论文部分内容阅读
摘 要：发动机的密封圈是確保发动机缸体严密性的重要元件，对于保障发动机正常工作有着重大意义。对发动机密封圈失效原因进行分析有助于发现问题所在，有助于制定合理的预防方案和措施加以解决。另一方面，失效原因还能够帮助客户或者生产商改进生产技术，从而推动汽车行业的整体发展。有鉴于此，本文将立足于分析密封圈的失效原因，并据此探究合理的解决方法。
关键词：汽车发动机;密封圈;橡胶开裂;失效原因;解决措施
实践中，汽车在运行过程中经常会出现密封圈失效的问题，导致发动机内的润滑油泄露并产生一系列连锁反应，引发制动失效、燃油泄露乃至转向卡住等重大安全隐患。可见，要评价一个发动机的质量好坏和技术水平高低，就必须要关注其中的密封圈的性能。易言之，密封圈性能好，能够确保发动机密封性满足使用要求，该发动机的质量就十分可靠。实际上，这也是每一位汽车工程师终身奋斗的目标，是故，研究发动机密封圈的失效原因和解决方法有十分重大的现实价值。
1 密封圈的密封原理
市面上最为常见的汽车发动机密封圈是“O型密封圈”，该种类型密封圈的形状是圆形，是一种能够产生自动的双向作用的密封元件，密封性能优秀[1]。并且，从工作原理上看，此种密封圈是一种挤压式的密封圈，即借助密封圈的弹性实现缸体盖罩之间的接合，密封圈接触面的接触压力要大于发动机内被密封介质的压力，通过这种原理来确保内部介质不发生泄露。在具体安装该类型的密封圈时，其纵向或者横向的最初压缩量对其促使的密封能力有着十分关键的决定作用，要高度重视和关注这一点。系统压力在密封圈上作用而产生的力实际就是密封圈全部的密封力。这一密封力会伴随着系统压力的增加而持续加大。通过压力的作用，密封圈的形状相似于表面张力非常高的液体，即压力能够朝着其他各个方向等值传输。
2 密封圈的失效原因
通常而言，导致密封圈失效的原因无非有以下五种，一为密封圈老化;二为密封圈过度磨损;三为密封圈存在划伤问题;四为密封圈部分或整体变形;五为密封圈区域开裂。
2.1密封圈老化、开裂
毋庸置疑，不论何种类型，何种质量的密封圈经过长期使用都会出现一定的老化问题。但整体来看，材料的选择尤为重要。较好的原材料所制作的密封圈的使用寿命更长，老化速度也就相对较慢，有着更好的耐老化性和耐高温性，其扩张强度、抗撕裂强度以及伸长率都比质量较低的原材料制作的密封圈好。然而，在现实中，许多密封圈生产商为降低生产成本，追求最大化的利润，经常使用各种成本较低、质量较次的橡胶来生产密封圈，这在一定程度上加速了密封圈的老化问题。而且由于市场上各种类型的密封圈种类繁多，质量参差不齐，市场竞争压力巨大，许多企业为占据市场份额而不得不使用质量较差的材料以获取成本优势，这也在某种程度上促就了汽车密封圈开裂的问题，而密封圈老化或者开裂必然会导致其逐步失效。
2.2密封圈过度磨损、划伤或变形
过度的磨损也是密封圈经常失效的一个原因。过度磨损一般不是密封圈的原材料所导致的，而是汽车过度使用、发动机超常工作所产生。实践中，许多客户都不注重保养自己的汽车，经常要开到几万公里或者等到汽车彻底无法启动时才会去保养汽车，这显然会导致汽车发动机密封圈过度磨损的问题。并且，由于发动机制造技术的不同，部分发动机的制造水平并不高，可能存在一定的精度误差，密封圈承受着缸体的压力，汽车发动机的长期、高强度工作还会划伤密封圈或者导致密封圈变形，影响密封圈的密封效能，进而使得发动机内部介质泄露出来，影响发动机的正常工作乃至汽车的行车安全。
3 解决密封圈失效的对策
3.1选择质量较好的材料
如上所述，原材料的选择与密封圈的性能、使用寿命有着非常密切的关系。在实际生产过程中，生产商应选择质量较好的橡胶材料来制作密封圈。具体而言，一方面，密封圈不仅要能够充分地抵御发动机内部介质如机油、燃油的腐蚀和溶胀，而且还应当具备良好的耐磨性能、弹性、硬度以及压缩变形能力。例如，某种型号的发动机的正时链条盖覆盖了发动机的机油泵、水泵涡室，此时密封圈不仅要密封机油，而且还必须要密封冷却质[2]，要想确保密封圈完成这一目标，理应选择氢化丁腈橡胶作为密封圈的原材料，如果生产商选择使用丁腈橡胶，则由该种材料制成的密封圈会在接触机油后发生体积膨胀问题，就难以再正常地装配到密封圈的圈槽中[3]，质言之，此种类型的密封圈无法使用。
3.2准确计算密封参数
首先，要设定合理的压缩率，范围应控制在8%到30%的范围之内[4];其次，要设定科学的充填率，确保密封圈充填完整。例如，某种型号的增压式发动机在经历637小时的台架耐久实验之后，在拆解机油的冷却转接头时，可以清楚地观察到该发动机的密封圈已经出现磨损和胶体融化的问题。经过仔细分析和计算，发现是因为该密封圈的填充率和压缩率偏大导致的问题，从而使得发动机缸体装配后产生了较大的接触应力，从而出现了溶胶问题。对此，必须重新更正压缩率和填充率，根据发动机结构设计密封圈的结构和尺寸，验证尺寸设计的合理性[5]。另外，还必须正确使用和安装密封圈，满足密封圈的工作环境和工作要求，保证其性能的正常发挥。
4 结语
总之，导致密封圈失效的原因是多方面的，既有密封圈材质的问题，也有发动机结构和设计的问题，在具体的生产过程中，要高度注意选择更为合适、质量更好的材料，并依据发动机的结构和设计特点设定合理的压缩率和填充率，为密封圈性能的发挥提供一个可靠的环境，切实地保障发动机内部的严密性，从整体上促进发动机制造水平的稳步提升。
参考文献：
[1]吴勇斌.某发动机端盖密封圈复合冲模的改进[J].内燃机与配件，2018（05）：103-105.
[2]黄显淞，雷莉，韦玉昆.发动机密封圈失效分析及解决[J].装备制造技术，2017（11）：202-204.
[3]谢孟恺，张建波，朴学奎，颜颜.民用飞机液压发动机驱动泵密封圈与发动机短舱热兼容性分析[J].科技信息，2012（32）：653-654.
[4]张红瑞，郭振东，戴洪江.奥迪发动机喷油器密封圈损坏引发的冷起动困难[J].汽车技术，2005（01）：46.
[5]余英.O形橡胶密封圈在发动机缸体堵漏修复中的应用[J].工程机械，1993（03）：38-40.
作者简介：
陈思东（1991-），男，汉，广东揭阳人，本科，助理工程师，研究方向：高分子材料，橡胶、弹性体材料配方设计开发及材料性能检测分析。
（广东天诚密封件股份有限公司，广东 揭阳522000）
关键词：汽车发动机;密封圈;橡胶开裂;失效原因;解决措施
实践中，汽车在运行过程中经常会出现密封圈失效的问题，导致发动机内的润滑油泄露并产生一系列连锁反应，引发制动失效、燃油泄露乃至转向卡住等重大安全隐患。可见，要评价一个发动机的质量好坏和技术水平高低，就必须要关注其中的密封圈的性能。易言之，密封圈性能好，能够确保发动机密封性满足使用要求，该发动机的质量就十分可靠。实际上，这也是每一位汽车工程师终身奋斗的目标，是故，研究发动机密封圈的失效原因和解决方法有十分重大的现实价值。
1 密封圈的密封原理
市面上最为常见的汽车发动机密封圈是“O型密封圈”，该种类型密封圈的形状是圆形，是一种能够产生自动的双向作用的密封元件，密封性能优秀[1]。并且，从工作原理上看，此种密封圈是一种挤压式的密封圈，即借助密封圈的弹性实现缸体盖罩之间的接合，密封圈接触面的接触压力要大于发动机内被密封介质的压力，通过这种原理来确保内部介质不发生泄露。在具体安装该类型的密封圈时，其纵向或者横向的最初压缩量对其促使的密封能力有着十分关键的决定作用，要高度重视和关注这一点。系统压力在密封圈上作用而产生的力实际就是密封圈全部的密封力。这一密封力会伴随着系统压力的增加而持续加大。通过压力的作用，密封圈的形状相似于表面张力非常高的液体，即压力能够朝着其他各个方向等值传输。
2 密封圈的失效原因
通常而言，导致密封圈失效的原因无非有以下五种，一为密封圈老化;二为密封圈过度磨损;三为密封圈存在划伤问题;四为密封圈部分或整体变形;五为密封圈区域开裂。
2.1密封圈老化、开裂
毋庸置疑，不论何种类型，何种质量的密封圈经过长期使用都会出现一定的老化问题。但整体来看，材料的选择尤为重要。较好的原材料所制作的密封圈的使用寿命更长，老化速度也就相对较慢，有着更好的耐老化性和耐高温性，其扩张强度、抗撕裂强度以及伸长率都比质量较低的原材料制作的密封圈好。然而，在现实中，许多密封圈生产商为降低生产成本，追求最大化的利润，经常使用各种成本较低、质量较次的橡胶来生产密封圈，这在一定程度上加速了密封圈的老化问题。而且由于市场上各种类型的密封圈种类繁多，质量参差不齐，市场竞争压力巨大，许多企业为占据市场份额而不得不使用质量较差的材料以获取成本优势，这也在某种程度上促就了汽车密封圈开裂的问题，而密封圈老化或者开裂必然会导致其逐步失效。
2.2密封圈过度磨损、划伤或变形
过度的磨损也是密封圈经常失效的一个原因。过度磨损一般不是密封圈的原材料所导致的，而是汽车过度使用、发动机超常工作所产生。实践中，许多客户都不注重保养自己的汽车，经常要开到几万公里或者等到汽车彻底无法启动时才会去保养汽车，这显然会导致汽车发动机密封圈过度磨损的问题。并且，由于发动机制造技术的不同，部分发动机的制造水平并不高，可能存在一定的精度误差，密封圈承受着缸体的压力，汽车发动机的长期、高强度工作还会划伤密封圈或者导致密封圈变形，影响密封圈的密封效能，进而使得发动机内部介质泄露出来，影响发动机的正常工作乃至汽车的行车安全。
3 解决密封圈失效的对策
3.1选择质量较好的材料
如上所述，原材料的选择与密封圈的性能、使用寿命有着非常密切的关系。在实际生产过程中，生产商应选择质量较好的橡胶材料来制作密封圈。具体而言，一方面，密封圈不仅要能够充分地抵御发动机内部介质如机油、燃油的腐蚀和溶胀，而且还应当具备良好的耐磨性能、弹性、硬度以及压缩变形能力。例如，某种型号的发动机的正时链条盖覆盖了发动机的机油泵、水泵涡室，此时密封圈不仅要密封机油，而且还必须要密封冷却质[2]，要想确保密封圈完成这一目标，理应选择氢化丁腈橡胶作为密封圈的原材料，如果生产商选择使用丁腈橡胶，则由该种材料制成的密封圈会在接触机油后发生体积膨胀问题，就难以再正常地装配到密封圈的圈槽中[3]，质言之，此种类型的密封圈无法使用。
3.2准确计算密封参数
首先，要设定合理的压缩率，范围应控制在8%到30%的范围之内[4];其次，要设定科学的充填率，确保密封圈充填完整。例如，某种型号的增压式发动机在经历637小时的台架耐久实验之后，在拆解机油的冷却转接头时，可以清楚地观察到该发动机的密封圈已经出现磨损和胶体融化的问题。经过仔细分析和计算，发现是因为该密封圈的填充率和压缩率偏大导致的问题，从而使得发动机缸体装配后产生了较大的接触应力，从而出现了溶胶问题。对此，必须重新更正压缩率和填充率，根据发动机结构设计密封圈的结构和尺寸，验证尺寸设计的合理性[5]。另外，还必须正确使用和安装密封圈，满足密封圈的工作环境和工作要求，保证其性能的正常发挥。
4 结语
总之，导致密封圈失效的原因是多方面的，既有密封圈材质的问题，也有发动机结构和设计的问题，在具体的生产过程中，要高度注意选择更为合适、质量更好的材料，并依据发动机的结构和设计特点设定合理的压缩率和填充率，为密封圈性能的发挥提供一个可靠的环境，切实地保障发动机内部的严密性，从整体上促进发动机制造水平的稳步提升。
参考文献：
[1]吴勇斌.某发动机端盖密封圈复合冲模的改进[J].内燃机与配件，2018（05）：103-105.
[2]黄显淞，雷莉，韦玉昆.发动机密封圈失效分析及解决[J].装备制造技术，2017（11）：202-204.
[3]谢孟恺，张建波，朴学奎，颜颜.民用飞机液压发动机驱动泵密封圈与发动机短舱热兼容性分析[J].科技信息，2012（32）：653-654.
[4]张红瑞，郭振东，戴洪江.奥迪发动机喷油器密封圈损坏引发的冷起动困难[J].汽车技术，2005（01）：46.
[5]余英.O形橡胶密封圈在发动机缸体堵漏修复中的应用[J].工程机械，1993（03）：38-40.
作者简介：
陈思东（1991-），男，汉，广东揭阳人，本科，助理工程师，研究方向：高分子材料，橡胶、弹性体材料配方设计开发及材料性能检测分析。
（广东天诚密封件股份有限公司，广东 揭阳522000）