كيفية إصلاح انخفاض ضغط الزيت في محركات الديزل؟

كيفية استعادة ضغط الزيت المناسب في محرك الديزل؟

الملخص: يُعد نظام التزييت أحد الآليتين الرئيسيتين والأنظمة الخمسة الرئيسية لمحرك الديزل، وهو شرط أساسي لاستمرار تشغيله بشكل طبيعي. تتمثل المهمة الرئيسية لنظام التزييت في تكوين طبقة زيت متصلة بسماكة محددة بين أسطح الاحتكاك المختلفة في محرك الديزل لمنع أو تقليل تآكل المكونات، بالإضافة إلى أداء وظائف جزئية أخرى مثل التبريد ومنع الصدأ والتنظيف. وقد نجحت هذه الورقة البحثية في حل مشكلة انخفاض ضغط الزيت من خلال التحليل والتحسين والاختبار المقارن.

أولاً: تحليل الأسباب

بالنسبة لطراز معين من محرك ديزل قيد التشغيل عند سرعة دوران المحرك المقدرة بـ 1500 دورة في الدقيقة ودرجة حرارة الزيت حوالي 100 درجة مئوية، يجب ألا يقل ضغط الزيت عن 0.35 ميجا باسكال. ويشترط بعض المستخدمين ضبطه فوق 0.4 ميجا باسكال. حاليًا، يتراوح ضغط الزيت في بعض محركات هذا الطراز بين 0.35 و0.37 ميجا باسكال. وينخفض ضغط الزيت عادةً إلى ما بين 0.30 و0.35 ميجا باسكال نتيجةً للأعطال، وهو ما لا يفي بمتطلبات المستخدم.
يمكن تحليل مشكلة انخفاض ضغط الزيت في قناة الزيت الرئيسية لمحرك الديزل من منظورين: تقليل التدفق الخارج (التحكم في التدفق) وزيادة الإمداد (فتح المصدر). يشير التحكم في التدفق إلى تقليل تسرب الزيت غير الضروري من القنوات، بينما يشير فتح المصدر إلى زيادة إمداد الزيت إلى القنوات.

1. مشاكل التقييد
(1) الخلوص الزائد في أزواج الاحتكاك
تُحدد حدود معينة للفجوات بين كل زوج احتكاك خلال مرحلة التصميم. عندما تكون فجوة زوج الاحتكاك صغيرة نسبيًا، وتقترب من الحد الأدنى، يكون تسرب الزيت ضئيلاً، مما يُساعد على زيادة الضغط. أما عندما تقترب الفجوة من الحد الأعلى، يزداد تسرب الزيت، مما يُعيق زيادة الضغط وقد يؤدي إلى انخفاض ضغط الزيت.

(2) فتحة فوهة تبريد المكبس كبيرة الحجم
تتمثل وظيفة فوهة تبريد المكبس في رش زيت عالي الضغط من قناة الزيت الرئيسية إلى فتحة تبريد المكبس لإزالة الحرارة وتبريده. عند زيادة قطر فتحة فوهة تبريد المكبس عن الحد المسموح به، يزداد تسرب الزيت حتمًا، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط الزيت. يبلغ القطر النظري للفتحة 2 مم، بينما تُظهر القياسات الميدانية للأجزاء الفعلية 2.3 ± 0.05 مم. تشير الحسابات إلى زيادة مساحة الفتحة بأكثر من 25%. وقد أسفر التحليل باستخدام برنامج ANSYS لهاتين الحالتين عن النتائج التالية:
① شروط التصميم (قطر الأنبوب الداخلي 4 مم، قطر الفتحة الداخلي 2 مم، طول المقطع المستقيم 3 مم، ضغط الزيت المحاكي 0.4 ميجا باسكال).
② فوهة التبريد في الحالة الفعلية (قطر الأنبوب الداخلي 3.5 مم، قطر الفتحة الداخلي 2.3 مم، طول الجزء المستقيم 3 مم، ضغط الزيت المحاكي 0.4 ميجا باسكال)، أقصى سرعة للمكبس 13.5 م/ث.
يُظهر التحليل أن زيادة القطر الداخلي للفتحة بمقدار 0.3 مم تزيد من تسرب الزيت بنسبة 42.11٪، مما يؤثر بشكل كبير على ضغط الزيت.

2. فتح مشكلات المصدر
(1) عدم كفاية تدفق الزيت من المضخة
تتمثل وظيفة مضخة الزيت في تزويد الأسطح المراد تزييتها بالزيت بضغط وحجم محددين. لذا، من الضروري حساب كمية الزيت المطلوبة بدقة عند اختيار مضخة الزيت. إضافةً إلى ذلك، يجب مراعاة عوامل أخرى مثل تغير لزوجة الزيت نتيجة ارتفاع درجة الحرارة وزيادة حمل المحرك (110% من الحمل المقنن). وبالتالي، يتطلب اختيار مضخة الزيت ضمان هامش أمان كافٍ في التصميم.
من المهم الإشارة تحديدًا إلى أن هذا الطراز من محركات الديزل يستخدم مضخة زيت من نوع التروس. وخلال مرحلة الإنتاج الأولية، لوحظ انخفاض في ضغط الزيت. وقد تم تحسين هذه المشكلة بشكل ملحوظ لاحقًا من خلال زيادة هامش مضخة الزيت ورفع سرعة المحرك.
(2) مقاومة المضخة المسبقة المفرطة
تنتج مقاومة ما قبل المضخة بشكل أساسي عن مصفاة سحب الزيت وأنبوب السحب. ونظرًا لصغر مساحة تدفق أنبوب الزيت ومصفاة السحب، فإن تدفق الزيت يكون محدودًا أثناء السحب، مما يقلل من إجمالي إمداد الزيت للنظام ويؤدي إلى انخفاض ضغط الزيت. ويمكن تقليل مقاومة ما قبل المضخة بشكل فعال عن طريق زيادة قطر أنبوب السحب ومساحة تدفق مصفاة السحب.

3. عوامل أخرى
هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تسبب ذلك انخفاض ضغط الزيت في محركات الديزل إلى جانب الأسباب المذكورة أعلاه، توجد أسباب أقل شيوعًا مثل وجود ثقوب رملية في كتلة المحرك، وانسداد فلاتر الزيت، وتعطل صمامات تخفيف ضغط الزيت. ولا يمكن تحديد هذه الأسباب وحلها إلا من خلال عملية تحليل واستبعاد كل سبب على حدة أثناء الفحص.

ثانياً: تدابير التحسين والتحقق من الفعالية

بعد تحديد العوامل المسببة لانخفاض ضغط الزيت في محرك الديزل، قمنا بالأعمال التالية:
(1) تقليل الخلوص الفعلي بين أزواج الاحتكاك الرئيسية.
(2) تقليل قطر فتحة فوهة تبريد المكبس.
(3) زيادة قطر أنبوب الشفط.
(4) زيادة مساحة تدفق شاشة الشفط.
بعد ذلك، أجرينا اختبارات مقارنة على محركي ديزل للتحقق من التحسينات. حافظت محركات الديزل المحسّنة على ضغط الزيت فوق 0.45 ميجا باسكال، وهو أعلى بكثير من مستوى ما قبل التحسين البالغ 0.35 ميجا باسكال.