修機|發(fā)動機分段式排氣管密封性能優(yōu)化

1 故障現象

客戶多次反饋，某重型車輛在重載爬坡時發(fā)動機無力。對車輛進行檢查發(fā)現，發(fā)動機排氣管隔熱罩內側及空調壓縮機外表面有熏黑痕跡，如圖 1 所示。技術人員啟動車輛，關閉發(fā)動機風扇，原地對發(fā)動機進行怠速及加速測試，無法查出發(fā)動機排氣管連接處存在漏氣。初步判斷重載爬坡時，發(fā)動機渦輪前壓力升高，排氣管連接處發(fā)生漏氣，導致發(fā)動機加速無力。

2 原因分析

分段式排氣歧管連接處結構如圖 2 所示，其密封原理為利用密封環(huán)彈力與后排氣管內孔表面接觸實現徑向密封，利用排氣壓力使密封環(huán)與前排氣管環(huán)槽端面接觸實現軸向密封。針對此結構，分別從密封環(huán)材料耐溫性能與連接結構對故障原因進行分析。

故 障 密 封 環(huán) 材 料 為 06Cr19Ni10（ 統 一 數 字代 號：S30408）， 初 步 分 析， 排 氣 歧 管 漏 氣 與 材料 耐 溫 性 能 有 較 大 關 系， 擬 采 用 耐 溫 性 能 更 好的06Cr15Ni25Ti2MoAlVB( 統一數字代號：S51525) 奧氏體沉淀硬化型鋼替代。先將 2 種材料制成零件，然后將零件放入加熱爐中加熱至指定溫度，并保溫 1h 后自然冷卻，

共測試 3 組數據取平均值。如表 1 所示。

測試結果顯示，06Cr19Ni10 材料在 600℃時，張口平均收縮為 20.1%，700℃時張口平均收縮 55.61%，由此說明原密封環(huán)在高溫下使用時徑向彈力消失較大。而發(fā)動機

正常工作時渦前排氣溫度最高已達 700℃，故認為該溫度下原密封環(huán)徑向接觸力下降，是排氣管連接處漏氣主要原因之一。0Cr15Ni25Ti2MoAlVB 材料在 600℃時，張口平

均收縮約為 8.71%，700℃時張口平均收縮 29.73%，耐高溫性能有較大提升，可以用來作為密封環(huán)材料提升密封效果。

3 解決方案與性能測試

針對分段排氣歧管連接結構，我們分別從提高零件加工精度及密封環(huán)結構優(yōu)化等方面制定了 2 種解決方案，并進行了常溫靜態(tài)壓力測試。2 種優(yōu)化方案與原方案參數對比如表 2 所示。表 2 中所提及的單環(huán)與疊環(huán)結構如圖 3 所示。

靜態(tài)壓力測試設備條件如下：測試壓力采集卡最高采集頻率為 20000Hz，壓力傳感器精度為 ±0.3%，環(huán)境溫度為 25℃，氣源壓力為 600kPa。測試方法如下：將裝配好的排氣歧管通入壓縮空氣，待壓力穩(wěn)定后關閉閥門，同時用壓力傳感器測量排氣管內壓力下降情況。為了減少測試數據的偏差，每種方案測 5 組數據，并取平均值。壓力—

時間測試曲線如圖 4 所示。測試數據對比如表 3 所示。

圖 4 中可以看出，方案 1 排氣歧管連接處漏氣量很大，在氣源壓力 600kPa 時，排氣管腔內壓力平均只能達到375kPa 左右，平均在 9s 內壓力降到 1kPa 以下。方案 2 漏氣量稍微比方案 1 小，在相同氣源下，排氣歧管腔內壓力平均能達到 480kPa 左右，平均在 21s 內壓力降到 1kPa 以下。

方案 3 漏氣量最小，在相同氣源下，排氣歧管腔內壓力平均能達到 520kPa 左右，平均在 132s 內壓力降到 1kPa 以下。測試結果表明，通過提高分段式排氣歧管連接位置的

加工精度及優(yōu)化密封環(huán)的結構，可以大幅提高密封性能。采用 0Cr15Ni25Ti2MoAlVB 材料生產的密封環(huán)耐高溫性能大幅提升，保證的高溫連接徑向密封的可靠性。上述措施

實施后，密封環(huán)已批量裝機 200 萬片，用戶反饋的漏氣故障率大幅下降，由此證明優(yōu)化方案是有效的。

來源《工程機械與維修》2019年第4期