發(fā)動機缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面滲油問題對策研究

陳進(jìn)　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(jìn)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(jìn)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(jìn)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?zāi)ズ虾?，排氣?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(jìn)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(dǎo)致滲油。

將試驗故障機進(jìn)行拆解并對結(jié)合面的膠線附著情況進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(yīng)利于即時密封，確保強度；最后，密封膠應(yīng)具有足夠的剪切強度和適當(dāng)?shù)难由炻?，?dāng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[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.