油消耗量升高的問題均會出現(xiàn)[3]。

圖5 2#、3#呼吸蓋對比

圖6 曲軸箱泄漏量測量

表3 曲軸箱泄漏量對比

4 結(jié)論

通過對3臺6.5HP樣機的熱負荷和機油消耗的對比，發(fā)現(xiàn)熱負荷是造成發(fā)動機機油消耗的重要因素，同時活塞、活塞環(huán)的配缸間隙也是造成機油消耗的重要原因，因此改進發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)，匹配合適的活塞和活塞環(huán)對減少發(fā)動機的機油消耗，增強發(fā)動機的穩(wěn)定性及提高經(jīng)濟性有重要作用。