某發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度傳感器滲油問題解析與優(yōu)化

摘要：對整車耐久測試中發(fā)現(xiàn)的某發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度傳感器滲油問題進(jìn)行解析，通過相關(guān)手段排除了溫度傳感器及增壓進(jìn)氣管結(jié)合面滲油，再通過設(shè)計(jì)對比及零件拆解，確認(rèn)滲油點(diǎn)及滲油的根本原因?yàn)殂~襯套與進(jìn)氣管塑料殼體熱膨脹系數(shù)不同，因使用環(huán)境的熱循環(huán)作用，導(dǎo)致兩個(gè)零件間產(chǎn)生間隙，進(jìn)而使油氣滲出。為此，制定了三項(xiàng)改善措施，經(jīng)耐久驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，改善措施有效。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；滲油；耐久測試；問題解析

中圖分類號(hào)：U461 收稿日期：2023-02-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.03.011

1 前言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，其正常運(yùn)轉(zhuǎn)給汽車提供了前行的動(dòng)力，也提供了各種設(shè)備的能源，是汽車中最核心的零部件，因此消費(fèi)者對發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)注度一直都特別高。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)任何異常情況時(shí)，都會(huì)引發(fā)消費(fèi)者的恐慌及投訴。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)復(fù)雜的總成零件，是由無數(shù)個(gè)小零件裝配組合而成的。發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要各大系統(tǒng)都要保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并相互依賴，相互配合。在運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)各種異常問題，其中滲油、漏油問題是比較典型的。微小滲油會(huì)影響車主對車輛的使用感受，影響汽車品牌形象。當(dāng)機(jī)油泄漏量到一定程度時(shí)，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，最后造成發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢［1］。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)溫度較高，外漏的油液、油漬極易引發(fā)汽車自燃，所以漏油問題是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)急需解決的問題。本文對某發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度傳感器滲油問題進(jìn)行解析，并提出優(yōu)化對策。

2 問題描述

新車型在量產(chǎn)前，主機(jī)廠需要進(jìn)行各類零件級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和整車級(jí)的驗(yàn)證，通過驗(yàn)證提前識(shí)別出潛在問題點(diǎn)并及時(shí)優(yōu)化。其中整車耐久試驗(yàn)是為了考核整車、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零部件的疲勞耐久壽命所做的試驗(yàn)，模擬整車在顧客手中使用16 萬km。某車型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度傳感器滲油問題便是在整車耐久測試中發(fā)現(xiàn)的。在耐久測試中，測試員在每天測試后對車輛點(diǎn)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，車輛行駛里程累計(jì)到1 萬km 后，均在進(jìn)氣溫度傳感器周圍出現(xiàn)油漬，如圖1 所示。車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)未有其他異常情況，新下線的車輛中未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。油漬以溫度傳感器為中心點(diǎn)蔓延開來。在確認(rèn)周圍其他零件無滲油、漏油情況后，初步懷疑為溫度傳感器滲油。

3 原因分析

發(fā)動(dòng)機(jī)滲油，常見原因如下：

a. 發(fā)動(dòng)機(jī)裝配不當(dāng)，表面清潔不足，密封襯墊破損以及發(fā)生位移導(dǎo)致滲油。

b. 密封部件安裝沒有按照規(guī)定流程進(jìn)行，安裝不到位導(dǎo)致螺母螺絲緊固不足或過緊，發(fā)生螺絲松垮或者折斷。

c. 潤滑油添加過多或者添加錯(cuò)油品，讓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)油壓力異常。

d. 產(chǎn)品質(zhì)量問題，生產(chǎn)流程中出現(xiàn)紕漏導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)部件出現(xiàn)沙眼。

e. 發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間過長，密封部件老化失效。

3.1 油漬來源

發(fā)動(dòng)機(jī)中的油氣可能為兩種，即發(fā)動(dòng)機(jī)用于潤滑作用的汽油和用于燃燒的汽油。

問題點(diǎn)零件裝配示意如圖2 所示，主要涉及零件有增壓進(jìn)氣管和進(jìn)氣溫度傳感器。其中，進(jìn)氣溫度傳感器安裝于增壓進(jìn)氣管上，用于監(jiān)測增壓后的進(jìn)氣溫度。增壓進(jìn)氣管連接增壓器出氣口和節(jié)氣門，負(fù)責(zé)將增壓后的干凈空氣傳送至進(jìn)氣歧管參與燃燒。增壓后的干凈空氣中的油氣主要來自曲軸箱通風(fēng)管分離出來的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)的燃油蒸汽。為避免將這些油氣直接排入大氣造成污染，設(shè)計(jì)時(shí)將這些油氣引入到增壓前干凈空氣進(jìn)氣管內(nèi)，通過增壓，再次進(jìn)入氣缸參與燃燒。

3.2 故障確認(rèn)

傳感器安裝結(jié)構(gòu)剖面圖見圖3，增壓進(jìn)氣管為塑料殼體，要想將金屬材質(zhì)溫度傳感器安裝在上面，中間加入了一個(gè)黃銅材質(zhì)的襯套。

將增壓進(jìn)氣管及溫度傳感器作為整體，從故障車輛上拆解下來，進(jìn)行分析。

a. 對增壓進(jìn)氣管及溫度傳感器整體進(jìn)行氣密檢測，泄漏量符合零件測試標(biāo)準(zhǔn)。

b. 調(diào)取裝配現(xiàn)場溫度傳感器安裝力矩，目標(biāo)力矩為12～16 N·m，實(shí)際記錄值為15 N·m，拆除時(shí)殘余力矩為14 N·m，符合要求。

c. 拆解下來的溫度傳感器，襯套外觀檢查結(jié)構(gòu)完整，螺牙無損壞，螺紋無滑絲亂牙問題。

d. 對同批次未轉(zhuǎn)車零件進(jìn)行全尺寸檢測（圖4），結(jié)果發(fā)現(xiàn)尺寸滿足要求。

e. 對溫度傳感器泄露有潛在影響的密封圈壓縮量進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果顯示實(shí)際充填量，符合理論充填量，下面描述具體的驗(yàn)算過程?？紤]實(shí)際加工公差，計(jì)算理論填充量范圍。

f. 溫度傳感器及襯套配合面干凈，無明顯油漬，排除油氣從螺紋面溢出的風(fēng)險(xiǎn)。

g. 對故障件進(jìn)行進(jìn)一步破壞性檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣管塑料殼體與銅襯套間有明顯的油漬（圖5），懷疑為滲油點(diǎn)。然后重點(diǎn)排查銅襯套與塑料殼體部位。銅襯套為進(jìn)氣管塑料殼體注塑時(shí)嵌套安裝，兩者為過盈配合，不存在理論設(shè)計(jì)間隙。追溯銅襯套入廠質(zhì)量檢測時(shí)外徑尺寸，符合質(zhì)量要求。確認(rèn)塑料殼體注塑模具。

h. 設(shè)計(jì)對比。同款傳感器+黃銅襯套的設(shè)計(jì)方式，在本款發(fā)動(dòng)機(jī)增壓前進(jìn)氣管上也有。查看故障車輛相應(yīng)位置，增壓前傳感器位置未發(fā)現(xiàn)滲油。對比增壓前和增壓后兩處的使用環(huán)境，增壓后相比增壓前，進(jìn)氣壓力和溫度更高。如圖6 所示，黃銅和塑料管的熱膨脹系數(shù)不同，經(jīng)過冷熱循環(huán)后，黃銅和塑料管產(chǎn)生變形情況不一致，在其中間產(chǎn)生間隙，在高壓進(jìn)氣的作用下，油氣從間隙滲出，最終形成故障現(xiàn)象。

4 改善方案及驗(yàn)證

4.1 改善方案

針對根本原因，為保證傳感器安裝結(jié)合面的密封性及可拆裝性，在塑料殼體內(nèi)嵌入黃銅襯套的設(shè)計(jì)方式不可或缺。考慮從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步封堵油氣的上升通道，提出以下三項(xiàng)措施，如圖7 所示。

a. 將進(jìn)氣管塑料面高出襯套0.4 mm。在安裝傳感器時(shí)，傳感器與高出的塑料面接觸，在螺紋鎖緊力的作用下壓緊塑料面，以便借助傳感器密封塑料與銅襯套的間隙。

b. 將銅襯套原有的一個(gè)凸槽升級(jí)為高度不同的3個(gè)凸槽。凸槽的增加與塑料殼體結(jié)合面有更多凸臺(tái)，可有效阻斷油氣上升路徑。

c. 在襯套底部增加塑料材料覆蓋。現(xiàn)有設(shè)計(jì)中塑料殼體與銅襯套的結(jié)合直通進(jìn)氣管內(nèi)，改善設(shè)計(jì)是將銅襯套覆蓋，阻斷油氣進(jìn)入結(jié)合面垂直縫隙。

4.2 改善驗(yàn)證

將三項(xiàng)措施一并實(shí)施，并進(jìn)行驗(yàn)證。

零件驗(yàn)證：將改善樣件6 個(gè)完成零件PV 驗(yàn)證，包括泄露試驗(yàn)、壓力交變測試、高低溫循環(huán)試驗(yàn)、熱膨脹試驗(yàn)、襯套拔出力測試等。6 個(gè)樣件均通過測試。

整車耐久驗(yàn)證：將改善后樣件安裝至12 臺(tái)耐久車輛上進(jìn)行驗(yàn)證，每1 萬km 檢查一次傳感器位置滲油情況至耐久測試完成。截至12 臺(tái)耐久車完成測試，單臺(tái)累計(jì)行駛里程均超過4 萬km。在測試過程及最后零件檢查中，傳感器位置未出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。

通過零件及整車耐久測試，證明改善方案有效，推廣至量產(chǎn)車型實(shí)施。

5 結(jié)語

本文基于問題的現(xiàn)象，逐一排查可能的原因。通過對比，結(jié)合設(shè)計(jì)原理，快速鎖定了問題產(chǎn)生的根本原因，并有針對性地采取了一系列措施，經(jīng)充分驗(yàn)證后，證明措施有效。該問題的發(fā)現(xiàn)、分析及改善過程，是汽車研發(fā)過程中非常典型的案例，對其他問題分析具有較強(qiáng)的參考性。汽車作為一個(gè)復(fù)雜總成，其可靠性需要通過充分的測試驗(yàn)證來考察，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，再進(jìn)行驗(yàn)證……如此循環(huán)往復(fù)，不斷完善，以提高整車的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

［1］胡廣，白奎，喬彥超，等某款發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器安裝孔漏油問題改進(jìn)［J］內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（11）：75-76

作者簡介：

梅娜，女，1985 年生，工程師，研究方向?yàn)槠囘M(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)周邊附件的設(shè)計(jì)開發(fā)、驗(yàn)證等。