某柴油机油水混合故障分析及改进

钱小玲

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

某柴油机油水混合故障分析及改进

钱小玲

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

某柴油机在可靠性考核试验中多次出现油水混合的现象，拆检发现系机油冷却器芯子破裂引起。为降低柴油机实际使用时油水混合的故障率，减少因此故障造起的严重后果，提出了相应的解决方案，并通过了验证。

机油冷却器 油水混合 分析 改进

1 前言

机油冷却器用来保证发动机中的机油温度处于一个理想的工作温度范围，对发动机的各个运动件进行润滑和冷却。其中板翅式机油冷却器（简称油冷器）是一种高效的紧凑式换热器，传热系数较高，散热效果好，能承受较高的油压，特别适合于布置在柴油机机体侧壁空腔内，从而可以减少外接管。目前，在我国柴油机上得到越来越多的应用[1,2]。

然而，柴油机配套应用时对冷却器的体积和散热量有着严格的要求，冷却器内部芯片承受压力较大，加上冷却器直接安装在发动机机体上，振动大，工作条件恶劣。一旦冷却器失效将导致机油与冷却水混合，后果非常严重；轻者机油变质，重者造成发动机烧瓦、报轴，甚至拉缸乃至导致发动机报废。

本文针对某新品柴油机在耐久考核过程曾多次出现的油水混合现象，进行故障分析并采取相应的改进措施，杜绝此严重后果的发生。

2 实例分析

2.1 故障描述

在某柴油机进行的1 000 h全速全负荷考核试验中，在第287小时因故调换气缸盖垫片时发现冷却水中有油。更换新冷却器后，柴油机运行至821小时时，重复发生此故障。

2.2 原因分析

将2件故障件放入水中，对油道加压，充2.0 MPa压力的空气进行检测，机油冷却器芯子第一层芯片与底板之间有气泡，见图1。

将故障件沿冷却器底板与第一层芯片之间进行线切割，发现芯板上中间凸台四周有明显的泄漏痕迹，如图2所示。与其他凸台相比，该凸台铜焊料相对不饱满。将凸台放大查看，如图3所示位置处有裂纹。

裂纹产生的原因有多种可能性：一是原材料本身有缺陷；二是零件（冷却器底板、芯片）装配焊接强度质量不合格；三是零件（冷却器底板、芯片）焊接强度设计不满足发动机负荷要求。

来稿日期：2012-10-31

图1 冷却器泄漏照片

图2 故障件解剖图

图3 凸台裂纹（放大）照片

首先对出现故障件的该批次原材料查看所有检验记录，包括尺寸检验、材质检验报告等，均未发现任何问题。在生产现场随机抽查芯片上的凸台尺寸，包括材料厚度、圆角大小、凸台位置公差等全部合格，因此排除原材料缺陷可能。

对比冷却器底板上不同凸台的铜焊料（见图2），泄漏的凸台位于芯片最中间位置，其上的铜焊料相对不饱满。如图4所示，A部位的底板和芯片之间通过隔圈连接，中间B部位的底板与芯片之间通过凸台连接。底板和凸台间的焊缝在焊接后容易出现焊缝不饱满现象，并且在焊缝出现不饱满后不容易被识别出。可靠性考核试验中出现的连续2次泄漏事件中，冷却器就是同一个批次的2件产品。

图4 冷却器底板芯片示意图

在进行发动机台架试验时，由于发动机自身振动、冷却器芯片内部受到高温高压的机油冲击、冷却器外部受到冷却水的冲击等原因，冷却器一直处于受力状态中。如图4所示，A部位的连接强度较强，而中间B部位连接强度较弱，尤其是正中间的凸台最容易出现因其强度不足发生断裂的现象，从而导致油水混合。因此，针对出现的故障，应当重新设计冷却器底板与芯板之间的连接垫块。

2.3 改进措施

针对图4所示的A、B部位连接强度强弱不同的情况，底板与第一层芯片的中间部位增加一长条形的垫块进行焊接，提高该部位的强度，加强产品抗扭振能力，如图5所示。

图5 冷却器改进示意图

2.4 效果验证

冷却器的底板与芯片之间增加垫块可以提高产品的强度，但也增加了冷却器的水阻，进而影响冷却器的散热能力。因此需进行改进前后2种方案的传热性能试验对比，以评估改进方案的有效性.图6为2种方案的传热性能曲线对比图。由图中可以看出，新方案的换算放热量略有下降，约0.7%，这是可以接受的。

图6 机油冷却器传热性能曲线

根据JB/T 10408－2004《内燃机换热器可靠性试验方法》的要求，对新方案冷却器进行了爆破测试。试验结果表明，对冷却器油腔施加5.5 MPa静压，并保持压力1 min的条件下，冷却器无变形无泄漏。随后继续增大压力，压力15 MPa时试件底部开始鼓胀变形，但并没有出现底板与芯片之间的泄露现象，见图7。在随后进行的300 h热冲击试验和1 000 h全速全负荷试验中，改进后的冷却器表现良好，没有再次发生油水混合现象，发动机的水温、油温、油压均正常。

3 结束语

本文着重分析的是一起因板翅式机油冷却器泄漏造成的油水混合故障。冷却器底板、芯片焊接强度不够。长期受发动机振动，芯片受扭振，冷却器芯片凸台产生裂纹，造起柴油机发生油水混合现象。经分析，增加芯片与底板之间的垫块，提高了底板与芯片的连接强度，改进后的冷却器顺利通过发动机台架可靠性验证。

图7 改进后的冷却器爆压试验结果

此问题的解决，为以后其他机型可能出现的油水混合故障提供了一种可具借鉴的宝贵经验。

1 覃峰，陈江平．板翅式机油冷却器的耐压强度分析[J]．上海交通大学学报，2006（2）．

2 余金秋，张文峰．板翅式机油冷却器在发动机中的应用与设计[J]．柴油机设计与制造，2006（1）．

Analysis of and Solution to Oil and Water Mixed Issue in Some Diesel Engine

Qian Xiaoling
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

Oil-water mixed phenomenon was found in some diesel engine twice in the durability assessment.It was because of the crack of the oil cooler core.In order to reduce the rate of such failure in the engine use,and avoid serious consequences caused by such failure,we take corresponding solutions,and verified them.

oil cooler,oil and water mixed,analysis,improvement

钱小玲（1980-），女，工程师，主要研究方向为柴油机冷却系统。

10.3969/j.issn.1671-0614.2013.01.009