葉鄭穩　羊富勇　戶貴雲　施中模

（奇瑞汽車股份有限公（gōng）司）

曲軸（zhóu）油封是發動（dòng）機總成上關鍵的密（mì）封（fēng）元（yuán）件，其密封效果不良會直接導致潤滑油量（liàng）減少（shǎo），影響發（fā）動機的正常運行（háng）。

曲軸油封的密封分為（wéi）兩處，一處為與安裝孔的靜態密封，一處為與曲軸的動（dòng）態密封。靜密封是靠油封外圈橡（xiàng）膠與安裝孔的過盈配合；而與曲軸旋轉的動密封則是利用油（yóu）封唇口的回油（yóu）溝槽與曲軸的（de）運動匹配，依據螺旋杆泵油（yóu）原理將唇口與曲軸間隙中的潤滑油泵回（huí）發動機曲（qǔ）軸箱內，來實現密封的。由於是運用（yòng）泵油原理產（chǎn）生的密封，該動密封隻能在油封內外壓差小於一定值（zhí）時適用。

某汽油發動機曲（qǔ）軸前油封裝配在機油（yóu）泵總成(油封座)上，其泵（bèng）(見圖1)由曲軸直接驅動，工作時泵高壓油腔內的少許潤滑油會從內轉子（zǐ）端麵處泄（xiè）漏到曲軸處（chù）。該處需（xū）要前油封進行密（mì）封阻擋，以使潤滑油流回發動機曲軸箱內(見圖2)。該款發動（dòng）機在整車以及AUDIT試驗中出現了多（duō）例曲軸前油封脫落漏油事件(見圖3)，同（tóng）時發現油封被磨損。該問題為前（qián）油封脫落出安（ān）裝（zhuāng）孔（kǒng）引起，即油封外圈靜密封發生問題。在進（jìn）行多方麵（miàn）的排（pái）查分（fèn）析後（hòu），我們鎖定發生問題的根本原因，並有針對性地進行改進，成功解決了該汽油機的曲軸前油封脫落漏（lòu）油問題。

原因排查分析

從曲軸前油封壓（yā）裝工藝（yì）來分（fèn）析，密封唇口由工裝(表麵塗油)導向，外圈（quān）塗油壓裝至機（jī）油泵油封孔內，壓裝（zhuāng）到位時有（yǒu）保壓時間，防止油封回彈。壓裝工序（xù）能保證油封外圈無擦傷、切邊（biān），油封偏斜程度裝配不超（chāo）差。整個裝配工藝及裝配效果良好，加上問題都是發生在發動機（jī）運行過程中，可以（yǐ）首先排除裝配原因。

進一步使用魚刺圖進行原因分析，重點排（pái）查油封拔脫力的（de）相關尺寸符合性和製造過程能力、油（yóu）封受力情（qíng）況，得出（chū）如下結論：

1.油封（fēng）拔脫力

(1)油（yóu）封外圈直徑、圓度 過盈（yíng）量大（dà）小是影響（xiǎng）油封拔脫力的重要因素，油封外圈（quān）直徑、圓度是影響（xiǎng）過盈量大小的（de）因（yīn）素（sù）。對失效零件同批次油封外圈直徑進行測量分析，尺寸（cùn）公差控製在（zài）+0.1～+0.15之間(外徑公（gōng）差設計要求0～+0.15mm)，過（guò）程能力Cpk=1.68滿足要求。油封（fēng）外（wài）圈橡（xiàng）膠由模具（jù）成形（xíng），一（yī）致性能夠保證，並對油封進行投影測量分析滿足要求。

(2)油封安裝（zhuāng）孔直（zhí）徑、圓（yuán）柱度 油封安裝孔直徑是影（yǐng）響過盈量大小的另一因素（sù），對失效油封的安裝孔直徑進行測量（liàng），公差控製在+0.015～+0.029之間(直徑公差設計要求0～+0.039mm)，同批次（cì）零件的油封安（ān）裝孔直徑測量分析，過程能力Cpk=1.74滿足要求。對失效油封的安裝孔直徑采用多個截麵測量（liàng）評價其（qí）圓柱度，測量結果滿足圓柱度0.01mm的要求（qiú）。

(3)油封安裝孔粗糙度 油封安裝孔內壁的粗糙程度是油封拔脫（tuō）力（lì）的另一重（chóng）要因素，內壁過於光滑易致使油封脫落，該孔粗糙度（dù）設計要求（qiú）Ra1.6～3.2。對（duì）失效油封的安裝孔粗糙（cāo）度進行測量，Ra2.14符合油封裝配要求;對同批次零件（jiàn）的油封安（ān）裝孔（kǒng）粗糙度測量（liàng）分析，過程能力Cpk=3.90滿足要求。

以上三項調查後初步（bù）確認製造過程（chéng）無異常，但設計參（cān）數是否合適需進一步排查確認。

2.曲軸箱壓力

發動機運行時，由於高溫（wēn）燃燒氣體會通過活塞環進入曲軸箱（xiāng），導致曲軸（zhóu）箱的（de）壓力升高。過高的壓力會破壞曲軸箱的（de）密封，甚至讓油封脫落。

對故障（zhàng）發動機分別進行台（tái）架及整車複測試驗，重新壓裝曲軸（zhóu）前油封進行全速全負荷台架試驗，運行過程中（zhōng）監控（kòng）發動機曲軸箱壓力情況。複（fù）測結果為：曲軸前油封再次脫（tuō）落磨（mó）損，從試驗開始到油封脫（tuō）落的整個過程中，曲軸箱（xiāng）內壓力波動，一直處於負壓(見圖（tú）4)。同（tóng）時分別進行整車怠速（sù）、原地800～2500r/min以及（jí）道路（lù）40～60km/h情況下驗證監控曲軸箱壓力，在不同試驗情況下（xià），曲（qǔ）軸箱壓力一（yī）致處於負壓。試驗證明曲軸箱壓力正常（cháng），非油封脫落的原因。

3. 油封（fēng）內側潤滑油壓力

從前油封的密封來看，還密封了一部分機油泵轉子處的泄漏潤滑（huá）油，該處的壓力達到何種程度，是需要進行監控的。為了監控到油封內側潤滑油形成的壓力，在（zài）故障機油泵上製（zhì）作管道(見圖5)，一端（duān）伸入到曲軸前油（yóu）封內側，並固定在機油泵上，一端在試驗時連接傳感器收集油封內側壓（yā）力數據。

重新裝配曲軸前油封進行（háng）全速全負（fù）荷台架試驗，試驗中曲軸前油封再次脫落漏（lòu）油，油封表麵磨損，整個試驗過程傳感器監控到油封內側壓力大於30kPa。當發動（dòng）機轉速為4500r/min時，油封內側壓力達到Z大值55.1kPa;而當發（fā）動機轉速為5750r/min?，因油封漏（lòu）油維持在51kPa左右（yòu）(見圖6)。拆卸機油泵測量內轉子端麵間隙，發現間隙過大(0.2～0.25mm)。

從試驗結果（guǒ）來看，複試過程中故障複現，問題出在機（jī）油（yóu）泵轉子處端麵泄漏引起的潤滑油壓力高。從（cóng）設計檢（jiǎn）查來看，機油（yóu）泵（bèng）轉子的回流通道由於設計尺寸原因通流（liú）截麵有限，工作（zuò）時若發生嚴重的轉子泄漏會形成（chéng）高壓，進而引起油封脫落。進一步對故（gù）障機油泵進（jìn）行拆解分析，發（fā）現所用的機油泵均存在內轉子端麵（miàn）磨損問（wèn）題(見圖7)，而外轉子均完好未磨（mó）損。問題比較奇怪，但外轉子完好的現象排除了清潔度問題。

問題原因鎖（suǒ）定

綜上分析，油封裝配、油封關鍵尺寸、油封安裝孔的關鍵尺寸以及發動機曲軸箱壓力均不是該發動（dòng）機曲軸前油封脫落漏油的原因。根本原因是內轉子處（chù）端麵間隙磨損過大，引起泄（xiè）漏量增多;同時（shí）由於回流通道截麵有限，過多的回流潤滑油引起油封內側的壓力升高，Z終致使油封脫（tuō）落漏油。

對於（yú）機油泵內轉（zhuǎn）子與腔體的磨損分（fèn）析，有如下（xià）幾點原因：

， 機油泵自身內轉子與腔體（tǐ）的（de）潤（rùn）滑油量不（bú）足（zú），啟動時存在（zài）幹磨現象。

第二， 首次啟動轉速上升過（guò）快，在機油泵未充分泵油進行自潤滑時，存在加速過程磨損。

第三， 轉子端麵間隙過小（xiǎo），在工作過程（chéng）中油膜厚度不足，導致磨損發生。

經過進一步的調查可知：

1. 機油泵自身的潤滑油是泵自身帶的，但庫存時間久了以（yǐ）後潤滑油發生蒸發，一般要求在發動機生產過程中（zhōng）對泵補加潤滑油（yóu）。雖然我司（sī）生產線有往油道加注潤滑油的措施，但對油道結構和加注量進行（háng）核算發現，加（jiā）注的潤滑油（yóu）量並不能進入泵（bèng）腔內，存在幹磨風險。

2. 冷（lěng）啟動測試機、測試電動機升速的條件是發動（dòng）機潤滑油的壓強大於70kPa。但我們發現，設（shè）備傳感器的標定值比實際值高出了（le）10kPa，且壓力並不歸零。

3. 針對內轉子端麵間隙小的原因，製作特（tè）殊樣件進（jìn）行試驗（yàn），試驗中再次現了早期的失效模式（shì）。特（tè）製轉子間隙在0.01mm左右的機油（yóu）泵裝配發動機進行全速（sù）全（quán）負荷台架（jià）試驗，試驗（yàn）中發動機曲軸箱（xiāng）壓力波動，一直處於負壓，監（jiān）控到曲軸前油封內側潤（rùn）滑油壓力漸漸形成。發動機轉速5500r/min，累計運行74h時油封內側壓力已達到51kPa，累計運行104h後油封（fēng）脫落磨損漏油。脫落漏油情況同失（shī）效模式一致，拆檢機油泵磨損情況同失效（xiào）模式一致。

整改措施（shī）驗證改進

綜上所述，對於機油泵內轉子與腔體磨（mó）損分析調查的、第二兩項原因為非要因。工程師在原因分析後，立即進行了整改（gǎi）：在潤滑油收集器處(泵（bèng）進油口)進行補加潤滑油，對冷試機（jī）的傳感器數據進行重新標定以（yǐ）及調整，以使正常工作。

其磨損調查出的第三項原因，確定為曲（qǔ）軸前油封脫落漏油的主要原因：機油泵(油（yóu）封座)內轉子端麵間隙小磨損腔體致使端麵間隙過大，引起潤滑油泄漏嚴重，在油封內側形成高壓導致油封脫落。與產品設計人員、零件廠商設計（jì）人員進行交流確認，機油泵工作時內轉子端麵間隙控製在（zài）0.02mm以上不會出現相互磨損，機油泵的內轉子端麵（miàn）間隙理論值要求是0.02～0.07mm。

排查機油泵內轉子端麵間隙，結（jié）果（guǒ）如下：

1. 對自由狀態的機油泵內轉子端麵間隙進行檢測，間隙均（jun1）在（zài）0.02～0.03mm範圍（wéi）內，符（fú）合要求，但是處於間隙要求下限。

2. 對安裝後(工作時)機油泵內轉子端麵間隙進行檢測（cè），挑選不同間隙機油泵裝配至機體上，擰緊到產品力矩後測量內轉子端麵間隙(見（jiàn）圖8)，並與自由狀態的端麵間隙數據進行對比，間（jiān）隙減少約（yuē）0.02mm。多次試驗（yàn）對比分析(見圖9)，機油泵裝（zhuāng）配（pèi）擰緊後內轉子端麵間隙變化趨勢一致;驗證表（biǎo）明機油（yóu）泵在安裝（zhuāng）後，殼體存在變形，端麵間隙已（yǐ）不滿足間隙設（shè）計要求。

結語

工程師共同確認了台架試驗及機油泵內轉子端麵間隙測（cè）量驗證的結論，針對機油泵轉子端麵間隙進行了改（gǎi）進（jìn），評審機油泵總成圖（tú）樣相關尺寸，明確內轉子端（duān）麵間隙理論值要求在0.04～0.08mm;製作（zuò）樣件（jiàn）機油泵(間隙約（yuē）0.04mm)裝機進行200h全速、全（quán）負荷台架試驗，曲軸（zhóu）前油封內側潤滑油壓（yā）力與曲軸箱壓力一致(負壓)，機油泵轉子（zǐ）、腔體無磨損，曲軸前（qián）油封脫落漏油問題得以解決。改進措施固化到製造過程中PFD、FMEA、CP和WI控（kòng）製文件中。

本次問題（tí）的解（jiě）決為油封脫落分析提供了新的思路，為（wéi）工程師設計（jì）機油（yóu）泵提供了參（cān）考依據，從而有效避免設計缺陷的出現。

來源：《汽車製造（zào）業》2015年第（dì）19期