柴油机活塞漏气量分析及其限值的确定

增压
6B T
2500
519
增压
2800
519
增压
6C
2400
813
自然
6C T
2400
813
增压
n ——发动机的额定转速, r m in;
p e ——发动机的平均有效压力。 对于确定漏气量的标准, 由上述分析可
知 Q d 应视为是 L 的函数, 另一方面, 对于自 然吸气发动机, 一旦几何尺寸的设计、转速、
5 结束语
a. 活塞漏气量是发动机性能的标志之 一, 在发动机定型及使用过程中应予以重视。
b. 确定活塞漏气量的限值应考虑发动 机的排量、转速、平均有效压力等因素, 以及 空压机等附件对活塞漏气量的影响。
c. 文中提出的近似公式较“12 倍排量” 多考虑了一些影响因素, 尤其弥补了“12 倍 排气”的许多缺陷。 可以作为定型依据之一。
4114 9412 4919 11413
※进口技术机型
a. 此近似公式考虑到了影响活塞漏气量
的两个主要因素, 应该说这公式用于确定自
然吸气发动机活塞漏气量限值是适合的。 对
于增压发动机, 虽然考虑了增压的因素, 但未
考虑增压度对漏气量值的影响。
b. 与“12 倍排量限值”相比, 对自然吸气 发动机漏气量的限值, 近似公式要严得多, 而
体; 增压柴油机进入增压器轴承及密封环间 隙经回油管进入曲轴箱的气体; 空气压缩机 的漏气经由空压机机油回至油底壳的气体。
从活塞漏气通道看, 该值的大小可以判 断或监测: 活塞及活塞环本身的设计是否最 优; 活塞与活塞环之间的配合、活塞环与缸壁 之间的贴合是否最佳; 在生产过程中, 活塞漏 气量的过高或突变可以监测缸孔的加工, 活 塞、活塞环的加工或安装是否有问题; 发动机 磨合阶段漏气量的变化可以监测磨合的进展 情况; 对在用发动机通过测量漏气量的变化 可以判断发动机是否需要进行大修或是否有 突发异常状况的发生等, 将之作为故障诊断 的有效手段; 通过与先进发动机的漏气量比 较, 还可以大致判断机油的消耗量及定性评 价发动机的排放状况。 112 部分发动机漏气量试验结果分析
1600
40
37
36
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20
1000
31
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19
18
漏气量 (L m in)
表 2 6102 柴油机外特性下漏气量值
为发动机转速提高以后, 相同时间内活塞环
n (r m in)
漏气量 L m in n (r m in)
康明斯B 系列各型号发动机的漏气量 限值如表 3, 在影响柴油机漏气量因素分析 中, 已知漏气量
Q = f (dL np e) 式中 d ——与设计有关的参数; L ——发动机的排量,L ;
内燃机 2000 年第 2 期
·13·
检测试验
表 3 各种发动机在不同转速时的漏气量限值
发动机 型号
漏气量 L m in
3000
49
2000
79
2800
55
1800
82
2600
60
1600
75
2400
67
1400
71
2200
72
1200
68
(额定点 3000r m in, 最大扭矩点 1800～ 1900r m in)
侧隙、开口间隙“泵气”次数增多, 总漏气量增 加, 尤其是相同排量的同型发动机, 其规律越 明显, 如表 3 的 4B、4B T、6B、6B T 型发动机 不同转速的漏气量限值。 213 发动机排量的影响
活塞漏气量通常指发动机在工作过程 中, 从曲轴箱通风管中逃逸出的气体的流量。
活塞漏气量是一个指示活塞环是否已得 到正确的光洁度和配合的重要指标, 它是综 合评价发动机活塞、活塞环及气缸壁的组合 是否有效的重要手段, 可对发动机从开发到 售 后 服 务 的 全 过 程 起 到 监 测 和 指 导 作 用。 Q C T 90121998《汽车发动机产品质量检测评 定方法》514 中, 也将活塞漏气量作为性能检 验项目之一, 评定依据为企业标准, 范围为± 6%。
检测试验
柴油机活塞漏气量分析及其限值的确定
东风汽车公司 周 玉 戴松高
摘 要 通过对漏气通道的分析, 总结了影响活塞漏气 量的主要因素, 通过对康明斯 B 系列发动机漏气量 的定量分析, 提出了确定车用柴油机漏气量限值的 近 似公式, 对“12 倍排量”的限值提出了笔者的看 法, 最终得出了确定发动机漏气量限值应考虑发动 机的排量、转速、平均有效压力等因素, 在实际生产 过程中还应兼顾空压机等附件对漏气量的影响等。 关键词: 活塞漏气量 限值确定 分析
3 从康明斯 B 系列发动机的分析看 柴油机漏气量限值的确定
气量的变化不会产生大的影响。 但对不同排
量的设计, 其漏气量值 Q d 是不一致的, 因 此, 在确定漏气量限值时可视其为排量的函 数, 即 Q d= f (L )。 212 发动机转速的影响
发动机转速越高, 虽然漏气通道的节流 作用增大, 但漏气量仍有增大的趋势。这是因
d. 活塞漏气量值应随着设计、制造水平 的提高及新技术的运用不断加以修正, 以适 应柴油机发展的需要。
参考文献
1. 西安交大内燃机教研室 1 内燃机原理 1 北京: 中 国农业机械出版社, 1985
2. 崔仁卫等 1 车用柴油机活塞漏气量试验及其限值 的分析 1 车用发动机, 1999
31Cumm in s Engine Com p any, Inc. T roub leshoo ting and R ep a ir M anua l B Series Engines 1991 and 1994 Certifica tion L evels 1998
对康明斯B 系列 C 系列发动机活塞漏 气量的验证如表 3 中“近似公式值”一栏, 其
计算值与实际限值的差距如表 3 中“限值与
经验值之差”栏。可见近似公式的误差是较小
的 (基本在±6% 的范围内)。
表 4 是对国内生产的其它一些发动机的
验证。
可见经验公式的限值还是比较适合绝大
部分发动机活塞漏气量限值的确定的。
4118
9916
5
113
10416
9916
714
表 4 国内其他发动机的漏气量限值
发动机
排量
漏气量 最大转速吸气方式
实际 近似公式 最大值 限值
L r m in
L m in L m in
6110 618 2900 自然吸气 63 6112 718 2300 增压中冷 145 ※4100 215 3800 增压 48 ※V 12 12110 1800 增压中冷 89
如活塞的裙部形线、活塞环的开口间隙、
214 发动机平均有效压力的影响 一般说来平均有效压力大, 活塞漏气量
朝增大方向发展, 典型的例子是相同排量的 发动机其增压工作比自然吸气工作漏气量要 大得多, 如康明斯 B 系列, 增压进气是自然 吸气漏气量的 215 倍。
活塞环与活塞环槽的配合间隙等, 均可影响 活塞漏气量, 但一旦发动机设计定型, 这些因 素即成为固有因素, 除非磨损过度, 一般对漏
f. 以该近似公式计算出的限值, 对于高 速柴油机 (3000r m in 以上) , 此限值应再适 当放宽。
4 “12 倍排量”的讨论
TB n3745284《汽 车 发 动 机 定 型 试 验 规 程》中规定:“台架可靠性试验中对全速全负 荷试验的活塞最大漏气量进行评定”。其限值 为“一分钟不超过排量的 12 倍”, 该种规定仅 考虑到排量的影响这一因素, 显然不够全面。
对增压机则大幅放宽了限制 (见表 3)。
c. 对于引进的发动机, 经过多次验证均
可达到经验公式限值以下, 而国产发动机则
显得限值较严, 说明国产发动机在设计、匹
配、制造等方面均与国外在一定的差距。
d. 在实际确定发动机活塞漏气量限值 时, 还应考虑发动机本身的附件, 如空气压缩
·14·
内燃机 2000 年第 2 期
b. 在外特性工况下, 最大漏气量在额定 功率点或最大扭矩点附近, 但这是由发动机 的结构及设计性能所确定的。 一旦发动机设 计定型, 则其最大漏气量工况点即基本确定。
·12·
内燃机 2000 年第 2 期
检测试验
表 1 6B T 519 柴油机不同转速及负荷下漏气量情况
N
负 荷 率 %
排量大的发动机往往漏气通道的面积和 体积均较大, 这就导致了单位时间内漏气量 的绝对值较大。从表 3 中我们可以看出, 虽然
2 影响柴油机漏气量的因素分析
4B 和 6B 系列单个缸设计及排量完全一样, 但最终漏气量限值却不一样。
由活塞漏气通道的分析可以看出, 凡能 增加通道流量的一切相关因素均可以使活塞 漏气量的值增大。因此, 以下几种因素应是影 响活塞漏气量的主要因素。 211 设计因素的影响
1 活塞漏气量通道及部分试验结果分 析
111 活塞漏气量通道 发动机工作时, 高温高压的气体从密闭
气缸经由活塞环的侧隙, 活塞环的开口间隙 流向曲轴箱, 这一路径称为活塞漏气量通道。
发动机实际工作过程中, 漏气量主要经 由漏气量通道进入曲轴箱, 其量约占漏气量 总值的 95% 以上, 其余则主要来源于: 从气 门杆与气门导管间的间隙流入曲轴箱的气
4. Cumm in s Engine Com p any, Inc. T roub leshoo ting and R ep a ir M anua l C Series Engine 1991 and 1994 Certifica tion L evels 1998
一条先进滤清器生产线在渝投产
由重庆专用机械制造公司投资建设的汽 车滤清器生产线目前已正式投产。 这条生产 线的启动成功地填补了西南地区的空白。
额定转速 r m in
排量 L
吸气 方式
漏气量限值 近似
L m in
公式值
12 倍 排量值
限值与经 验值差%
2200
319
自然
4B
2500
319
自然
2800
319
自然
2200
319
增压
4B T
2500
319
增压
2800
319
增压
2200
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自然
6B
2500
519
自然
2800
519
自然
2200
519
检测试验
机、增压机增压器本身对漏气量的影响。 e. 对于康明斯 B 系列发动机, 空压机漏
气量一般为 3～ 5L m in, 增压器漏气量康明 斯规定为 14L m in, 实际可达到 27L m in 左 右, 因 此 对 于 现 生 产 的 6B T 118kW 2600 r m in 发动机, 可将此限值 76L m in 放宽到 90L m in 以下。
“12 倍排量”这一规定发布于 1984 年, 这与当时中国柴油机行业的实际是相符合 的。 但随着设计、制造水平的提高, 对自然吸 气发动机漏气量的限值必须更严, 才能促进 柴油机技术上台阶, 另一方面, 随着增压技术 的普及使用, 亦应针对实际, 放宽对增压机的 限值, 以鼓励柴油机行业对新技术的利用。可 见对“12 倍排量”适时予以修订是必要的。
(r m in) 100
90
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2200
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表 1 是一台 6B T 519 柴油发动机在不同 转速及负荷下的漏气量测试情况。 表 2 是一 台 6102 柴油机外特性工况下的活塞漏气量 测量值。
由表 1、表 2, 我们不难得到以下几点启 示:
a. 柴油机最大漏气量发生在全负荷工况 下, 即出现在发动机外特性工况下, 而且同一 转速下, 随负荷的减少, 漏气量呈减少的趋 势。
对近似公式的讨论如下:
18
18
4618
0
20
2014
4618
2
23
2219
4618
014
45
45
4618
0
51
5112
4618
014
57
5713
பைடு நூலகம்
4618
015
26
2713
7018
5
30
3019
7018
3
34
3417
7018
2
63
6811
7018
810
76
7714
7018
118
85
8617
7018
2
44
排量均确定, 则 p e 可视为仅相关于排量和转
速, 即 p e= f (L , n) , 因此上式可简单表示为Q = c·L ·n (c 为常数)。
通过对表 3 数据的分析, 可得出自然吸
气柴油机漏气量近似计算公式为Q = 0. 0021
·L · n, 而 增 压 发 动 机 则 为 Q = 2. 5 × 0. 0021L n= 0. 00525L n。