发动机排气凸轮轴油封渗油问题分析

翁天翼 (上海大众汽车有限公司，上海 201805)

发动机排气凸轮轴油封渗油问题分析

翁天翼 (上海大众汽车有限公司，上海 201805)

针对某国产发动机排气凸轮轴油封渗油问题，对可能导致油封渗油的各个环节进行分析论证，找出造成排气凸轮轴油封渗油的原因和解决方案。采取相关措施后，发动机排气凸轮轴油封渗油问题得到了解决。

油封；渗油；失效模式；压配的优化

从售后服务部门反馈信息中发现，某国产发动机排气凸轮轴油封渗油现象比较严重，且油封渗油的故障模式为早期磨损。通过故障发动机的解析，发现渗油处的油封唇口有磨损现象，油封内圈渗油一侧有明显的塌陷痕迹。为解决这一质量问题，笔者对可能导致油封失效的各种因素进行分析并找到油封渗油的原因，据此对发动机排气凸轮轴的加工工艺和油封的压配设备提出改进方案，以避免生产过程中造成的油封损伤。

1 油封渗油点及安装位置

1.1油封的渗油点

图1 油封渗油点 图2 油封结构

渗油点如图1所示，油封的结构如图2所示。当油封唇口失效时，机油从排气凸轮轴与油封的接触面间渗出，由于渗出的速度较慢，且机油较粘稠，所以在重力的作用下，通常看到机油从油封与凸轮轴接触面的下侧渗出。

1.2油封的安装位置

油封的安装位置如图3、图4所示。

图3 缸盖主视图 图4 缸盖俯视图

油封由手工装夹在压头上，压头会与进、排气凸轮轴头部的内孔进行对心后，再由气动设备将油封压入轴座内。压头的对心、油封的压配都是由设备自动完成的。

2 失效模式分析

2.1油封的失效模式

通过对比渗油油封(安装于试验发动机上，连续进行5h台架试验后渗油的产品)和不渗油油封(安装于试验发动机上，连续进行5h台架试验后未渗油的产品)来确定失效模式。结果如表1所示。从表1可以看出，渗油油封AA’(磨损点)和CC’的壁厚差为0.29mm，而未渗油油封的最大壁厚差仅为0.07mm。因此，油封的失效模式为渗油油封发生过偏心变形，造成油封唇口产生不可恢复的变形和损伤，呈现波浪形的磨损状(如图6所示)，机油从该密封失效区域渗漏出来。

表1 渗油油封与不渗油油封对比

2.2可能导致油封渗油的环节

图5 测量位置示意图 图6 受损油封的唇口

用鱼刺图对各环节进行分析，如图7所示。

2.3验证各环节是否导致油封渗油

1)油封的材质 在实验室对渗油油封材质进行分析，其结果符合图纸要求，所以油封材质是合格的。

2)油封的制造质量 访问油封生产厂家，实地观察油封制造过程，查阅相关质量记录，未发现油封制造过程中存在质量失控现象。

图7 油封渗油分析鱼刺图

3)排气凸轮轴与轴座的同轴度 对2个缸盖的进气凸轮轴(油封不渗油)和排气凸轮轴(油封渗油)分别进行对比测量，结果如表2所示。

表2 进气、排气凸轮轴与轴座同轴度的测量结果

4)排气凸轮轴面的粗糙度 用粗糙度仪测量图5中A、B、C、D点对应的凸轮轴轴向的粗糙度，符合工艺图纸的要求。

5)凸轮轴与轴座的动态配合 将一个渗油油封的缸盖换上新油封，经发动机测试台架10h测试，没有发现渗油现象，说明油封渗油不是由凸轮轴与轴座的动态配合不良引起的。

表3 油封渗油的缸盖和油封不渗油的缸盖对比测量结果

6)油封压配的位置 由于通过目测无法精确地了解油封压配后相对于凸轮轴轴线的倾斜度，所以使用间接测量的方法。在油封圆周方向上每隔90°取一点，测量这4个点相对于缸盖轴座参照面的距离，比较这4段距离，从而确定油封压配后相对于凸轮轴轴线的倾斜度。对一个油封渗油的缸盖和一个油封不渗油的缸盖进行对比测量，结果如表3所示。从表3可以看出，渗油油封相对于凸轮轴轴线的倾斜度合格，且比不渗油油封的倾斜度更小，说明油封渗油不是由于压配位置过度倾斜引起的。

7)经手工装配，油封位置发生偏差 为探讨上述现象，设计如下试验：①试验A。油封渗油的缸盖由手工装上新油封，经发动机测试台架测试，不渗油。②试验B。渗油油封由设备装在缸盖上，放入流水线进行发动机总成的装配，经测试台架测试，渗油；然后将该油封拆下进行清洁，再由手工装配在同一缸盖上，经测试仍渗油。通过上述试验，证明手工装配可达到设备压配的效果。

8)压配油封的设备 观察设备时发现以下现象：①设备的托板上有油封唇口材料的残屑。②排气凸轮轴轴颈与压头吻合性差，凸轮轴定位后，轴颈下侧高出压头下侧(正常状态两者应平齐)。在油封压配的过程中，也可目测到排气凸轮轴轴线低于压头轴线，说明油封压头与凸轮轴的同轴度发生偏差。经过分析，发现产生上述现象的原因如下：①油封唇口是被排气凸轮轴倒角上的毛刺所划伤的。原因是在工艺安排上，排气凸轮轴的倒角车削后于凸轮轴外圆的磨削，所以在倒角加工中产生的毛刺不能被后道工序去除。②油封压头与凸轮轴的同轴度发生偏差是由于设备长期使用损耗后，未及时校验调整引起的。因此，油封压配时唇口更易被倒角毛刺划伤或发生不可恢复的偏心变形。由于上述因素的共同作用，使得排气凸轮轴油封渗油的数量激增。

3 油封压配过程的优化

发动机的进气和排气凸轮轴是通过同一台设备的不同压头压配的，两者的结构及压配过程差异如下：①进气凸轮轴的倒角较排气凸轮轴的小，且倒角角度小，加工后不易产生毛刺；②进气凸轮轴的油封装配压头比凸轮轴轴径稍大，压配时压头可包住轴的倒角，彻底杜绝毛刺划伤油封唇口的情况发生。由于进气凸轮轴的油封一般不产生渗油现象，因而可以借鉴进气凸轮轴油封的压配方法对排气凸轮轴油封的压配进行如下优化：①增加圆整排气凸轮轴倒角的工序，加工后倒角处无毛刺；②油封压头上加装导向套，在压头压配油封时导向套能完全包住轴的倒角，既提高了压头与轴的对心能力，又避免了毛刺划伤油封唇口；③设计、制作手工装夹油封的导向工具，使得油封不会因为操作者的装夹手势不当，而导致油封发生不可恢复的偏心变形；④定期检查和调整压头与排气凸轮轴的同轴度；⑤在发动机油道密封测试中重点监控排气凸轮轴油封处是否泄漏。

4 结 语

通过对可能导致发动机排气凸轮轴油封失效的各种因素进行分析，找到造成油封渗油的原因，并对排气凸轮轴的加工工艺和油封的压配设备提出了改进方案，以避免生产过程中油封受损。措施实施后，发动机排气凸轮轴油封渗油问题得到了解决，说明采取的措施是切实可行的。

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[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.10.032

TK413.4

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1673-1409(2011)10-0103-03