增壓器進油管球頭處滲油問題的分析及處理

于萍 夏朝輝 侯麗

摘要：本文闡述了汽車發(fā)動機增壓器進油管在發(fā)動機零部件設(shè)計中的作用，主要為增壓器提供一定的油壓和足夠的流量，保證增壓器的潤滑。在實際使用條件下，增壓器進油管的球頭密封處因使用銅墊片密封結(jié)構(gòu)，易出現(xiàn)滲油問題，即墊片周圍出現(xiàn) “熒光圈”。本文主要通過對該滲油問題的分析，提供對應(yīng)的解決方案。

Abstract： This paper expounds the function of the inlet pipe of the supercharger of the automobile engine in the design of the engine parts， mainly providing a certain oil pressure and enough flow for the turbocharger， ensure the lubrication of the turbocharger .In actual use conditions， the turbocharger inlet pipe because of the use of copper gasket seal structure， easy to appear the problem of oil leakage， that is， the gasket around the "fluorescent ring".This paper mainly through the analysis of the oil leakage problem， to provide the corresponding solutions.

關(guān)鍵詞：增壓器進油管;球頭結(jié)構(gòu);滲油

Key words： oil pipe of turbocharger;ball head structure;oil leakage

中圖分類號：TK4? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0053-02

0? 引言

增壓器進油管用來連接增壓器進油口和缸體主油道，為增壓器提供一定的油壓和足夠的流量，滿足增壓器的潤滑需求。當(dāng)密封處滲油時，一方面容易導(dǎo)致增壓器潤滑需求不滿足，造成內(nèi)部潤滑部件出現(xiàn)異常磨損，另一方面，密封處滲油會導(dǎo)致發(fā)動機整體潤滑油路油壓降低，用油部件無法正常工作，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞整機發(fā)動機。

增壓器進油管與增壓器之間采用的密封方式，比較常用的結(jié)構(gòu)是球頭+銅墊片，使用中空螺栓進行固定。

如圖1所示。

作為密封結(jié)構(gòu)的重要元件，銅墊片因為硬度較高、柔韌性較好，壓緊后通過一定的變形量填充密封面的不平整區(qū)域，密封性能比較優(yōu)越，更普遍的應(yīng)用在密封結(jié)構(gòu)中;鋼墊片自帶橡膠鍍層的結(jié)構(gòu)主要適用于環(huán)境溫度較低的區(qū)域，避免高溫下橡膠層起泡剝落。對于銅墊片結(jié)構(gòu)，當(dāng)墊片壓緊力不足或壓緊力過大導(dǎo)致墊片密封面被壓潰時，密封處極易出現(xiàn)滲漏失效問題。

本文主要通過對銅墊片密封結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的滲油問題的分析，提供對應(yīng)的解決思路和優(yōu)化方案，為其它相似密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計和開發(fā)及相似的失效問題提供一定的參考方向。

1? 增壓器進油管滲油的背景

某國產(chǎn)發(fā)動機的增壓器進油管與增壓器的連接處采用了常用的密封結(jié)構(gòu)：球頭+中空螺栓+銅墊片進行密封，中空螺栓規(guī)格為M12×1.5-8.8級，裝配力矩26±2N·m。

增壓器進油管的密封方式如圖2所示。

發(fā)動機在進行性能熱試時，發(fā)現(xiàn)墊片周邊出現(xiàn)滲油痕跡。如圖3所示。

重新擦拭后，在機油中添加熒光劑，發(fā)動機繼續(xù)運行短時間后再次觀察，發(fā)現(xiàn)墊片周圍再次出現(xiàn)滲油痕跡，類似“熒光圈”。

2? 分析過程

針對上述失效問題進行分析。因墊片是一次性裝配件，拆卸后需要重新更換新件，無法進行故障復(fù)現(xiàn)，根據(jù)該密封結(jié)構(gòu)，主要從以下幾個方面進行排查：①失效零件質(zhì)量排查：檢查增壓器進油管球頭密封面、增壓器安裝面零部件表面質(zhì)量：未發(fā)現(xiàn)明顯劃痕、表面凹凸不平等缺陷;②銅墊片排查。因墊片為一次性裝配件，裝配后墊片表面已出現(xiàn)明顯的變形，通過檢查同批次產(chǎn)品的進貨檢測報告，尺寸、硬度均合格;③故障現(xiàn)象確認(rèn)。將出現(xiàn)滲油問題的發(fā)動機增加性能試驗驗證時間，加長試驗?zāi)途脮r間后發(fā)現(xiàn)油跡并未明顯增加;④裝配力矩排查。將中空螺栓的裝配力矩由目前的26±2N·m提升至36±2N·m，重新擦拭油跡后進行試驗測試，油跡消失;⑤重復(fù)驗證。增加試驗樣本量，中空螺栓的裝配力矩增大后，發(fā)動機正常運行一段時間，均無“熒光圈”問題;⑥對標(biāo)分析。通過對其它相似規(guī)格的中空螺栓裝配力矩對標(biāo)分析可知，該力矩值偏小。因此，解決該滲油問題的有效措施為：加大中空螺栓的裝配力矩值。經(jīng)實測，中空螺栓的屈服扭矩在60N·m，滿足目前的擰緊需求。

圖4為中空螺栓的屈服扭矩測試曲線。

但加大樣本量進行測試發(fā)現(xiàn)：將中空螺栓的裝配力矩提升至36±2N·m后，實測增壓器進油管的球頭尺寸，發(fā)現(xiàn)在力矩38N·m時球頭出現(xiàn)了屈服變形的趨勢，極限裝配力矩在40N·m時最大變形量接近2mm，出現(xiàn)屈服。

球頭變形的實測值如圖5所示。

為了改善增壓器進油管球頭結(jié)構(gòu)的這種變形，需要將球頭壁厚進行加厚優(yōu)化。因球頭所在發(fā)動機的布置空間限制，球頭壁厚只能在內(nèi)部進行加厚，同時需要在不影響機油流通流量的前提下進行優(yōu)化。使用優(yōu)化后球頭結(jié)構(gòu)進行極限力矩的復(fù)測驗證，驗證結(jié)果顯示：球頭高度在極限力矩36-40N·m下均無變形，滿足設(shè)計要求。

改善后球頭實測值如圖6所示。

3? 處理方案

加大中空螺栓的裝配力矩，同時優(yōu)化球頭壁厚結(jié)構(gòu)，確保力矩加大后球頭無壓潰變形問題。加大產(chǎn)品驗證的樣本量，在發(fā)動機正常運行過程中，增壓器進油管球頭處均無“熒光圈”問題出現(xiàn)。且增壓器進油管球頭無壓潰變形問題，該滲油問題解決。

4? 結(jié)語

通過對某款發(fā)動機增壓器進油管球頭滲油問題的分析及方案改進可知，針對增壓器進油管球頭結(jié)構(gòu)端的密封方式，除了需要考慮墊片的材質(zhì)選擇、密封寬度等，還需要考慮配合螺栓的裝配力矩，力矩過大或過小，都會影響墊片的密封效果。針對該失效問題，總結(jié)如下：①增壓器進油管球頭結(jié)構(gòu)處的密封需要選擇比較可靠的密封方式，銅墊片是常用結(jié)構(gòu)，既能滿足常規(guī)密封，又能在高溫環(huán)境下使用;②中空螺栓的裝配力矩加大后，要避免球頭因壁厚較小出現(xiàn)壓潰變形問題;③增壓器球頭壁厚優(yōu)化需要同時考慮對通流的機油流量的影響。

參考文獻：

[1]陸家祥.柴油機渦輪增壓技術(shù)[J].上海：機械工業(yè)出版社， 2018.

[2]李亞靜，仇玉林，劉強，何常明.汽車發(fā)動機潤滑系統(tǒng)研究[J].機械，2008，4.

[3]王建昕，帥石金.汽車發(fā)動機原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011，3：74-75.

[4]Dr. Zeynep N. Cehreli. Lubrication System Development on 5-Cylinder Engine. SAE論文， 2007，1.