馬俊杰 成海元 潘建考 沈 源 尹建東 王瑞平,2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發(fā)動機有限公司）

引言

機油消耗是傳統(tǒng)內(nèi)燃機普遍存在的一種現(xiàn)象，特指機油通過缸筒活塞環(huán)、曲通系統(tǒng)（曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)）及氣門油封進入氣缸，在燃燒沖程中被燒掉，從而引起油底殼機油液面下降的現(xiàn)象。如果機油消耗異常，在客戶的保養(yǎng)周期就低于機油尺下限，甚至引起油壓低報警。另外，機油燃燒時會排放出大量有害氣體，造成排放超標(biāo)，甚至排氣管會冒藍煙，非常影響客戶對產(chǎn)品的滿意度，基于該問題，各大主機廠在產(chǎn)品上市前會進行機油消耗試驗來評價整機系統(tǒng)的機油消耗水平[1]。

影響機油消耗的主要方面有以下4個：

1）缸套和活塞環(huán)配合，如果缸筒變形嚴(yán)重或者活塞環(huán)對口，將會引起機油消耗大幅升高，這種情況屬于嚴(yán)重的設(shè)計缺陷；

2）氣門油封密封不嚴(yán)，這種情況在耐久后容易發(fā)生，汽車“燒機油”現(xiàn)象也主要是這個方面的原因造成；

3）油氣分離器分離效果差，機油不能被分離回油底殼，而是隨汽油進入燃燒室，會造成機油消耗異常偏高；

4）增壓器等外圍件消耗機油異常。

隨著技術(shù)的發(fā)展，第2）～4）引起的問題基本可以在產(chǎn)品開發(fā)階段通過試驗手段發(fā)現(xiàn)并解決，第1）條原因是最難被發(fā)現(xiàn)也是最難解決，因為隨著技術(shù)的發(fā)展，提高發(fā)動機的動力性和降低發(fā)動機燃油消耗成為主要的技術(shù)目的。提高動力性一般方法是依靠高增壓，高增壓會造成缸內(nèi)的機械負荷和熱負荷劇烈升高，從而打破傳統(tǒng)的機油潤滑理念，缸內(nèi)機油油膜面臨更為嚴(yán)苛的溫度和壓力條件，從而造成機油消耗發(fā)生變化；另外，由于低油耗的要求，目前采用的幾乎都是低粘度機油，如從5W40變成0W20,低粘度的機油更容易進入缸內(nèi)參與燃燒，造成機油消耗的升高[2]。

2 機油消耗的試驗方法

機油消耗主要產(chǎn)生于發(fā)動機整機，主要的試驗評價是基于臺架試驗。國標(biāo)GB18297-2001規(guī)定，機油消耗試驗的工況為額定轉(zhuǎn)速100%負荷和額定轉(zhuǎn)速30%負荷，運行時間為24 h，如表1所示。

表1 機油消耗量試驗工況

整車機油消耗試驗沒有專門的機油消耗試驗工況，凡是道路試驗都可以在保養(yǎng)周期統(tǒng)計機油消耗來做為評估，整車的評價一般是在保養(yǎng)周期內(nèi)（例如10 000 km），機油液位不低于下限。

整車和臺架的機油消耗工況及評價基本沒有關(guān)系，所以會存在臺架機油消耗滿足要求，但整車機油消耗超出限值的情況。

機油消耗試驗工況目前常用的有2個：全速全負荷工況和全速30%負荷，這2個工況分別用來評價缸體活塞環(huán)配合和油氣分離器對機油和汽油的分離水平。試驗前稱出加入機油的總質(zhì)量，試驗結(jié)束后，稱出放出機油的總質(zhì)量，通過二者的差來得出試驗過程中發(fā)動機的機油消耗，再通過該段過程中消耗的燃油量算出機燃比，國標(biāo)規(guī)定機燃比小于0.15%，認(rèn)為機油消耗合格[3]。

2 新技術(shù)對機油耗的影響

隨著技術(shù)的發(fā)展，汽油機增壓直噴已經(jīng)成為主流，增壓直噴難免會造成機油稀釋現(xiàn)象，機油稀釋是指在發(fā)動機運行過程中，由于汽油濕壁后被活塞環(huán)刮入油底殼，造成機油里面進入汽油的現(xiàn)象。該現(xiàn)象在直噴發(fā)動機中非常常見，如果噴油器選擇不合理或者噴油時刻不合理，很容易造成嚴(yán)重的機油稀釋現(xiàn)象。

眾所周知，全速全負荷一般處于發(fā)動機萬有特性的加濃最濃區(qū)，所以這個工況的噴油量非常大，如果升功率高，該問題就更加突出和難以避免，再加上小排量小缸徑的因素，機油消耗工況的機油稀釋率一般較大。

機油稀釋后對傳統(tǒng)機油耗的方法及評價是否存在沖擊，機油耗試驗方法是否應(yīng)該與時俱進隨技術(shù)發(fā)展而更新，是本文的討論主要內(nèi)容。

3 機油稀釋對機油耗的影響

3.1 機油稀釋對機油耗的影響一

機油稀釋主要發(fā)生的區(qū)域有低溫低速小負荷和高溫高速大負荷，這2個區(qū)域一個是因為低溫汽油進入機油后不容易揮發(fā)，另一個是因為噴油量大，濕壁風(fēng)險高，稀釋進去的多。如圖1所示。

圖1 機油稀釋發(fā)生的主要區(qū)域

機油稀釋后，由于汽油進入了油底殼，造成油底殼的液體的質(zhì)量有額外的提升，如果此時機油消耗量非常小，例如在低溫小負荷區(qū)域，持續(xù)的機油稀釋會導(dǎo)致機油液位上升（如本田機油門）。從這個角度講，機油稀釋后會導(dǎo)致表面機油消耗變小，因為有部分機油消耗被燃油稀釋給抵消，甚至在某些情況下，機油消耗會出現(xiàn)負值（“機油增多”）。這個原理和原因比較簡單，本文不再贅述。

機油稀釋后的另一個影響因素就是降低機油粘度，同時會造成機油油膜變化，蒸發(fā)性變化，從而改變機油消耗。本文重點介紹在高速大負荷區(qū)機油稀釋后，發(fā)動機的機油耗變化。

為了研究機油消耗和機油稀釋的關(guān)系，本文選取了多種不同工況進行機油消耗和機油稀釋研究。機油稀釋采用烘干法。烘干法如下：選取部分油樣均勻滴入烘烤過的干凈濾芯，記錄滴入濾芯的質(zhì)量，將帶有油樣的濾芯靜置在120℃的烤箱約6 h，將機油中混入的汽油成分完全蒸發(fā)和烤干，稱出剩余的油樣質(zhì)量，從而算出混入的汽油量（經(jīng)檢測油樣中混入的水分非常少，可忽略不計）。

不同工況機油稀釋對比，為了研究整車各種工況對機油稀釋和機油消耗的影響，將整車綜合耐久工況進行拆分，并對上述工況進行臺架模擬，如圖2所示。

圖2 整車工況和臺架模擬工況對比

試驗研究發(fā)現(xiàn)，不同工況的機油稀釋率不同，對應(yīng)的機油消耗也不同。二者有近似的線性關(guān)系，具體如表2所示。

圖3為機油稀釋和機油消耗的線性擬合曲線圖。圖3上不同點代表不同工況24 h試驗后的稀釋率和對應(yīng)工況的機油消耗，對于我們研究的發(fā)動機，9個點的線性度非常高，R2高達0.99。

圖3 機油稀釋和機油消耗的線性擬合

3.2 機油稀釋對機油消耗的影響二

機油耗和機油稀釋存在一定的線性關(guān)系，采用降低工況機油稀釋水平來達到降低機油消耗的目的是否可行？為此，安排了通過更改標(biāo)定數(shù)據(jù)降低機油稀釋的方案。

降低機油稀釋的主要手段是改變噴油時刻（SOI），選取機油稀釋和機油消耗均最高的高速大負荷穩(wěn)態(tài)工況，調(diào)整該工況的SOI，研究機油稀釋和機油消耗的變化關(guān)系。試驗結(jié)果如圖4顯示：推遲了SOI后，發(fā)動機在該工況的機油稀釋和機油消耗都有26%左右的下降，證明降低機油稀釋后對機油消耗有明顯的改善效果[4]。

圖4 SOI改變后機油稀釋和機油消耗變化

3.3 機油稀釋對機油消耗的影響三

研究發(fā)現(xiàn)，機油稀釋高和機油消耗高的工況都集中在高速大負荷，針對機油消耗高的工況進行了24 h機油消耗時間分解，分解結(jié)果如圖5所示。

圖5 機油消耗和機油稀釋隨時間變化關(guān)系

圖5中液體消耗代表稱重算出的液體變化量（包含機油消耗和機油稀釋），機油消耗則是通過液體消耗和機油稀釋率反算出的真實機油消耗，汽油量代表稀釋進去的汽油質(zhì)量，機油稀釋代表當(dāng)時剩余液體里的汽油質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比。通過分解研究發(fā)現(xiàn)，在高速大負荷試驗過程中，油底殼的液體是先增加后減小的過程，在3 h左右的時候，液體量增加到最大值，隨后開始呈線性關(guān)系減少。機油稀釋前期稀釋速度非?？欤? h后稀釋速度變慢并趨于平穩(wěn)。汽油量前期稀釋速度大于揮發(fā)速度，汽油量迅速升高，后期稀釋和揮發(fā)接近動態(tài)平衡，液體中的汽油量幾乎不增不減。事實證明，如果機油耗試驗只持續(xù)6 h，所得機油耗結(jié)果不能代表真實機油消耗結(jié)果，因為這個過程中機油稀釋還沒有達到平衡，真實的機油消耗被機油稀釋所掩蓋，造成實測機油消耗偏低。為了得到更為真實的機油消耗，建議采用24 h機油消耗或者舊機油做機油消耗，6 h后機油稀釋接近飽和，此時開始計算機油耗的質(zhì)量更為接近實際結(jié)果，為此，試驗對比了新舊機油6 h機油消耗的結(jié)果（如圖6所示）。

圖6 新舊機油6 h機油消耗結(jié)果對比

由圖6可見，新舊機油6h機油消耗的結(jié)果差異性非常大，舊機油6 h的結(jié)果更能反映整車的機油消耗結(jié)果。為此，針對增壓直噴的發(fā)動機，采用新型的機油消耗方法可以更有效合理地反映出發(fā)動機的機油消耗水平[5]。

4 結(jié)論

1）直噴發(fā)動機普遍存在機油稀釋的現(xiàn)象，機油稀釋后，發(fā)動機運行在低溫低速小負荷區(qū)域時，會導(dǎo)致機油消耗為負值，表現(xiàn)為機油液面上升。

2）機油稀釋后導(dǎo)致機油粘度下降，從而引起機油消耗特性發(fā)生改變，針對本文研究的發(fā)動機，機油稀釋會導(dǎo)致機油消耗明顯惡化，通過改變噴油時刻來降低機油稀釋后，機油消耗也隨之改善。

3）由于機油稀釋在機油消耗工況會導(dǎo)致在短期內(nèi)機油消耗速度低于機油稀釋速度，表現(xiàn)為機油消耗為負，從而掩蓋真實機油消耗，隨著試驗時間的加長或者采用機油稀釋飽和的機油進行試驗，可以有效真實地評價出發(fā)動機的真實機油消耗。