Cummins KTA50C发动机润滑油脂使用分析

郭俊义

（神华准能设备维修中心 内蒙古鄂尔多斯）

Cummins系列发动机，以优良的品质、精良的制造工艺、可靠的性能和较长的寿命周期，被广泛采用于重装设备及矿山采矿运输设备，做为重型电动轮汽车的动力主机。Cunmmins KAT-50C发动机，被国内154 t级电动轮汽车及美国尤尼特瑞格-mark-36，德莱赛630E卡车、尤克里德154 t级卡车广泛使用。

从运行使用实践看，该型号发动机具有重量轻、马力重量比合理、燃油经济性好、寿命周期长、便于维护的优良特点。只要本着严肃认真的科学态度，遵守制造厂家的使用规范，精心管理和使用，就可以收到良好的效果并能创造可观的经济效益。

取得良好效益的前提是要保证发动机的良好润滑。该型号发动机中的K为cunnnins系列号，T是涡轮增压，A是增压后冷却。发动机结构紧凑，缸径与行程相等。无轮曲轴轴瓦、连杆轴瓦、凸轮轴瓦，单位压强高，负荷大，单缸额定功率73.5 kW（100马力）。为此，如若保证发动机良好的运转，达到设计的运行寿命周期，润滑问题至关重要。

KTA-50C发动机，由于单缸功率大，压强高，在活塞的直线运动，转变为曲轴旋转运动。作用在连杆轴径、曲轴径的压强非常大，曲径承受着往复惯性力和旋转离心力。在高负荷工况下，曲轴径与轴瓦的相对滑动速度非常高（＞10 m/s），轴承内部温度＞150℃。当曲转达到相当转数时，由于轴与轴瓦形成楔形作用，在润滑油压力作用下轴径被推向一侧。曲轴转数越高，单位时间进入轴瓦的机油越多，压力越大，并形成良好的油膜。当达到一定转数时，油膜油压将轴径托起，使曲轴悬浮在一定厚度的油膜之中，实现理想的液体动压润滑。其先决条件是，曲轴与轴瓦滑动副必须有一定的旋转速度，在轴承副良好情况下，转数越高，形成的润滑油膜越厚，越能达到良好的润滑。曲轴滑动面间必须有一定黏度的润滑油存在，润滑油的黏度指数越大，则形成的油膜越厚。

在发动机实际运转及整个寿命周期内，种种故障原因的产生，不能达到理想的液体动压的润滑条件。如曲轴径损伤，轴瓦钨金脱落，轴承副间隙过大。由于曲轴转数提高，形不成油楔状态，油瓦局部高温，导致进一步损伤轴瓦，引起大面积高温，行成边界摩擦状态，严重时导致发动机烧瓦，造成严重的机械故障及经济损失。简言之，润滑状态的优劣，直接影响发动机的寿命。

为解决此项问题，在检修发动机的过程中，必须按Cummins发动机制造厂商给定的技术规范、检修工艺要求进行检修，以期达到发动机整体装配符合Cummins制造厂商的技术标准，各部配合间隙，轴瓦匹配合理。运行使用中，定期精心保养、点检、检测、机油化验全过程管理维护。在此基础上，要重点做好KTA-50C发动机以下几个方面的润滑工作。

1.润滑机油

发动机的润滑油优劣，将对发动机运转起到至关重要的作用。机油有其润滑、清洗、冷却、密封、防腐等作用，就Cummins发动机而言，属于重型高速柴油机，其最大特点是体积小，功率大，单位摩擦面负荷大，轴瓦承载强度高。欧米伽型燃烧室在高负荷作功工况下，温度达3200℃。燃烧室生成的燃气和固态物，由于高温化学反应，危害机油质量，导致其劣化。就机油而言，对于活塞环处主要考虑它的耐热性能和抗氧化性能，对于连杆、主轴轴瓦主要考虑其黏度和抗载性能。对于齿轮系及凸轮顶杆配气机构，则考虑它的边界摩擦润滑性。对于冬季的低温起动，则要考虑它的凝固点、流动性。尽管如此，1台发动机只能使用1种机油来满足不同部位的润滑需求，这样要保证发动机正常运转，适应满足各个部位、各种工况条件下的润滑，机油的品质、质量至关重要。

Cummins发动机用户在给定条件上，必须符合Cummins公司的技术规范。必须符合美国石油协会API和美国汽车工程师协会，即SAE所颁布油类季节使用标准。如日本出光兴产S-310机油，该油特点是黏度偏低；国产15W-40机油等等。最为理想的是壳牌SHELL，Diesel、15W-40进口机油；该油的主要指标是运动黏度100℃下14.5 m2/s，黏度指数99。开口闪点，最高246℃，正常220℃，凝固点-15℃，完全可以满足Cummins发动机的技术要求。公司现使用的是壳牌15W-40CH-4/SL机油，部分车辆使用美孚机油，现Cummins KTA50C使用劲霸15W-40（C1-4）机油，并采取强制换油方式，即Cummins QS系列发动机250 h换油，K系列发动机330 h强制换油，收到良好的效果。

2.润滑系统的滤清器

发动机持续在高负荷工况下工作，机油由于高温氧化作用产生油泥和胶质之类非流体的固态颗粒，加之活塞环泄漏燃气中的固体颗粒，吸入空气中的尘埃固体颗粒混入机油中，这些杂质均靠机油滤清器加以清除，防止机油劣化。

对于机油滤清器而言，理论要求是滤纸细密，过滤精度高，过滤流动阻力小，能滤出粒度极小的杂质颗粒。但是这个要求通常是相互矛盾的，过滤精又阻力小很难实现。为此，使用质量上乘的机滤至关重要，劣质滤器将导致机油劣化速度加快，危害发动机运动机件，影响它的寿命。值得提倡的是按Cummins公司推荐的标准，使用进口厂家机油滤清器或经Cummins公司认定的国产正规厂家，质量符合SAE标准的机油滤器。

3.润滑机油化验

机油随着使用时间的延长，机油老化是一个循序渐进的过程，它的劣化曲线是平顺的。QS系列发动机250 h换油，K系列发动机330 h换油，从管理上可以说是保守的、保险的，劣化没有达到相当程度，就到换油时间了，对发动机而言是有利的。但是，发动机处于高温、高压、高负荷工况运转状态下，发动机本身的潜在故障将严重加速机油的劣化，它的曲线是陡升的。

例如，冷却系统密封老化，如机油散热器座口密封、缸套密封老化，冷却剂进入机油中；发动机喷油器密封老化，柴油在高压作用下进入摇臂室、进入机油中；空气过滤器破损，吸气胶套裂纹进灰，灰尘进入燃烧室，进入机油循环系统中。

从发动机设计上讲，冷却剂、燃油及缸套个密封橡胶采用含丁氰（耐油）、硅氟橡胶成分（耐高温）等特殊性能，但是不是绝对的，当发动机高温到相当程度，还是要老化失效的。这些问题的发生，必须靠机油化验才能检测出潜在故障。这些问题的存在，严重影响发动机的寿命，将造成发动机严重损坏。例如，柴油进入机油中，将直接影响机油黏度，破坏轴瓦油膜承载力，降低机油闪点，就Cummins发动机而言，闪点低到175℃时，即会造成发动机烧瓦事故的发生。

为了解决这个问题，设立了油品化验室。采用的办法是保养时机油取样化验，有故障信号取样化验，按发动机运转寿命小时抽检机油化验。主要化验指标是，机油黏度、水分、闪点、斑痕、硅含量（吸气是否进灰）、铝含量（是否拉缸）、铜含量（轴瓦是否有损伤）。从而能有效地监测发动机运转工况，努力做到潜在的小故障不要扩大，及早发现及早检修以防止发动机造成重大机械故障，保证发动机正常运转。

4.润滑油量加注

众所周知，机油超量，将引起发动机过热，机油将窜入燃烧室燃烧，增加燃烧热值，将造成发动机配气机件、活塞的损坏。机油不足，将严重影响发动机的润滑，机油量低到一定程度，Cummins发动机从设计上机油活塞冷却喷油器（喷至活塞底部，对活塞强制冷却）将停止工作喷油，加剧机件热量和活塞膨胀系数，加速机件的磨损，直至造成拉缸事故的发生。

为此，建立相应制度。一是保养加注机油量必须有标准；二是起车之前，必检机油油位；三是司机交换班必须停机检查机油，目的是尽最大努力保证机油油量的标准。

Cummins发动机造价昂贵，从我们的管理上看，使用质量上乘的机油，250 h、330 h强制换机油，以及使用符合标准的机油滤建立油品化验制度，从现象上看，局部是多支出了成本费用，从保证发动机正常运转、从整体上考虑，效益是明显的，符合Cummins的技术要求和规范，是经济的、划算的。

5.润滑油的冷却

KTA-50C发动机从设计上考虑，为了满足发动机高负荷、高温工况下的润滑，防止机油超温，位于V形缸体的中部，设计配置了机油散热器。设计上考虑经过主油道的润滑机油，用发动机冷却水为介质，对润滑机油进行强制冷却。如在运行中，中冷器堵塞或局部堵塞，是不可想象的。机油得不到充分冷却，其黏度指数就会降低，进而就形不成承载能力的油膜形成，造成严重的故障发生。为此，在解决KTA-50C发动机润滑问题的本身，必须关注发动机的水循环，冷却系统工况是否正常，如发动机处于超高水温下、工况下运转，冷却剂对润滑机油的冷却能力降低，将严重影响发动机的正常润滑。

6.润滑油的污染

通常电动轮汽车吸气系统的空气滤清器，均采用干式旋管二级滤清器。据称，过滤精度达到99.9%。吸气管道粗大，进而满足发动机的吸气量，增压器之前处于负压状态，如空气滤破损，吸气管胶套损坏，采场脏空气将不经空气滤清直接吸入气缸，将严重污染润滑油，导致润滑油急剧劣化，短时间即可造成发动机的损坏。

颗粒及小的灰尘，首先破坏气缸壁的润滑。KTA-50C发动机在额定1900 r/min工况下，活塞与缸套相对运行速度可达16 m/s左右，在这样高的相对运动的机件润滑油中，如有灰尘存在，如同在两个相对高速运动的机件当中加入研磨砂，短时间就会损坏活塞环，加大环槽的间隙，影响活塞的气密性。严重情况下，造成拉缸的故障发生。

KTA-50C发动机，连杆轴径较之主轴径压强较高。灰尘进入气缸后，随润滑油的循环，造成整个机油的污染。首先损坏的是连杆轴径与主轴径，造成轴瓦损伤，形不成良好的油膜，轴径表面呈灰白的亮斑，随着时间延长及机油劣化严重，导致发动机烧瓦事故的发生。

因此，吸气系统的气密性非常重要，基本可采用如下方法。一是330 h保养，更换新空气粗滤器及二级滤芯，旧芯报废，并保证装机标准到位，保证空气滤的有效性、可靠性；二是吸气管道吊卡齐备，管卡齐全紧固，防止车辆行驶颠簸，管路摆动，卡子松动进灰；三是重点检查吸气胶套，发现裂纹，必须及时更换；四是增压器前端吸气胶套，系增压器高温区，为防止高温而引起胶套龟裂老化，应设置防火放热套；五是定期检查涡轮增压器泵轮及中冷器内壁，检查是否有灰尘存在。总之，从管理上，必须保证空气滤良好，吸气系统密封严密，杜绝进灰尘的故障发生，才能保证润滑油不被污染，进而保证发动机得到良好的润滑。

在设备生产实际运行中，也曾发生增压后胶套破损漏气情况。由于增压后的管路压力大于大气压力，处于正压状态，灰尘难以进入，不会造成对润滑油的污染。只会导致发动机进气量不足，排黑烟，影响发动机的功率，但是，也需要及时的检查与处理，以期达到发动机工作正常。

7.涡轮增压器的润滑

理论上讲，KTA50C发动机，不配置增压器，可减少功率30%左右。增压器处于发动机排气管末端，高温可达700℃左右，它采用浮动轴承，其转数由排气压力、排气背压、吸气阻力所决定，正常的额定功率下，转数可达60 000～80 000 r/min，是发动机重要机件之一。

增压器的正常工作，机油的润滑是首要的，正常工况下，增压器夜间目视呈暗红色，温度非常高，转数高，润滑油流动量极大，如其说是对增压器轴承的润滑。更重要的是靠润滑油对增压器进行冷却。为此，保证增压器的润滑是增压器正常工作的先决条件，使用过程中，必须消除供油管路的泄漏，防止发生火灾及供油量不足，同时必须保证回油管道的畅通，进而保证增压器的理想润滑与冷却。