機油盤密封結構優化設計

黃伍剛，蒙文瑯，張世珍

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

機油盤俗稱油底殼，是發動機用來儲存潤滑油的零件，內部設有擋油板防止潤滑油過分激蕩[1]。目前使用較多的有沖壓機油盤和鑄件機油盤，機油盤的密封性是設計者需著重考慮的要素。提高密封性除了關注密封膠的材料，還需要從結合面的密封結構上考慮，密封結構直接影響到密封膠密封效果，是設計者需重點考慮的因素。

1 現有鑄件機油盤密封結構分析及臺架試驗

現有機油盤安裝面密封結構，為平面法蘭結構密封，安裝機油盤時先在機油盤安裝面上涂上密封膠，在通過定位銷將機油盤準確的裝到缸體上，最后上緊螺栓。機油盤在上緊時將密封膠擠向密封面兩邊，擠壓過程中密封膠填補密封面凹點、劃痕和不規則變形，并在密封面兩邊外側形成密封連續的膠帶，從而起到密封效果,如圖1所示。

圖1 現有機油盤安裝面密封結構

但此密封結構存在以下不足之處：

（1）法蘭面平齊接觸，密封膠被擠出后容易形成薄片狀，難形成圓柱狀密封膠帶。薄片狀的密封膠容易出現斷裂的情況，影響密封性，被擠壓到機油盤內部的密封膠帶是機油盤密封的第一道防線，對密封效果起到至關重要的作用，發動機試機時機油容易從薄片狀的密封膠處滲出。在發動機正常的線上生產過程中，機油盤安裝工位到發動機加機油、試機工位一般時隔40～50 min，在這時間里填充在機油盤安裝面的內部的密封膠還沒干，只有被擠壓出來的密封膠先干了。此時機油盤的密封主要靠被擠出到內側的密封膠形成的膠帶密封，如被擠壓出來的密封膠形成了片狀的膠帶，難以形成密封效果良好的第一道密封防線，機油可能會沖破密封膠滲出。

（2）垂直或平齊的溶膠結構，在螺栓預緊力的作用下容易將擠壓出來的密封膠帶剪斷，從而影響發動機的密封效果。

（3）機油盤放油螺塞采用金屬平墊圈密封結構（圖2），兩種金屬材質接觸形成的密封面密封效果較差，通過螺栓壓緊力將金屬平墊圈和機油盤擠壓變形達到密封效果，需要對接觸面的粗糙度進行嚴格控制，通常要求表面粗糙度Ra≤0.8，加大了安裝面的加工難度和成本。

圖2 金屬平墊圈密封結構

2 密封結構優化

為了解決現有機油盤密封結構上存在的不足，針對機油盤安裝面和放油螺塞密封結構進行優化設計。

2.1 鑄件機油盤斜坡式密封結構

斜坡式密封結構與傳統的平面密封結構的區別在于：斜坡式密封結構在機油盤安裝面內側邊緣增加一個倒斜角（圖3），斜角為30°，長邊為2～3 mm。首先，這種結構形成能在缸體和機油盤之間形成一個三角形的溶膠區域，機油盤安裝上緊時被擠壓出來的密封膠會填充三角形溶膠區域，在三角形溶膠區域內形成一圈連續、嚴實的密封膠帶；其次，三角形溶膠區域也有效避免了密封膠被擠壓成片狀的情況，密封膠被擠出后會粘到溶膠區域的上下兩側留在溶膠區域內；此外，該結構還能避免面封結構密封膠帶容易斷裂的問題。

圖3 斜坡式

2.2 沖壓件機油盤圓弧倒角式密封結構

圓弧倒角式的密封結構（圖4）與斜坡式密封結構類似，倒斜角結構在沖壓件中會影響沖壓件機油盤的強度，且工藝上難實現，故沖壓件采用圓弧倒角的結構比較合理。其密封原理與斜坡式結構類似，都是通過在密封面邊緣做圓弧倒角使平齊的密封面邊緣形成溶膠槽，密封膠被擠出后填充進入溶膠槽內能形成連續的、不易斷裂的密封膠帶，形成第一道密封防線，密封效果如圖5所示。

圖4 圓弧倒角式

圖5 圓弧倒角式密封效果

2.3 橡膠墊密封結構放油螺塞

橡膠墊密封結構放油螺塞（圖6）與傳統依靠金屬平墊片密封的放油螺塞相比，密封性能有很大改善。傳統放油螺塞靠平墊片密封，不但對密封面的粗糙度有嚴格要求，而且需要較大的螺栓擰緊力矩才能起到密封效果。橡膠墊密封結構放油螺塞從密封結構上進行改進，在螺栓頭部增加橡膠密封墊的安裝凹槽，橡膠密封墊內圈與螺栓通過過盈配合裝配，形成第一道密封密封結構；在裝配時，橡膠密封墊受到螺栓頭部擠壓產生變形，變形的橡膠密封墊能緊貼在機油盤密封面形成密封結構，變形后的橡膠墊片可將放油螺塞的凹槽填充滿，達到密封目的。橡膠結構與金屬結構的密封效果優于金屬與金屬接觸的剛性密封結構。

圖6 橡膠墊密封結構

在試制階段的一次發動機長缸體試漏試驗中，采用傳統金屬平墊圈密封結構的部分發動機發生泄漏，泄漏的位置剛好為平墊圈與機油盤的安裝密封面。現場更換放油螺塞和平墊圈的方法，但未能解決泄漏問題，最后通過加大放油螺塞的上緊力矩才通過長缸體試漏試驗。

3 優化方案的效果

3.1 機油盤密封結構優化效果

傳統的平面密封結構與斜坡式密封結構機油盤形成的密封膠帶對比如圖7、圖8。

圖7 傳統平面結構壓膠效果

圖8 斜坡式密封結構壓膠效果

從圖7、圖8中能看出：傳統的平面密封結構擠出的密封膠有較多片狀，在耐久試驗中片狀密封膠處基本都出現斷膠的現象。在拆機時發現圖7中標注1的通孔處出現滲油，筆者分析原因是該處密封膠斷裂后機油從斷口處滲出。對比2種不同密封結構可以得出結論：

（1）斜坡式溶膠結構可以大大改善機油盤內圈的密封膠待的質量。

（2）片狀的密封膠帶在實際使用中易出現斷裂現象，機油易從斷膠處滲漏。

（3）斜坡式的溶膠結構可以提高機油盤內圈密封膠帶的質量，提高發動機的密封性能。

3.2 放油螺塞結構優化效果

筆者用同一臺發動機進行在長缸體油道試漏試驗，試驗氣壓為30.28 kPa，先使用傳統金屬平墊片密封放油螺塞試驗，螺栓規格為M14，上緊力矩為40 N·m，顯示漏氣量為84.3 ml/min，結果不合格，用肥皂水檢查漏點發現是放油螺塞安裝面處漏氣。將放油螺塞力矩加到51 N·m后再進行性試漏，漏氣量為8.2 ml/min，結果合格。接著更換相同規格的橡膠墊密封結構放油螺塞，上緊力矩為40 N·m，漏氣量為7.5 ml/min，結果合格,見表1。

表1 長缸體試漏試驗數據

由表1可得到的結論有：

（1）金屬平墊片密封結構的放油螺塞密封性不如橡膠墊密封結構的放油螺塞。

（2）金屬平墊片密封結構的放油螺塞需要較大的上緊力矩才能起到密封效果，設計時需要充分考慮螺栓的屈服極限。

4 結語

機油盤是發動機儲存潤滑油和散熱的零件，要求機油盤具有良好的密封性，密封膠和密封結構決定了發動機的密封性能。密封性只是機油盤設計工作中需要考慮的因素之一，在設計者在設計機油盤時除了密封性外，還需要注意擋油板的擋油效果、放油螺塞的位置、機油盤容積和最高油面的校核等[2]。筆者在文章中主要分享了機油盤密封結構對密封性的影響，希望能對廣大設計者在今后的設計工作中有所幫助。