發(fā)動機缸體和缸蓋結(jié)合面滲油實例分析

常雪嵩，趙達，周瑤，李連豹，韋虹，李軍，王瑞平,2

(1.寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司，浙江寧波 315336；2.浙江吉利羅佑發(fā)動機有限公司，浙江寧波 315800)

0 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，必須予以重視和解決[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，其中缸體-缸蓋結(jié)合面處滲油問題較常見。作為發(fā)動機制造的一項關(guān)鍵技術(shù)，在缸體、缸蓋生產(chǎn)線及裝配線上都設(shè)置了試漏崗位，可以及時分析和避免發(fā)動機總成出現(xiàn)滲油現(xiàn)象[2]，但滲油問題至今沒有有效的解決措施，尤其是兩結(jié)合面處滲油。作者以某款發(fā)動機缸體、缸蓋結(jié)合面處滲油為例，闡述解決兩結(jié)合面滲油問題的思路和方法。

1 問題闡述

圖1 缸蓋-缸體結(jié)合面結(jié)構(gòu)示意圖

某發(fā)動機在進行400 h耐久試驗，運行至301 h時，發(fā)現(xiàn)缸蓋與缸體結(jié)合面回油孔位置出現(xiàn)滲油。圖1為缸蓋-缸體結(jié)合面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為具體的滲油位置。

2 問題分析

針對出現(xiàn)的問題，對影響缸蓋、缸體滲油因素進行分析。影響缸蓋-缸體滲油的因素主要有缸體缸蓋密封面變形、缸蓋螺栓失效、氣缸蓋墊片變形。針對上述因素逐一進行分析。

2.1 缸體缸蓋密封面變形

對于缸體缸蓋密封面變形因素，通過對比該發(fā)動機試驗前后缸體缸蓋密封面的變形情況(數(shù)據(jù)見表1)，發(fā)現(xiàn)該款發(fā)動機在試驗后各密封面的平面度在合理波動范圍內(nèi)，故排除缸體缸蓋密封面變形導(dǎo)致滲油因素。

表1缸體、缸蓋試驗前后密封面平面度mm

2.2 缸蓋螺栓失效

螺栓變形率也是影響缸蓋-缸體結(jié)合面滲油的因素。故作者對已進行400 h耐久該款發(fā)動機的缸蓋螺栓變形率進行了檢查，數(shù)據(jù)如表2所示。檢測數(shù)據(jù)顯示螺栓變形率離散性偏大，螺栓合格變形率范圍為(0.2～0.5)%，而實際測量變形率范圍為(0.137～0.729)%，有造成滲油的風險。故通過對螺栓變形率與裝配位置進行匹配，發(fā)現(xiàn)低變形率位置與滲油位置不重合，如圖3所示。所以缸蓋螺栓變形不是滲油的主要原因。

表2 400 h耐久缸蓋螺栓檢測表

圖3 漏油位置

螺栓變形率雖然不是導(dǎo)致滲油的主要原因，但可以進一步縮小螺栓變形率，使密封效果更佳。

2.3 氣缸蓋墊片變形

氣缸蓋墊片變形也會導(dǎo)致缸蓋缸體結(jié)合面滲油。

2.3.1 氣缸蓋墊片質(zhì)量

從質(zhì)量方面對氣缸墊墊片進行檢測。通過檢測發(fā)現(xiàn)缸墊尺寸檢測合格；材料和性能檢測合格；缸墊面壓測試壓力分布無異常。

2.3.2 氣缸蓋墊片設(shè)計

要減小兩結(jié)合面間的泄漏，就必須使接觸面最大限度地嵌合，提高密封面的接觸程度，增大接觸面積[3]。故將該發(fā)動機的氣缸墊與豐田的某款發(fā)動機進行對標。從圖4可以看出：該缸墊屈服強度低于對標缸墊的屈服強度，豐田使用缸墊材料力學(xué)性能要大大好于該缸墊使用材料。在相同設(shè)計參數(shù)下，豐田材料密封效果好于國產(chǎn)材料。同時，對缸墊結(jié)構(gòu)尺寸、面壓測試壓力分布進行了檢測，均在正常范圍內(nèi)。

圖4 材料對比報告

根據(jù)對比兩款發(fā)動機的回油道凸筋結(jié)構(gòu)，從圖5和表3可以看出：回油道滲油位置，豐田缸墊凸筋結(jié)構(gòu)與現(xiàn)使用缸墊凸筋結(jié)構(gòu)有較大差異，當前樣件筋高大于豐田樣件，筋寬小于豐田樣件 。當前樣件筋結(jié)構(gòu)分布與豐田樣件有差異，更合理的分布將利于工作中的缸墊密封。

圖5 缸墊突筋結(jié)構(gòu)

表3回油道突筋結(jié)構(gòu)對比mm

2.4 缸體缸蓋回油道位置積油

根據(jù)計算排查，目前設(shè)計中缸體缸蓋結(jié)合面回油道內(nèi)存在可能積油凸臺位置。積油位置有產(chǎn)生滲油風險。圖6顯示了缸蓋回油道和凸臺積油位置。

圖6 缸蓋回油道、凸臺積油位置

經(jīng)分析計算，缸蓋回油道孔由φ15 mm調(diào)整為φ12.2 mm，滿足回油要求。

3 解決措施

根據(jù)以上分析，對以下方面進行改進：

(1)缸蓋螺栓光桿直徑由φ11 mm調(diào)整為φ10 mm，螺栓擰緊方式由30 N·m+170°調(diào)整為30 N·m+90°+70°。

(2)缸墊選用自帶涂層進口板材。

(3)缸墊凸筋結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

(4)缸蓋回油道孔由φ15 mm調(diào)整為φ12.2 mm。

4 結(jié)論

在任何結(jié)合面處，保證密封的4個要素[4]是：(1)直線性、不平度、光滑度、清潔度及密封面形狀設(shè)計等在內(nèi)的結(jié)合表面的狀況；(2)密封介質(zhì)的狀況，包括密封墊的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的質(zhì)量、密封膠的選配及質(zhì)量；(3)緊固力的大小和分布；(4)裝配質(zhì)量。除以上4個要素外，兩結(jié)合面滲油時，還應(yīng)考慮存油結(jié)構(gòu)及外力影響等。

檢測兩結(jié)合面滲油時，可以通過各種方法來觀察，比如：面壓試驗；在機油中加入熒光劑，觀察滲油狀況；螺栓擰緊后做標記，觀察滲油處的螺栓松動情況等。同時，對標分析也是解決滲油難題的有效途徑。

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.

DING G D.Analysis on Oil Leakage between Cylinder Block and Engine Frame[J].Internal Combustion Engine & Powerplant,2012(5):52-53.

[2]張明興.缸體缸蓋結(jié)合面平面超差問題的解決[J].汽車工藝與材料,2010(5):24-27.

ZHANG M X.Solution of Oversized Tolerance of Planness of the Bonding Surface between Cylinder Block and Cylinder Head[J].Automobile Technology & Material,2010(5):24-27.

[3]董峰.發(fā)動機缸體缸蓋結(jié)合面密封性方法研究[D].上海:上海交通大學(xué),2012.

[4]林樺.發(fā)動機防漏密封技巧[J].汽車維修,2002(6):48-49.

[5]江建衛(wèi).周期式振動攪拌機的試驗研究[D].西安:西安公路交通大學(xué),1998.