某緊湊型車液壓轉(zhuǎn)向沉重問題分析

李 杰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

早期的汽車轉(zhuǎn)向是沒有任何助力裝置的，全靠駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向動(dòng)力源。目前，仍可以看到在一些老款的車型上，也沒有任何轉(zhuǎn)向助力的裝置，當(dāng)汽車在原地打方向時(shí)，沉重的感覺令人印象深刻。鑒于駕駛操縱的舒適性和安全性，人們發(fā)明了各種轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)向助力按助力源不同，可分為機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向、電液助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。鑒于篇幅，本文僅針對(duì)最常見的機(jī)械液壓助力轉(zhuǎn)向—齒輪齒條式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行闡述。

齒輪齒條式液壓助力轉(zhuǎn)向已有較長的應(yīng)用歷史了，國內(nèi)幾家轉(zhuǎn)向機(jī)廠設(shè)計(jì)和加工制造技術(shù)都相當(dāng)成熟。在筆者處理過的轉(zhuǎn)向沉重的問題中，極少遇到是由轉(zhuǎn)向機(jī)本身問題引發(fā)的轉(zhuǎn)向沉重，絕大部分是由于轉(zhuǎn)向助力泵輸出流量異常導(dǎo)致。

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向油壺，吸油管，高壓油管，回油管，轉(zhuǎn)向助力泵，轉(zhuǎn)向機(jī)等幾大件構(gòu)成。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向泵將轉(zhuǎn)向液流動(dòng)起來。在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向液在轉(zhuǎn)向機(jī)控制閥管控下瞬時(shí)輸入到轉(zhuǎn)向機(jī)相應(yīng)的助力缸里形成液壓，推動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)活塞向另一方向運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生助力，使轉(zhuǎn)向輕便，這就是液壓轉(zhuǎn)向的基本原理。目前，國內(nèi)銷量靠前的幾款緊湊車型都采用此形式。下圖1是液壓轉(zhuǎn)向工作原理。

圖1 液壓轉(zhuǎn)向工作原理

1 轉(zhuǎn)向沉重和轉(zhuǎn)向助力泵功能概述

1.1 確認(rèn)轉(zhuǎn)向沉重失效模式

在接收到問題反饋，查看車輛時(shí)，存在兩種失效模式:

（1）原地勻速打方向時(shí)，存在沉重或者突然發(fā)生沉重現(xiàn)象，撥動(dòng)方向盤力度同未啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，此時(shí)轉(zhuǎn)向助力消失，可確認(rèn)為轉(zhuǎn)向沉重。

（2）原地快速撥動(dòng)方向盤，方向盤有遲滯感。這種故障會(huì)在路邊泊車時(shí)體現(xiàn)出轉(zhuǎn)向沉重，這是轉(zhuǎn)向沉重的另一種失效模式。

1.2 明確轉(zhuǎn)向沉重發(fā)生工況

轉(zhuǎn)向助力是在駕駛員需要助力的時(shí)候，要及時(shí)產(chǎn)生助力，如車輛開動(dòng)前的原地轉(zhuǎn)向，低速轉(zhuǎn)彎，路邊車位的泊車等，這些情況都有個(gè)共同的特點(diǎn)：車速低，大幅度、迅速地轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤。在這種工況下，如果助力失效，駕駛員會(huì)非常容易察覺。在其他如高速行車，城市主干道行駛的駕駛條件下，駕駛者轉(zhuǎn)向時(shí)不需要太大的助力，反而要求轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能提供穩(wěn)定的操控：輕微撥動(dòng)方向盤，車輛也不會(huì)出現(xiàn)大幅擺動(dòng)發(fā)擺的現(xiàn)象。

1.3 轉(zhuǎn)向助力泵工作原理

液壓轉(zhuǎn)向助力泵主要功能：

一是，要源源不斷的輸出油液到轉(zhuǎn)向機(jī)不同的油缸，推動(dòng)活塞左右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力。

二是，對(duì)輸出的油液流量調(diào)節(jié)和對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油液壓力的控制，確保轉(zhuǎn)向穩(wěn)定和液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安全。

2 轉(zhuǎn)向助力泵詳解

目前，轎車上使用最常見的是葉片助力泵。其組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 葉片助力泵結(jié)構(gòu)

2.1 葉片助力泵關(guān)鍵的子零件及功能

（1）皮帶輪：連接發(fā)動(dòng)機(jī)，提供驅(qū)動(dòng)力給助力泵。

（2）壓力開關(guān)（僅針對(duì)小排量汽油機(jī)）：怠速時(shí)，助力泵工作時(shí)內(nèi)壓力升高，助力泵轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。當(dāng)泵內(nèi)產(chǎn)生一定壓力時(shí)，壓力開關(guān)傳遞信號(hào)給ECU，促使發(fā)動(dòng)機(jī)開放一定節(jié)氣門，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，防止熄火。

（3）出油口接頭：連接高壓管，同時(shí)提供助力泵出油口處高壓油泄壓時(shí)的通道。定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤、后蓋組成容積不同的空間，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，容積變化，油液被轉(zhuǎn)移到不同區(qū)域（從吸入口到吐出口），不斷吐出油液，如圖3所示。

圖3 葉片轉(zhuǎn)子工作示意

（4）壓力流量調(diào)節(jié)閥（滑閥）：輸出流量控制，系統(tǒng)壓力控制，如圖4所示。

圖4 壓力流量調(diào)節(jié)閥示意

2.2 轉(zhuǎn)向助力泵工作原理

圖5為轉(zhuǎn)向助力泵油路及工作時(shí)油液走向。其工作原理為：

（1）流量輸出

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，葉片、轉(zhuǎn)子、定子組成不斷變化的容積，把油液不斷的從吸入口（淺色）轉(zhuǎn)移到吐出口（深色），不斷的輸出油液給到轉(zhuǎn)向機(jī)。

（2）壓力流量控制

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)（超過1 100轉(zhuǎn)）：流量輸出增加，系統(tǒng)壓力升高，滑閥受壓稍向后移動(dòng)，高壓的油液通過打開的通道（泄流通道）返回到助力泵吸油口（低壓）處，使輸出流量降低。

（3）當(dāng)方向盤打到底時(shí)

系統(tǒng)內(nèi)壓力急劇升高，上述滑閥后移已不足以調(diào)節(jié)使流量降低從而壓力降低，此時(shí)高壓油液通過出油口接頭（高壓）上的小孔通道到滑閥后端的黃色小球處，壓力頂開小球，返回到助力泵吸油口處（低壓）—此通道為泄壓通道。此時(shí)滑閥后端壓力小于前端，滑閥大幅后移，形成大的泄流通道，降低轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力，保證管路等零部件安全。

圖5 轉(zhuǎn)向助力泵油路及工作時(shí)油液走向

3 失效模式分析

3.1 流量調(diào)節(jié)異常

在多起快打方向盤有遲滯感的助力泵故障分析中，在滑閥調(diào)節(jié)桿和出油口接頭的配合處（下圖圈內(nèi)）發(fā)現(xiàn)棉絮、橡膠皮屑和金屬小顆粒等異物雜質(zhì)。

異物的存在導(dǎo)致滑閥在閥孔里面的自如運(yùn)動(dòng)受阻，滑閥無法關(guān)閉泄流通道，助力泵的輸出流量無法正常調(diào)節(jié)，助力泵輸出流量偏小，需要推動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)活塞的油液不能及時(shí)提供，迅速轉(zhuǎn)向時(shí)助力不能及時(shí)體現(xiàn)出來，從而導(dǎo)致有遲滯感。

圖6 調(diào)節(jié)閥在轉(zhuǎn)向泵中示意

3.2 流量輸出異常

在方向盤朝一側(cè)打到底時(shí)，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)內(nèi)壓力急劇升高，油液經(jīng)出油口接頭的小孔，通過滑閥的閥座，頂開黃色小球（小球同閥座形成縫隙），返回到助力泵的吸油口處，形成泄壓通道。此時(shí)，滑閥前面壓力大，后面壓力小，滑閥向后移動(dòng)，泄流通道大幅打開，使整個(gè)系統(tǒng)壓力保持在一個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，不再繼續(xù)升高，保證系統(tǒng)零件的安全。油液在通過小球時(shí)（與閥座形成的縫隙），油液中的部分雜質(zhì)難通過此縫隙，會(huì)卡在小球和閥座之間。這樣，泄壓通道常開，泄流通道也導(dǎo)致大幅打開，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向泵輸出流量基本為0。沒有油液輸入到轉(zhuǎn)向機(jī)形成助力，這時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，操縱感覺是非常的沉重。

圖7 壓力流量調(diào)節(jié)閥

4 總裝裝配及改善措施

通過失效件的分析，可確定異物進(jìn)入轉(zhuǎn)向泵是造成轉(zhuǎn)向沉重最主要的原因。改善措施如下：

（1）零部件改善

通過在閥座上增加濾網(wǎng)（如上圖所示綠色），過濾異物，減少異物通過小球，降低小球被墊起，泄壓通道常開的幾率。濾網(wǎng)一般由2層組成，第一層60目，第二層100目。

此措施采取后，經(jīng)4個(gè)月跟蹤，市場問題反饋故障降低85%。

（2）供應(yīng)商裝配環(huán)境改善

供應(yīng)商原來的裝配車間為敞開式管理，整個(gè)車間對(duì)進(jìn)出人員及著裝無明確規(guī)范和管理。現(xiàn)車間入口增加風(fēng)淋門，員工使用防塵防靜電服，并對(duì)車間5S進(jìn)行明確和落實(shí)。車間操作員工和管理人員對(duì)異物控制的認(rèn)識(shí)有明顯提升。

（3）主機(jī)廠裝配注意事項(xiàng)

由于助力泵一般在發(fā)動(dòng)機(jī)部裝完成裝配，裝配時(shí)要注意：在裝配完助力泵后，不要提交拔掉泵出油口和進(jìn)油口防塵帽，避免異物進(jìn)入；在連接吸油膠管和泵進(jìn)油口時(shí)，一定到注意對(duì)準(zhǔn)安裝，不能強(qiáng)行將膠管推進(jìn)。防止在裝配時(shí)，膠管內(nèi)壁被吸油口接頭剝落橡膠皮。

5 結(jié)束語

通過對(duì)故障件的分析，確認(rèn)異物是造成液壓轉(zhuǎn)向沉重的主要原因。異物的控制及轉(zhuǎn)向泵泄壓結(jié)構(gòu)的改善對(duì)解決該問題有很明顯的幫助。