解决燃油发动机三结合面渗漏探讨_吴勤.pdf

内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n解决燃油发动机三结合面渗漏探讨吴 勤(广汽乘用车有限公司,广东 广州 5 1 1 4 3 4)摘 要:汽车燃油发动机缸体、缸盖和正时链条盖三个零件接合面的交界处称为三结合面。因为其特殊的结构,发动机三结合面渗漏是目前传统燃油发动机普遍存在的市场问题,本文分析了三结合面渗漏的主要原因,并从发动机设计和制造两方面就如何防止三结合面渗漏提出了几点意见,设计方面包括容胶倒角的设计、内部防渗油设计,避免压力油路的设计和加强贴合力等,制造方面包括关键尺寸管理,工艺改进和异物管理等。关键词:发动机设计;三结合面;发动机漏油 中图分类号:U 4 6 4.1 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 5 7 X(2 0 2 3)0 9-0 0 6 7-0 3S o l v eP r o b l e mo fL e a k a g eo fJ o i n tS u r f a c e so fT h e t h r e e p a r t s o fA u t o m o b i l eE n g i n eWuQ i n(GA CMO T O RC o.,L t d,G u a n g z h o uG u a n g d o n g,5 1 1 4 3 4,C h i n a)A b s t r a c t:C y l i n d e rb l o c k,c y l i n d e rh e a da n dT i m i n gc h a i nc o v e r i st h et h r e ep a r t so f t h ea u t o m o b i l ee n g i n e.T h e l e a k a g eo f t h e j o i n t s u r f a c e so f t h i st h r e ep a r t s i st h eu b i q u i t o u sq u a l i t yi s s u e so ft h ee n g i n eb e c a u s eo f i tss p e c i a l s t r u c t u r e.I nt h i sd i s s e r t a t i o n,w ea n a l y s i st h em a i nc a u s eo ft h el e a k a g eo ft h ej o i n ts u r f a c e s.A n da d-v a n c es o m e s u g g e s t i o n so nh o wt op r e v e n t t h e l e a k a g eo f t h e j o i n t s u r f a c e s f r o mt h e t w oa s p e c t so f e n g i n ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g.T h ed e s i g na s p e c t i n c l u d e s t h ed e s i g no f t h e c h a m f e ro f t h ee n g i n ep a r t s,t h ed e s i g no f i n t e r-n a l s t r u c t u r e f o r a n t i-s e e p a g e,t h ed e s i g no f a v o i d i n gp r e s s u r eo i l c i r c u i t t h a t c l o s e t o t h e j o i n t s u r f a c e s,t h ed e s i g no f s t r e n g t h e n i n gt h ea d h e s i o nf o r c eo ft h ee n g i n ep a r t se t c.T h em a n u f a c t u r i n ga s p e c ti n c l u d e sk e yd i m e n s i o nm a n a g e m e n t,p r o c e s s i m p r o v e m e n ta n df o r e i g nm a t t e rm a n a g e m e n te t c.K e yw o r d s:E n g i n ed e s i g n;J o i n t s u r f a c e so f t h ee n g i n e;L e a k a g eo f t h ee n g i n e作者简介:吴勤(1 9 8 0),男,汉族,广东肇庆人,工程师,主要从事汽车发动机制造技术及零部件管理等工作。0 引言当今国内,传统内燃发动机的制造技术已经很成熟,多家汽车厂都掌握了发动机五大件(缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴)的生产技术和发动机装配技术。如今,大部分汽车企业都将研发的重点转入到国内尚未掌握的核心技术上,如自动变速器、电控系统,涡轮增压器等。而我认为,有良心的企业,更应该将重点放在市场问题的钻研解决上,精益求精,为消费者提供值得信赖的产品,这才是工匠精神。国内的汽车市场上,发动机领域被投诉最多的问题分别是漏油、异响和抖动1。而漏油当中,三结合面渗漏又是最为普遍的问题。解决三结合面渗漏的问题,是当前汽车发动机质量领域较为迫切的一个课题。图1 发动机三结合面缸体、缸盖、链条盖三结合面是指缸体、缸盖和链条盖三个零件装配在一起后三个零件向交汇的位置,严格来说应该是一条线,(下称三结合面,如图1)。解决发动机三结合面渗漏的问题,可以采取很多的措施,总体上可以从设计和制造两个领域开展。1 导致三结合面渗漏的原因导致三结合面渗漏的原因有好多,通过多年的数据积累和结果反馈,可以归纳起来,导致三结合面渗漏的主要的因素有以下几点:1.1 加工和装配的误差缸体、缸盖端面的位置寸和形位公差以及缸体缸盖定位精度对三结合面错位量影响很大。某款发动机在三结合面处缸体缸盖的端面误差如图2:图2 三接合面尺寸链由图2可以测算出在三结合面处,缸体缸盖的错位量X为:76DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.09.0382 0 2 3年第9期X=0.0 52+0.0 52+0.0 3 42+0.0 2 52+0.0 52=0.0 9 6这说明在三结合面处缸体缸盖端面有将近0.1 mm的段差,如果制造精度控制不好,这个段差就很容易会导致密封不严而产生渗漏现象。1.1.1 缸体、缸盖因为热效应而产生的相互偏移发动机在运行过程中会产生热量,由于缸体缸盖的工况不一样,升温情况也不同,铸铁和铸铝的热膨胀系数也不同,从而导致发动机在运行过程中缸体缸盖间会产生不同程度的相对位移。统计了多款发动机在不同工况下的相对位移量,一般都在0.0 70.1 3 mm之间。1.1.2 密封胶的影响:在三结合面上用于消除制造精度以及热变形产生的间隙的就是填充在接合面之间的密封胶了。所以密封胶的选型、用量和用法都会对其密封性产生影响。1.2 连接螺栓的影响:在三结合面处将三个零件和密封胶连接在一起的是链条盖上的连接螺栓,螺栓轴力的大小和稳定性也直接影响三结合面的稳定性。我们可以通过三结合面附近的螺栓的设计、拧紧方法以及轴力的提升来减少这种位移带来的漏油风险。2 从产品设计上避免发动机三结合面渗漏2.1 溶胶倒角的设计如前所述,发动机在运行过程中,缸体、缸盖因为热效应而产生的相互偏移是导致三结合面渗漏的主要原因之一。进一步研究我们发现,缸盖端面在不同的高度其膨胀的程度不同,越靠近缸体结合面,缸盖端面位移的幅度越大,其位移量如图3趋势:图3 缸盖受热位移图示为了验证这种位移对三结合面的影响,我们找了一台缸体和缸盖端面段差为0.1 mm的发动机进行耐久试验后,拆解确认链条盖的压痕情况。发现其压痕出现在距离结合面3-4 mm的地方,如图4。图4 链条盖压痕为了避免缸盖在该位置频发地切割密封胶,同时还要保证该位置的密封胶的压缩率不会超出极限,缸盖三结合面的设计需要留有足够的容胶空间。综合发动机台架试验的结果,结合现场制造实际,总结出三结合面外侧溶胶槽的设计方案如图5:图5 三结合面倒角设计2.2 高压油路的设计高压油路是指由机油泵提供的给发动机各个运动环节冷却和润滑的油路,油路的压力取决于机油泵的压力。对直列发动机而言,高压油路由缸体通往缸盖一般只有一条油路,这条油路在缸体与缸盖接合面上通过缸盖垫的密封来保证不泄露2。在缸体缸盖接合面上,越靠近三结合面的地方无疑是越不稳定的。缸体缸盖结合面上压力油道孔的设计应该尽可能远离三结合面,以最大程度地避免由于压力油路的影响,导致三结合面渗漏的机率增大。2.3 加强三结合面贴合力的设计我司设计的发动机,其悬置支架有一个刚好布局在三结合面上。对悬置支架的布局设计如何避免影响三结合面,我们做过很多尝试。最早的悬置支架是三点连接的。直接固定在缸体上,正时链条盖在设计上避让开悬置支架的螺栓。因为悬置支架是发动机在汽车上的主要受力零件,这一设计的初衷是为了避免正时链条盖因为受悬置支架螺栓力的影响产生变形,从而导致漏油(如图6)。图6 悬置支架安装孔与链条盖分离的设计图7 通过悬置支架螺栓加大三结合面贴合力的设计但实事证明,这样的设计对三结合面的泄露率没有贡献。进一步的分析可得出以下的结论:悬置支架固定在缸体上而没有与链条盖连接,会导致悬置支架在受力时缸体在三结合面侧产生微小的变形,而正时链条盖没有产生相应变形,导致三结合面的密封胶产生拉扯,就会加大泄露的风险。如果将悬置支架、正时链条盖、缸体三者连在一起,一方加强了三结合面的结合力,另一方面如果缸体因为悬置支架受力产生微小变形,正时链条盖也会跟着变形,这样密封面间的密封胶产生的拉扯就会降低,泄露风险会大大降低。基于这个理论,我们对悬置支架的结构进行了设变,由原来的三点悬置改为四点悬置,将正时链条盖也作为悬置支架螺栓的连接件。设变后的发动机进行了相应的台架试验和搭载整车试验,均没有出现异常。设86内燃机与配件 w w w.n r j p j.c n变在2 0 1 7年投入市场,到目前为止,设变后的发动机没有出现过一例三接合面渗漏的,效果显著,如图7。3 从制造管理上避免发动机三结合面渗漏3.1 加工精度趋势管理发动机三结合面涉及缸体、缸盖、正时链条盖和定位销等零部件的加工和装配精度。他们之间的累积误差会导致缸体缸盖接合面间有约0.1 mm的段差。如果这个段差控制不好,很有可能会导致三接合面漏油。为了保证这个段差的稳定性,我们对影响段差精度的一些尺寸列为关键尺寸进行跟踪管理,如表1所示:表1 关键尺寸跟踪管理表关键尺寸精度要求检测方法检测频次是否趋势管理缸体正时端面距离0.0 5三坐标1/1 0 0是缸体正时端面平面度0.0 5平台+高度尺1/1 0 0是缸盖正时端面距离0.0 5三坐标1/1 0 0是缸盖正时端面平面度0.0 5平台+高度尺1/1 0 0是缸体/缸体定位销孔直径0.0 1 1综合检具1 0 0%-接合面粗糙度R a 3.2粗糙度仪1/1 0 0是三结合面段差0.1高度尺1/1 0 0是 趋势管理是制造精度管理很重要的一环。通过定期检测记录数据,分析数据的变化的趋势,就可以在数据出现恶化之前对设备或方法进行维护,防范于未然。3.2 涂胶作业的管理在三结合面上涂胶是目前消除三结面间隙的位移办法,所以对接合面的用胶环境的管理也直接影响密封胶的有效性。在现场装配过程中,对涂胶作业需要管理的作业包括以下几个方面:3.2.1 接合面的剥离荷重管理接合面的剥离荷重是保证密封胶与接合面良好密封的重要参数。影响接合面剥离荷重的两个重要因素是接合面的表面粗糙度和接合面的清洁度。接合面的表面粗糙度已在零件制造领域对其列入关键尺寸