關(guān)于缸體主油道入口部分堵塞的分析

吳 林

（1、合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230000 2、安徽六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 六安 237000）

1 問題調(diào)查

某批次486汽油機(jī)缸體前端主油道入口發(fā)現(xiàn)大面積堵塞(最高堵塞一半多),需驗(yàn)證已裝機(jī)缸體的潤(rùn)滑系工作特性能否滿足要求。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：堵塞處機(jī)油泵殼體和缸體相應(yīng)位置均比前一段油道深，在不堵塞的情況下;該處截面積比前段大。原因是該處機(jī)油轉(zhuǎn)向發(fā)生90°變化，加大該處容積能起到一定的蓄壓穩(wěn)壓作用，實(shí)際上整個(gè)主油道通流面積的設(shè)計(jì)也是超過剛好流量所需的值，主要考慮加大換熱、保持層流、蓄壓穩(wěn)壓的作用。

2 、通流面積幾何計(jì)算

現(xiàn)假設(shè)堵塞處與其前面一段主油道截面積一致，即保留通流能力的前提下，則調(diào)查數(shù)據(jù)與幾何計(jì)算如下圖：

實(shí)際的前端主油道入口槽只是近似矩形，但略加思考可知上述圖中的處理只會(huì)加嚴(yán)可允許堵塞面積計(jì)算值，故可采用。此外，緊挨堵塞處前端還有一個(gè)給第一擋主軸瓦供油的斜油道，考慮其一定比例的分油作用，表明上述可允許堵塞面積的計(jì)算值是很嚴(yán)格可以信任的，甚至可以略放寬。

3 層流保證能力計(jì)算

前端主油道入口槽按S=195.17(當(dāng)量直徑14)計(jì)算,再考慮機(jī)濾器的壓力損失和流動(dòng)阻力,計(jì)算怠速機(jī)油流速約0.24m/s，6000rpm時(shí)流速約2.12m/s，查取機(jī)油粘度，計(jì)算雷諾數(shù)怠速為258.5,6000rpm為2283(油溫按90℃),又根據(jù)相對(duì)粗糙度約1/46選取尼古拉斯層流臨界雷諾數(shù)2320,可見均為層流狀態(tài)。實(shí)際駕駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很少超過4500rpm,機(jī)油流量約25L/min,據(jù)此建立三元一次方程組計(jì)算層流臨界雷諾數(shù)2320所允許下的最小通流當(dāng)量直徑為13.775，油槽寬度14.5不變，則最小總深度為13.11，由此計(jì)算缸體前端主油道入口最大可允許堵塞面積所占百分比為：

Sd=1－(13.11-4.56)/14.2=39.8%

前端主油道入口油槽內(nèi)不發(fā)生紊流情況下,堵塞處的節(jié)流效應(yīng)對(duì)下游作用距離有效,經(jīng)過3～4倍當(dāng)量直徑(第二檔主軸承前)可恢復(fù)層流,而第一檔主軸承不由主油道供油。

4 機(jī)油壓力&溫度特性對(duì)比分析

4.1 性能臺(tái)架試驗(yàn)：在1000/2000/3000/4000rpm，測(cè)量缸體前端主油道入口有堵塞（60%左右）和無(wú)堵塞的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，在不同機(jī)油溫度40～100℃（每個(gè)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)前，停機(jī)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，使機(jī)油溫度降到40度附近再開始運(yùn)行，負(fù)荷由小到大加載，使油溫升高，按方案每個(gè)轉(zhuǎn)速測(cè)量8個(gè)點(diǎn)。，間隔10℃）的機(jī)油壓力，對(duì)比其特性曲線，如下圖2～圖5：

有堵塞和無(wú)堵塞機(jī)在1000/2000rpm機(jī)油壓力&溫度特性曲線吻合度較好，3000rpm以上有堵塞機(jī)反而比無(wú)堵塞機(jī)機(jī)油壓力要高。

在性能臺(tái)架，另進(jìn)行了20小時(shí)100℃高機(jī)油溫強(qiáng)化試驗(yàn)，拆解發(fā)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)副工作良好，沒有出現(xiàn)缺油現(xiàn)象。

4.2 出廠試驗(yàn)：對(duì)比統(tǒng)計(jì)了有堵塞和無(wú)堵塞兩種缸體的發(fā)動(dòng)機(jī)各63臺(tái)出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比各工況機(jī)油溫度基本相同，出廠試驗(yàn)對(duì)于單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，精度是不夠的，但大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可以反映變化趨勢(shì)。

冷機(jī)怠速時(shí)，有堵塞機(jī)機(jī)油壓力一致性較好，平均值略低于無(wú)堵塞機(jī)，但都符合要求；

2000rpm時(shí)，有堵塞機(jī)機(jī)油壓力一致性相對(duì)較好，平均值仍略低于無(wú)堵塞機(jī)，但都符合要求；

3000rpm時(shí)，有堵塞機(jī)機(jī)油壓力一致性相對(duì)略差，平均值略高于無(wú)堵塞機(jī)，也都符合要求。

性能臺(tái)架試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)得到的信息有相似之處：中低速兩者機(jī)油壓力與溫度特性比較接近，高速時(shí)缸體前端主油道入口有堵塞的機(jī)子所測(cè)機(jī)油壓力反而都有相對(duì)偏高的趨勢(shì)，這與測(cè)量取點(diǎn)位置是有關(guān)系的。

從上述油道示意圖上可以看出，前端主油道入口有堵塞的缸體，由于堵塞處節(jié)流作用第一檔主軸承前靜壓增大，分得的潤(rùn)滑油將會(huì)增多，由于出流流速增加使得流動(dòng)雷諾數(shù)和缸體油道后端壁面反射增強(qiáng)，測(cè)壓點(diǎn)處機(jī)油壓力在發(fā)動(dòng)機(jī)3000rpm以上高速段出現(xiàn)上升就成為可能了。

5 綜合結(jié)論

根據(jù)計(jì)算和對(duì)比試驗(yàn)分析情況，可認(rèn)為堵塞面積40%以下的風(fēng)險(xiǎn)極小，40～60%的存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。來(lái)自機(jī)油壓力不足的風(fēng)險(xiǎn)較小，主要是各檔主軸承分油量出現(xiàn)差異，另外堵塞處加工面薄而鋒利，在交變油壓特別是機(jī)油長(zhǎng)期使用酸化后，容易腐蝕剝離該處鑄鐵，產(chǎn)生的微粒不能被機(jī)濾器過濾，有造成運(yùn)動(dòng)副磨粒磨損的風(fēng)險(xiǎn)。此類缸體發(fā)動(dòng)機(jī)必須按要求更換機(jī)油，防止酸化。

[1]北內(nèi)集團(tuán).缸體主油道清洗機(jī)投產(chǎn).北京工業(yè)年鑒，1996-01-01.