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        某款發(fā)動機VVT相位故障問題解析與改進

        2022-04-28 03:43:40陳麗霞趙乃博胡廣喬彥超
        機械工程師 2022年4期
        關(guān)鍵詞:倒角蓋板磨損

        陳麗霞,趙乃博,胡廣,喬彥超

        (寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司,浙江 寧波 315336)

        0 引言

        正時系統(tǒng)是發(fā)動機五大系統(tǒng)之一,配氣正時系統(tǒng)由正時系統(tǒng)和配氣機構(gòu)共同組成,其功能為保障發(fā)動機正常順暢的呼吸。VVT在正時系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用,在不同工況下調(diào)節(jié)凸輪相位來控制燃燒室內(nèi)的進氣量,對燃燒進行調(diào)節(jié),從而調(diào)節(jié)發(fā)動機的功率和轉(zhuǎn)矩[1]。

        1 問題描述

        某車輛在行駛中故障燈點亮,診斷儀檢測后得到發(fā)動機相位故障碼,通過統(tǒng)計市場發(fā)生的47例VVT相位故障發(fā)現(xiàn),55%故障集中在30 000 km以內(nèi),86%集中在45 000 km以內(nèi),20 000~30 000 km為故障高發(fā)區(qū)間。

        2 原因分析

        2.1 故障排查[2]

        1)對故障車輛故障碼進行讀取,VVT相位故障車的故障碼為P034100,故障解讀為進氣側(cè)相位傳感器信號不合理。

        2)對OCV閥接插件進行排查,插件無異常,重新插拔安裝,故障碼依舊復(fù)現(xiàn),因此確定插件無異常。

        3)更換新OCV閥,故障碼依舊復(fù)現(xiàn),因此確定OCV閥無異常。

        4)更換相位傳感器,故障碼依舊復(fù)現(xiàn),因此確定相位傳感器無異常。

        5)測量凸輪軸信號盤與相位傳感器的距離為1.5 mm,因此確定相位傳感器與信號盤距離無異常(如圖1)。

        圖1 相位傳感器

        6)一缸盤至壓縮上止點位置,評價凸輪軸相位信號盤的角度,信號盤安裝無異常。

        7)更換進氣側(cè)VVT,車輛故障消除。故障跟隨進氣VVT;拆解后進行故障確認(rèn),發(fā)現(xiàn)進氣VVT鎖銷表面異常磨損(如圖2),轉(zhuǎn)子(如圖3)和定子(如圖4)均存在磨損問題。

        圖2 VVT鎖銷

        圖3 轉(zhuǎn)子

        圖4 定子

        根據(jù)以上分析可知,進氣VVT鎖銷異常磨損造成鎖銷間隙增大,轉(zhuǎn)子和定子嚴(yán)重磨損,導(dǎo)致VVT相位故障問題。

        2.2 故障分析

        對零部件單體質(zhì)量及設(shè)計尺寸進行排查[3]。

        1)鎖銷全尺寸檢測,鎖銷直徑、高度及倒角等尺寸滿足圖樣要求,無異常。

        2)鎖銷金相檢測。檢測結(jié)果為回火馬氏體組織,滿足圖樣要求。

        3)鎖銷硬度分析。要求為38~43 HRC,實測為39~41 HRC,合格。

        4)蓋板密度檢測。密度要求為6.8~7.2 g/cm3,實測為6.9~7.2 g/cm3,密度合格。

        5)蓋板平面度評價。要求為0.05 mm,實測為0.003~0.020 mm,平面度合格且保證水平較好。

        6)蓋板粗糙度評價。粗糙度要求為Ra3.2 μm,實測為Ra0.67~1.90 μm,檢測合格。

        7)彈簧座全尺寸檢測。長度、寬度、變形角及輸出轉(zhuǎn)矩等滿足圖樣要求,無異常。

        8)對標(biāo)分析(如表1)。通過對比標(biāo)桿機型,標(biāo)桿機型的鎖銷和蓋板的材料硬度高于故障機的材料硬度,鎖銷頂部的倒角偏?。ㄈ鐖D5)。

        圖5 鎖銷頭部圓角對比

        表1 零部件尺寸對比

        9)VVT起落銷試驗。180萬次起落銷,鎖銷和蓋板表面存在異常磨損(如圖6)。

        圖6 蓋板+鎖銷磨損圖片

        根據(jù)以上分析可知,通過起落銷單體耐久驗證,故障原因為鎖銷和蓋板的材質(zhì)硬度偏低且鎖銷頂部的倒角偏小,結(jié)合故障大多發(fā)生在長里程范圍的情況,可判定鎖銷長時間運動過程中易產(chǎn)生異常磨損,造成配合失效,導(dǎo)致故障發(fā)生。

        3 整改對策

        對于鎖銷,調(diào)質(zhì)處理改為淬火處理,硬度由38~43 HRC提升到53~58 HRC,鎖銷頭部圓角由R0.6 mm 更改為R0.8 mm,對VVT鎖銷頭部進行拋光處理[4]。

        對于蓋板鎖銷孔,淬火位置由蓋板鎖銷孔改為鋼套結(jié)構(gòu)(蓋板鎖銷槽更改前如圖7所示,更改后如圖8所示),材料由粉末冶金改為40Cr,硬度由35~45 HRC提升到48~53 HRC。

        圖7 蓋板鎖銷孔

        圖8 蓋板鎖銷孔壓裝鋼套

        4 效果驗證

        對優(yōu)化后的VVT開展性能試驗驗證,性能均滿足要求,整改有效。

        1)整車VVT跟隨性、臺架VVT跟隨性、NVH、VVT起落銷、耐臟油落銷試驗,驗證均滿足要求。

        2)VVT整車跟隨性試驗。穩(wěn)態(tài)偏差≤2 CA,目標(biāo)與實際相位偏差>4 CA時間小于1 s。

        3)VVT臺架跟隨性試驗(如圖9)。響應(yīng)時間≤0.6 s,調(diào)節(jié)時間≤1 s,穩(wěn)態(tài)偏差≤1.5 CA,超調(diào)≤3 CA[5]。

        圖9 VVT臺架跟隨性試驗

        4)NVH 試驗。2POT,3WOT,IDLE冷啟動,對比NVH,無敲擊噪聲,相比原狀態(tài)無惡化(如圖10)[6]。

        圖10 NVH試驗

        5)VVT起落銷試驗。VVT帶動鏈條起落銷,鏈條力為600 N,頻率為1 Hz,試驗500 h(180萬次起落銷),鎖銷無異常磨損(如圖11)[7]。

        圖11 試驗后鎖銷狀態(tài)

        6)耐臟油落銷試驗。油溫為(100±5)℃,油壓為(500±20)kPa,OCV閥外接控制VVT 工作,頻率為1 Hz,每隔10 min檢查鎖銷復(fù)位情況,檢查50次。鎖銷可正常落銷。

        7)臺架及整車試驗鎖銷磨損對比。整車10 萬km綜合耐久驗證,整改前VVT鎖銷磨損量為0.55 mm(如圖12),整改后磨損量為0.012 mm(如圖13),整改有效。

        圖12 整改前鎖銷

        圖13 整改后鎖銷

        對整改后樣件完成整車VVT跟隨性、臺架VVT跟隨性、NVH、VVT起落銷、耐臟油落銷試驗及耐久試驗,均通過試驗,整改有效。

        5 結(jié)語

        本次針對VVT相位故障問題進行了全面的解析,從故障現(xiàn)象開始對相關(guān)零部件進行尺寸檢測、硬度檢測、金相檢測及單體耐久分析,對故障零部件金相進行全面剖析,并對標(biāo)桿機進行對標(biāo),分析耐久性強的機型相關(guān)結(jié)構(gòu)及相關(guān)零部件的技術(shù)參數(shù),針對差異點進行剖析論證,結(jié)合故障失效原因確定零部件整改對策,整改后對零部件單體進行全面的可靠性驗證。優(yōu)化了鎖銷的硬度和倒角,優(yōu)化了蓋板鎖銷孔結(jié)構(gòu)并提高硬度以改善銷孔的耐磨性能,從而解決了鎖銷和銷孔異常磨損帶來的VVT相位故障問題。

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