汽車發(fā)動機(jī)節(jié)氣門故障的分析

□ 魯志遠(yuǎn) □ 陳麗霞 □ 胡 廣 □ 喬彥超

寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江寧波 315336

1 故障情況

汽車發(fā)動機(jī)節(jié)氣門外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。節(jié)氣門安裝在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi),依據(jù)電子油門踏板位置信號及電子控制單元綜合發(fā)動機(jī)工況、水溫、油溫等傳感器信號,通過既定指令控制直流電機(jī)動作,通過傳動機(jī)構(gòu)控制節(jié)氣門閥板的翻轉(zhuǎn)角度來控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣量,改善燃燒。節(jié)氣門電機(jī)失效后,將無法調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的空氣量,導(dǎo)致異常燃燒。

某車輛在北方連續(xù)發(fā)生25起發(fā)動機(jī)故障燈亮、車輛跛行故障,診斷儀檢測為節(jié)氣門故障。

2 故障排查

排查現(xiàn)場的接插件及連接線束,未發(fā)現(xiàn)異常。節(jié)氣門未發(fā)現(xiàn)有積碳、油污。排查節(jié)氣門單體,閥板可以轉(zhuǎn)動,進(jìn)行緊急制動系統(tǒng)復(fù)試,節(jié)氣門故障產(chǎn)生,如圖2所示。

節(jié)氣門返廠測試,功能測試均不合格,節(jié)氣門電機(jī)測試均不合格。故障節(jié)氣門電機(jī)更換為正常電機(jī)后,節(jié)氣門性能測試結(jié)果均合格。故障節(jié)氣門電機(jī)如圖3所示。

對故障節(jié)氣門電機(jī)進(jìn)行拆解,發(fā)現(xiàn)電機(jī)線圈存在發(fā)黑現(xiàn)象,判定電機(jī)已經(jīng)燒蝕,如圖4所示。

排查結(jié)論為節(jié)氣門電機(jī)燒蝕后無法正常工作,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)故障燈報(bào)警。

3 故障分析

對節(jié)氣門電機(jī)燒蝕原因進(jìn)行分析。

(1) 電機(jī)磁通量。對電機(jī)永磁體磁通量進(jìn)行測試,結(jié)果為144 Wb,滿足設(shè)計(jì)要求,見表1。

表1 電機(jī)永磁體磁通量測試 Wb

(2) 尺寸檢測。對故障節(jié)氣門的零件尺寸進(jìn)行檢測,閥板、閥軸、殼體的關(guān)鍵尺寸未發(fā)現(xiàn)超差情況,見表2。

(3) 電機(jī)選型。節(jié)氣門電機(jī)額定電壓、扭矩、電阻、最大摩擦扭矩均滿足設(shè)計(jì)要求。

(4) 齒輪間隙測量。經(jīng)對比分析,中間齒輪與電機(jī)齒輪及復(fù)位齒輪側(cè)隙在合理范圍內(nèi),不存在過小的情況,見表3、表4。

(5) 電機(jī)耐大電流能力。對DVE5.8、DVE5.9節(jié)氣門電機(jī)通過推力計(jì)進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)矩測試,如圖5所示。進(jìn)行堵轉(zhuǎn)時燒蝕時間測試,如圖6所示。DVE5.9 節(jié)氣門電機(jī)最大推動力矩為120～130 N·m,330 s時產(chǎn)生大量煙霧,電機(jī)燒毀。DVE5.8節(jié)氣門電機(jī)最大推動力矩為140～160 N·m,912 s時產(chǎn)生大量煙霧,電機(jī)燒毀。

表2 關(guān)鍵尺寸檢測 mm

表3 中間齒輪與電機(jī)齒輪側(cè)隙 mm

表4 中間齒輪與復(fù)位齒輪側(cè)隙 mm

通過測試結(jié)果對比,DVE5.8節(jié)氣門電機(jī)轉(zhuǎn)矩優(yōu)于DVE5.9節(jié)氣門電機(jī),初步判斷DVE5.8節(jié)氣門電機(jī)耐堵轉(zhuǎn)能力優(yōu)于DVE5.9節(jié)氣門電機(jī)。兩臺節(jié)氣門電機(jī)堵轉(zhuǎn)后燒蝕現(xiàn)象和故障節(jié)氣門電機(jī)相似,初步確定電機(jī)燒蝕原因?yàn)殡姍C(jī)過載導(dǎo)致電機(jī)線圈燒蝕。

(6) 節(jié)氣門間隙校核。節(jié)氣門間隙校核如圖7所示,閥板與殼體的最小間隙為0.02 mm,閥軸與殼體的最小間隙為0.2 mm,未發(fā)生干涉。

(7) 節(jié)氣門環(huán)境溫度測試。對節(jié)氣門環(huán)境溫度進(jìn)行測試,如圖8所示。由測試可見,發(fā)電機(jī)后殼溫度為77.7 ℃,接插件溫度為85.9 ℃,滿足使用要求,且與無故障車型相應(yīng)部位溫度對比基本一致,無異常。

(8) 閥板結(jié)冰檢查。經(jīng)過冬季試驗(yàn),確認(rèn)節(jié)氣門在閥板處存在結(jié)冰現(xiàn)象,如圖9所示。

(9) 節(jié)氣門布置。節(jié)氣門安裝姿態(tài)如圖10所示。節(jié)氣門在車輛上正常安裝時,節(jié)氣門閥軸與水平面平行,夾角為0°,滿足裝配技術(shù)文件要求。節(jié)氣門氣道軸線與豎直方向呈35.31°向下,有助于水滴或異物順下,可見節(jié)氣門布置無問題。

(10) 曲通管布置。曲通管布置如圖11所示。曲通管位于進(jìn)氣歧管的出口位置,距離節(jié)氣門較近,冷凝水易流入節(jié)氣門,造成在低溫情況下結(jié)冰。通過計(jì)算機(jī)輔助工程軟件分析,曲通管中的水氣會運(yùn)動至節(jié)氣門,如圖12所示。通過分析,確定曲通管在進(jìn)氣歧管的出口位置,與節(jié)氣門距離較近,曲通管中的冷凝水易流入節(jié)氣門進(jìn)氣口,造成在低溫情況下節(jié)氣門進(jìn)氣口結(jié)冰,閥板無法轉(zhuǎn)動,通電后節(jié)氣門電機(jī)堵轉(zhuǎn),長時間通電后導(dǎo)致電機(jī)線圈過載燒蝕。

4 整改對策

對曲通管布置位置進(jìn)行優(yōu)化,將進(jìn)氣歧管中的曲通管出口延長至進(jìn)氣歧管出氣口位置,遠(yuǎn)離節(jié)氣門進(jìn)氣口,避免冷凝水進(jìn)入,消除冷凝水遇冷導(dǎo)致節(jié)氣門結(jié)冰問題。

對優(yōu)化后的進(jìn)氣歧管開展冬季試驗(yàn),共計(jì)驗(yàn)證10臺車,節(jié)氣門閥板表面清潔干凈,均無水滴和冰霜問題,整改有效。

5 結(jié)束語

筆者針對汽車發(fā)動機(jī)節(jié)氣門電機(jī)燒蝕故障進(jìn)行分析,確認(rèn)曲通管中的冷凝水易流入節(jié)氣門,導(dǎo)致低溫下節(jié)氣門結(jié)冰,閥板無法轉(zhuǎn)動,造成節(jié)氣門電機(jī)線圈過載燒蝕。通過優(yōu)化曲通管位置,避免冷凝水進(jìn)入節(jié)氣門進(jìn)氣口,消除冷凝水遇冷造成節(jié)氣門結(jié)冰問題,進(jìn)而避免節(jié)氣門電機(jī)燒蝕故障。