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        發(fā)動機缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面滲油問題對策研究

        2024-04-23 07:59:00陳進關(guān)智
        時代汽車 2024年7期
        關(guān)鍵詞:滲油缸蓋密封膠

        陳進 關(guān)智

        摘 要:某發(fā)動機在試驗過程中出現(xiàn)缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面滲油問題,本文通過對故障發(fā)動機進行拆解分析,識別了密封失效的原因是密封膠的延伸率及剪切強度不足。結(jié)合對不同膠的密封機理研究,本文選用更高延伸率及剪切強度的密封膠,同時在零件密封面加工出網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)增加儲膠量提升膠線附著力,對策實施后,結(jié)合面密封效果改善明顯,800h臺架耐久試驗未出現(xiàn)滲油。

        關(guān)鍵詞:發(fā)動機 滲油 缸蓋 密封膠

        1 引言

        發(fā)動機漏機油問題危害很大,既影響發(fā)動機清潔度,增加機油消耗,又污染環(huán)境,必須給予重視和解決[1]。滲油與漏油不同,具有現(xiàn)象不明顯、顯現(xiàn)周期長和難排查等特點[2],其中,缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面的滲油較為常見。盡管通過氣密檢測設(shè)備可以將發(fā)動機生產(chǎn)過程的泄漏故障進行攔截,但是發(fā)動機運行過程中的滲油故障依然未能徹底消除。本文對某款發(fā)動機缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面的滲油問題進行研究分析,提出了改善對策。

        2 問題排查

        2.1 問題描述

        一臺800h耐久試驗發(fā)動機在完成8h試驗磨合后,排氣側(cè)的缸蓋與凸輪軸蓋間結(jié)合面出現(xiàn)滲漏故障,見圖1凸輪軸蓋-缸蓋結(jié)合面滲油圖。

        2.2 問題原因分析

        結(jié)合圖2示意圖,對以上結(jié)合面的滲油問題進行分析,得出滲油可能原因有3項:(1)膠未固化時,機油直接從膠內(nèi)部滲透漏油;(2)密封膠與上下結(jié)合面粘接不良,機油從膠與工件接合界面滲出;(3)密封膠的強度不足,因膠線被破壞導致滲油。

        將試驗故障機進行拆解并對結(jié)合面的膠線附著情況進行分析,由圖3可知,密封膠雖已固化良好,但是膠與結(jié)合面粘連不牢固,部分膠已脫離結(jié)合面。此外,對殘留固化膠線施加外力進行拉伸驗證,膠線容易斷裂,延伸率較低。

        對密封膠的技術(shù)參數(shù)及密封結(jié)合面進一步分析,得到以下幾點推論:(1)該發(fā)動機屬于渦輪增壓機型,缸蓋排氣側(cè)溫度較高,由于結(jié)合面上的密封膠具有一定的隔熱性,缸蓋與凸輪軸蓋間存在溫差;(2)受兩零件溫差影響,缸蓋與凸輪軸蓋受熱膨脹的程度不同,因此,兩零件會結(jié)合面發(fā)生一定程度的相對位移;(3)該結(jié)合面密封膠為某品牌的厭氧膠,延伸率64%,剪切強度1.6N/mm2,延伸率及剪切強度都相對較低;(4)缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面發(fā)生相對位移時,膠因延伸率不足、剪切強度低、附著力不夠,無法跟隨時零部移動,膠從工件表面剝離,引發(fā)密封失效。圖4是缸蓋與凸輪軸蓋之間的密封示意圖。

        綜上分析,凸密封膠延伸率低、附著力差,膠線無法跟隨零部移動,可能是導致漏油的根本原因。

        3 對策提出

        3.1 密封膠固化機理研究

        常用的平面密封膠主要有硅膠及厭氧膠,二者在密封機理方面存在較大不同,圖5是平面硅膠的密封原理示意圖。

        平面密封硅膠的固化條件是與含水份的空氣接觸,因此,首先密封零件需設(shè)計制造出臺階或坡口存膠區(qū),用于膠固化后形成膠膨脹自行密封區(qū);其次,緊密結(jié)合區(qū)應利于即時密封,確保強度;最后,密封膠應具有足夠的剪切強度和適當?shù)难由炻?,當兩接合件發(fā)生相對位移時,膠能伸展和緊密附著于工件上,具有跟隨性,保證密封。

        與硅膠不同,平面厭氧膠的固化條件是隔絕氧氣并接觸金屬工件,兩結(jié)合面間無需設(shè)計制造出臺階或坡口存膠區(qū),此外,相比于硅膠,厭氧膠的延伸率低,因此,只適用于結(jié)合面間隙小的機加工平面密封,原理示意圖見圖6。

        3.2 密封膠選型

        基于以上兩種平面密封膠的密封機理研究,本文選用某品牌的厭氧膠(延伸率186%,剪切強度7N/mm2,本文中其牌號記為B)和硅膠(延伸率570%,剪切強度2N/mm2,本文中其牌號記為C)各1種開展試驗驗證。

        3.3 零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        由于原缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面較為光滑,密封膠受上下零件擠壓溢出,結(jié)合面存膠量較少,為增加缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面的存膠量,提升密封膠與上下結(jié)合面的附著效果,參考某機型,在零件的結(jié)合面上加工出網(wǎng)紋,見圖7。

        4 效果驗證

        通過發(fā)動機臺架試驗對上述研究對策進行效果驗證,由表1可知:

        (1)1#與2#試驗對比表明,在密封膠牌號相同條件下,通過在零件結(jié)合面加工出網(wǎng)紋增加存膠量,有助于密封效果的提升,延長結(jié)合面滲油發(fā)生的時間,對比可知,有網(wǎng)紋的2#試驗比無網(wǎng)紋1#的滲油時間增加了14h;

        (2)3#與2#試驗對比表明,隨著延伸率及剪切強度增加,密封膠的密封效果顯著增加,2#試驗在試驗運行至22h時開始滲油,而3#試驗即使完成800h耐久試驗,也無滲油跡象,將試驗發(fā)動機進行拆解檢查,3# 發(fā)動機800h耐久試驗結(jié)束后,缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面和火花塞孔等以前出現(xiàn)漏油的部位均未出現(xiàn)漏油,觀察涂膠面密封情況和膠的固化情況,均良好,無斷膠,這說明密封膠能跟隨結(jié)合面工件的相對位移進行伸展變化,緊密附著于工件上,密封效果顯著提升。

        (3)同樣的,4#與2#試驗對比,隨著密封膠的延伸率增加,密封性能顯著提升。發(fā)動機800h耐久試驗結(jié)束后缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面也未出現(xiàn)漏油,觀察結(jié)合面及坡口密封情況,均良好,無斷膠現(xiàn)象,用手撕扯剝離坡口的膠,膠的附著力很強,難以剝離。

        為進一步驗證以上研究結(jié)論的可靠性,同時拓展研究成果的應用價值,本文對過往同樣有滲油現(xiàn)象的缸體-油底殼結(jié)合面,按照4#試驗的參數(shù)條件進行對策和試驗驗證,試驗結(jié)果表明,經(jīng)過800h耐久試驗,該結(jié)合面未出現(xiàn)滲油,密封效果改善明顯,圖8為缸體-油底殼結(jié)合面改善前后的密封效果對比圖。

        5 結(jié)論

        本文通過對缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面滲機油原因及對策進行研究,得出結(jié)論如下:

        (1)通過在零件結(jié)合面加工出網(wǎng)紋增加存膠量,有助于密封效果的提升;

        (2)密封膠的延伸率及剪切強度對膠的跟隨性和密封效果有重要影響,隨著延伸率及剪切強度增加,密封效果顯著增強;

        (3)缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面密封研究成果對缸體-油底殼結(jié)合面同樣適用,研究成果具有較高拓展應用價值。

        參考文獻:

        [1]丁國棟.某型號柴油機機體和機座結(jié)合面漏油問題的原因分析[J].內(nèi)燃機與動力裝置,2012(5):52-53.

        [2]葉偉.發(fā)動機三結(jié)合面滲油實例分析[J].汽車工程師,2014(10):43-46.

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