增压器进油管球头处渗油问题的分析及处理

于萍 夏朝辉 侯丽

摘要：本文阐述了汽车发动机增压器进油管在发动机零部件设计中的作用，主要为增压器提供一定的油压和足够的流量，保证增压器的润滑。在实际使用条件下，增压器进油管的球头密封处因使用铜垫片密封结构，易出现渗油问题，即垫片周围出现 “荧光圈”。本文主要通过对该渗油问题的分析，提供对应的解决方案。

Abstract： This paper expounds the function of the inlet pipe of the supercharger of the automobile engine in the design of the engine parts， mainly providing a certain oil pressure and enough flow for the turbocharger， ensure the lubrication of the turbocharger .In actual use conditions， the turbocharger inlet pipe because of the use of copper gasket seal structure， easy to appear the problem of oil leakage， that is， the gasket around the "fluorescent ring".This paper mainly through the analysis of the oil leakage problem， to provide the corresponding solutions.

關键词：增压器进油管;球头结构;渗油

Key words： oil pipe of turbocharger;ball head structure;oil leakage

中图分类号：TK4                                           文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0053-02

0  引言

增压器进油管用来连接增压器进油口和缸体主油道，为增压器提供一定的油压和足够的流量，满足增压器的润滑需求。当密封处渗油时，一方面容易导致增压器润滑需求不满足，造成内部润滑部件出现异常磨损，另一方面，密封处渗油会导致发动机整体润滑油路油压降低，用油部件无法正常工作，严重时甚至会损坏整机发动机。

增压器进油管与增压器之间采用的密封方式，比较常用的结构是球头+铜垫片，使用中空螺栓进行固定。

如图1所示。

作为密封结构的重要元件，铜垫片因为硬度较高、柔韧性较好，压紧后通过一定的变形量填充密封面的不平整区域，密封性能比较优越，更普遍的应用在密封结构中;钢垫片自带橡胶镀层的结构主要适用于环境温度较低的区域，避免高温下橡胶层起泡剥落。对于铜垫片结构，当垫片压紧力不足或压紧力过大导致垫片密封面被压溃时，密封处极易出现渗漏失效问题。

本文主要通过对铜垫片密封结构出现的渗油问题的分析，提供对应的解决思路和优化方案，为其它相似密封结构的设计和开发及相似的失效问题提供一定的参考方向。

1  增压器进油管渗油的背景

某国产发动机的增压器进油管与增压器的连接处采用了常用的密封结构：球头+中空螺栓+铜垫片进行密封，中空螺栓规格为M12×1.5-8.8级，装配力矩26±2N·m。

增压器进油管的密封方式如图2所示。

发动机在进行性能热试时，发现垫片周边出现渗油痕迹。如图3所示。

重新擦拭后，在机油中添加荧光剂，发动机继续运行短时间后再次观察，发现垫片周围再次出现渗油痕迹，类似“荧光圈”。

2  分析过程

针对上述失效问题进行分析。因垫片是一次性装配件，拆卸后需要重新更换新件，无法进行故障复现，根据该密封结构，主要从以下几个方面进行排查：①失效零件质量排查：检查增压器进油管球头密封面、增压器安装面零部件表面质量：未发现明显划痕、表面凹凸不平等缺陷;②铜垫片排查。因垫片为一次性装配件，装配后垫片表面已出现明显的变形，通过检查同批次产品的进货检测报告，尺寸、硬度均合格;③故障现象确认。将出现渗油问题的发动机增加性能试验验证时间，加长试验耐久时间后发现油迹并未明显增加;④装配力矩排查。将中空螺栓的装配力矩由目前的26±2N·m提升至36±2N·m，重新擦拭油迹后进行试验测试，油迹消失;⑤重复验证。增加试验样本量，中空螺栓的装配力矩增大后，发动机正常运行一段时间，均无“荧光圈”问题;⑥对标分析。通过对其它相似规格的中空螺栓装配力矩对标分析可知，该力矩值偏小。因此，解决该渗油问题的有效措施为：加大中空螺栓的装配力矩值。经实测，中空螺栓的屈服扭矩在60N·m，满足目前的拧紧需求。

图4为中空螺栓的屈服扭矩测试曲线。

但加大样本量进行测试发现：将中空螺栓的装配力矩提升至36±2N·m后，实测增压器进油管的球头尺寸，发现在力矩38N·m时球头出现了屈服变形的趋势，极限装配力矩在40N·m时最大变形量接近2mm，出现屈服。

球头变形的实测值如图5所示。

为了改善增压器进油管球头结构的这种变形，需要将球头壁厚进行加厚优化。因球头所在发动机的布置空间限制，球头壁厚只能在内部进行加厚，同时需要在不影响机油流通流量的前提下进行优化。使用优化后球头结构进行极限力矩的复测验证，验证结果显示：球头高度在极限力矩36-40N·m下均无变形，满足设计要求。

改善后球头实测值如图6所示。

3  处理方案

加大中空螺栓的装配力矩，同时优化球头壁厚结构，确保力矩加大后球头无压溃变形问题。加大产品验证的样本量，在发动机正常运行过程中，增压器进油管球头处均无“荧光圈”问题出现。且增压器进油管球头无压溃变形问题，该渗油问题解决。

4  结语

通过对某款发动机增压器进油管球头渗油问题的分析及方案改进可知，针对增压器进油管球头结构端的密封方式，除了需要考虑垫片的材质选择、密封宽度等，还需要考虑配合螺栓的装配力矩，力矩过大或过小，都会影响垫片的密封效果。针对该失效问题，总结如下：①增压器进油管球头结构处的密封需要选择比较可靠的密封方式，铜垫片是常用结构，既能满足常规密封，又能在高温环境下使用;②中空螺栓的装配力矩加大后，要避免球头因壁厚较小出现压溃变形问题;③增压器球头壁厚优化需要同时考虑对通流的机油流量的影响。

参考文献：

[1]陆家祥.柴油机涡轮增压技术[J].上海：机械工业出版社， 2018.

[2]李亚静，仇玉林，刘强，何常明.汽车发动机润滑系统研究[J].机械，2008，4.

[3]王建昕，帅石金.汽车发动机原理[M].北京：清华大学出版社，2011，3：74-75.

[4]Dr. Zeynep N. Cehreli. Lubrication System Development on 5-Cylinder Engine. SAE论文， 2007，1.