機油冷卻器滲油問題的分析及處理

許 健，席洪亮，侯 麗

（寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，寧波 315336）

引言

機油冷卻器是發動機的重要元件，通過螺栓固定在油底殼上，油底殼上是密封圈槽，油冷器底平面與油底殼之間通過密封圈密封；油冷器的主要作用是對機油進行冷卻，使機油保持在合適的溫度，從而保證機油的潤滑性能，如果機油冷卻器出現泄漏問題，會導致機油量減少，影響發動機的正常運行[1]。

機油冷卻器的密封對密封面、密封圈、密封圈槽等都有一定要求，本文主要通過機油冷卻器密封面泄漏失效的問題分析，提供對應的解決思路和優化方案，為密封面密封失效分析提供一定的參考方向。

1 失效背景

某國產發動機的機油冷卻器是安裝在油底殼上，采用密封圈密封，密封圈槽是油底殼上鑄造的毛坯面；

油冷器安裝示意圖如圖1所示。

油冷器在發動機進行臺架耐久試驗過程中，在油冷器與油底殼之間出現滲油問題，如圖2所示。

2 分析過程

對于滲油問題，結合機油冷卻器安裝面的結構和相關聯的零件，對如下幾個可能的潛在失效原因進行分析：

1）密封圈壓縮率不足，導致密封失效；

2）油冷器底板強度不足，螺栓打緊后中間變形導致泄漏；

3）油底殼密封圈槽是毛坯面，粗糙度較大，導致密封圈密封不嚴從而漏油；

4）油冷器固定螺栓跨度過大，導致油冷器底板面壓不足從而漏油。

針對以上可能原因，進行分析驗證，最終確認根本原因并制定整改措施。

2.1 油冷器密封圈壓縮率計算

根據油底殼上密封圈槽的尺寸和密封圈尺寸，采用極限法計算密封圈的理論壓縮率為19%~30.4%，填充率為59.1%~98.3%；實測密封圈槽深為3.4 mm，密封圈高度為4.5 mm，壓縮率為24.4%，滿足要求[2]。

2.2 油冷器底板強度影響分析

主要是通過使用不同結構和材料的兩個方案案，將兩種方案的油冷器安裝到油底殼上，然后測試油冷器底板與油底殼安裝面之間的間隙，用于分析底板強度的影響，再經過發動機耐久測試是否存在滲油問題。方案1：底板材料為4系鋁合金，結構為3 mm+3 mm的雙層結構（該方案為滲油故障狀態），如圖3所示。

方案2：油冷器底板材料為6系鋁合金，底板結構為6 mm厚單層板，如下頁圖4所示。

測試油冷器底板與油底殼安裝面之間的間隙，結果如下頁表1所示。

表1 兩種方案的間隙數據表

從間隙測試結果看，方案2油冷器與油底殼之間基本沒有間隙（如圖5所示），底板強度更高抗變形能力更好，同時使用方案2的油冷器搭載發動機進行了100 h耐久試驗，未出現滲油問題，油冷器與油底殼之間無任何泄漏，如圖6所示。

2.3 密封圈槽粗糙度影響分析

油底殼鑄造出來的密封圈槽粗糙度為Ra6.3，按照密封圈的以及密封圈槽的設計推薦值，密封圈槽密封面的粗糙度設計為Ra1.6較為合理，為了達到Ra1.6的粗糙度要求，需要將油底殼上密封圈槽毛坯面改為機加面[2]。制作將毛坯面改為機加面油底殼樣件進行試驗驗證，如圖7和圖8所示。

使用密封圈槽改為機加的油底殼配合之前方案1的油冷器進行耐久試驗，試驗過程中也未出現滲油，經驗證油底殼密封圈槽改為機加也可解決泄漏問題。

2.4 油冷器固定螺栓跨度影響分析

該油冷器的固定螺栓為M7的螺栓，兩顆螺栓最大的跨距為157 mm，跨度過大，按設計要求螺栓跨距需要小于100 mm，為了改善密封性，需要減小螺栓跨距[3]。對于該案例由于已經有解決方案，如果減小螺栓跨距需要重新設計油底殼，改動較大，所以該措施不實施（如圖9所示）。

3 解決措施

通過以上分析及驗證，導致油冷器與油底殼安裝面滲油的問題主要是因為油冷器底板強度不足，在打緊螺栓后有輕微變形導致；因為油底殼上的密封圈槽為鑄造毛坯面，粗糙度比設計推薦值更大，導致密封不嚴出現滲油問題。

綜上所述，對油冷器安裝面滲油問題解決措施如下：

1）優化機油冷卻器設計，將油冷器底板材料從4系鋁合金改為6系鋁合金，同時底板從雙層焊接改為單層鋁板，以提高底板剛度增加抗變形能力。

2）將油底殼上的機油冷卻器密封圈槽從毛坯面改為機加面，以改善密封圈槽密封面的粗糙度，同時提高油底殼上機油冷卻器安裝面的整體平面度。

使用以上兩個方案同時實施的樣件，進行發動機耐久試驗，試驗過程未出現滲油問題，以上解決措施有效。

4 結論

1）對于機油冷卻器為端面面密封零件，油冷器底板的剛度影響密封性能，零件設計時需要從結構材料等方面考慮，從而結構設計和材料選擇方面保證端面密封的可靠性；

2）根據不同的密封結構，選擇合適的粗糙度要求，同時采用合理的加工方式保證粗糙度從而保證密封。