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浅析风冷摩托车发动机润滑油乳化变质

2009-4-14  来源:摩托车行情 阅读次数:13588
总有一些跨式摩托车用户反映发动机润滑油变质较快,行驶多则四五百公里,少则一二百公里,曲轴箱内的润滑油便无缘无故地被稀释,呈灰色或灰白色稀液状,冬季尤为严重,且更换过多种品牌的机油都无济于事。这种现象如果出现在水冷发动机上,人们还能够理解,可能是水道密封系统失效所致。而风冷发动机的冷却介质主要是自然风,哪儿来的水呢?为了弄清楚这个问题,我们先来看看发动机的燃烧状态。

众所周知,现代内燃机动力的能源大多使用由石油加工提炼的汽油、柴油和其它油类。石油燃料的主要成分是碳氢化合物,燃烧后会生成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。据有关资料介绍,燃烧1kg油料可产生大约1kg水汽,其中大部分随废气由排气管排出。但在一定条件下,水汽会凝成水液,其凝成温度称为露点,露点温度与当地的湿度和压力有关,湿度大、压力高,露点温度就高。气缸内的露点温度可高达100℃左右,所以气缸上部的缸壁温度以140℃左右为最佳。试想,发动机有千分之五的时间在低于此温度下工作,125型排量的摩托车运行2000km,就可能有200ml的水液凝成,占曲轴箱润滑油容量的20%。那么,这些水汽是怎么形成的呢?

由内燃机原理可知,发动机满负荷运转时,在燃烧爆炸的瞬间,其爆发压力达到30kg-50kg/cm2;最高燃点温度约2000℃-2500℃;活塞顶部的温度为300℃-320℃;气缸中部的温度有180℃-270℃;曲轴箱的机油温度(指满负荷工况)在90℃-120℃之间,以上温度呈阶梯状依次下降。在这种高温高压条件下,即使有少量的水汽窜入曲轴箱,也会在很短的时间内被蒸发掉。然而,摩托车满负荷运转的可能性极小,用户大都在中低速范围内行驶,当摩托车处于轻负荷时,发动机的温升较慢,曲轴箱机油温度上升则更慢。由于夏季环境气温高,温差小,水汽不易形成。而在严寒的冬季,当发动机停止运行时,由于发动机的温度与环境温度相差较大,其排气管和曲轴箱的温度下降较快,同时发动机内的空气在温度下降过程中骤然收缩。此时,排气管和曲轴箱内形成一定的负压(即真空),在大气压力的作用下,空气中的水分被肉眼看不见的负压吸进了排气管和曲轴箱内(通过曲轴箱的通气管进入)。若摩托车行驶的区域空气湿度较大,被吸入的水分将增多,形成的水汽必然比其它季节多得多。当次日再行启动车辆时,你就会发现从排气管最低处的小孔内流出水滴。随着车速的提高,发动机机油温度不断升高,进入曲轴箱的水汽才能变成水蒸气从曲轴箱通气管排到大气中(水汽从油中蒸发的最佳温度在80℃以上)。但冬季曲轴箱的机油温度难以上升到80℃以上,水汽不易蒸发并越聚越多,最终冷凝成水液落到曲轴箱的润滑油池内,并在曲轴箱内的运动零件旋转搅拌下逐渐形成乳浊液状。它和各种不同的氧化物以及污染物混合形成了一种稳定的软膏状稠液,逐渐增多并沉积于曲轴箱壁、曲轴轴颈、机油滤清器、润滑油管路及曲轴箱内的几乎所有零件。润滑油有水时,不但会腐蚀发动机零件,而且水和高于100℃的金属零件接触时会形成蒸气降低润滑油膜的强度,并产生泡沫直至乳化变质。严重时还会使润滑油的添加剂分解、沉淀。据试验分析,在这类沉积物中含水量可多达30%,一般情况,水汽产生的条件如下:

1、在寒冷的冬季,铝合金材料制造的活塞不能膨胀到最佳的工作状态,其裙部与缸筒间总有微小的空隙,如果气缸失圆或热变形失圆的话,活塞的窜气量将会增多。高速型摩托车长期低速行驶,其水液的生成更趋激烈,曲轴箱内的润滑油乳化变质的现象将更加明显。为了充分发挥高速型发动机的最大功率,进、排气门重叠角都较大,其优点是有利于充分利用进气流的惯性和排气惯性来增加进气量,使进气更加充分、排气更为顺畅。由于排气管的长度是为实现发动机最大功率而设定的,其排出的废气流中基本以负压波为主。而发动机在中、低速工况下,由于其工作频率的不同,排气门处于气门重叠期间会受到初次或二次正压力波影响。正是这个正压力波,造成了发动机低速阶段的废气流倒流入进气管,使发动机低速性能变差,又促使废气流中的废气(即废水汽化的产物)重新返回气缸。由于环境温度低,高沸点和水汽冷凝相互交替的作用,燃烧产生的水蒸气冷凝为水液的可能性大大增加。水分子的比重大于油分子,故先落入气缸、活塞中,并透过活塞、活塞环、气缸的缝隙窜入曲轴箱与飞溅的润滑油混合。由此看来, 温差大是产生水汽的主要原因之一。

2、若曲轴箱通气管堵塞,发动机在压缩做功冲程时,会有部分混合气体和废气经活塞环和气缸壁间隙窜入曲轴箱,燃油蒸气凝结后会稀释润滑油,废气中的酸性物质和水蒸气将侵蚀机件,使润滑性能变差。严重的是,通气管堵塞会使润滑油中的水汽无法蒸发,在曲轴箱内的运动零件振荡、搅拌作用下最终形成乳化浊液。通气管堵塞还会使曲轴箱内压力升高,造成机油上窜,发动机冒蓝烟等故障。

3、部分用户误将汽车机油用于摩托车发动机上,殊不知,两者有着本质的区别。发动机虽然都是四冲程,但二者的差别在于结构不同:汽车发动机与变速器、离合器及换档机构是分开润滑的,而摩托车发动机的各种运动零件包括湿式多片离合器、高速及变速器齿轮、换档机构以及活塞、气缸、进排气阀等零件都在同一结构体内,共用同一容积内的机油,况且离合器的摩擦片、变速齿轮组件、曲轴、正时链条等运动零件加在一起的搅拌作用,比起汽车发动机不知要大多少倍。润滑油在运动零件的振荡、搅拌作用下,会使空气混入油中不易逸出而形成气泡,使油池内的容积增大、油压下降,造成机油泵抽空,无形中增大了与空气接触的面积,加速了油的氧化。再加上汽车机油的抗泡性能根本无法与摩托车机油相比,一遇到水液更容易乳化。

4、排气消声器的滴水孔被铁锈、积炭和其它杂质阻塞,排出的部分废气以及停车后形成的水液在气门重叠期间又返回气缸,与第一条叙述的道理一样,同样会窜入曲轴箱使机油乳化。

为避免上述现象的产生,延长润滑油的使用周期,广大用户应切记以下几点:

1、正确选用粘度适宜的油品

我国地域辽阔南北温差较大,用户一般应以车辆的使用说明书作为参考,尽量选用多级机油,以适应环境温度的变化(特殊条件行驶下的车辆除外)。经常在城市交通繁忙地段行驶,发动机停启频繁,曲轴箱油温较低,即使启动气温不低,也应采用低粘度的机油。反之,若车辆经常长途行驶且载人载物,坡多路陡,应以保证热车润滑为主,选用粘度不能太低的润滑油。若车辆刚过磨合期,车况较好,磨损又小,应选用低粘度的润滑油。如是旧车,发动机磨损严重,润滑油的粘度则应高一些,最好加入适合的添加剂(如JB保护神)。绝对禁止使用汽车机油和假冒伪劣油品,因为它们是产生水液的主要原因之一。

2、排除气缸窜气

发动机若有窜气现象需认真找出故障根源后更换相关零部件。其排查方法是(此法仅适用于跨式摩托车、立式发动机润滑油加油口与曲轴箱通气管口位置基本相平,如CB125T、CG125等车型):在发动机怠速工况(约1300r-1500r/min)旋出曲轴箱的油标尺,在油标尺口可感觉到有少量的气体冒出,这是正常现象。在右手缓慢加大油门的同时,左手掌平放在曲轴箱加油口,当发动机转速达到4000r-5000r/min或更高时,曲轴箱内应无气体冒出。若手掌感觉冒出的气体压力比怠速工况还高,则可判断为气缸活塞处于存在窜气现象。如是多缸机,可采用单缸轮流断火的方法以确认故障缸。有条件也可使用正太法进行查排:将曲轴转至试验缸压缩总和终了时的位置,从火花塞孔处冲入3kg-5kg/cm2压力气体来观察该缸是否存在窜气现象。试验时,旋紧曲轴箱上的油标尺,将通气软管放入盛有水的容器内,一有气泡冒出即可确认。在分解发动机时,应注意观察活塞在气缸中是否存在偏缸现象。卸下气缸盖总成,将曲轴旋转二圈以上,若活塞在上、下卡点时始终偏于气缸一侧,即为偏缸,应拆机更换曲轴连杆组件。拆检时如发现活塞开口窜到同一方向,则应重点检测气缸的椭圆度(正常情况下气缸的椭圆度应小于0.01mm)和是否有拉缸痕迹,并视情予以珩磨或更换。

3、保持曲轴箱通风良好和排气管滴水孔的通畅

发动机曲轴箱上的通气管主要起呼吸通风作用,并将曲轴箱的一部分气体和润滑油中的水汽从此处排出。

通气软管极易被尘土杂质堵塞,因此,对于长期在恶劣环境下使用的车辆,必须经常检查通气管,及时疏通堵塞异物,保持曲轴箱通风良好。在车辆停用期间或次日初次启动发动机时,需注意观察排气滴水孔是否通畅,发现堵塞应及时疏通。为防止消声器筒的锈蚀,可将摩托车停放在下坡路段,持油枪往消声器筒内注入适量机油(约5ml-10ml),稍等片刻后启动车辆,使机油布满消声器筒的内腔即可。

4、正确操纵车辆避免恶劣工况

摩托车属于动力机械,运用正确的方法合理操纵车辆尤为重要。使用中应尽量避免车辆高挡低速和断续行驶。冬季气温低,为发动机的温度快速上升,除对使发动机进行适当地预热暖车外,可采用短时间的低档高速工况行驶,待曲轴箱的温度上升到70-80℃时,再按正常挡位和相应的车速骑行,这样可以使曲轴箱内的水分迅速得到蒸发。雨天行车时应避免雨水从通气管吸入曲轴箱内,车辆不可露天存放。停车前应慢慢地降低车速,使机温逐渐下降(用手触摸曲轴箱体感觉不太烫)再关机停车。这样,发动机的机温与环境温度相差不大,停车后吸入的空气就会少一点,同理,被吸入曲轴箱的水汽也会相对减少。(阮晓臻/文)


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