某型柴油機(jī)增壓器漏油分析

危艷云

(江西五十鈴發(fā)動機(jī)有限公司，江西南昌 330200)

0 引言

渦輪增壓器的主要作用就是提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動機(jī)的功率和扭矩[1]。一臺發(fā)動機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器時(shí)相比可以增加40%甚至更高。如果增壓器漏油失效，導(dǎo)致外漏油滴，而發(fā)動機(jī)工作溫度高，一旦大于油的閃點(diǎn)，很容易引發(fā)汽車自燃。故研究增壓器的漏油失效模式至關(guān)重要。

增壓器的失效模式主要為轉(zhuǎn)子動平衡的破壞，從而導(dǎo)致擦殼、主軸卡死或主軸斷裂、漏油等一系列故障，而某柴油機(jī)增壓器開始小批量裝車時(shí)發(fā)生漏油失效。另外在進(jìn)行兩臺整車AUDIT試驗(yàn)，均發(fā)現(xiàn)增壓器底部有油滴，反查前期兩臺開發(fā)試驗(yàn)車，也有漏油。由此可以判斷漏油故障率為100%，這屬于A類故障。為此本文作者針對此故障進(jìn)行了原因分析，從而解決漏油失效問題。

1 油源確認(rèn)

1.1 油源分析

油源有4個(gè)可能來源：(1)增壓器漏氣，呼吸器出來的油氣從泄漏處竄出，如圖1所示的1處;(2)增壓器中間體漏油如圖1所示的2處；(3)回油法蘭漏油至油跡位置如圖2所示的3處;(4)壓殼出口卡箍沒擰緊，導(dǎo)致漏氣，油流至漏油位置，如圖3所示的4處。

圖1 油源來源1和2

圖2 油源來源3

圖3 油源來源4

1.2 油源確認(rèn)

對圖1—圖3中的4個(gè)可能油源進(jìn)行逐一分析確認(rèn)。首先對現(xiàn)場進(jìn)行故障確認(rèn)與調(diào)查，確認(rèn)增壓器滲油現(xiàn)象屬實(shí)，然后對滲油情況進(jìn)行深入分析，并對其進(jìn)行了檢測和測試，油源排查結(jié)果見表1。

表1 油源排查結(jié)果

通過以上檢測和測試，排除了壓殼出口膠管漏氣及回油法蘭漏油的可能。接下來將對兩臺故障再現(xiàn)整車進(jìn)行測試試驗(yàn)。

測試方法為: 空踩高速，判斷增壓器壓殼與中間體連接面漏氣情況，由于肥皂水有良好的即視效果，采用肥皂水涂抹在可能漏氣連接處進(jìn)行測試，該方法稱之為肥皂水測試，測試結(jié)果見表2。

表2 肥皂水測試結(jié)果

通過肥皂水測試確認(rèn)結(jié)果為:在正常裝配條件下，增壓器壓殼與中間體接合處100%滲油，增壓器本體不漏油，油源為增壓器漏氣帶出呼吸器出來的油氣。

1.3 故障件氣密性測試

為了驗(yàn)證以上推斷的正確性，需要再做一次故障件的氣密性測試。按圖紙要求設(shè)計(jì)的氣密性條件：150 kPa氣壓下無泄漏，進(jìn)行故障再現(xiàn)，結(jié)果見表3。

表3 氣密性測試結(jié)果

從以上測試表3可得出最終結(jié)果：零件在150 kPa氣壓下有泄漏，不滿足設(shè)計(jì)要求。這是增壓器漏油的根本原因所在。接下來，從漏氣可能原因來確認(rèn)油源是具體經(jīng)過哪個(gè)渠道失效，造成漏油的。

1.4 增壓器漏氣可能原因

增壓器漏氣可能原因有4個(gè)：(1)M6螺栓扭矩不達(dá)標(biāo);(2)O型圈尺寸[2]不合格;(3)與O型圈配合溝槽尺寸[3]不合格;(4)O型圈設(shè)計(jì)[4]問題。再來逐一排除與確認(rèn)最終失效原因,如圖4和圖5所示。

圖4 密封失效因子

圖5 密封結(jié)構(gòu)

對以上4個(gè)可能原因進(jìn)行排查，以確定失效原因。

2 失效原因分析

2.1 失效原因排查

先對以上3個(gè)可能原因進(jìn)行數(shù)值測量,結(jié)果見表4。由表4可知均符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，可排除這3個(gè)原因?qū)е碌穆┯涂赡堋?/p>

表4 失效原因排查

通過以上排除法，4個(gè)可能原因中，排除了3個(gè)，還余1個(gè)。最后進(jìn)行密封設(shè)計(jì)合理性分析，如圖6所示。分析結(jié)果見表5。

圖6 密封圈裝配示意

由圖6可知，設(shè)計(jì)圖紙中O型密封圈參數(shù)[4]為：

內(nèi)徑：φ(72±0.5)mm

截面直徑：φ(1.8±0.08)mm

材料：硅橡膠，具有良好的耐油性，耐溫需達(dá)到-70～200 ℃。

表5 密封圈行業(yè)參數(shù)對標(biāo)

由表5可知，O型密封圈的設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)際值都低于設(shè)計(jì)要求。由此可以得出結(jié)論，壓氣機(jī)殼密封圈設(shè)計(jì)不合理造成的[4]。

2.2 改進(jìn)措施

為了達(dá)到不漏油目的，那設(shè)計(jì)目標(biāo)一定不能低于現(xiàn)狀的氣密性測試標(biāo)準(zhǔn)。原為150 kPa以下不允許漏氣,改進(jìn)措施更替為在200 kPa以下不允許漏氣。為達(dá)到在200 kPa以下不允許漏氣的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需將O型圈的參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。改進(jìn)前后的O型密封圖的參數(shù)如圖7所示，其參數(shù)對比見表6。

圖7 改進(jìn)前后的O型密封圈示意

表6 改進(jìn)前后參數(shù)對比

由表6可知，改進(jìn)后的設(shè)計(jì)參數(shù)都滿足行業(yè)推薦值。

3 驗(yàn)證

3.1 氣密性驗(yàn)證

對改進(jìn)后的O型圈進(jìn)行氣密性驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。氣密性測試結(jié)果對比如圖8所示。

表7 不同工況下氣密性驗(yàn)證結(jié)果

圖8 氣密性測試結(jié)果對比(200 kPa)

由表7和圖8可看出，完全滿足200 kPa氣壓下不泄漏要求的，該驗(yàn)證有效。繼續(xù)在整車客戶上進(jìn)行路試驗(yàn)證。如在整車路試驗(yàn)證無漏油發(fā)生，證明改進(jìn)方向是對的。

3.2 整車路試驗(yàn)證

整車道路試驗(yàn)3 900 km時(shí)，增壓器上有很輕微油跡，擦干后繼續(xù)路試530 km后增壓器上仍有很輕微油跡，如圖9和圖10所示。

圖9 油跡擦拭檢查

圖10 擦拭位置

從圖9和圖10所示驗(yàn)證結(jié)果再次來看，整機(jī)客戶一致認(rèn)為有很大改進(jìn)，客戶要求繼續(xù)改進(jìn)，做到完全沒有油跡。

3.3 原因再排查

針對以上可能原因進(jìn)行再一步的翻查，翻查結(jié)果見表8。

表8 微漏油二次排查

由表8可知，再次排除壓殼出口膠管漏氣及回油法蘭漏油這兩個(gè)可能因素，結(jié)果符合圖紙技術(shù)要求。

接下來對壓板未壓緊導(dǎo)致進(jìn)行確認(rèn)[5]，結(jié)果見表9。

表9 壓板優(yōu)化選型對比

由表9可知，原墊片厚度2 mm，檢查實(shí)物已有輕微變形;原墊片為圓形，壓在中間體上接觸面積小。由此可知墊片設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致壓板壓不緊輕微滲油。

下面再來確認(rèn)壓殼螺栓處漏氣(可能逃逸點(diǎn))。如圖11所示的1處，因該處螺栓為通孔，如螺栓處漏氣，油從漏氣處流至油跡位置；另外，此處螺紋密封膠要求使用的是樂泰242膠，現(xiàn)場確認(rèn)也是樂泰242膠，對比耐高溫密封膠使用情況，使用樂泰272膠[6]效果更好。

圖11 輕微油跡溢出點(diǎn)螺紋膠優(yōu)化

雖然供應(yīng)商現(xiàn)場確認(rèn)是無異常的，但此密封膠的選型[5]提升等級可作為一個(gè)優(yōu)化項(xiàng)，對比耐高溫密封膠使用情況，使用樂泰272膠密封效果更好。

3.4 改進(jìn)措施及驗(yàn)證

針對進(jìn)一步的優(yōu)化項(xiàng)和墊片的改進(jìn)項(xiàng)進(jìn)行再次裝機(jī)驗(yàn)證，并把改進(jìn)后的機(jī)子發(fā)往整機(jī)客戶做路試驗(yàn)證結(jié)果見表10。

表10 優(yōu)化改進(jìn)項(xiàng)

經(jīng)過對質(zhì)量精益求精的原則，落實(shí)3個(gè)改進(jìn)項(xiàng)：(1)根本原因O型圈選擇;(2)墊片選型[6];(3)優(yōu)化項(xiàng)由樂泰242更換升級為樂泰272的整改件發(fā)出給整機(jī)客戶驗(yàn)證，反饋經(jīng)過4 000 km路試無漏油現(xiàn)象。

4 結(jié)論

增壓器漏油失效，會引起增壓器缺油導(dǎo)致干燒，嚴(yán)重時(shí)，還會引起滴油，引發(fā)車的燃燒。此次漏油失效，文中通過油源分析、肥皂水測試、氣密性測試、逐一排查失效原因等方法對增壓器漏油原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明，增壓器漏油屬于壓氣機(jī)殼密封圈設(shè)計(jì)不合理與墊片選擇不匹配導(dǎo)致，供應(yīng)商在選擇密封圈材料和墊片時(shí)，一般會借用現(xiàn)用的O型圈規(guī)格型號和墊片型號，且未曾計(jì)算過、校核過是否匹配增壓器壓殼內(nèi)徑或墊片面積是否覆蓋螺栓壓緊面積。作為技術(shù)人員，理所當(dāng)然要規(guī)避各種產(chǎn)品失效的發(fā)生。從設(shè)計(jì)的源頭上扼制，要比在售后找客戶去挽救，質(zhì)量成本要省更多。