旋裝式機(jī)油濾清器止回功能失效原因分析

李艷竹，何佳偉

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院，廣東廣州511434）

旋裝式機(jī)油濾清器止回功能失效原因分析

李艷竹，何佳偉

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院，廣東廣州511434）

介紹旋裝式機(jī)油濾清器結(jié)構(gòu)和原理，闡述止回閥的重要性，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)止回閥的技術(shù)要求和試驗(yàn)。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析止回功能失效的原因。

旋裝式機(jī)油濾清器；止回閥；密封

0 引言

內(nèi)燃機(jī)使用過(guò)程中，機(jī)油被不斷輸送到各運(yùn)動(dòng)機(jī)件的摩擦表面，形成潤(rùn)滑油膜，進(jìn)行潤(rùn)滑。機(jī)油中本身含有一定量的膠質(zhì)、雜質(zhì)；同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，金屬磨屑的帶入、空氣中雜物的進(jìn)入、機(jī)油氧化物的產(chǎn)生，使得機(jī)油中的雜物逐漸增多。若機(jī)油不經(jīng)過(guò)濾清，直接進(jìn)入潤(rùn)滑油路，就會(huì)將機(jī)油中含有的雜物帶入到運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面，加速零件的磨損，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。為確保機(jī)油的清潔，發(fā)動(dòng)機(jī)在潤(rùn)滑系統(tǒng)中裝有機(jī)油濾清器。

機(jī)油濾清器位于發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中。它的上游是機(jī)油泵，下游是發(fā)動(dòng)機(jī)中需要潤(rùn)滑的各零部件。其作用是濾除來(lái)自油底殼的機(jī)油中有害雜質(zhì)，以潔凈的機(jī)油供給曲軸、連桿、凸輪軸、增壓器、活塞環(huán)等運(yùn)動(dòng)副以及部分以機(jī)油作為工作介質(zhì)的閥件，起到潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹等作用，從而延長(zhǎng)這些零部件的壽命并降低機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)的功率損耗。

目前大多數(shù)轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)使用旋裝式機(jī)油濾清器，這種濾清器是不可拆洗的一次性濾清器。

1 旋裝式機(jī)油濾清器的結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1為某款旋裝式機(jī)油濾清器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，進(jìn)油口14（常見(jiàn)周布6或8個(gè)）和出油口1均加工在底板2上，底板與連接板4通過(guò)焊接連接，連接板與外殼5采用包邊密封連接，密封圈4安裝在連接板上的凹槽內(nèi)，起到與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體或缸蓋之間的密封作用；過(guò)濾組件包括濾芯6和固定濾芯的中心管7、上端蓋12、下端蓋11；支撐彈簧8將過(guò)濾組件壓緊在底板的內(nèi)側(cè)，起固定防松作用。

圖示形式的旋裝式機(jī)油濾清器通過(guò)出油口的內(nèi)螺紋安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，機(jī)油經(jīng)機(jī)油泵加壓后從進(jìn)油口進(jìn)入濾清器，頂開(kāi)止回閥片13（橡膠膜片）進(jìn)入殼體與濾芯之間的內(nèi)腔 （小部分旋裝式機(jī)油濾清器無(wú)止回閥），并經(jīng)濾芯過(guò)濾后從中心管壁上的通孔流向出油口進(jìn)入主油道。

旋裝式濾清器一般設(shè)置有旁通閥 （由彈簧10和閥片9組成），當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)機(jī)油黏度大或紙濾芯被雜質(zhì)堵塞，旁通閥片內(nèi)外兩側(cè)的壓差足以克服旁通閥彈簧的彈力時(shí)，機(jī)油不經(jīng)過(guò)濾芯，而通過(guò)旁通閥進(jìn)入主油道，避免發(fā)動(dòng)機(jī)由于缺少機(jī)油造成干摩擦。同時(shí)，旁通閥的開(kāi)啟，有效地防止了高壓機(jī)油從密封圈處噴出而造成漏油。

2 止回閥的功能及工作原理

止回閥本質(zhì)上是一種單向閥，在旋裝機(jī)油濾清器中起重要作用，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，能可靠地防止機(jī)油回流。如果止回閥的技術(shù)狀態(tài)不符合要求，可能使濾清器內(nèi)部的機(jī)油流失，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)影響建立油壓的時(shí)間，此時(shí)由于缺少潤(rùn)滑油而容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損。止回閥分出油口止回閥和進(jìn)油口止回閥。

出油口止回閥，有阻止機(jī)油從濾清器的出油口向主油道及各摩擦副流動(dòng)的功能。進(jìn)油口止回閥，是防止機(jī)油從濾清器的進(jìn)油口回流向機(jī)油泵和油底殼的單向閥。裝配上，止回閥片的內(nèi)圈通過(guò)過(guò)盈配合或壓緊的方式，與底板之間密封，閥片外沿則在自身彈力作用下輕壓在底板內(nèi)側(cè)，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，起到隔斷進(jìn)油口與濾清器內(nèi)腔的作用。分析圖示止回閥片的受力，橡膠膜片內(nèi)外兩側(cè)油液壓強(qiáng)絕對(duì)值分別為：

p內(nèi)＝p－ρgΔh內(nèi)p外＝p－ρgΔh外

其中：p為大氣壓力，ρ為機(jī)油密度，g為重力加速度，Δh內(nèi)和Δh外分別為濾清器止回閥片下游油道的液面差和上游油道的液面差。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的原因，通常上式中的Δh內(nèi)＜Δh外，故p內(nèi)＞p外，機(jī)油從進(jìn)油口回流與向出油口流動(dòng)的趨勢(shì)共同作用的結(jié)果是止回閥片內(nèi)側(cè) （圖示的下側(cè)）能受到機(jī)油正壓力，這有利于止回閥片與底板之間的密封，從而隔斷進(jìn)油口與出油口間的流通，所以目前大部分旋裝式機(jī)油濾清器并不裝配出油口止回閥。

3 止回功能失效的原因分析

通過(guò)以上分析不難發(fā)現(xiàn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，只要旋裝式機(jī)油濾清器的進(jìn)油口與出油口之間形成密封，就能實(shí)現(xiàn)止回功能。反之，若止回功能失效，則原因在于進(jìn)出油口之間存在密封不良。

上面所說(shuō)的 “失效”，指機(jī)油較快地回流，在發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)間隔內(nèi)容易出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)影響油壓建立時(shí)間的情況。JB／T 5088.1-2008對(duì)止回功能的要求是：在一定的試驗(yàn)條件下，6h的回流 （滲漏）量不超過(guò)0.1L［1］；而蚌埠濾清器總廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q／FB3220-1998對(duì)JX0710A型旋裝式機(jī)油濾清器的止回功能要求為：在指定的試驗(yàn)條件下，8h回流 （滲漏）量不超過(guò)30g［2］，顯然后者是相對(duì)合理的。

發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，濾清器進(jìn)出油口之間的密封不良，導(dǎo)致了止回功能失效。對(duì)于止回閥試驗(yàn)方法，JB／T 5088.2［3］及GB／T 8243.9［4］均是以一定的條件及試驗(yàn)裝置進(jìn)行，記錄滲漏量，在試驗(yàn)中并未區(qū)分滲漏的原因。筆者結(jié)合對(duì)多款旋裝式機(jī)油濾清器的檢查、拆解和分析，發(fā)現(xiàn)止回功能失效并非全是止回閥的原因。總結(jié)主要可能存在的滲漏原因如下：

（1）底板與連接板間隙滲漏

通常底板和連接板之間采用電阻焊的方式固接，焊點(diǎn)位于密封圈安裝槽內(nèi)，一般圓周方向均布6～8個(gè)。由于焊接后應(yīng)變或兩板材自身平面度和光滑度的原因，導(dǎo)致焊接后底板和連接板之間存在小間隙，該間隙的存在，使機(jī)油從濾清器內(nèi)腔（與出油口連通）與進(jìn)油口 （圖示的底板上側(cè)）相通，造成機(jī)油回流，尤其在熱態(tài)時(shí)，機(jī)油流動(dòng)性好，此處滲漏不容忽視。若此處滲漏存在，將剛拆下的機(jī)油濾清器放倒，即可發(fā)現(xiàn)舊機(jī)油除了從出油口流出，可能從進(jìn)油口流出，還會(huì)從底板與連接板的間隙處滲出。優(yōu)化加工工藝，比如改善焊接工藝、焊接后進(jìn)行鍛壓，有利于消除此處的間隙；對(duì)于單品的改善，可以采用涂布耐油密封膠的方法將上述間隙密封 （如漢高公司生產(chǎn)的LOCTITE 5900型密封膠，需固化后再裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上）。

（2）止回閥片材質(zhì)及結(jié)構(gòu)

止回閥片一般采用耐油橡膠制成，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度及氣候環(huán)境的因素，止回閥片材質(zhì)要求耐冷熱沖擊；同時(shí)要求在機(jī)油沖刷后不產(chǎn)生塑性變形。材質(zhì)差的閥片，可能出現(xiàn)低溫時(shí)發(fā)硬或裝機(jī)使用一段時(shí)間后變形，進(jìn)而影響閥片與底板之間的正常接觸，引起機(jī)油回流。

橡膠膜片的結(jié)構(gòu)也是影響止回功能的因素之一，尺寸及結(jié)構(gòu)決定了橡膠膜片外沿與濾清器底板之間的接觸面積及裝配狀態(tài)下底板的壓力。另外，止回閥片還要求安裝固定無(wú)松動(dòng)。實(shí)踐中，止回閥片材質(zhì)及結(jié)構(gòu)不良的機(jī)油濾清器，在拆下的舊件中，能從進(jìn)油口很快倒出舊機(jī)油。

（3）安裝螺紋間隙滲漏

安裝螺紋間隙的滲漏，取決于出油口內(nèi)螺紋和安裝座外螺紋的配合，該情況較少出現(xiàn)，在螺紋配合正確時(shí)，滲漏量很小，但是，畢竟此處是普通螺紋配合，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停止工作時(shí)，機(jī)油難免從螺紋配合之間滲漏回流，尤其是配合螺紋圈數(shù)較少的濾清器。

4 總結(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)磨損多發(fā)于啟動(dòng)初期的潤(rùn)滑不良，選擇具有良好止回功能的機(jī)油濾清器，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)尤為重要。研究止回功能失效的原因，能為機(jī)油濾清器的匹配選型及質(zhì)量改進(jìn)提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

【1】中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).JB／T 5088.1-2008內(nèi)燃機(jī)旋裝式機(jī)油濾清器：第1部分：技術(shù)條件［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

【2】蚌埠濾清器總廠.Q／FB3220-1998（蚌埠備QB）JX0710A旋裝式機(jī)油濾清器技術(shù)條件，1998.

【3】中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).JB／T 5088.2-2008內(nèi)燃機(jī)旋裝式機(jī)油濾清器：第2部分：試驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

【4】全國(guó)內(nèi)燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB／T 8243.9-2006內(nèi)燃機(jī)全流式機(jī)油濾清器試驗(yàn)方法：第9部分：進(jìn)、出口止回閥試驗(yàn)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

Cause Analysis on Anti-drain Function Failure in Spin-on Lubricating Oil Filter

LIYanzhu，HE Jiawei
（Automotive Engineering Institute，Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 511434，China）

The structure and principle of spin-on lubricating oil filter were introduced.The importance of anti-drain valve was expounded.The technical specifications and testaboutanti-drain valve in domestic standardswere introduced briefly.Combining the experience，the cause of anti-drain function failure was analyzed.

Spin-on lubricating oil filter；Anti-drain valve；Sealing

2014－01－20

李艷竹（1985—），男，工學(xué)學(xué)士，主要從事汽車(chē)可靠性試驗(yàn)及整車(chē)故障診斷工作。E-mail：yzhli＠aliyun.com。