李杨，严丽丽，曹权佐，王剑锋，潘圣临

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

VCP本体漏油故障分析及其优化

李杨，严丽丽，曹权佐，王剑锋，潘圣临

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

文章系统的简述了VVT系统的概念，基本用途和基本组成结构。并结合某款发动机VCP漏油故障进行调查，通过理论分析、故障件调查分析得出合理的结构设计和粉末冶金材料浸渗工艺的合理化是影响VCP漏油的两个主要因素。并着重介绍了VCP本体漏油的原因及解决方案，通过对粉末冶金构件原材料的升级，并在复杂结构处进行局部渗铜处理，同时在浸渗工艺保证浸渗过程中的含水量，从根本上解决了VCP本体漏油故障。

VVT；VCP；浸渗；漏油

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.017

CLC NO.:U472.9 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-49-03

引言

近十几年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求，许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方向。

发动机可变配气正时技术(VVT，Variable Valve Timing)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变配气正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高[1]。

应用发动机可变配气正时技术可以减少NOX和HC的排放、改善燃油经济性、改善怠速稳定性、提高低速端扭矩、增加高速端功率[2]。发动机在运行过程中，ECU接收转速、空气流量、凸轮轴位置等信号，经过处理输出PWM电信号作用于OCV阀，从而改变相位器双向油腔间的压力来调节凸轮相位，从而得到最优的配气相位[3]。

VCP(凸轮轴相位调节器)便是VVT系统的是执行机构，凸轮轴与相位调节器的转子固定连接，曲轴传动带与相位调节器的壳体固定连接，通过油压的作用实现相位调节器的转子与壳体的相对运动，从而达到凸轮轴与曲轴相对位置的变化，进而实现凸轮轴的相位调节[4]。VCP(凸轮轴相位调节器)的结构如图1所示。

图1 凸轮相位器调节器结构图

1、VVT应用介绍

VVT目前已成为新发动机开发的标准配置，东安汽发公司已在多个机型上应用了VVT技术。一款发动机批量应用了带传动，对进气相位进行独立调节VVT，此VVT可调节角度为40° CA，此VVT的主要作用是提高功率、扭矩和降低排放。另一款发动机批量应用了带传动进排气相位同时调节VVT，此VVT可调节角度为50°CA，此VVT的主要作用是降低油耗和排放。

2、VVT典型故障

在VVT的实际批量应用过程中，其最主要的故障模式有VVT响应较慢、VCP皮带轮漏油，VCP冷启动异响等。下面就VCP漏油故障进行详细说明。

2.1 VCP漏油故障现象描述及影响

VCP漏油故障是VCP在工作或静止时，VCP内部机油从本体渗出或流出，通过VCP旋转，会使渗漏机油甩到前罩壳或正时皮带上。机油从VVT正时齿轮本体渗出，可能会导致正时皮带打滑，会引起发动机正时紊乱或发动机顶缸报废。更严重的，当汽车在公路上行驶时出现皮带轮打滑现象，甚至会造成车毁人亡的事故。

2.2 VCP漏油故障原因分析

为降低产品成本，提高产品竞争力，对VCP的主体部分采用粉末冶金材料，粉末冶金材料成型过程中存在缝隙，需采用浸渗工艺对其密封，若浸渗过程中控制不严，会使VCP密封不严，导致漏油，同时，VCP连接处由异型密封圈进行密封，在高油压、高温的使用环境下，合理的密封设计显得尤为重要。综上，VCP主要漏油形式为异型密封圈密封不严导致漏油和VCP粉末冶金浸渗工艺不良导致漏油。

2.3 VCP漏油故障调查

VCP漏油故障是由于本体材料密封不严或是由于零部件结合过程中密封不严导致的。其中，粉末冶金密封不严是导致VCP漏油的主要原因，下面，我们就VCP本体漏油进行分析。

2.3.1 失效起因

通过图2所示，VCP本体漏油主要有以下两个方面：（1）通过图1可知，VCP的粉末冶金构件结构较为复杂，在盖板台阶位置和带轮的轮齿部位易产生较大的孔隙。

（2）浸渗过程中，由于缺少除湿和除杂质的设备，并且胶液的含水量不受控，当胶液含水量较大时，导致胶液的结合强度下降，与大孔隙复合作用，从而导致部分VCP存在浸渗不良问题，进而导致VCP在使用过程中渗漏。

图2 VCP本体漏油与非门

2.3.2 失效机理分析

（1）浸渗树脂中含水率对密封性的影响机理

浸渗液中主要组分甲基丙烯酸酯中含水率如超标，浸渗过程中水随树脂一起进入粉末冶金的微孔中，树脂固化后，水分会分布在固化物与机体接触的边缘上，导致树脂与固化物与机体的粘接力下降，使边界粘接不牢固。

（2）基体大孔隙对密封性的影响机理

因树脂属丙烯酸酯类橡胶材料、基体为铁基材料，两种材料的线膨胀率相差较大，在温差较大的环境下，粘接的边界会受到较大的拉压应力。基体中如有较大的孔隙，浸渗后，孔隙中固化的树脂颗粒尺寸也就较大，故大孔隙中固化的树脂受到的拉压应力比小孔隙大，特别是在低温时，橡胶收缩变硬，弹性降低，粘接的边界更容易产生脱离失效。在相同压力的作用下，大孔隙因直径和面积大，受到的力会增大，固化在其中的树脂的变形量会更大些，在交变压力作用下，树脂反复伸缩的量也会变大，如边界粘接不牢固，就会产生脱离失效。

2.3.3 失效机理验证

（1）不同浸渗树脂固化后，不同温度下的粘接性能试验

将早期含水率较高的浸渗树脂和当前使用的含水率较低的浸渗树脂固化在盖板上的孔内，在不同温度下放置恒温后，测试压出力，试验用于评估浸渗树脂固化后的性能，测试原理如图3所示，测试数据如表1所示。通过结果表明，随着温度的降低，粘接性能降低。

图3 树脂固化测试简图

表1 性能试验对比

（2）不同含水率浸渗树脂固化后粘接强度评估

根据上述所使用的试验方法，在现用浸渗树脂中人为加入不同比例的水分，固化后测试高温（120℃）和低温（-5℃）下的压出力，获得以下数据及趋势图。试验数据表明：胶固化后在低温下的粘接强度低于高温，随含水率的升高，胶的粘接强度降低。

图4 含水量与压出力对比

表2 温度与含水量对粘度的影响

（3）粉末冶金基体材料及固化树脂材料线胀系数验证

实验使用皮带轮，在常温25℃下，精密测量皮带轮厚度值，然后将皮带轮放入高温箱加热到140℃，保温1小时后取出，快速测量其同一位置的厚度尺寸，得出其变化量，然后根据基本尺寸和温差计算得出线膨胀率，如表3所示。

表3 材料线胀率测试数据

据表3数据简单推算：在0.2mm直径孔中固化的橡胶，如果固化温度（约100℃）下胶与孔隙直径相同，如果温度降低到-40℃，孔与橡胶的尺寸差为：1.46～1.92μm，这个差异需要胶与基体的粘接力将胶拉变形来弥补，如果胶与基体的粘结力不好，就会出现边界脱落，进一步会导致渗漏。

3、方案优化及确定

根据VCP漏油故障调查， VCP本体漏油是由于浸渗工艺中含水量过大和浸渗后空隙过大导致，针对这两个问题点，进行优化处理。

3.1 浸渗工艺含水量控制

（1）工艺改进

图5 浸渗工艺改进

浸渗工艺流程中延长了湿真空保持时间，增加了回胶时的杂质过滤及储液罐干燥剂除湿，整改前后流程对比如图5所示。

（2）效果验证

在改进后的工艺条件下，供应商每隔3天左右，从浸渗罐中抽取的树脂样本，进行含水率检测，相关数据规律如表4所示。数据证明：新工艺过程中胶的含水量在0.85%-0.90%，接近新胶液实测含水率0.85%（技术要求小于1%），对策有效。

表4 新工艺含水量测量

3.2 浸渗空隙的控制

浸渗过程中，浸渗间隙过大是由于结构复杂性和粉末颗粒大小导致的，通过将国产粉改为进口粉，并在复杂结构处进行局部渗铜处理，粉末治金在孔隙情况得到明显的改善。

如图6、图7对比，改为进口粉后，浸渗工艺成型后，空隙均匀，无大孔洞。并经过渗铜处理后，如图8所示，可以将浸渗后空隙进行二次密封，达到复杂部位密封的目的。

图6 改善前

图7 改善后

图8 渗铜处理

4、总结

VCP漏油故障是由于本体材料密封不严或是由于零部件结合过程中密封不严导致的。本文主要针对VCP本体漏油进行分析。

VCP本体漏油是由于当粉末冶金构件结构较为复杂时易产生较大的孔隙。并且在浸渗过程中，当胶液含水量较大时，会导致胶液的结合强度下降，与大孔隙复合作用，从面导致部分VCP存在浸渗不良问题，进而导致VCP在使用过程中渗漏。

通过对粉末冶金构件原材料的升级，并在复杂结构处进行局部渗铜处理，同时在浸渗工艺流程中延长了湿真空保持时间，增加了回胶时的杂质过滤及储液罐干燥剂除湿，保证浸渗过程中的含水量，从根本上解决了VCP漏油故障。

[1] 苏岩,李理光灯.可变配气相位对汽油机性能的影响[J]. 汽车技术,2001(4).

[2] 屠卫星. 可变气门正时系统结构原理与维修[M]. 南京：江苏科学技术出版社,2008.

[3] 王立彪.汽油机可变气门技术的研究进展[J]. 汽车技术，2005（12）.

[4] 邵显龙. 可变配气机构的种类、构造和未来动向[J]. 汽车研究与开发,2000（4）.

VCP body leakage fault analysis and optimization

Li Yang,Yan Lili, Cao Quanzuo, Wang Jianfeng, Pan Shenglin
（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

This paper systemic narrates the concept of VVT system, the basic purpose and basic structures. Combined with a section of the engine failure VCP spill investigation by theoretical analysis, failure investigation and analysis pieces come rationalization reasonable structural design and materials impregnated powder metallurgy process are two main factors affecting oil spills VCP. And highlights the VCP body leakage causes and solutions, by means of powder metallurgy materials upgrades and local infiltration of copper processing complex structures at the same time, the water content in the impregnation process to ensure impregnation process, fundamentally solution to the VCP body leakage fault.

VVT; VCP; infiltration; oil spills

U472.9

B

1671-7988(2016)01-49-03

李杨，助理工程师，就职于哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心。学历研究生、研究方向零部件设计。