发动机缸盖与凸轮轴盖结合面渗油问题对策研究

陈进　关智

摘 要：某发动机在试验过程中出现缸盖与凸轮轴盖结合面渗油问题，本文通过对故障发动机进行拆解分析，识别了密封失效的原因是密封胶的延伸率及剪切强度不足。结合对不同胶的密封机理研究，本文选用更高延伸率及剪切强度的密封胶，同时在零件密封面加工出网纹结构增加储胶量提升胶线附着力，对策实施后，结合面密封效果改善明显，800h台架耐久试验未出现渗油。

关键词：发动机 渗油 缸盖 密封胶

1 引言

发动机漏机油问题危害很大，既影响发动机清洁度，增加机油消耗，又污染环境，必须给予重视和解决[1]。渗油与漏油不同，具有现象不明显、显现周期长和难排查等特点[2]，其中，缸盖与凸轮轴盖结合面的渗油较为常见。尽管通过气密检测设备可以将发动机生产过程的泄漏故障进行拦截，但是发动机运行过程中的渗油故障依然未能彻底消除。本文对某款发动机缸盖与凸轮轴盖结合面的渗油问题进行研究分析，提出了改善对策。

2 问题排查

2.1 问题描述

一台800h耐久试验发动机在完成8h试验磨合后，排气侧的缸盖与凸轮轴盖间结合面出现渗漏故障，见图1凸轮轴盖-缸盖结合面渗油图。

2.2 问题原因分析

结合图2示意图，对以上结合面的渗油问题进行分析，得出渗油可能原因有3项：（1）胶未固化时，机油直接从胶内部渗透漏油；（2）密封胶与上下结合面粘接不良，机油从胶与工件接合界面渗出；（3）密封胶的强度不足，因胶线被破坏导致渗油。

将试验故障机进行拆解并对结合面的胶线附着情况进行分析，由图3可知，密封胶虽已固化良好，但是胶与结合面粘连不牢固，部分胶已脱离结合面。此外，对残留固化胶线施加外力进行拉伸验证，胶线容易断裂，延伸率较低。

对密封胶的技术参数及密封结合面进一步分析，得到以下几点推论：（1）该发动机属于涡轮增压机型，缸盖排气侧温度较高，由于结合面上的密封胶具有一定的隔热性，缸盖与凸轮轴盖间存在温差；（2）受两零件温差影响，缸盖与凸轮轴盖受热膨胀的程度不同，因此，两零件会结合面发生一定程度的相对位移；（3）该结合面密封胶为某品牌的厌氧胶，延伸率64%，剪切强度1.6N/mm2，延伸率及剪切强度都相对较低；（4）缸盖与凸轮轴盖结合面发生相对位移时，胶因延伸率不足、剪切强度低、附着力不够，无法跟随时零部移动，胶从工件表面剥离，引发密封失效。图4是缸盖与凸轮轴盖之间的密封示意图。

综上分析，凸密封胶延伸率低、附着力差，胶线无法跟随零部移动，可能是导致漏油的根本原因。

3 对策提出

3.1 密封胶固化机理研究

常用的平面密封胶主要有硅胶及厌氧胶，二者在密封机理方面存在较大不同，图5是平面硅胶的密封原理示意图。

平面密封硅胶的固化条件是与含水份的空气接触，因此，首先密封零件需设计制造出台阶或坡口存胶区，用于胶固化后形成胶膨胀自行密封区；其次，紧密结合区应利于即时密封，确保强度；最后，密封胶应具有足够的剪切强度和适当的延伸率，当两接合件发生相对位移时，胶能伸展和紧密附着于工件上，具有跟随性，保证密封。

与硅胶不同，平面厌氧胶的固化条件是隔绝氧气并接触金属工件，两结合面间无需设计制造出台阶或坡口存胶区，此外，相比于硅胶，厌氧胶的延伸率低，因此，只适用于结合面间隙小的机加工平面密封，原理示意图见图6。

3.2 密封膠选型

基于以上两种平面密封胶的密封机理研究，本文选用某品牌的厌氧胶（延伸率186%，剪切强度7N/mm2，本文中其牌号记为B）和硅胶（延伸率570%，剪切强度2N/mm2，本文中其牌号记为C）各1种开展试验验证。

3.3 零件结构优化

由于原缸盖与凸轮轴盖结合面较为光滑，密封胶受上下零件挤压溢出，结合面存胶量较少，为增加缸盖与凸轮轴盖结合面的存胶量，提升密封胶与上下结合面的附着效果，参考某机型，在零件的结合面上加工出网纹，见图7。

4 效果验证

通过发动机台架试验对上述研究对策进行效果验证，由表1可知：

（1）1#与2#试验对比表明，在密封胶牌号相同条件下，通过在零件结合面加工出网纹增加存胶量，有助于密封效果的提升，延长结合面渗油发生的时间，对比可知，有网纹的2#试验比无网纹1#的渗油时间增加了14h；

（2）3#与2#试验对比表明，随着延伸率及剪切强度增加，密封胶的密封效果显著增加，2#试验在试验运行至22h时开始渗油，而3#试验即使完成800h耐久试验，也无渗油迹象，将试验发动机进行拆解检查，3# 发动机800h耐久试验结束后，缸盖-凸轮轴盖结合面和火花塞孔等以前出现漏油的部位均未出现漏油，观察涂胶面密封情况和胶的固化情况，均良好，无断胶，这说明密封胶能跟随结合面工件的相对位移进行伸展变化，紧密附着于工件上，密封效果显著提升。

（3）同样的，4#与2#试验对比，随着密封胶的延伸率增加，密封性能显著提升。发动机800h耐久试验结束后缸盖-凸轮轴盖结合面也未出现漏油，观察结合面及坡口密封情况，均良好，无断胶现象，用手撕扯剥离坡口的胶，胶的附着力很强，难以剥离。

为进一步验证以上研究结论的可靠性，同时拓展研究成果的应用价值，本文对过往同样有渗油现象的缸体-油底壳结合面，按照4#试验的参数条件进行对策和试验验证，试验结果表明，经过800h耐久试验，该结合面未出现渗油，密封效果改善明显，图8为缸体-油底壳结合面改善前后的密封效果对比图。

5 结论

本文通过对缸盖-凸轮轴盖结合面渗机油原因及对策进行研究，得出结论如下：

（1）通过在零件结合面加工出网纹增加存胶量，有助于密封效果的提升；

（2）密封胶的延伸率及剪切强度对胶的跟随性和密封效果有重要影响，随着延伸率及剪切强度增加，密封效果显著增强；

（3）缸盖-凸轮轴盖结合面密封研究成果对缸体-油底壳结合面同样适用，研究成果具有较高拓展应用价值。

参考文献：

[1]丁国栋.某型号柴油机机体和机座结合面漏油问题的原因分析[J].内燃机与动力装置，2012（5）：52-53.

[2]叶伟.发动机三结合面渗油实例分析[J].汽车工程师，2014（10）：43-46.