錢(qián)小玲

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

某柴油機(jī)油水混合故障分析及改進(jìn)

錢(qián)小玲

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

某柴油機(jī)在可靠性考核試驗(yàn)中多次出現(xiàn)油水混合的現(xiàn)象，拆檢發(fā)現(xiàn)系機(jī)油冷卻器芯子破裂引起。為降低柴油機(jī)實(shí)際使用時(shí)油水混合的故障率，減少因此故障造起的嚴(yán)重后果，提出了相應(yīng)的解決方案，并通過(guò)了驗(yàn)證。

機(jī)油冷卻器 油水混合 分析 改進(jìn)

1 前言

機(jī)油冷卻器用來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)油溫度處于一個(gè)理想的工作溫度范圍，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)件進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。其中板翅式機(jī)油冷卻器（簡(jiǎn)稱(chēng)油冷器）是一種高效的緊湊式換熱器，傳熱系數(shù)較高，散熱效果好，能承受較高的油壓，特別適合于布置在柴油機(jī)機(jī)體側(cè)壁空腔內(nèi)，從而可以減少外接管。目前，在我國(guó)柴油機(jī)上得到越來(lái)越多的應(yīng)用[1,2]。

然而，柴油機(jī)配套應(yīng)用時(shí)對(duì)冷卻器的體積和散熱量有著嚴(yán)格的要求，冷卻器內(nèi)部芯片承受壓力較大，加上冷卻器直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，振動(dòng)大，工作條件惡劣。一旦冷卻器失效將導(dǎo)致機(jī)油與冷卻水混合，后果非常嚴(yán)重；輕者機(jī)油變質(zhì)，重者造成發(fā)動(dòng)機(jī)燒瓦、報(bào)軸，甚至拉缸乃至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。

本文針對(duì)某新品柴油機(jī)在耐久考核過(guò)程曾多次出現(xiàn)的油水混合現(xiàn)象，進(jìn)行故障分析并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，杜絕此嚴(yán)重后果的發(fā)生。

2 實(shí)例分析

2.1 故障描述

在某柴油機(jī)進(jìn)行的1 000 h全速全負(fù)荷考核試驗(yàn)中，在第287小時(shí)因故調(diào)換氣缸蓋墊片時(shí)發(fā)現(xiàn)冷卻水中有油。更換新冷卻器后，柴油機(jī)運(yùn)行至821小時(shí)時(shí)，重復(fù)發(fā)生此故障。

2.2 原因分析

將2件故障件放入水中，對(duì)油道加壓，充2.0 MPa壓力的空氣進(jìn)行檢測(cè)，機(jī)油冷卻器芯子第一層芯片與底板之間有氣泡，見(jiàn)圖1。

將故障件沿冷卻器底板與第一層芯片之間進(jìn)行線(xiàn)切割，發(fā)現(xiàn)芯板上中間凸臺(tái)四周有明顯的泄漏痕跡，如圖2所示。與其他凸臺(tái)相比，該凸臺(tái)銅焊料相對(duì)不飽滿(mǎn)。將凸臺(tái)放大查看，如圖3所示位置處有裂紋。

裂紋產(chǎn)生的原因有多種可能性：一是原材料本身有缺陷；二是零件（冷卻器底板、芯片）裝配焊接強(qiáng)度質(zhì)量不合格；三是零件（冷卻器底板、芯片）焊接強(qiáng)度設(shè)計(jì)不滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷要求。

來(lái)稿日期：2012-10-31

圖1 冷卻器泄漏照片

圖2 故障件解剖圖

圖3 凸臺(tái)裂紋（放大）照片

首先對(duì)出現(xiàn)故障件的該批次原材料查看所有檢驗(yàn)記錄，包括尺寸檢驗(yàn)、材質(zhì)檢驗(yàn)報(bào)告等，均未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽查芯片上的凸臺(tái)尺寸，包括材料厚度、圓角大小、凸臺(tái)位置公差等全部合格，因此排除原材料缺陷可能。

對(duì)比冷卻器底板上不同凸臺(tái)的銅焊料（見(jiàn)圖2），泄漏的凸臺(tái)位于芯片最中間位置，其上的銅焊料相對(duì)不飽滿(mǎn)。如圖4所示，A部位的底板和芯片之間通過(guò)隔圈連接，中間B部位的底板與芯片之間通過(guò)凸臺(tái)連接。底板和凸臺(tái)間的焊縫在焊接后容易出現(xiàn)焊縫不飽滿(mǎn)現(xiàn)象，并且在焊縫出現(xiàn)不飽滿(mǎn)后不容易被識(shí)別出?？煽啃钥己嗽囼?yàn)中出現(xiàn)的連續(xù)2次泄漏事件中，冷卻器就是同一個(gè)批次的2件產(chǎn)品。

圖4 冷卻器底板芯片示意圖

在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)、冷卻器芯片內(nèi)部受到高溫高壓的機(jī)油沖擊、冷卻器外部受到冷卻水的沖擊等原因，冷卻器一直處于受力狀態(tài)中。如圖4所示，A部位的連接強(qiáng)度較強(qiáng)，而中間B部位連接強(qiáng)度較弱，尤其是正中間的凸臺(tái)最容易出現(xiàn)因其強(qiáng)度不足發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致油水混合。因此，針對(duì)出現(xiàn)的故障，應(yīng)當(dāng)重新設(shè)計(jì)冷卻器底板與芯板之間的連接墊塊。

2.3 改進(jìn)措施

針對(duì)圖4所示的A、B部位連接強(qiáng)度強(qiáng)弱不同的情況，底板與第一層芯片的中間部位增加一長(zhǎng)條形的墊塊進(jìn)行焊接，提高該部位的強(qiáng)度，加強(qiáng)產(chǎn)品抗扭振能力，如圖5所示。

圖5 冷卻器改進(jìn)示意圖

2.4 效果驗(yàn)證

冷卻器的底板與芯片之間增加墊塊可以提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，但也增加了冷卻器的水阻，進(jìn)而影響冷卻器的散熱能力。因此需進(jìn)行改進(jìn)前后2種方案的傳熱性能試驗(yàn)對(duì)比，以評(píng)估改進(jìn)方案的有效性.圖6為2種方案的傳熱性能曲線(xiàn)對(duì)比圖。由圖中可以看出，新方案的換算放熱量略有下降，約0.7%，這是可以接受的。

圖6 機(jī)油冷卻器傳熱性能曲線(xiàn)

根據(jù)JB/T 10408－2004《內(nèi)燃機(jī)換熱器可靠性試驗(yàn)方法》的要求，對(duì)新方案冷卻器進(jìn)行了爆破測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)冷卻器油腔施加5.5 MPa靜壓，并保持壓力1 min的條件下，冷卻器無(wú)變形無(wú)泄漏。隨后繼續(xù)增大壓力，壓力15 MPa時(shí)試件底部開(kāi)始鼓脹變形，但并沒(méi)有出現(xiàn)底板與芯片之間的泄露現(xiàn)象，見(jiàn)圖7。在隨后進(jìn)行的300 h熱沖擊試驗(yàn)和1 000 h全速全負(fù)荷試驗(yàn)中，改進(jìn)后的冷卻器表現(xiàn)良好，沒(méi)有再次發(fā)生油水混合現(xiàn)象，發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫、油溫、油壓均正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文著重分析的是一起因板翅式機(jī)油冷卻器泄漏造成的油水混合故障。冷卻器底板、芯片焊接強(qiáng)度不夠。長(zhǎng)期受發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，芯片受扭振，冷卻器芯片凸臺(tái)產(chǎn)生裂紋，造起柴油機(jī)發(fā)生油水混合現(xiàn)象。經(jīng)分析，增加芯片與底板之間的墊塊，提高了底板與芯片的連接強(qiáng)度，改進(jìn)后的冷卻器順利通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架可靠性驗(yàn)證。

圖7 改進(jìn)后的冷卻器爆壓試驗(yàn)結(jié)果

此問(wèn)題的解決，為以后其他機(jī)型可能出現(xiàn)的油水混合故障提供了一種可具借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 覃峰，陳江平．板翅式機(jī)油冷卻器的耐壓強(qiáng)度分析[J]．上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（2）．

2 余金秋，張文峰．板翅式機(jī)油冷卻器在發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[J]．柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2006（1）．

Analysis of and Solution to Oil and Water Mixed Issue in Some Diesel Engine

Qian Xiaoling
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

Oil-water mixed phenomenon was found in some diesel engine twice in the durability assessment.It was because of the crack of the oil cooler core.In order to reduce the rate of such failure in the engine use,and avoid serious consequences caused by such failure,we take corresponding solutions,and verified them.

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錢(qián)小玲（1980-），女，工程師，主要研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)冷卻系統(tǒng)。

10.3969/j.issn.1671-0614.2013.01.009