某型柴油機增壓器漏油分析

危艷云

(江西五十鈴發動機有限公司，江西南昌 330200)

0 引言

渦輪增壓器的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩[1]。一臺發動機裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器時相比可以增加40%甚至更高。如果增壓器漏油失效，導致外漏油滴，而發動機工作溫度高，一旦大于油的閃點，很容易引發汽車自燃。故研究增壓器的漏油失效模式至關重要。

增壓器的失效模式主要為轉子動平衡的破壞，從而導致擦殼、主軸卡死或主軸斷裂、漏油等一系列故障，而某柴油機增壓器開始小批量裝車時發生漏油失效。另外在進行兩臺整車AUDIT試驗，均發現增壓器底部有油滴，反查前期兩臺開發試驗車，也有漏油。由此可以判斷漏油故障率為100%，這屬于A類故障。為此本文作者針對此故障進行了原因分析，從而解決漏油失效問題。

1 油源確認

1.1 油源分析

油源有4個可能來源：(1)增壓器漏氣，呼吸器出來的油氣從泄漏處竄出，如圖1所示的1處;(2)增壓器中間體漏油如圖1所示的2處；(3)回油法蘭漏油至油跡位置如圖2所示的3處;(4)壓殼出口卡箍沒擰緊，導致漏氣，油流至漏油位置，如圖3所示的4處。

圖1 油源來源1和2

圖2 油源來源3

圖3 油源來源4

1.2 油源確認

對圖1—圖3中的4個可能油源進行逐一分析確認。首先對現場進行故障確認與調查，確認增壓器滲油現象屬實，然后對滲油情況進行深入分析，并對其進行了檢測和測試，油源排查結果見表1。

表1 油源排查結果

通過以上檢測和測試，排除了壓殼出口膠管漏氣及回油法蘭漏油的可能。接下來將對兩臺故障再現整車進行測試試驗。

測試方法為: 空踩高速，判斷增壓器壓殼與中間體連接面漏氣情況，由于肥皂水有良好的即視效果，采用肥皂水涂抹在可能漏氣連接處進行測試，該方法稱之為肥皂水測試，測試結果見表2。

表2 肥皂水測試結果

通過肥皂水測試確認結果為:在正常裝配條件下，增壓器壓殼與中間體接合處100%滲油，增壓器本體不漏油，油源為增壓器漏氣帶出呼吸器出來的油氣。

1.3 故障件氣密性測試

為了驗證以上推斷的正確性，需要再做一次故障件的氣密性測試。按圖紙要求設計的氣密性條件：150 kPa氣壓下無泄漏，進行故障再現，結果見表3。

表3 氣密性測試結果

從以上測試表3可得出最終結果：零件在150 kPa氣壓下有泄漏，不滿足設計要求。這是增壓器漏油的根本原因所在。接下來，從漏氣可能原因來確認油源是具體經過哪個渠道失效，造成漏油的。

1.4 增壓器漏氣可能原因

增壓器漏氣可能原因有4個：(1)M6螺栓扭矩不達標;(2)O型圈尺寸[2]不合格;(3)與O型圈配合溝槽尺寸[3]不合格;(4)O型圈設計[4]問題。再來逐一排除與確認最終失效原因,如圖4和圖5所示。

圖4 密封失效因子

圖5 密封結構

對以上4個可能原因進行排查，以確定失效原因。

2 失效原因分析

2.1 失效原因排查

先對以上3個可能原因進行數值測量,結果見表4。由表4可知均符合設計目標，可排除這3個原因導致的漏油可能。

表4 失效原因排查

通過以上排除法，4個可能原因中，排除了3個，還余1個。最后進行密封設計合理性分析，如圖6所示。分析結果見表5。

圖6 密封圈裝配示意

由圖6可知，設計圖紙中O型密封圈參數[4]為：

內徑：φ(72±0.5)mm

截面直徑：φ(1.8±0.08)mm

材料：硅橡膠，具有良好的耐油性，耐溫需達到-70～200 ℃。

表5 密封圈行業參數對標

由表5可知，O型密封圈的設計參數，實際值都低于設計要求。由此可以得出結論，壓氣機殼密封圈設計不合理造成的[4]。

2.2 改進措施

為了達到不漏油目的，那設計目標一定不能低于現狀的氣密性測試標準。原為150 kPa以下不允許漏氣,改進措施更替為在200 kPa以下不允許漏氣。為達到在200 kPa以下不允許漏氣的設計目標，需將O型圈的參數進行重新設計。改進前后的O型密封圖的參數如圖7所示，其參數對比見表6。

圖7 改進前后的O型密封圈示意

表6 改進前后參數對比

由表6可知，改進后的設計參數都滿足行業推薦值。

3 驗證

3.1 氣密性驗證

對改進后的O型圈進行氣密性驗證試驗，試驗結果見表7。氣密性測試結果對比如圖8所示。

表7 不同工況下氣密性驗證結果

圖8 氣密性測試結果對比(200 kPa)

由表7和圖8可看出，完全滿足200 kPa氣壓下不泄漏要求的，該驗證有效。繼續在整車客戶上進行路試驗證。如在整車路試驗證無漏油發生，證明改進方向是對的。

3.2 整車路試驗證

整車道路試驗3 900 km時，增壓器上有很輕微油跡，擦干后繼續路試530 km后增壓器上仍有很輕微油跡，如圖9和圖10所示。

圖9 油跡擦拭檢查

圖10 擦拭位置

從圖9和圖10所示驗證結果再次來看，整機客戶一致認為有很大改進，客戶要求繼續改進，做到完全沒有油跡。

3.3 原因再排查

針對以上可能原因進行再一步的翻查，翻查結果見表8。

表8 微漏油二次排查

由表8可知，再次排除壓殼出口膠管漏氣及回油法蘭漏油這兩個可能因素，結果符合圖紙技術要求。

接下來對壓板未壓緊導致進行確認[5]，結果見表9。

表9 壓板優化選型對比

由表9可知，原墊片厚度2 mm，檢查實物已有輕微變形;原墊片為圓形，壓在中間體上接觸面積小。由此可知墊片設計不合理導致壓板壓不緊輕微滲油。

下面再來確認壓殼螺栓處漏氣(可能逃逸點)。如圖11所示的1處，因該處螺栓為通孔，如螺栓處漏氣，油從漏氣處流至油跡位置；另外，此處螺紋密封膠要求使用的是樂泰242膠，現場確認也是樂泰242膠，對比耐高溫密封膠使用情況，使用樂泰272膠[6]效果更好。

圖11 輕微油跡溢出點螺紋膠優化

雖然供應商現場確認是無異常的，但此密封膠的選型[5]提升等級可作為一個優化項，對比耐高溫密封膠使用情況，使用樂泰272膠密封效果更好。

3.4 改進措施及驗證

針對進一步的優化項和墊片的改進項進行再次裝機驗證，并把改進后的機子發往整機客戶做路試驗證結果見表10。

表10 優化改進項

經過對質量精益求精的原則，落實3個改進項：(1)根本原因O型圈選擇;(2)墊片選型[6];(3)優化項由樂泰242更換升級為樂泰272的整改件發出給整機客戶驗證，反饋經過4 000 km路試無漏油現象。

4 結論

增壓器漏油失效，會引起增壓器缺油導致干燒，嚴重時，還會引起滴油，引發車的燃燒。此次漏油失效，文中通過油源分析、肥皂水測試、氣密性測試、逐一排查失效原因等方法對增壓器漏油原因進行分析。結果表明，增壓器漏油屬于壓氣機殼密封圈設計不合理與墊片選擇不匹配導致，供應商在選擇密封圈材料和墊片時，一般會借用現用的O型圈規格型號和墊片型號，且未曾計算過、校核過是否匹配增壓器壓殼內徑或墊片面積是否覆蓋螺栓壓緊面積。作為技術人員，理所當然要規避各種產品失效的發生。從設計的源頭上扼制，要比在售后找客戶去挽救，質量成本要省更多。