Como resolver o problema de baixa pressão de óleo em motores a diesel?

Como restaurar a pressão de óleo adequada em um motor a diesel?

Resumo: O sistema de lubrificação é um dos dois principais mecanismos e um dos cinco principais sistemas de um motor diesel, sendo condição essencial para o seu funcionamento normal. A principal função do sistema de lubrificação é formar uma película contínua de óleo com determinada espessura entre os diversos pares de atrito do motor diesel, prevenindo ou reduzindo o desgaste dos componentes, além de desempenhar funções secundárias como refrigeração, prevenção da corrosão e limpeza. Este artigo aborda com sucesso a questão da baixa pressão do óleo por meio de análise, aprimoramento e testes comparativos.

I. Análise de Causas

Para um determinado modelo de motor a diesel em funcionamento Na rotação nominal de 1500 rpm e com a temperatura do óleo em torno de 100 °C, a pressão do óleo não deve ser inferior a 0,35 MPa. Alguns usuários exigem que ela seja controlada acima de 0,4 MPa. Atualmente, a pressão do óleo em alguns motores deste modelo é de aproximadamente 0,35–0,37 MPa. A pressão do óleo geralmente cai para 0,30–0,35 MPa devido a falhas, o que deixa de atender às exigências do usuário.
A questão da baixa pressão de óleo na galeria principal de um motor diesel pode ser analisada sob duas perspectivas: reduzindo o fluxo de saída (estrangulamento) e aumentando o fornecimento (abertura da fonte). O estrangulamento refere-se à redução de vazamentos desnecessários de óleo das galerias; a abertura da fonte refere-se ao aumento do fornecimento de óleo para as galerias.

1. Problemas de limitação de largura de banda
(1) Folga excessiva em pares de fricção
As folgas para cada par de fricção têm limites especificados durante a fase de projeto. Quando a folga de um par de fricção é relativamente pequena, tendendo para o limite inferior, o vazamento de óleo é mínimo, o que favorece o aumento da pressão. Quando a folga tende para o limite superior, o vazamento de óleo aumenta, o que prejudica o aumento da pressão e pode levar à baixa pressão do óleo.

(2) Orifício do bocal de resfriamento do pistão superdimensionado
A função do bocal de resfriamento do pistão é pulverizar óleo de alta pressão da galeria principal de óleo para o orifício de resfriamento do pistão, removendo o calor e resfriando o pistão. Quando o orifício do bocal de resfriamento do pistão é superdimensionado, o vazamento de óleo inevitavelmente aumenta, resultando em baixa pressão de óleo. O diâmetro teórico do orifício é de φ2 mm, enquanto medições em campo de peças reais mostram φ2,3 ± 0,05 mm. Os cálculos indicam que a área do orifício aumentou em mais de 25%. A análise utilizando o ANSYS para essas duas condições apresentou os seguintes resultados:
① Condições de projeto (diâmetro interno do tubo de 4 mm, diâmetro interno do orifício de 2 mm, comprimento da seção reta de 3 mm, pressão de óleo simulada de 0,4 MPa).
② Bocal de refrigeração em condições reais (diâmetro interno do tubo de 3,5 mm, diâmetro interno do orifício de 2,3 mm, comprimento da seção reta de 3 mm, pressão de óleo simulada de 0,4 MPa), velocidade máxima do pistão de 13,5 m/s.
A análise mostra que o aumento do diâmetro interno do orifício em 0,3 mm aumenta o vazamento de óleo em 42,11%, impactando significativamente a pressão do óleo.

2. Abrindo as Questões do Código-Fonte
(1) Fornecimento insuficiente da bomba de óleo
A função da bomba de óleo é fornecer óleo a uma determinada pressão e volume para as superfícies lubrificadas. Portanto, é crucial calcular com precisão a demanda de óleo ao selecionar uma bomba de óleo. Além disso, fatores como alterações na viscosidade do óleo devido ao aumento da temperatura e sobrecarga do motor (110% da carga nominal) devem ser considerados. Assim, a seleção de uma bomba de óleo requer a garantia de uma margem de projeto adequada.
É importante destacar que este modelo de motor a diesel utiliza uma bomba de óleo do tipo engrenagem. Durante a produção inicial, também ocorreram problemas de baixa pressão de óleo. Essa questão foi significativamente solucionada posteriormente com o aumento da margem da bomba de óleo e o aumento da rotação do motor.
(2) Resistência excessiva de pré-bombeamento
A resistência pré-bombeamento é causada principalmente pela tela de sucção de óleo e pelo tubo de sucção. Devido à pequena área de fluxo do tubo de óleo e da tela de sucção, o fluxo de óleo é restringido durante a sucção, reduzindo o suprimento total de óleo do sistema e levando à baixa pressão do óleo. Aumentar o diâmetro do tubo de sucção e a área de fluxo da tela de sucção pode reduzir efetivamente a resistência pré-bombeamento.

3. Outros fatores
Muitos fatores podem causar baixa pressão de óleo em motores a diesel Além dos motivos mencionados acima, existem causas menos comuns, como furos de areia no bloco do motor, filtros de óleo entupidos e válvulas de alívio de pressão de óleo travadas. Essas causas só podem ser identificadas e resolvidas por meio de um processo de análise e eliminação (uma a uma) durante a inspeção.

II. Medidas de melhoria e verificação da eficácia

Após identificarmos os fatores que causavam a baixa pressão do óleo no motor a diesel, realizamos o seguinte trabalho:
(1) Reduziu a folga real entre os principais pares de fricção.
(2) Reduziu o diâmetro do orifício do bocal de resfriamento do pistão.
(3) Aumentou o diâmetro do tubo de sucção.
(4) Aumentou a área de fluxo da tela de sucção.
Em seguida, realizamos testes comparativos em dois motores a diesel para verificar as melhorias. Os motores a diesel aprimorados mantiveram a pressão do óleo acima de 0,45 MPa, um valor significativamente superior ao nível de 0,35 MPa anterior à melhoria.