關(guān)于雙支點柔性截面低摩擦發(fā)動機(jī)油封性能分析

引言：輝門動力總成一直致力于滿足客戶的需求，為整車及相關(guān)配套企業(yè)提供完善的滿足用戶需求的各種產(chǎn)品，具有創(chuàng)新代表性的MicroTorq雙支點柔性截面低摩擦發(fā)動機(jī)油封便是其產(chǎn)品的杰出代表。 2015年MicroTorq發(fā)動機(jī)油封在北美榮獲了PACE美國汽車供應(yīng)商杰出貢獻(xiàn)獎，以表彰其在創(chuàng)新技術(shù)、減排降耗及客戶滿意方面的突出貢獻(xiàn)。

整個汽車行業(yè)這幾年都在努力降低油耗、降低排放，對于密封件的供應(yīng)商來講，新的市場趨勢也會對零部件產(chǎn)生相應(yīng)的要求。輝門動力總成創(chuàng)新的MicroTorq雙支點柔性截面低摩擦發(fā)動機(jī)油封為客戶提供了一種降低摩擦的全新方案。通過降低油封本身的拖動扭矩，可以直接降低油封和旋轉(zhuǎn)件之間的接觸摩擦力，從而達(dá)到減小摩擦，降低油耗，減少排放的目的。同時，相對于傳統(tǒng)油封，整個油封結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計更小、更具小型化優(yōu)勢，可以幫助客戶對發(fā)動機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化；另一個領(lǐng)先優(yōu)勢是，該油封可以適應(yīng)如今新一代發(fā)動機(jī)對曲軸箱正壓和負(fù)壓的瞬時變化要求，比目前其他低摩擦油封具有更出色的抗正/負(fù)壓表現(xiàn)。

油封的基本功能

對于油封來講，最基本的功能是要保證把發(fā)動機(jī)的潤滑油封在發(fā)動機(jī)里面，不能泄漏出去，其次是要防止外面的異物（粉塵、泥漿等）進(jìn)入發(fā)動機(jī)里面，這是油封兩個最基本的功能。常規(guī)來講，油封根據(jù)1個主唇的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通常分為彈簧橡膠油封，聚四氟乙烯（ PTFE）油封。但是對于油封來說，由于它與旋轉(zhuǎn)軸相接觸，工作條件非常惡劣，最大的挑戰(zhàn)是在保證其密封性能的前提下，同時保證其工作的耐久性。

過去對于油封只關(guān)注其兩大基本功能——保證零泄漏和提升耐久度。但近年來由于排放法規(guī)的升級，整車廠都在關(guān)注降低摩擦損耗，從而也引發(fā)了油封技術(shù)的革新，在市場上出現(xiàn)了低摩擦油封產(chǎn)品，以降低油封的摩擦損失。

MicroTorq低摩擦油封

輝門動力總成MicroTorq低摩擦油封正是針對低摩擦損耗的要求所研發(fā)的一種創(chuàng)新性的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，該油封降低摩擦損耗可高達(dá)80%，每臺發(fā)動機(jī)的CO2減排達(dá)到1.5g/km. 該發(fā)動機(jī)油封的結(jié)構(gòu)主要分為4個方面：首先，油封設(shè)計有帶加強(qiáng)筋的輔助安裝導(dǎo)向特征，可以幫助客戶正確地將油封安裝到位，以防止在油封安裝中常見出現(xiàn)的翻唇失效，這也是一種防錯的安裝模式；其次，油封具備有靜態(tài)密封環(huán)，在最靠近發(fā)動機(jī)內(nèi)側(cè)（油側(cè)）設(shè)計有1個連續(xù)的同心密封環(huán)，能夠保證非常好的氣密性，可以高質(zhì)量的通過整機(jī)廠嚴(yán)格的在線氣密性檢測；再次，在油封主唇上設(shè)計有連續(xù)的螺旋線輔助密封，通過泵油效應(yīng)，可以將發(fā)動機(jī)內(nèi)的機(jī)油泵送回去；最后，在主唇的末端集成設(shè)計了1個防塵唇，可以有效將外界的灰塵、垃圾甚至污水阻擋在發(fā)動機(jī)曲軸箱外。

輝門動力總成密封件業(yè)務(wù)全球工程總監(jiān)SteveDavis：“MicroTorq油封的1個最重要的創(chuàng)新點是輝門的雙支點柔性截面設(shè)計”。眾所周知，曲軸在實際運轉(zhuǎn)過程中并不是以1個非常穩(wěn)定的同心圓進(jìn)行運動，在曲軸的運轉(zhuǎn)過程中會存在頻繁的擺跳，為了保證油封的密封性能，必須增加油封與曲軸的接觸力，在運轉(zhuǎn)過程中就必然會產(chǎn)生摩擦損失。由于MicroTorq油封采用雙支點柔性截面設(shè)計，在發(fā)動機(jī)所有的運轉(zhuǎn)工況內(nèi)，油封主唇與軸圓周面始終保持均勻的密封接觸，因此能夠允許油封在原始設(shè)計中適當(dāng)減小接觸力，以降低系統(tǒng)的整體摩擦損失。而且，由于整個主唇在運轉(zhuǎn)過程中始終保持接力不變，即使減小原始接觸力也可以有效地防止機(jī)油泄漏。在實際專用臺架的測試中，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)在采用MicroTorq油封后實際運轉(zhuǎn)功率損失具有較大的降低。

應(yīng)對曲軸箱正/負(fù)壓環(huán)境

在曲軸箱的密封環(huán)境里，內(nèi)部運動件的影響會產(chǎn)生一定的壓力，出于現(xiàn)代發(fā)動機(jī)排放的要求，甚至有時候會有負(fù)壓的產(chǎn)生。在最近的幾年中，無論是正壓值還是負(fù)壓值，整車廠的要求都在增大。尤其在負(fù)壓情況下，由于油封唇片很薄，負(fù)壓會影響到主唇接觸力，直接影響到油封的密封性能。普通油封壓力作用在主唇片上，在正壓的情況下確實能夠保證密封力，比如14 kPa的正壓壓力可以保證其密封要求，但是在負(fù)壓情況下，由于負(fù)壓會直接將唇片抬起，導(dǎo)致唇片在部分情況下和曲軸處于非接觸狀態(tài)，因而產(chǎn)生曲軸箱機(jī)油外泄。輝門動力總成密封系統(tǒng)中國區(qū)高級工程經(jīng)理Alian Xie介紹說：在安裝有MicroTorq油封的情況下，主要的負(fù)壓集中作用在雙支點截面上，而主唇區(qū)域的密封力并沒有受到直接影響，因此也確保MicroTorq油封在發(fā)動機(jī)全運行工況內(nèi)能夠與主軸圓周面保持一致的接觸力。

滿足苛刻的耐久試驗要求

不同的整車廠都有自己特定的驗證規(guī)范，因此也會油封產(chǎn)品提出的一些特殊要求，比如不同的運行速度要求，不同的偏心量試驗要求，不同的試驗溫度、介質(zhì)要求，甚至需要在完全無潤滑的干摩擦條件或長時間的低溫狀態(tài)下運行，各整機(jī)廠對于測試時間的長短要求也不一樣。但是在MicroTorq油封的整個開發(fā)過程中，都按照各整機(jī)廠的要求通過了全部耐久性測試，有些方面甚至超出了整車廠的期望值。無論是低溫性能還是安裝性能，以及抗曲軸箱壓力性能，MicroTorq油封都表現(xiàn)優(yōu)異，并且，MicroTorq油封在保證發(fā)動機(jī)耐久可靠性的情況下，在其他性能方面沒有任何損失。

致力于更多應(yīng)用領(lǐng)域

MicroTorq油封最早開始應(yīng)用于乘用車領(lǐng)域，在該產(chǎn)品成功批產(chǎn)后，輝門動力總成正致力于將其應(yīng)用于更多的發(fā)動機(jī)領(lǐng)域。目前，輝門公司正在進(jìn)行重型發(fā)動機(jī)MicroTorq油封的應(yīng)用開發(fā)，對該油封在設(shè)計上進(jìn)行了一些相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)重型發(fā)動機(jī)的使用要求，并期待MicroTorq油封在不久的將來取代現(xiàn)有油封的應(yīng)用。

對于工程機(jī)械、船用及其他領(lǐng)域發(fā)動機(jī)的使用環(huán)境來說，油封的工作環(huán)境更為惡劣，并且對于油封的防塵具有更高的要求，輝門動力總成為此專門設(shè)計了1種適用于MicroTorq油封的輔助防塵唇，同時增加了護(hù)套，護(hù)套與油封本體之間形成了很復(fù)雜的迷宮式結(jié)構(gòu)，可以有效防止外界的灰塵進(jìn)入到密封主唇內(nèi)，以保證油封的工作可靠性。

不僅限于北美的汽車公司，輝門公司同時也在和中國一些主流汽車企業(yè)合作開展MicroTorq油封的適應(yīng)性開發(fā)和內(nèi)部測試。據(jù)密封系統(tǒng)中國區(qū)業(yè)務(wù)總監(jiān)Christina Tsai介紹，從2013年年底MicroTorq油封正式量產(chǎn)至今，MicroTorq在全球的業(yè)務(wù)發(fā)展增長非常迅速。近年來，該油封在中國市場的應(yīng)用也開始快速增長，預(yù)計到2021年，該創(chuàng)新型油封在全球的產(chǎn)量規(guī)模將達(dá)到1000萬只以上，其中有接近1/3的產(chǎn)品會在中國南昌工廠進(jìn)行生產(chǎn)，以供應(yīng)中國國內(nèi)市場。2016年12月，輝門公司MicroTorq油封在中國的第一條生產(chǎn)線將會在南昌工廠安裝到位并陸續(xù)交付產(chǎn)品給不同客戶。

結(jié)語

對發(fā)動機(jī)油封來講，MicroTorq油封確實是1個很獨特的、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計，結(jié)構(gòu)上有著突破性的創(chuàng)新。該產(chǎn)品在降低摩擦方面有很大的提升，能夠直接幫助發(fā)動機(jī)降低燃油耗，減少CO2排放。而雙支點柔性截面的結(jié)構(gòu)設(shè)計，也會讓該油封在抗曲軸箱正負(fù)壓的能力方面得到顯著提升，與傳統(tǒng)油封相比，整個油封總成的安裝尺寸更有優(yōu)勢。在極限情況下，MicroTorq油封的尺寸可以做得比現(xiàn)有的彈簧油封和PTFE油封更小。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)動機(jī)油封的失效有超過一半的原因是因為安裝不當(dāng)導(dǎo)致油封早期失效造成的，而MicroTorq油封獨特的輔助安裝特征，可以確保油封被正確的安裝。這也是輝門公司在開發(fā)過程中為什么會特別考慮增加這一特征的原因。

關(guān)于輝門動力總成上海亞太技術(shù)中心

輝門從2006 年開始在本地招聘技術(shù)人員，2010年6月份在上海金橋正式成立亞太的技術(shù)中心。到目前為止，整個技術(shù)中心有超過100名研發(fā)人員。其中，90%以上是本地員工，也有從國外引進(jìn)的技術(shù)專家，比如從德國技術(shù)中心引入活塞和活塞環(huán)的高級工程專家。所以，這是1 個本地和國際結(jié)合的團(tuán)隊，輝門的的目標(biāo)是由中國的工程團(tuán)隊來快速響應(yīng)客戶的各種需求。

在上海的亞太技術(shù)中心，除了八大產(chǎn)品線的工程技術(shù)團(tuán)隊之外，還擁有1 個強(qiáng)大的試驗環(huán)境。比方說，有精密的測量室，可以做試驗前、試驗后的精密測量，有各個專項的部件試驗室，比如活塞、密封系統(tǒng)、軸瓦、座圈導(dǎo)管和氣門試驗室等。此外，研發(fā)中心還有3臺發(fā)動機(jī)試驗臺架，這對我們的發(fā)動機(jī)驗證、技術(shù)驗證也是十分關(guān)鍵的。研發(fā)中心的發(fā)動機(jī)試驗臺架在專項的實驗領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先的地位。