氣門導管結構對氣門油封拔脫力影響分析

熊繼芬　吳定勇　羅名雄

摘 要：針對發動機試制階段氣門油封脫落引起故障頻發的情況，通過對氣門油封拔脫力影響因素分析，充分考慮可行性的前提下，提出從改進裝配工藝或氣門導管結構方面提升拔脫力兩種解決思路，根據氣門油封拉壓力試驗結果比對，得到改進氣門導管結構對提升拔脫力效果最好，且不影響裝配力，為解決故障提供了最優方案。

關鍵詞：氣門導管 氣門油封 拔脫力

Analysis of the Influence of Valve Guide Structure on the Pull-out Force of Valve Oil Seal

Xing Jifen，Wu Dingyong，Luo Mingxiong

Abstract：In view of the frequent failure caused by valve oil seal falling off during engine trial production， through the analysis of the influencing factors of the pull-out force of valve oil seal， under the precondition of full consideration of feasibility， two solutions of improving assembly process or valve guides structure to enhance pull-out force were proposed. According to the comparison of valve oil seal pull and pressure test results， the improved valve guide structure has the best effect on lifting the pull-out force， and does not affect the assembly force， which provides the optimal solution to the fault.

Key words：valve guide， valve oil seal， pull-out force

某型號發動機在試制階段頻繁出現異響、燒機油現象，經發動機拆解發現由于氣門油封脫落引起，這一故障嚴重影響裝配線生產節拍、產品質量及發動機性能，亟待解決。為避免發動機運行過程中氣門油封跟隨氣門運動，造成氣門油封松脫，需從增加氣門導管與氣門油封之間的拔脫力入手設計改進方案，以解決該故障[1]。

1 氣門導管及氣門油封介紹

氣門導管對氣門的運動起導向作用，保證氣門做往復直線運動，使氣門與氣門座圈能正確貼合，并將氣門桿的熱量傳給氣缸蓋，如圖1所示，h1段與氣門油封配合，h2段裝入氣缸蓋，與其配合。

氣門油封是發動機氣門組的重要零件之一，防止過多的機油進入燃燒室，造成燃燒異常，同時保持燃燒室與氣缸蓋罩的壓力 ，避免氣體竄入氣缸蓋罩。其主要靠油封唇口部位與氣門桿接觸形成密封。氣門油封允許氣門在其內部上下運動而不松脫，其下端h3段與氣門桿配合，h4段為氣門油封橡膠筋條結構，其與氣門導管配合。氣門油封結構如圖2，氣門油封與氣門導管裝配圖如圖3。

2 拔脫力影響因素分析

軸與軸套在過盈配合的情況下，拔脫力的表達式為：

F=PS=PDH （1）

其中，P為軸與軸套接觸面間平均接觸壓力，S為接觸面積，D為軸套內徑，H為軸套長度。

由于最大拔脫力與過盈量、摩擦系數均成正比[2]，因此，平均接觸壓力表達式為：

P=kef （2）

其中，k為比例常數，e為過盈量，f為摩擦系數。將（2）式帶入（1）式得：

F=kπefDH （3）

在不考慮氣門油封彈性橡膠材料以及結構的情況下，氣門油封與氣門導管的過盈配合可參考（3）式，則拔脫力與兩者之間的摩擦力、過盈量、配合直徑、配合長度成正比。下面分析調整以上參數以增加拔脫力的可行性。

從理論上，增大以上4個參數均可以提升拔脫力，但其都會導致氣門油封裝配過程中的裝配力增加，增大裝配難度，降低裝配效率。尤其在日常維修作業中，不可能采用生產線壓裝力可調可控的專業安裝設備，通常采用人工敲擊的不可控安裝方式，在裝配力變大的情況下，勢必需要更大的敲擊力，易造成氣門油封損壞。

在配合長度方面調整，必須通過增加氣門油封長度，即通過改變其結構實現，制造工藝相對復雜，并且長度增加范圍受發動機結構限制，在有限空間內不一定能滿足拔脫力要求，需反復驗證，該方案設計及制造成本過高。

在過盈量、內徑方面調整，要通過改變氣門導管和氣門油封的尺寸實現，需重新設計、制造兩種零件，且要反復驗證，該方案同樣存在成本過高的問題。

在摩擦力方面調整，只需從改善工藝標準方面入手，裝配氣門油封時在氣門導管配合部位采取酒精脫脂（不涂潤滑油）的工藝即可。因為現裝配工藝標準中考慮氣門導管和氣門油封安裝方便、避免由于摩擦力過大損壞氣門油封唇口，提升裝配質量，通常要求在氣門導管配合部位涂潤滑油后裝配，這勢必會減小摩擦力，導致拔脫力減小。因此，提出方案一：酒精脫脂（不涂潤滑油）的裝配工藝，且無需改變零件結構將是成本較低的解決方案，但其裝配力是否符合標準還需進一步驗證。

由于方案一存在裝配力超出標準值的風險，為較好解決故障，考慮增加其他可行性方案供分析比對，擇優選用。因此，在不增加裝配力的前提下，另外提出方案二：改進氣門導管結構，以增加一個與拔脫力方向相反的阻力來提升拔脫力。

3 結構改進方案設計

將氣門導管與氣門油封配合段的無槽結構改進為斜槽結構，當氣門油封向上拔脫過程中，經過斜槽部位時，氣門油封橡膠筋條由于彈力作用收縮并抱緊氣門導管，槽的上端凸臺會對其有一個向下的阻力以防止拔脫，從而達到增加拔脫力的效果;當氣門油封向下裝配過程中，經過斜槽部位時，其斜槽設計起到導向作用，便于安裝，且槽下端無凸臺，不會增加裝配力。對生產節拍、生產效率以及裝配工藝無影響，該方案可行性強，有待進一步驗證。其結構圖見下表1。

4 方案驗證

4.1 待驗證方案為：

方案一：酒精脫脂（不涂潤滑油）的裝配工藝;方案二：斜槽結構氣門導管。

4.2 樣本選取

優化后的氣門油封試驗樣品為抽樣檢查合格品，按同類水平分類，選取同一公差段進行試驗。

4.3 試驗要求

采用氣門油封拉壓力試驗。試驗設備為LY2W1拉壓力試驗機。本試驗在常溫條件下進行，模擬油封與油封導管的裝配與脫出運動，利用工裝與拉壓力試驗機檢測油封配合部位全部裝入導管的最大力值（即裝配力）以及油封配合部位脫出導管的最小力值（即拔脫力）進行檢測。氣門油封拉力試驗數據如表2。

從試驗結果可以得出，對于方案一，采用酒精脫脂裝配工藝后，拔脫力大幅度上升，但是隨之而來的是裝配力也同樣以幾乎同比例增長，根據企業經驗數據，建議裝配力≤500N。顯然，方案一的裝配力接近或已經超出標準值要求，此方案不合理。對于方案二，采用加工工藝成本較低的斜槽結構不僅大幅度提升了拔脫力，防脫性較好，并且對于裝配力幾乎不影響。同時，該結構不影響油封密封性，因為，氣門油封密封主要靠油封唇口部位，優化方案只更改了導管與油封配合面的結構，對油封唇口與導管外壁接觸配合無影響，因此發動機機油耗不受影響[3]，該方案是最優解決方案。

5 結語

斜槽型氣門油封應用之后， 發動機氣門油封脫落故障解決，故障率降為零，且氣門油封壓裝合格率保持不變，不影響生產節拍，又提升了產品質量及發動機性能，該改進方案值得推廣應用。

基金項目：廣西中青年教師基礎能力提升項目（項目編號：2019KY1308）。

參考文獻：

[1]楊武森.關于某氣門油封脫落的原因分析及改進[J].裝備制造技術，2014（06）：100-101.

[2]李初曄.過盈配合產生的接觸壓力和拔出力計算[J].機械工程與自動化，2011（01）：195-197.

[3] 李莉英.氣門導桿油封密封性能的研究[D]. 青島：青島工業大學，2011.