工程机械发动机油铜含量超标问题探讨

葛春伟

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林浩特026000）

工程机械发动机油铜含量超标问题探讨

葛春伟

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林浩特026000）

就发动机油内铜产生的原因进行具体分析，以及在日常设备维护中如何避免发动机油中产生高的铜含量进行讨论。

发动机；机油；机油冷却器；铜含量超标；磨损

0 引言

工程机械设备的运用越来越广泛，主要运用在矿山开采、道路维护、工业与建筑业等工程上。近年来，随着社会的发展和科技进步，一些企业或个体为了更好地维护设备，及时发现发动机内部问题，通过发动机油样检测来检测发动机的动态运行状况。根据油样化验结果，设备在运行过程中，经过多次油样化验，发动机油会出现高的铜含量，有时候铜含量值不稳定。机油中高铜含量意味着发动机内部有铜出现，而发动机油中铜的产生有多种原因，需要经过分析才能确定具体来源，如果确定为异常磨损产生了铜，必要情况下需停机修复，否则导致发动机损坏或直接拉缸抱轴。

1 发动机系统概况

工程机械设备所用发动机大都为柴油发动机，柴油发动机有2大机构4大系统组成，即曲柄连杆机构和配气机构，启动系统、燃油供给系统、冷却体统、润滑系统。

1）曲柄连杆机构。将燃料产生的热能由活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动对外输出动力。包括：①机体组：汽缸体、汽缸盖、气缸盖罩、汽缸垫、油底壳。②活塞连杆组：活塞、活塞环（气环和油环）、活塞销、连杆。③曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、正时齿轮、曲轴带轮。

2）配气机构。根据发动各缸工作顺序和点火次序，定时的将各缸的进排气门打开与关闭，以便使发动机进行换气。包括①气门组：气门、气门座、气门弹簧、气门导管。②气门传动组：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴。

3）启动系统。使静止的发动机启动并转入自行运动状态，包括蓄电池、起动机、启动继电器等。

4）燃油供给系统：将一定比例的燃料（燃油与空气）适时的送入各个气缸。包括油箱、低压油管、滤芯、高压油泵、喷油器、空滤、涡轮增压器、中冷器等。

5）冷却系统。对在高温下工作的发动机零件表面进行冷却，同时防止冬季发动机过冷，发动机正常工作温度以水温80℃～95℃为最佳。冷却系统主要由水泵、节温器、散热器、冷却风扇等组成。

6）润滑系统。发动机工作时，连续不断的将机油送至运动零件表面，减小零件的摩擦（润滑），机油流经各零件表面时，还会带走摩擦产生的热量（冷却），清洗零件表面，带走磨屑和其他异物（清洁），在零件表面形成油膜（密封），防止腐蚀（防腐），生锈（防锈）。

发动机油（engine oil）又称机油，是润滑整个发动机内运动零件的润滑油，分为汽油机油和柴油机油，工程机械发动机油一般为柴油机油。机油在发动机内有着至关重要作用，具有清洗、润滑、密封、冷却、防腐防锈、减震缓冲等作用[1]。

机油是由基础油和添加剂组成，机油的添加剂按作用分为清净剂、分散剂、抗氧化剂、极压抗磨剂、油性剂、摩擦改进剂、金属减活剂、粘度指数改进剂、防锈剂、降凝剂、抗泡沫剂等多种添加剂。每一类添加剂种类繁多，例如作为清净剂和分散剂中的中碱性磺酸钙、高碱值合成磺酸镁，作为抗氧化剂的硫磷丁辛伯烷基锌盐，作为极压抗磨剂的二丁基二硫代氨基甲酸铅等[2]。在润滑油中添加添加剂的作用就是使润滑油得到某种新的特性或改善润滑油中已有的某些特性。

柴油发动机内部有铜的位置因发动机型号不同含铜的位置也不同，一般含铜的位置有以下几处：曲轴瓦（主轴瓦、连杆瓦）、凸轮轴瓦、止推瓦、连杆小头销套、摇臂轴套、正时齿轮套、涡轮增压器轴承、机油冷却器芯等。

2 发动机油中铜产生的原因分析

铜在柴油机里是仅次于铁的第2种易受磨损的金属。工程机械设备在运行过程中，目前采集到的发动机油样超过3万份，油脂化验部门将收集到的发动机油样进行化验并分析，得到如下数据：

发动机油样Fe、Pb、Cu含量数据见表1，这些统计数据反应了铜的读数比铁的读数上下波动幅度大。据统计，铁的95%数值都在136×10-6以下，而铜的平均值则较低，但整个数据变动性较大，即95%数值在167×10-6以下。跟铁不同，实际上铜有许多途径释放到机油中，它们产生的数量比典型的铜磨损所产生的要多。

表1 发动机油样Fe、Pb、Cu含量的数据×10-6

2.1 确定油品化验结果准确与真实

油品化验是一种动态检测发动机运行情况的方式，一定要有连续性，通过多次化验进行比较，并且确保同一取样位置与同一取样方法，以及油样的清洁度和化验仪器的准确度校准等，通过化验确定铜含量的真实值[3]。

2.2 明确是否有其他金属元素超标

在发动机内除了铁和铜，还有其他可磨损的金属，例如铅、铝、锡、镍等。铜在发动机内存在的形式不同，而有一种情况是发动机中一些铜基部件的表面附着合金镀层，如曲轴瓦和连杆瓦，铜基部件上有铅、锡或镍等合金。在油样化验结果中，如果出现异常磨损[4]造成机油中铜含量超标，那么往往在之前或同时伴随着这些镀层金属元素的异常增加。所以可以通过仔细观察其他元素的变化来判断铜产生的部位。

2.3 冷却液泄漏到机油内导致铜含量超标

冷却液泄漏到机油中也会导致机油中铜含量超标，因为冷却液中含有乙二醇，当冷却液泄漏到发动机内部，乙二醇会与发动机内含铜的部件发生化学反应产生铜化物，铜化物最终流入曲轴箱导致发动机油铜含量超标。冷却液由多种元素组成，其中包括钠、硅、钾、钼、硼等，若发动机油铜含量超标的同时发现这些元素，可以确定为冷却液泄漏到发动机内导致机油中产生铜[5]。

2.4 使用新机油冷却器导致机油中产生铜

如果确定机油中只有铜含量超标，没有其他元素异常超标，首先应考虑机油冷却器。冷却装置核心的过滤是一个化学过程，它被分成3类：二烷基二硫代磷酸锌、热量和新发动机，二烷基二硫代磷酸锌的主要元素成分是硫磺。对于新发动机或者装有新油冷却器的发动机而言，在工作时间1 500 h内，冷却装置核心对二烷基二硫代磷酸锌具有活性反应，导致铜冷却管上铜硫化物的形成，这些铜化物流入机油中从而促使铜的含量达到并超过300×10-6。这种情况在油温达到104°C开始作用，而且油温越高，指数比率增加越快。在冷却时，冷却器核心铜表面的膜开始形成铜化物，释放出的铜化物进入发动机，这可能会导致发动机机油的各种变化。

2.5 不同品牌机油混合使用产生铜

不同品牌的机油添加剂可能不同，当机油在发动机内循环时，一些添加剂会与发动机中含铜的部位发生化学反应，产生的铜化物最终流入曲轴箱内，使得机油中铜含量增加。

2.6 金属铜磨损导致机油中铜含量超标

由于工程机械设备所处的工作环境恶劣，周围尘土较多，若保养不当或尘土清理不及时，灰尘进入发动机内造成发动机内部零件异常磨损，另外，由于装配不当或配件质量问题，也会造成发动机异常磨损产生高的铜含量。

2.7 其他原因

油品过热、保养间隔延迟、油品污染等都可能使原有机油变质，这样会使机油功能减弱或失效，造成机器异常磨损产生铜。

铜在发动机中通常运用在摇臂、齿轮套和涡轮增压器轴衬，以及曲轴瓦（上面有铅制/锡制镀层）中，一般情况下磨损产生的铜浓度很难超过50×10-6。但当发动机造成异常磨损时，铜含量会逐渐升高，这种情况一般也伴随着硅含量超标。判断是否为异常磨损产生的铜最好的办法就是用过滤器过滤（切取机油滤清器滤纸）并对这些微粒进行显微分析[6]。因为铜微粒尺寸太小，元素光谱分析仪也很难分析。由于自身的局限性，一般的光谱测定法不能揭示活跃磨损区域产生的青铜和黄铜微粒的真正浓度。粒子微粒尺寸大于5 μm后，发射分光计就很难计算它们的数目了。美国东北大学经研究表明，元素光谱测定法（受体破坏酶或感应耦合等离子体）仅测量到7%尺寸在1～11 μm的铜微粒数量。此时显微分析和X射线荧光/SEM——能量弥散X射线探测器光谱测定法就十分受用，因为它们都不会受微粒尺寸影响。冷却装置核心的过滤和冷却液泄漏所形成的铜化物是可溶解的，且它们微粒直径都小于1 μm，因此不会在表层上出现，所以很难使用显微分析方法，只有磨损产生的铜才能被肉眼看见，这样通过观察滤纸上是否有细小的铜颗粒来判断铜的来源[7]。

3 如何避免发动机油中产生高的铜含量

3.1 正确选择机油

正确选择机油是发动机正常工作的必要条件，机油的选择必须能够保证润滑系统正常工作，机油在发动机内通过压力或飞溅润滑方式使每个运动零部件都得到润滑。选择机油，必须选择合适的粘度，根据机器工作的环境、温度气候、负荷大小等条件确定机油的黏度等级[8]。

3.2 定时更换机油

按要求定时更换机油是保证润滑系统正常工作的必要条件,有利于发动机正常工作，如果长期不换机油，机油会老化变质,失去原有的性能，机油中杂质、尘土也会增多，导致异常磨损越来越严重，发动机故障随之增加。

3.3 新、旧机油不要混合使用

新机油与旧机油不要混合使用，因为旧的机油时间长会老化变质，失去机油应有的性能，产生大量的氧化物质，铁屑灰尘也增多,加快发动机内运动零件磨损,容易导致烧瓦抱轴。

3.4 按要求规范保养发动机

由于工程机械发动机工作环境较差，要想保证发动机润滑系统正常工作，延长发动机使用寿命，必须按要求规范保养发动机。这就需要定期更换空气滤芯器，防止尘土通过进气系统进入发动机，保证发动机内部干净，以防造成异常磨损。及时检查进气系统，包括进气道、中冷器、涡轮增压器等是否有漏气处，防止尘土进入发动机内。另外，机油加注要保持干净清洁，以防脏物进入污染发动机直接造成异常磨损损坏发动机。

4 结语

对发动机油中铜的产生以及在日常维护中如何避免机油中产生高的铜含量，做了比较全面地分析，为以后判断发动机油铜含量超标问题提供了一定的帮助。

［1］周惠娟.中国石油润滑油公司品牌战略研究［D］.兰州：兰州大学，2008.

［2］张志颖，杜爱民，尹建民，等.PFI发动机进气门沉积物形成机理分析［J］.内燃机与配件，2010（1）：8-10.

［3］王在新，万德玉.柴油机油金属元素含量分析与取样方法的研究［J］.柴油机，1996（1）：23-27.

［4］唐媛媛.陶瓷/钢摩擦副在振动载荷作用下的磨损性能研究［D］.湘潭：湘潭大学，2009.

［5］郭永强，杜道群.柴油机冷却液中进入机油的原因［J］.工程机械与维修，2005（7）：22-24.

［6］沈虹滨，刘婕.航空油料及其添加剂实用红外光谱图集的研究［J］.润滑油，2002（2）：63-64.

［7］田洪祥，严新平，朴甲哲.12VE-230ZC型柴油机机油光谱监测研究［J］.柴油机，2002（1）：5-8.

［8］张滨友.中国汽车工业的发展及对发动机油的要求［J］.汽车工艺与材料，2000（10）：26-28.

【责任编辑：张东旭】

Discussion on the problem of excessive copper content in engine oil of construction machinery

GE Chunwei
(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhot 026000,China)

The article carries out specific analysis on the causes of copper in engine oil,and elaborates how to avoid high copper content in engine oil in the daily equipment maintenance.

engine;oil;oil cooler;excessive copper content;wear and tear

TD862.1

B

1671－9816（2017）01－0057－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.016

葛春伟.工程机械发动机油铜含量超标问题探讨［J］.露天采矿技术，2017，32（1）：57-59.

2016-07-16

葛春伟（1990—），男，助理工程师，2012年毕业于包头职业技术学院汽车制造与装配专业，现就职于神华北电胜利能源有限公司设备维修中心，从事设备维修工作。