汽车发动机曲轴油封早期失效及其预防

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彭高宏
(广州工程技术职业学院，广州510075 )
摘要：曲轴油封是确保汽车发动机正常工作的关键零件之一。

介绍了汽车发动机曲轴油封的密封原理，分析了曲轴油封早期失 效的原因，提出了预防曲轴油封早期失效的一般方法，以及强化专业教育和培训是预防曲轴油封早期失效的根本对策的结论。

关键词：曲轴油封;早期失效；密封原理
0引言
发动机的曲轴属于开启式旋转轴，前、后端都有一部 分暴露在空气中，为了防止机内的废气、油液等外泄和外 界的灰尘、水气等侵入，必须采用相应的密封件进行密封。

一般来说，发动机曲轴的前、后端大多采用唇形密封圈（常称油封，下称油封）进行密封。

发动机是汽车的动力装置，是汽车的“心脏”，油封是 确保发动机正常工作的关键零件之一，直接影响到发动机 的整体工作。

如果曲轴油封密封失效，发动机的润滑油（俗 称机油，下称机油）就会外泄，一是会增大运动机件的摩 擦、磨损和功率消耗，使发动机不能正常工作，甚至不能工 作，从而缩短发动机的大修周期和使用寿命；二是会因机 油泄漏而污染环境和浪费机油，并造成发动机前端的带轮 机构和后面的离合器打滑（指手动变速器车）。

在实际维修工作中，由于油封选用随意、油封装配错 误等异常维修，以及发动机维护不到位，人为地造成曲轴
基金项目：广东省高等职业教育特色专业子项目广州工程术技 职业学院教育质量工程项目（SGXY2015-m-6-2 )。

作者简介：彭高宏（1963-),男，湖南岳阳人，副教授，硕士，研究 方向为高职教学和汽车电了控制和液压传动技术。

行状态，当温度超过所设置阈值时，系统进行报警并能自 动进行温度调节。

另外，为了减少系统运行的能耗，还可以 设置子管理系统，保证机电组运行的有效管理。

3.2对定子引出线的维护检修
要定期对定子引出线的电缆表皮进行维护检修，当引 出线的电缆表皮有一定磨损时，可能会发生漏电等现象，造成不安全事故。

当发现电缆表皮有磨损时，在断电情况 下，及时采取有效措施对其进行包扎，防止漏电事故放生。

当磨损严重时，要及时更换引出线电缆，保证机组的正常 运行工作。

3.3对轴承漏油的维护检修
机组运行时有时会出现轴承漏油情况，一方面和发电 机组的组合形式有关，另一方面可能是轴承端盖部分没有 进行密封处理，从而导致机油沿着螺旋线流出。

针对这类 情况，在检修时可以通过将轴承的端盖替换为铜垫来防止 漏油。

3.4对异步电机的维护检修
对异步电机的维护检修比较特殊，需要专业的有经验 的人员来进行维护，原因是异步电机在结构和运行环境方 面不尽相同，即使是相同的故障展现出来的现象也是不同油封早期失效的现象经常发生。

因此，依据油封的基本构造和密封原理，分析油封早 期失效的原因，探索正确的使用和维修方法，从而延长曲 轴油封的使用寿命，这对于提高发动机的运用效率和降低 运用成本、汽车节能和减排等具有重要意义。

1发动机曲轴油封的密封原理
发动机曲轴油封安装在发动机曲轴前、后端的油封轴 颈上，起到曲轴前、后端密封的作用，主要由橡胶本体、金 属骨架、自紧弹簧等三部分组成(如图1、图2所示）。

图1双唇式骨架油封外形图
的，不可一概而论，需要根据具体情况，详细排查处理。

对于该情况，要求进行维修的人员，对每次出现的故障现象 以及修复方法要进行详细的记录和总结，方便自己和后续 维护人员能够准确、快速地处理该类故障问题。

4结束语
通过以上对泵站机电设备安装问题、安装要点和维护 检修的分析可知，泵站机电设备的安装和检修不但复杂而 且很重要。

安装施工人员在安装时一定要按照水利工程中 泵站机电设备的相关规范和标准进行作业，维护检修时一 定要针对具体情况，提供及时有效的处理，对出现的故障 问题还要排查具体原因，做好后续防范措施，进而提高泵 组机电设备的工作效率。

参考文献：
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图2旋转式骨架油封的结构示意图
1-转轴；2-密封唇;3-自紧弹簧;
4-橡胶本体；5-金属骨架;6-防尘唇
目前国内外对于油封密封原理的研究甚多，但油封究 竟是怎样工作的至今仍然不很清楚。

根据1957年Jagger
提出的“表面张力理论”，1984年Muller、Ott发现的油封与 轴之间液体的动态密封作用和Salant等提出的油封唇口 表面粗槌度对油封动态密封也有重要作用，以及Horve L 等人研究并提出的“泵汲”效应模型理论11，发动机曲轴油 封的密封原理可以简单地作如下表述。

在自由状态（非安装状态）下，曲轴油封唇□内径比油 封轴颈小，有一定的过盈量（约0.5耀1.2mm[2])。

安装后，曲轴油封唇□的过盈压力，再加上自紧弹簧的收缩力和补偿 作用，对曲轴油封轴颈产生一定的径向接触压力（下称径 向压力），迫使曲轴油封唇□紧紧地箍在油封曲颈上，起到 一定的静密封作用。

发动机工作时，在径向压力的作用下，油封唇□的刃 部产生小量变形，以及油封使用初期的微量磨损，使油封 唇□与油封轴颈之间形成一个宽0.25耀0.5mm[3]的密封接 触环带，在曲轴箱内压力（主要是窜气压力）的作用下，机 油渗入密封接触环带之间形成一层极薄的具有流体润滑 特性的油膜（厚度2.5滋m左右[4])，再加上液体表面张力的 作用，在此油膜与空气端形成一个能阻止机油外泄的新月 面（如图3所示），起到动密封的作用。

此外，这层油膜还具 有唇□散热和润滑的作用。

图3油膜新月形密封面示意图
1-油封轴颈；2-油封刃□;-油膜;4-新月面;w-油膜宽度；h-油膜厚度与此同时，由于曲轴油封与油封轴颈之间油膜的存 在，当曲轴旋转时，油封的机油端和空气端产生不同的压 力变化，结果使油封机油端相对于空气端形成了一定的内向吸力，产生“泵油效应”，将流向空气端的机油泵汲到机
油端，起到动密封的作用。

通过上述三种密封作用，达到防止曲轴前、后端机油
外泄的目的。

2发动机曲轴油封的使用要求
随着机电控制技术的发展，汽车发动机正在朝着“小
排量、高转速、高效率、低排放、低能耗”的绿色方向发展。

由于发动机转速的提高，使得各种旋转轴的线速度加快、
瞬时工作温度提高，例如曲轴后油封的线速度一般超过
20m/s，气门阀瞬时温度超过300益，油封唇部的工作温度
也要求在200益左右[5]。

同时，发动机极压润滑技术的普
及，润滑油中加入的氯、磷等添加剂对油封的橡胶本体有
一定的腐蚀作用。

这样对发动机油封的耐热性、耐磨性、耐
腐性等技术性能提出了更高的要求。

具体来说，汽车发动机曲轴油封至少应能满足如下使
用要求：
① 具有高度的化学稳定性，耐强酸、强碱的腐蚀；
②具有优异的自润滑性，与金属的摩擦系数小，耐高 速磨损；
③ 具有良好的热稳定性，耐极限高温热害；
④具有良好的排它性，对其它物质，特别是对粘性物 质的吸附性小，耐油泥污染；
⑤具有良好的相溶性，能与机油“共存”，耐溶胀或 收缩。

总之，要求曲轴油封能在发动机高温、高速、高压和高
腐蚀的极限条件下正常工作。

3发动机曲轴油封早期失效的原因及其预防
在发动机正常运行的条件下，曲轴油封的使用寿命一
般在1000小时左右，如果小于500小时就发生机油渗漏，
则可判定为早期失效16]。

在维修实践中，发现曲轴油封早期
失效而泄漏，不仅仅做简单的更换油封处理，而应该找到
油封早期失效的原因，并且采取相应的措施予以排除，并
做好预防，以降低曲轴油封早期失效的机率。

导致发动机
曲轴油封早期失效的原因是多方面的，主要应该从设计和
制造、使用和维修这两个方面分析。

3.1设计和制造方面的原因及其预防
① 油封轴颈的加工精度。

如果油封轴颈的表面粗槌 度、表面硬度、圆度偏差等没有达到与曲轴油封配合使用
的技术要求，就会导致轴颈表面与油封唇部之间不能很好
地甚至不能形成密封油膜。

例如表面粗槌度过大，油膜厚
度大，容易泄漏，使唇部磨损加剧；若过小，则油膜难以形
成，油膜易皲裂，密封性能不稳定。

曲轴表面硬度没有达到
要求，也会使油封轴颈的磨损加快，从而使唇部磨损加快。

一般来说，油封轴颈的表面粗槌度（Ra)在0.15耀0.40滋m，
曲轴表面硬度为洛氏硬度HRC30或HRC55[8]比较适合。

此外，油封轴颈的不圆度和动态偏心都会影响油封使用的
密封效果。

② 油封的制造质量。

油封的制造质量主要涉及油封的 结构设计和材料选用两个方面。

油封的结构设计，一是要
求油封内圆（即密封唇唇□)有良好的回弹性和一定的过
盈量
，安装后能对油封轴颈产生并能维持一定的径向压
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力，以利于密封油膜的形成和泵汲作用的发挥；二是要求
油封外圆与曲轴油封安装孔之间有一定的过盈量，以保证 安装后紧固可靠；三是油封的前端面、后端面、唇□端面之 间必须相互平行，以保证唇□端面与油封轴颈（或曲轴）中 心线垂直安装。

油封材料的选用要求与发动机使用的机油 具有良好相溶性，不然会导致油封的膨胀或收缩，影响油 膜的形成和油膜的耐磨性。

此外还要考虑油封的温度特性 和速度特性。

实践表明，用聚四氟乙烯(PTFE )油封（如图4 所示）代替丁睛橡胶和氟橡胶等橡胶油封，已成为发动机 曲轴油封的发展方向。

图4改性PTFE 发动机曲轴油封外形图
3.2使用和维修方面的原因及其预防
① 机油的清洁度。

在发动机运行中产生的金属屑和外
部侵入的灰尘进入机油中污染了机油。

机油中的杂质、微
粒进入唇□引起磨粒磨损，使油封唇□和轴颈表面划伤，
加速油封和轴颈的磨损，破坏油膜的表面张力，机油不洁
还会影响曲轴的散热，使曲轴油封堆积油泥，从而影响油
封的散热，过热会使油封唇□硬化而失去弹性，使密封油
膜退化，进而导致曲轴油封早期失效。

因此在维修时，发现
油封脏污或油封生锈，都应及时清除或更换，并按照发动
机维护要求定期更换机油和机油滤清器，保持油封和机油
清洁。

② 曲轴油封的选用或代用。

曲轴工作的转速和温度、 油封轴颈的尺寸、机油的特性等是油封选用的重要依据， 如果选用失当就会导致曲轴油封早期失效。

曲轴的转速高 对油封磨损大，而且转速的改变会引起温升变化，曲轴本 身的温度受发动机工作温度影响较大，并直接影响油封的 温升变化，两者对油封寿命有显著的影响。

油封轴颈尺寸 和油封安装孔尺寸决定了油封的规格。

选用或代用时，必
须处理好油封外径与油封安装孔、油封密封唇□内径与油 封轴颈、油封外圈宽度与油封安装孔宽度之间的装配关
系。

此外，还要注意油封与机油的相溶性。

此外，选用油封
时要善于识别真伪，杜绝误用伪劣假冒油封。

③ 曲轴的磨损程度。

曲轴磨损是由于机油缺乏或变
质、润滑系统工作不良造成的润滑不良而引起的，包括曲
轴主轴承磨损和油封轴颈磨损。

曲轴主轴承的磨损会导致
曲轴偏心度和轴向串动量增大，使油封的刃□产生径向跳 动和轴向串动，当超过油封弹性唇的承受能力时（油封径 向偏移量为0.2耀0.7mml 9])就会增加油封的磨损，破坏油封的密封性。

油封轴颈磨损会造成油封轴颈表面产生环形沟 槽，降低油封轴颈的粗槌度，从而造成泄漏。

因此，必须认
真做好润滑系统的维护工作，确保曲轴的良好润滑，并及 时调整或更换曲轴主轴承和止推片，使曲轴主轴承径向间 隙和轴向间隙保持在发动机原厂规定范围之内。

④
曲轴箱内压力的高低。

发动机工作时，由于活塞的
泵吸作用和活塞环的泄漏，使曲轴箱内产生剧烈变化的内 压力，并作用于油封的机油端。

一般来说，油封的耐压力为
0.4MPa 耀0.7MPa 1]。

当内压力大于油封的耐压力时，就会导 致油封唇部变形，并增大对油封轴颈的径向压力，从而增 大接触宽度，使摩擦力矩增加，摩擦加剧，温度提升，进而 导致油封早期失效。

因此必须认真做好发动机曲轴箱强制 通风装置的维护工作，保持PCV 清洁和畅通，使曲轴箱内 压力臆外界大气压。

⑤ 油封的安装方法。

在安装油封时，必须保证油封（密 封唇□)端面垂直于油封轴颈（或曲轴）的中心线，油封的 密封唇朝向机油端，防尘唇朝向空气端，否则会产生偏移 而造成唇□单边磨损，起不到密封的作用。

由于油封的外 圆是通过一定量的过盈量镶配在发动机前、后端盖的曲轴 油封安装孔内，并使油封外端面低于油封安装孔的安装面 0.5±0.1mm [u ]，所以应该采用压装法安装油封。

由于油封
的内圆要经过曲轴的螺纹或键槽等才能安装到曲轴曲颈 上，所以装配时应该注意油封的外圆和内圆不能碰伤和
变形，防止油封在安装时产生唇□翻边、弹簧脱落和油封
歪斜等。

4结语
发动机曲轴油封合理的结构设计、优良的材料质量、
适当的曲轴加工精度是预防油封早期失效的基础，而正确
的使用和维修是预防曲轴油封早期失效的关键。

通过强化
专业教育或培训，使汽车发动机维修者掌握和运用曲轴油
封的密封原理、拆装工艺和使用条件等知识和技能，从而
确保曲轴油封的正确使用和维修，是预防发动机油封早期
失效的根本对策。

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