空气压缩机窜油质量问题的试验研究及其设计改进

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

空气压缩机窜油质量问题的试验研究及其设计改进

邢磊，蔡敏
（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

现有D114系列柴油机的空气压缩机的窜油故障率较高，影响机油耗率和空气压缩机的可靠性，用户反映强烈。经试验研究，对空气压缩机的进气接头内径、进油孔径以及缸体与曲轴箱的连接作了改进设计，并取得了成效。

空气压缩机 窜油量 改进设计

1 概况

空气压缩机是气压制动系的主要部件，它主要是输出高压空气到储气筒，提供制动能源。它具有与发动机类似的气缸体、气缸盖、活塞、活塞环及连杆的曲柄连杆机构，为确保空气压缩机性能和工作可靠性，封气、封油性能致关重要。在对D114系列柴油机存在窜油的现象进行攻关试验，找出了症结，对空压泵的进气接头内径尺寸、进油孔径尺寸、以及缸体与曲轴箱体的连接方式进行改进设计，较好地解决了窜油的质量问题。

2 空气压缩机的分类及常见故障

2.1 空气压缩机的分类

空气压缩机按照其气缸数可以分为单缸、双缸和多缸活塞往复式；按照其冷却方式可以分为风冷式和水冷式；按照其卸荷方式可以分为排气卸荷和进气卸荷。

进气卸荷：当储气筒中的压力升高到一定范围时，来自储气筒的压缩空气经调压阀进入空气压缩机的卸荷装置的卸荷气室中，进气门被顶开。此时，空气压缩机的活塞虽仍在上下运动，但不产生压缩空气，只是通过进气门将空气吸入而又排出，空气压缩机停止向储气筒供气；当储气筒内气压下降到一定程度时进气门复位，空气压缩机继续产生压缩空气。排气卸荷：在空气压缩机和储气筒之间串联调压阀，调压阀同空气压缩机一样，属于气压制动系的一个供能控制装置，以控制储气筒中的气压保持在一定范围内，在储气筒压力超过规定值时，储气筒中的压缩空气就直接向大气中排出。

D114系列柴油机选用的空气压缩机为单缸活塞往返式、水冷，多数采用排气卸荷，少部分采用进气卸荷。

2.2 空气压缩机的常见故障

空气压缩机常见故障有不打气、空气压缩机曲轴断裂、空气压缩机排气阀片断、空气压缩机阀板垫片断裂、卸荷阀卡滞、空气压缩机窜油等，而D114系列柴油机空气压缩机的主要故障是窜油。

3 空气压缩机窜油的原因分析

空气压缩机适当窜油是有益的，但窜油过多，会使柴油机机油消耗量增加，还会引起阀板和缸盖排气腔积炭，导致上气缓慢甚至不打气。故障原因主要有：吸气不畅使活塞顶部产生较大的负压，将机油吸入；进油流量过大，回油不畅，增加窜油机会；活塞环张力不够；缸体与曲轴箱的同轴度偏差大等，D114系列柴油机空气压缩机主要是吸气不畅、进油流量过大、以及缸体和曲轴箱的同轴度偏差大等因素。

4 窜油的改进设计

4.1 进气接头改进设计

针对吸气不畅，增大空气压缩机进气接头内径尺寸，原配D6114系列柴油机的空气压缩机进气接头内径大多在Φ10 mm，现采用Φ15 mm、Φ19 mm分别作对比试验。将机油温度控制在100～120℃之间，机油压力控制在0.45 MPa左右，排气压力为0.8 MPa，在2 200、2 000、1 800 r/min三档转速下分别用滤纸定性地测试三种不同内径的进气接头的窜油情况，滤纸距排气口100 mm处，每次测试时间均为30min并记录进气真空度数据。图1为不同进气接头孔径对空气压缩机真空度的影响，窜油情况见图2～4。

从空气压缩机的真空度和窜油试验情况来看，进气接头内径越大，进气真空度越小，窜油量越小；进气接头内径越小，进气真空度越大，窜油量越大。

4.2 进油接头改进设计

针对进油流量过大，减小空气压缩机的进油孔直径。原配空气压缩机进油接头内径是Φ5 mm，现在改为内径Φ2 mm作对比试验，采用进气接头内径Φ19 mm，把机油温度控制在100～120℃之间，机油压力控制在0.45 MPa左右，在2200、2 000和1 800r/min三档转速下，依次测量空气压缩机工作10 min的进油量数据，以及在2 200 r/min时空气压缩机运转30 min时的窜油量。进油量数据见图5，窜油定性情况见图6和图7。

从测试数据以及试验情况来看进油孔径越小，空气压缩机的进油量越小，窜油量也越小。

图1 Φ10进气接头内径在2200r/min时的窜油情况

图2 Φ10进气接头内径的窜油情况

图3 Φ15进气接头内径的窜油情况

4.3 缸体和曲轴箱改进设计

对空气压缩机的缸体和曲轴箱进行整体式制造加工缸体和曲轴箱进行整体式制造后，减小了原来缸体和曲轴箱连接的四个紧固螺栓的安装误差，提高了同轴度，从而有效提高了活塞环的耐磨性。从小批装机出厂后的半年多跟踪情况来看，还没有出现一台空气压缩机窜油现象，可以说采用整体式空气压缩机是能有效减少空气压缩机的窜油，见图8。

图4 Φ19进气接头内径的窜油情况

图5 进气接头孔径对进油量的影响

图6 Φ5进油接头在2 200r/min时的窜油情况

5 结论

D114系列柴油机用空气压缩机采用进气接管内径从原来的Φ10 mm加大到Φ19 mm，进油孔径从原来的Φ5 mm减小到Φ2 mm的设计，空气压缩机的缸体和曲轴箱采用整体式加工的改进措施后，空气压缩机窜油质量问题得到了有效的控制。

Test Investigation of Internal Oil Leakage in Air Compressor and Design Improvement

Xing Lei,Cai Min
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,Chian）

The air compressor of the existing D114 series diesel engine had a rather high failure rate in terms of oil flee,resulting in strong customers'complain about high oil consumption and poor reliability of the air compressor.After testing investigation and analysis,design modifications were done to the inner diameter of the air inlet connector of the air compressor,the dimension of the oil inlet hole as well as the connection between the cylinder body of the air compressor and crankcase.These improvement designs prove functional.

air compressor,fleeing oil amount,improving design

图7 Φ2进油接头在2 200r/min时的窜油情况

图8 空气压缩机新、老结构外型图

10.3969/j.issn.1671-0614.2011.01.008

来稿日期：2010-09-28

邢磊（1977-），男，工程师，主要研究方向为发动机排气系统和转向系统匹配。