翁天翼 (上海大眾汽車有限公司，上海 201805)

發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)某國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凸輪軸油封滲油問題，對(duì)可能導(dǎo)致油封滲油的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)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(guān)措施后，發(fā)動(dòng)機(jī)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(wù)部門反饋信息中發(fā)現(xiàn)，某國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凸輪軸油封滲油現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且油封滲油的故障模式為早期磨損。通過故障發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)有明顯的塌陷痕跡。為解決這一質(zhì)量問題，筆者對(duì)可能導(dǎo)致油封失效的各種因素進(jìn)行分析并找到油封滲油的原因，據(jù)此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凸輪軸的加工工藝和油封的壓配設(shè)備提出改進(jìn)方案，以避免生產(chǎn)過程中造成的油封損傷。

1 油封滲油點(diǎn)及安裝位置

1.1油封的滲油點(diǎn)

圖1 油封滲油點(diǎn) 圖2 油封結(jié)構(gòu)

滲油點(diǎn)如圖1所示，油封的結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)油封唇口失效時(shí)，機(jī)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(jī)油較粘稠，所以在重力的作用下，通?？吹綑C(jī)油從油封與凸輪軸接觸面的下側(cè)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(huì)與進(jìn)、排氣凸輪軸頭部的內(nèi)孔進(jìn)行對(duì)心后，再由氣動(dòng)設(shè)備將油封壓入軸座內(nèi)。壓頭的對(duì)心、油封的壓配都是由設(shè)備自動(dòng)完成的。

2 失效模式分析

2.1油封的失效模式

通過對(duì)比滲油油封(安裝于試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)上，連續(xù)進(jìn)行5h臺(tái)架試驗(yàn)后滲油的產(chǎn)品)和不滲油油封(安裝于試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)上，連續(xù)進(jìn)行5h臺(tái)架試驗(yàn)后未滲油的產(chǎn)品)來確定失效模式。結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，滲油油封AA’(磨損點(diǎn))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(fù)的變形和損傷，呈現(xiàn)波浪形的磨損狀(如圖6所示)，機(jī)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(duì)比

2.2可能導(dǎo)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(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，如圖7所示。

2.3驗(yàn)證各環(huán)節(jié)是否導(dǎo)致油封滲油

1)油封的材質(zhì) 在實(shí)驗(yàn)室對(duì)滲油油封材質(zhì)進(jìn)行分析，其結(jié)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(shí)地觀察油封制造過程，查閱相關(guān)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(duì)2個(gè)缸蓋的進(jìn)氣凸輪軸(油封不滲油)和排氣凸輪軸(油封滲油)分別進(jìn)行對(duì)比測量，結(jié)果如表2所示。

表2 進(jìn)氣、排氣凸輪軸與軸座同軸度的測量結(jié)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(diǎn)對(duì)應(yīng)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(dòng)態(tài)配合 將一個(gè)滲油油封的缸蓋換上新油封，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)測試臺(tái)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(dòng)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(duì)比測量結(jié)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(duì)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(diǎn)，測量這4個(gè)點(diǎn)相對(duì)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(duì)于凸輪軸軸線的傾斜度。對(duì)一個(gè)油封滲油的缸蓋和一個(gè)油封不滲油的缸蓋進(jìn)行對(duì)比測量，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，滲油油封相對(duì)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(shè)計(jì)如下試驗(yàn)：①試驗(yàn)A。油封滲油的缸蓋由手工裝上新油封，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)測試臺(tái)架測試，不滲油。②試驗(yàn)B。滲油油封由設(shè)備裝在缸蓋上，放入流水線進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)總成的裝配，經(jīng)測試臺(tái)架測試，滲油；然后將該油封拆下進(jìn)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(yàn)，證明手工裝配可達(dá)到設(shè)備壓配的效果。

8)壓配油封的設(shè)備 觀察設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：①設(shè)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(cè)高出壓頭下側(cè)(正常狀態(tài)兩者應(yīng)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(shè)備長期使用損耗后，未及時(shí)校驗(yàn)調(diào)整引起的。因此，油封壓配時(shí)唇口更易被倒角毛刺劃傷或發(fā)生不可恢復(fù)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(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣凸輪軸是通過同一臺(tái)設(shè)備的不同壓頭壓配的，兩者的結(jié)構(gòu)及壓配過程差異如下：①進(jìn)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(jìn)氣凸輪軸的油封裝配壓頭比凸輪軸軸徑稍大，壓配時(shí)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(jìn)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(jìn)氣凸輪軸油封的壓配方法對(duì)排氣凸輪軸油封的壓配進(jìn)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(dǎo)向套，在壓頭壓配油封時(shí)導(dǎo)向套能完全包住軸的倒角，既提高了壓頭與軸的對(duì)心能力，又避免了毛刺劃傷油封唇口；③設(shè)計(jì)、制作手工裝夾油封的導(dǎo)向工具，使得油封不會(huì)因?yàn)椴僮髡叩难b夾手勢不當(dāng)，而導(dǎo)致油封發(fā)生不可恢復(fù)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(dòng)機(jī)油道密封測試中重點(diǎn)監(jiān)控排氣凸輪軸油封處是否泄漏。

4 結(jié) 語

通過對(duì)可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凸輪軸油封失效的各種因素進(jìn)行分析，找到造成油封滲油的原因，并對(duì)排氣凸輪軸的加工工藝和油封的壓配設(shè)備提出了改進(jìn)方案，以避免生產(chǎn)過程中油封受損。措施實(shí)施后，發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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