發(fā)動機濕式油底殼的漏油分析

根據(jù)市場反饋的發(fā)動機濕式油底殼漏機油現(xiàn)象，有針對性的對油底殼作了進一步的分析，經(jīng)分析總結出，主要有油底殼安裝面滲油和放油螺塞處漏油兩類漏機油的失效模式，運用可靠性基本理論分析得到的改善措施，有效地避免了油底殼的滲油、漏油問題，從根源上杜絕了市場上油底殼漏油現(xiàn)象，從而提高了發(fā)動機的整機質(zhì)量。

1引言

油底殼主要是收集和存儲由發(fā)動機各摩擦表面流回的潤滑油，同時也具備封閉曲軸箱、防止雜質(zhì)進入曲軸箱內(nèi)部、沉淀潤滑油雜質(zhì)、散去部分熱量及防止?jié)櫥脱趸裙δ?。作為發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的一部分，根據(jù)其潤滑方式的不同，可以將油底殼分為濕式油底殼和干式油底殼。濕式油底殼大多運用在普通民用汽車上，潤滑方式有飛濺潤滑和壓力飛濺復合式潤滑兩種形式。其處于曲軸箱下半部利用機油泵吸取和曲軸掃起機油對發(fā)動機各摩擦表面進行潤滑。而干式油底殼多為經(jīng)常激烈駕駛的車型（特別是賽車和跑車）所使用。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第543期2014年第11期-----轉(zhuǎn)載須注名來源因飛濺潤滑的離心作用導致機油供給困難造成潤滑不足的情況而制約著車輛性能，故干式油底殼只采用壓力潤滑，而機油泵尺寸和動力需求也相對較大且需另外設置儲油罐。本課題主要針對普通民用汽車的濕式油底殼進行相關研究，對濕式油底殼在市場上出現(xiàn)漏機油現(xiàn)象的主要失效模式作進一步的調(diào)研。

2現(xiàn)狀

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車產(chǎn)品的要求也隨之提高，汽車制造業(yè)的理念也在不斷發(fā)生變化，但是細節(jié)一直是主導消費者對汽車產(chǎn)品的認識，大眾的DSG事件并不能改變消費者整體對大眾品牌的認可，可是奔馳的毒阻尼片便使得很多消費者對這個豪華品牌失去了信心。油底殼是汽車產(chǎn)品的一部分，其機油一般滲漏不會造成突發(fā)性的安全事故，但如果滲漏時間較長會造成潤滑油油位過低而導致發(fā)動機磨損加劇，甚至可能有拉缸或軸瓦抱死等重大故障。為防止油底殼漏油的細節(jié)問題而影響整個汽車的品質(zhì)，汽車制造商在開發(fā)階段都加強了產(chǎn)品可靠性設計、穩(wěn)定性試驗及生產(chǎn)全過程的質(zhì)量控制，依靠技術進步、管理的創(chuàng)新和標準完善來提高油底殼的質(zhì)量。雖然通過模擬分析與大量實驗研究的基礎上作了改進[1] [2]，但油底殼還是有出現(xiàn)漏機油的現(xiàn)象。隨著汽車逐步進入每家每戶，汽車質(zhì)量肯定是重中之重，所以徹底解決濕式油底殼滲漏問題刻不容緩。

3濕式油底殼的設計

濕式油底殼設計時主要考慮以下幾點：

（1）功能：儲存潤滑油，保證發(fā)動機的正常潤滑；

（2）尺寸：即發(fā)動機在整車上的有限空間，安裝油底殼后不能與排氣管、底盤、傳動軸等汽車其它零部件產(chǎn)生干涉；

（3）質(zhì)量：不允許有任何的漏油、滲油現(xiàn)象出現(xiàn)；

（4）強度：在降低整車重量的前提下，盡量減少整車振動所引起的噪聲輻射；

（5）成本：以最簡單的方式，制造出滿足發(fā)動機使用功能的油底殼，同時兼并批量生產(chǎn)的效率特性。

4濕式油底殼的制造

濕式油底殼的制造70%以上都是采用板材進行沖壓而成型，只有少數(shù)油底殼運用鑄鋁件。眾所周知沖壓件是通過沖床（壓力機）和模具對板材和型材施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離的成形加工方法，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）。沖壓可加工出輪廓尺寸大、空間形狀復雜、質(zhì)量輕、形狀和尺寸精度高的零件，可實現(xiàn)其它方法難于制造的帶有加強筋、肋、起伏或翻邊的工件（以提高其剛性），且重復精度高、規(guī)格一致。一般經(jīng)沖壓成型的零件不再需要切削加工就能滿足零件的使用功能，而且具有材料消耗少、生產(chǎn)效率高、勞動條件好、生產(chǎn)成本低等特點，普通小零件每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件，易于實現(xiàn)機械化和自動化，但沖模制造復雜，通常采用復合模，尤其是多工位的級進模，故大多用于大批量生產(chǎn)之中[3]。但即使延伸率再好的材料，還是會有應力變形和回彈的存在。材料發(fā)生塑性變形后，其應力應變關系不是唯一的，而與加載路徑和加載歷史有關[4]。所以經(jīng)沖壓后的應力應變直接影響到油底殼安裝面的平面度，一般都有0.1～0.3的偏差，所以發(fā)動機在安裝油底殼的同時，都要通過打密封膠來避免此間隙所造成的滲油現(xiàn)象[5]。

5濕式油底殼的滲油、漏油分析

通過市場的反饋與調(diào)查，優(yōu)化之前的油底殼通常有安裝面滲油與放油螺塞處漏油兩種現(xiàn)象。

5.1安裝面滲油

因為油底殼安裝采用螺栓緊固的方式，故油底殼螺栓安裝孔處已經(jīng)百分之百與發(fā)動機曲軸箱結合面被壓緊，但螺栓安裝孔與孔之間的位置，就不一定能實現(xiàn)百分之百的壓緊，油底殼安裝面與發(fā)動機曲軸箱結合面還存在著一定的間隙，所以只有通過打密封膠來提高油底殼的氣密性及降低機油的滲透性。在裝配時油底殼安裝表面與曲軸箱安裝表面被螺栓壓緊后，多余的密封膠就被擠到油底殼的內(nèi)、外兩側(cè)，堆積在油底殼的儲膠槽上，并且還會起更進一步的密封效果。但如下圖1所示，優(yōu)化之前的油底殼安裝面沒有儲膠槽的部位，密封膠就脫落下來，油底殼內(nèi)部的膠則直接掉落在機油里面（正如下圖2所示），這不僅降低了油底殼的密封效果，而且掉落下來的密封膠直接影響了機油的清潔度，形成了發(fā)動機潤滑油道上的賭塞物，從而增加了發(fā)動機的故障率。

圖1 優(yōu)化之前油底殼安裝面的儲膠槽沒有形成相互連接

圖2 密封膠被擠開后內(nèi)外兩側(cè)分配不均勻

5.2打密封膠工藝路線的誤區(qū)

如下圖3所示，根據(jù)常理推斷，為了防止機油從油底殼里面往外漏，故密封膠則重點打在油底殼螺栓安裝孔的內(nèi)側(cè)，以確保打膠的有效性。適得其反，正因為密封膠打在油底殼安裝面的內(nèi)側(cè)，油底殼一經(jīng)螺栓壓緊后，絕大部分的密封膠都被擠到了油底殼安裝面的內(nèi)側(cè)（如上圖2所示），直接就造成了密封膠在油底殼安裝面上布置不均勻的現(xiàn)象出現(xiàn)，這就是密封膠會掉入機油里的主要原因。而且還會產(chǎn)生密封膠有較大溝槽的存在（如下圖4所示），直接為油底殼安裝面滲油創(chuàng)造了有利條件。

圖3 優(yōu)化前的打膠工藝路線都是繞著螺栓安裝孔的內(nèi)側(cè)進行

同時油底殼過于光滑的安裝面也可能會產(chǎn)生安裝面滑膠而造成膠接合不均勻，導致膠體冷卻不一致使兩安裝面出現(xiàn)一定的間隙。當發(fā)動機伴隨著整車在路面上顛簸形成了相應的強迫振動或密封膠老化以及熱脹冷縮等應力變形狀況出現(xiàn)時，不均勻的膠接合會使安裝面的間隙不斷增大，機油就會從兩安裝配合面與有密封膠溝槽的間隙處慢慢地滲漏出來。如下圖4 所示：

圖4 積聚在密封膠溝槽上的機油開始滲漏

而這些因素都是油底殼安裝面滲油的主要原因。

5.3放油螺塞處漏油

圖5 優(yōu)化之前焊接螺母（三點焊接）結構

如上圖5所示，優(yōu)化之前焊接螺母的焊接方法則采用三個焊接點接觸的焊接方式，經(jīng)通過電流后形成點焊。一旦三個焊接點瞬間融化的時間不一致時，三個焊接點的焊接高度將不一致，直接影響放油螺塞的安裝垂直度，導致放油螺塞的壓緊面不能有效的與油底殼放油口保持平行配合，（因放油螺塞與焊接螺母的配合是螺紋配合，所以只要放油螺塞擰緊后，只跟焊接螺母保持垂直。）造成放油螺塞擰緊后與焊接螺母呈現(xiàn)密封假象，機油就會從三個焊接點的空隙處流向油底殼的放油口。同時，在高溫條件下，緊固件的蠕變、油底殼結構產(chǎn)生熱應力和熱變形，也會使空隙增大而產(chǎn)生漏機油現(xiàn)象。同時紫銅墊片內(nèi)徑過小而且內(nèi)孔沒有倒角，與放油螺塞法蘭面配合時，容易形成干涉，放油螺塞擰緊后不能與紫銅墊片形成平行面的有效壓緊，故而又降低了放油螺塞的密封性。正如下圖6 所示：

圖6 優(yōu)化之前放油螺塞與焊接螺母的配合狀態(tài)

通過分析總結，優(yōu)化之前的設計與裝配有以下幾點盲區(qū)：

（1）油底殼的儲膠槽沒有形成有效的連接，在沒有儲膠槽的螺栓安裝處，就很容易使密封膠掉入機油里；

（2）油底殼打膠工藝路線不合理，直接造成大部分密封膠被擠壓到油底殼的內(nèi)側(cè)；如下圖7 所示：

圖7 優(yōu)化之前油底殼的打膠效果

（3）油底殼光滑安裝表面與曲軸箱光滑安裝表面的結構所配合后的密封效果，使得密封膠接合不均勻；如下圖8 所示：

圖8 密封膠固化后的狀態(tài)

（4）放油螺塞配合的焊接螺母，設計結構不合理，容易產(chǎn)生放油螺塞擰緊時，不與油底殼放油口焊接面垂直，使得放油螺塞壓緊面不能有效的進行密封；

（5）打膠過多，形成浪費，直接增加發(fā)動機的制造成本。

6 改進措施

（1）從新對油底殼儲膠槽進行優(yōu)化，將油底殼內(nèi)部的儲膠槽相互連接起來，形成具有圈形結構的儲膠槽臺階，提高機油使用的安全性；如下圖9、10所示：

圖9 優(yōu)化后的油底殼儲膠槽

圖10 優(yōu)化后儲膠槽的作用效果

（2）減少打膠量（與優(yōu)化前相比減半），克制密封膠產(chǎn)生有較大溝槽的幾率，盡量避免機油搖晃、飛濺后積聚在固化后的密封膠溝槽內(nèi)，降低滲油的概率；

（3）對裝配過程的保障性打膠工藝路線進行優(yōu)化，將密封膠打在油底殼安裝面的中心部位。不但能使多余密封膠均勻布置在油底殼安裝面的兩側(cè)，而且還能在安裝螺栓孔處形成密封圈結構的固化膠帶，甚至還能防止安裝螺栓的松動；如下圖11、12所示：

圖11 優(yōu)化之后的打膠工藝路線

圖12 密封膠固化在安裝螺栓上

（4）放寬曲軸箱安裝表面與油底殼安裝表面的粗糙度，并形成具有一定規(guī)律性的紋理（刀紋）。通過兩者裝配后，被擠壓的密封膠就能形成如下強大的交叉型網(wǎng)紋密封帶，存在于兩配合安裝面之間，而且布置均勻，最終實現(xiàn)最佳的密封效果。如下圖13所示：

圖13 優(yōu)化之后具有網(wǎng)紋型的密封膠帶

（5）通過改善油底殼焊接螺母法蘭面的焊接結構，來提高密封的保障性，將三點焊接結構改善為整圈型的焊接結構，確保焊接螺母平行接觸及焊接，實現(xiàn)焊接螺母法蘭面密封焊接的方法。如下圖14所示：

圖14 優(yōu)化后的焊接螺母結構

（6）優(yōu)化紫銅墊片結構，如下圖15所示，將紫銅墊片外徑改小的同時增大安裝孔內(nèi)徑，以降低放油螺塞法蘭面壓緊紫銅墊片時的墊片強度，使得紫銅墊片能更好的面與面以及放油螺塞和油底殼之間的壓緊配合，并且增加紫銅墊片安裝孔內(nèi)徑的倒角，來避免放油螺塞擰緊后的干涉問題。

圖15 優(yōu)化前與優(yōu)化后的紫銅墊片對比

7 效果驗證

通過軟件模擬和實際裝配后油底殼進行的效果驗證，其驗證結果：

（1）如下圖16所示，優(yōu)化后密封膠擠壓均勻，儲膠槽相互連接，保證膠體密封效果良好和防止膠體脫落至油底殼內(nèi)而掉入到機油里；

圖16 優(yōu)化后密封膠被擠壓的效果

（2）如下圖17所示，優(yōu)化之前的密封膠與優(yōu)化之后的密封膠被擠壓的狀態(tài)對比，油底殼安裝面以及內(nèi)外兩側(cè)都布置均勻，且大大減少了機油積聚在密封膠溝槽內(nèi)的機油量，直觀地說明了密封性的提高；

圖17 優(yōu)化前與優(yōu)化后的密封膠對比

（3）如下圖18所示，經(jīng)兩配合面裝配后所形成的網(wǎng)紋型膠帶密封區(qū)域，極大地增加了膠體的防滲性能，保證了油底殼的密封效果；

圖18 優(yōu)化后兩配合面所形成的網(wǎng)紋型密封膠體

（4）如下圖19所示，優(yōu)化后的焊接螺母與放油螺塞形成了良好的擰緊（平行）配合效果，有效地避免了油底殼放油口漏油風險。

圖19 優(yōu)化后放油螺塞與焊接螺母的配合效果

（5）同上圖19所示，經(jīng)過紫銅墊片的結構改善，不但減少了壓緊接觸的面積，而且還提高了墊片的柔韌性，直接克服了放油螺塞擰緊后各個裝配面之間所存在的配合間隙。

（6）通過減少打膠量，可將原來一臺發(fā)動機的打膠量，供給現(xiàn)在兩臺發(fā)動機的密封使用，直接降低了發(fā)動機的制造成本。

8總結

在機械制造的過程當中，不是精度越高就意味著這個零件就越好，不是選用最好的材料就能制造出最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。作為生產(chǎn)制造部門而言，必須要根據(jù)這個產(chǎn)品的用途、功能以及使用環(huán)境等因素進行評判，而且需要結合現(xiàn)有的制造工藝、設備、材料、人員以及產(chǎn)品的使用量，綜合來制定本產(chǎn)品的制造方案。作為機械工程師而言，也是必須具備的專業(yè)技術素養(yǎng)。在技術成熟的今天，發(fā)動機漏油、滲油的現(xiàn)象，雖然引發(fā)的故障體現(xiàn)不是那么的及時，但對發(fā)動機的使用壽命、整車的安全駕駛性能，都有著非常大的危害，對于我們汽車制造方，更是堅決不容忽視的，只要用心去研究，就沒有解決不了的問題。因此本課題是通過對市場漏油的深入調(diào)查，以及對各種漏油、滲油的診斷分析和實際裝配驗證，來優(yōu)化油底殼安裝面與放油螺塞的結構，以提升油底殼的防漏、防滲性能為目的，最終實現(xiàn)了從根源上解決發(fā)動機的漏機油問題，為發(fā)動機潤滑提供了最有效的保障[6]。

（作者單位：1.寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司；2.浙江吉利羅佑發(fā)動機有限公司）