IO-360-ES 系列大陆发动机滑油系统故障研究

张唐磊

摘要： 滑油压力是台架试车时检验发动机翻修质量的重要参数之一，滑油压力异常是发动机台架试车时滑油系统常见故障之一，通常包括压力过低、压力过高、压力波动等，滑油压力低会导致发动机各零件摩擦润滑不良，从而造成各零部件磨损过早，严重时会造成发动机彻底失效。以大陆IO-360-ES 为例，通过对滑油系统工作原理及各部件的功用进行分析，并提出相应的维护建议和排故方案，从而降低因发动机润滑不当导致的飞行安全事故的发生。

关键词： 滑油系统 滑油压力低 试车 排故

中图分类号： V263.6 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）24-0102-04

西锐SR-20 型飞机是美国西锐公司设计开发的一种小型活塞螺旋桨式飞机，采用下单翼设计，机身采用复合材料制造。该飞机配备Garmin Perspective 航空电子系统，同时具有独特的整机降落伞系统（CAPS），可以在紧急情况下保障机组生命安全，故因其强大的安全性以及先进的航空电子系统受到各通用航空公司的青睐。目前，西锐全球机队已拥有超过6 100架的SR系列飞机，并累计超过700万飞行小时。该飞机的动力装置为特内达因-大陆IO-360-ES 航空活塞发动机，是一款六气缸水平对置式、直喷式发动机，燃料使用100 号/100LL 航空汽油，额定转速2 700 RPM，额定功率200BHP［1］。西锐SR-20 型飞机于1998 年取得FAA 适航标准，2010 年后进入中国市场，其发动机故障率高而影响飞行安全。修理厂在翻修此款发动机后进行磨合试车，发现滑油压力是发动机试车重要的监控数据之一，因此滑油系统是发动机重要的子系统。

1 IO-360-ES 发动机滑油系统结构原理

IO-360-ES 发动机是由美国大陆公司设计制造的风冷式水平对置六缸发动机组成。发动机滑油供应集中在底部的收油池中，滑油泵为齿轮泵，位于发动机附件机匣中部，与曲轴齿轮啮合。当发动机工作时，曲轴经曲轴齿轮带动滑油泵齿轮运转，通过滑油泵齿轮挤压给滑油加压后，通过油滤过滤后到散热器，达到一定温度和压力的干净滑油进入发动机。

在发动机内部，滑油通过专门的油路进入曲轴、连杆、凸轮轴和齿轮等滑动轴承内进行润滑；其他不与油路相通的机件，如活塞与气缸壁、滚动轴承及齿轮等，则利用从滑动轴承流出的滑油和从曲轴或机匣上专设的油路孔喷出滑油直接进行潤滑，或者借用曲轴等转动较快的机件利用离心力将喷出的滑油泼溅至摩擦面进行润滑。这些工作后的滑油，从各处依靠重力汇流到下部收油池中沉淀、过滤、冷却后进行下一个循环。

同时机匣上设有通气管，使机匣内部与外界大气相通，排出循环所产生的滑油蒸汽以及从活塞周围漏进机匣的混合气和废气，这样可防止滑油因气体太多而产生大量泡沫，也能避免机匣内滑油压力过大导致机匣密封处漏油，从而形成使滑油循环流动的润滑系统。所以，此滑油系统是以压力润滑为主、泼溅润滑为辅的混合润滑方式。

2 影响滑油系统压力的原因

2.1 滑油

航空活塞发动机润滑油一般分为矿物油和合成油两大类，IO-360-ES 发动机开车前请确保滑油牌号是否是厂家指定型号（如30SEA/50SEA）的矿物油，滑油必须是符合SAE J—1899 或SAE J—1966 规范的航空滑油［2］。

手册中明确规定：不同牌号的滑油黏度、闪点和燃点、比重、流动性和浊点、抗氧化性和抗泡沫性以及腐蚀性、毒性等理化性质不同，不能混用［3］。

黏度是滑油的重要基本性质，同种滑油的黏度大小主要受滑油温度的影响。温度高，则黏度小；温度低，则黏度大。好的滑油要求其黏度随温度的变化越小越好。当温度升高时，黏度变小，流动性变大，滑油可能无法在发动机运转零部件表面形成一定厚度的连续油膜，将导致相互运动的金属部件发生局部直接接触，从而增大了摩擦力和磨损，降低了发动机输出功率；当温度降低时，黏度增大，流动性不好，造成流动阻力大，降低发动机输出功率。

因此，航空活塞发动机所使用的滑油，不仅要求其在金属表面能形成一层一定厚度和适当强度的油膜，还要黏度低。这样既能保证润滑和冷却，又能保证良好的流动性。同时，滑油量是否达到要求也是重要指标之一，以IO-360-ES 为例，滑油建议加到8QT，可使用滑油量为5QT［2］。

2.2 滑油泵

滑油泵是用于促使滑油循环流动的动力装置，如图1 所示。航空活塞发动机的滑油泵多数是齿轮式的。齿轮式油泵由一对相互啮合齿轮组成：一个叫作主动齿轮，是由曲轴通过曲轴齿轮带动旋转的齿轮；另一个叫作从动齿轮，是由主动齿轮带动旋转的齿轮。当发动机旋转时，油泵驱动齿轮逆时针转动（从发动机后部看）。驱动齿轮与从动齿轮啮合，以便顺时针转动。旋转齿轮产生必要的吸力，以将滑油从底部收油池通过吸油管吸引到泵齿轮进口［4］。滑油从滑油泵流向滑油油滤。滑油通过滤芯，然后流入滑油冷却器。旁路安全阀打开，分流滤芯周围的油，在滤芯堵塞时返回发动机。

滑油泵出口压力的大小直接导致整个发动机滑油压力的大小。滑油泵压力的提高是滑油受到油泵齿轮推挤和出口反作用力的结果，影响滑油泵出口压力的因素有滑油泵转速、滑油黏度和流动通道截面等。维修人员应仔细检查滑油泵进油路管道，防止因污物积聚致使流通截面减小，使油泵出口油压超过发动机所允许的出口油压，导致机匣内滑油过多，影响机件运转，造成系统各部分密封困难，某些附件受到损坏。滑油泵齿轮轴向间隙和径向间隙太大导致泵体内漏，从而导致滑油泵出口压力过低，虽然内漏在维修过程发生概率较低，但是也需要维修人员在发动机翻修过程中对滑油泵齿轮进行精密测量工作需要相当精密，确保齿轮磨损未超标（某单位工艺要求轴向间隙与径向间隙不超过0.006 in［5］）。

2.3 滑油释压活门

滑油释压活门（滑油调节活门）将油压限制在正常运行时30～60 PSI［6］，某单位试车工艺规定滑油压力不能高于100 PSI，否则立即关车。外场人员可通过转动滑油压阀调节螺钉调节滑油压力，顺时针为增大滑油压力，反之则相反。

2.3.1 调压活门的工作原理与影响滑油压力因素

IO-360-ES 发动机调压活门位于附件机匣左侧主油路上，由钢堵头活门、两根粗细不同的弹簧和座子组成，活门控制着一条从进滑油泵出口通往进口的油路，活门的一边承受出口油压，另一边承受弹簧压力。如果滑油供油量超过了发动机所需的滑油量，则滑油压力过大，滑油就克服弹簧力而顶开活门，多余的滑油通过活门回到滑油泵进口，这时滑油压力就能保持不变，从而达到了调压的目的。

2.3.2 影响调压活门处压力的因素

调压活门和该活门安装孔内部存在异物、毛刺以及弹簧自身弹力不够将导致调压活门与安装孔位置无法形成紧密贴合，造成间隙从而导致滑油回到进油路。当间隙过大时，滑油压力会在试车过程中发生急剧下降而无法保持压力，因此发生此故障时应立即关车检查调压活门或安装孔是否存在故障。

2.4 滑油温度

滑油温度亦是发动机又一重要参数，一般运行温度在170℉（77℃）上下，一般滑油温度高會伴有低压现象［2］。IO-360-ES 发动机未装有滑油散热器风门，使用温控活门（见图2）实现对滑油温度的控制。温控活门油路并联在滑油散热器上，当滑油温度低时，温控活门受低温收缩，滑油路打开。此时，因低温滑油流经散热器的流动阻力大，滑油主要通过温控活门油路流动，旁通散热器不进行散热，使滑油温度快速上升并保持在规定范围内。随着滑油温度的升高，温控活门膨胀，逐渐关闭旁通油路，更多的滑油流经散热器进行散热，保证滑油温度在规定范围内。

2.5 发动机滑油通道堵塞

在发动机工作过程，滑油滤内积存的杂质会逐渐增多，当积累到一定量时，位于滑油泵进油路或者出油路会发生堵塞或者堵塞过滤部分，影响滑油系统的正常工作。如果滑油滤网破损，则将影响过滤质量，导致发动机零部件润滑不良，严重时将导致发动机整体滑油压力低，从而未能润滑相关运动部件造成部件干磨发动机失效。因此在发动机使用过程中维修人员应该按照维护手册的规定，定期清洗和检查滑油滤。在翻修过程中维修人员一定要确保滑油通道的畅通无杂质并防止外来物质进入发动机。在某航校西锐SR20 成功迫降事件中，大陆发动机厂家给出的事件调查结果是润滑不当导致连杆轴瓦干摩擦失效。此事件至今未有官方定论，但究竟是润滑不当还是轴瓦本身质量存在缺陷仍待探究。

2.6 发动机滑油压力表存在故障

现代通用飞机多采用电子式滑油压力表，它由指示器、传感器组成，传感器由滑动电阻构成，压力的变化将驱动传感器内滑动电阻滑动壁的旋转，从而改变滑动阻值，滑油压力表通过测量传感器送来的电阻变化来指示滑油压力［4］。一旦滑油压力表出现故障，很有可能是传感器内部故障，因此维修人员一般会整体更换滑油压力表。

3 结语

综上所述，滑油系统是发动机非常重要的系统之一，滑油泵为整个发动机提供润滑的动力来源；滑油释压活门为滑油系统的滑油压力起调节作用，使滑油系统的整体压力保持在正常水平；滑油冷却器以及滑油温度控制活门对滑油温度起调节作用，使整个滑油系统的温度保持在正常水平。滑油系统的故障不只是一个零部件的问题，要从故障现象回归到整个发动机相关系统，要系统性、全盘性地考虑问题。故障的出现极大地影响飞行安全，因此维护人员能否快速对故障做出判断至关重要。通过本文的分析，了解了该发动机的滑油系统原理，结合滑油系统维护经验，提出了相应的维护经验以及排故思路，同时对通用航空发动机的维护以及排故具有一定的指导意义。

基金项目： 2022年度中央高校基本科研业务费专项资金项目青年基金（项目编号：QJ2022-31）。

参考文献

[1] IO-360 Series Engine Installation and Operation Manual[Z/OL].（2019-05-17）[2023-08-24].http：//www.continental.aero/.

[2] IO-360 Series Engine Maintenance and Overhaul Manual[Z/OL].（2019-05-17）[2023-08-24].http：//www.continental.aero/.

[3] Standard Practice Maintenance Manual[Z/OL]. （2019-09-15）[2023-08-24].http：//www.continental.aero/.

[4]“民用航空器维修人员基础系列教材”编委会. 活塞发动机及其维修[Z].2020-02-10.

[5] 中国民航飞行学院飞机修理厂.IO-360-ES 翻修工作单（电子版）[Z].2022-01-01.

[6] 中国民航飞行学院飞机修理厂.IO-360-ES 本体维修工艺（电子版）[Z].2022-01-01.