發(fā)動機排氣凸輪軸油封滲油問題分析

翁天翼 (上海大眾汽車有限公司，上海 201805)

發(fā)動機排氣凸輪軸油封滲油問題分析

翁天翼 (上海大眾汽車有限公司，上海 201805)

針對某國產(chǎn)發(fā)動機排氣凸輪軸油封滲油問題，對可能導致油封滲油的各個環(huán)節(jié)進行分析論證，找出造成排氣凸輪軸油封滲油的原因和解決方案。采取相關措施后，發(fā)動機排氣凸輪軸油封滲油問題得到了解決。

油封；滲油；失效模式；壓配的優(yōu)化

從售后服務部門反饋信息中發(fā)現(xiàn)，某國產(chǎn)發(fā)動機排氣凸輪軸油封滲油現(xiàn)象比較嚴重，且油封滲油的故障模式為早期磨損。通過故障發(fā)動機的解析，發(fā)現(xiàn)滲油處的油封唇口有磨損現(xiàn)象，油封內(nèi)圈滲油一側有明顯的塌陷痕跡。為解決這一質(zhì)量問題，筆者對可能導致油封失效的各種因素進行分析并找到油封滲油的原因，據(jù)此對發(fā)動機排氣凸輪軸的加工工藝和油封的壓配設備提出改進方案，以避免生產(chǎn)過程中造成的油封損傷。

1 油封滲油點及安裝位置

1.1油封的滲油點

圖1 油封滲油點 圖2 油封結構

滲油點如圖1所示，油封的結構如圖2所示。當油封唇口失效時，機油從排氣凸輪軸與油封的接觸面間滲出，由于滲出的速度較慢，且機油較粘稠，所以在重力的作用下，通常看到機油從油封與凸輪軸接觸面的下側滲出。

1.2油封的安裝位置

油封的安裝位置如圖3、圖4所示。

圖3 缸蓋主視圖 圖4 缸蓋俯視圖

油封由手工裝夾在壓頭上，壓頭會與進、排氣凸輪軸頭部的內(nèi)孔進行對心后，再由氣動設備將油封壓入軸座內(nèi)。壓頭的對心、油封的壓配都是由設備自動完成的。

2 失效模式分析

2.1油封的失效模式

通過對比滲油油封(安裝于試驗發(fā)動機上，連續(xù)進行5h臺架試驗后滲油的產(chǎn)品)和不滲油油封(安裝于試驗發(fā)動機上，連續(xù)進行5h臺架試驗后未滲油的產(chǎn)品)來確定失效模式。結果如表1所示。從表1可以看出，滲油油封AA’(磨損點)和CC’的壁厚差為0.29mm，而未滲油油封的最大壁厚差僅為0.07mm。因此，油封的失效模式為滲油油封發(fā)生過偏心變形，造成油封唇口產(chǎn)生不可恢復的變形和損傷，呈現(xiàn)波浪形的磨損狀(如圖6所示)，機油從該密封失效區(qū)域滲漏出來。

表1 滲油油封與不滲油油封對比

2.2可能導致油封滲油的環(huán)節(jié)

圖5 測量位置示意圖 圖6 受損油封的唇口

用魚刺圖對各環(huán)節(jié)進行分析，如圖7所示。

2.3驗證各環(huán)節(jié)是否導致油封滲油

1)油封的材質(zhì) 在實驗室對滲油油封材質(zhì)進行分析，其結果符合圖紙要求，所以油封材質(zhì)是合格的。

2)油封的制造質(zhì)量 訪問油封生產(chǎn)廠家，實地觀察油封制造過程，查閱相關質(zhì)量記錄，未發(fā)現(xiàn)油封制造過程中存在質(zhì)量失控現(xiàn)象。

圖7 油封滲油分析魚刺圖

3)排氣凸輪軸與軸座的同軸度 對2個缸蓋的進氣凸輪軸(油封不滲油)和排氣凸輪軸(油封滲油)分別進行對比測量，結果如表2所示。

表2 進氣、排氣凸輪軸與軸座同軸度的測量結果

4)排氣凸輪軸面的粗糙度 用粗糙度儀測量圖5中A、B、C、D點對應的凸輪軸軸向的粗糙度，符合工藝圖紙的要求。

5)凸輪軸與軸座的動態(tài)配合 將一個滲油油封的缸蓋換上新油封，經(jīng)發(fā)動機測試臺架10h測試，沒有發(fā)現(xiàn)滲油現(xiàn)象，說明油封滲油不是由凸輪軸與軸座的動態(tài)配合不良引起的。

表3 油封滲油的缸蓋和油封不滲油的缸蓋對比測量結果

6)油封壓配的位置 由于通過目測無法精確地了解油封壓配后相對于凸輪軸軸線的傾斜度，所以使用間接測量的方法。在油封圓周方向上每隔90°取一點，測量這4個點相對于缸蓋軸座參照面的距離，比較這4段距離，從而確定油封壓配后相對于凸輪軸軸線的傾斜度。對一個油封滲油的缸蓋和一個油封不滲油的缸蓋進行對比測量，結果如表3所示。從表3可以看出，滲油油封相對于凸輪軸軸線的傾斜度合格，且比不滲油油封的傾斜度更小，說明油封滲油不是由于壓配位置過度傾斜引起的。

7)經(jīng)手工裝配，油封位置發(fā)生偏差 為探討上述現(xiàn)象，設計如下試驗：①試驗A。油封滲油的缸蓋由手工裝上新油封，經(jīng)發(fā)動機測試臺架測試，不滲油。②試驗B。滲油油封由設備裝在缸蓋上，放入流水線進行發(fā)動機總成的裝配，經(jīng)測試臺架測試，滲油；然后將該油封拆下進行清潔，再由手工裝配在同一缸蓋上，經(jīng)測試仍滲油。通過上述試驗，證明手工裝配可達到設備壓配的效果。

8)壓配油封的設備 觀察設備時發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：①設備的托板上有油封唇口材料的殘屑。②排氣凸輪軸軸頸與壓頭吻合性差，凸輪軸定位后，軸頸下側高出壓頭下側(正常狀態(tài)兩者應平齊)。在油封壓配的過程中，也可目測到排氣凸輪軸軸線低于壓頭軸線，說明油封壓頭與凸輪軸的同軸度發(fā)生偏差。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因如下：①油封唇口是被排氣凸輪軸倒角上的毛刺所劃傷的。原因是在工藝安排上，排氣凸輪軸的倒角車削后于凸輪軸外圓的磨削，所以在倒角加工中產(chǎn)生的毛刺不能被后道工序去除。②油封壓頭與凸輪軸的同軸度發(fā)生偏差是由于設備長期使用損耗后，未及時校驗調(diào)整引起的。因此，油封壓配時唇口更易被倒角毛刺劃傷或發(fā)生不可恢復的偏心變形。由于上述因素的共同作用，使得排氣凸輪軸油封滲油的數(shù)量激增。

3 油封壓配過程的優(yōu)化

發(fā)動機的進氣和排氣凸輪軸是通過同一臺設備的不同壓頭壓配的，兩者的結構及壓配過程差異如下：①進氣凸輪軸的倒角較排氣凸輪軸的小，且倒角角度小，加工后不易產(chǎn)生毛刺；②進氣凸輪軸的油封裝配壓頭比凸輪軸軸徑稍大，壓配時壓頭可包住軸的倒角，徹底杜絕毛刺劃傷油封唇口的情況發(fā)生。由于進氣凸輪軸的油封一般不產(chǎn)生滲油現(xiàn)象，因而可以借鑒進氣凸輪軸油封的壓配方法對排氣凸輪軸油封的壓配進行如下優(yōu)化：①增加圓整排氣凸輪軸倒角的工序，加工后倒角處無毛刺；②油封壓頭上加裝導向套，在壓頭壓配油封時導向套能完全包住軸的倒角，既提高了壓頭與軸的對心能力，又避免了毛刺劃傷油封唇口；③設計、制作手工裝夾油封的導向工具，使得油封不會因為操作者的裝夾手勢不當，而導致油封發(fā)生不可恢復的偏心變形；④定期檢查和調(diào)整壓頭與排氣凸輪軸的同軸度；⑤在發(fā)動機油道密封測試中重點監(jiān)控排氣凸輪軸油封處是否泄漏。

4 結 語

通過對可能導致發(fā)動機排氣凸輪軸油封失效的各種因素進行分析，找到造成油封滲油的原因，并對排氣凸輪軸的加工工藝和油封的壓配設備提出了改進方案，以避免生產(chǎn)過程中油封受損。措施實施后，發(fā)動機排氣凸輪軸油封滲油問題得到了解決，說明采取的措施是切實可行的。

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[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.10.032

TK413.4

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1673-1409(2011)10-0103-03