某輕卡車型離合助力器故障分析及整改

姚學森，遲玉華

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

離合器是手動擋車型的關鍵零部件，使用頻次非常高，通過離合踏板的操作（踩踏板、松踏板），實現離合器的結合、分離，進而實現車輛的起步、換擋、倒車等[1]。由于載貨汽車離合器規格遠大于乘用車，離合器分離力比較大，為保證離合踏板力的舒適性，需增加離合助力器，借助氣壓助力，降低離合踏板力。如果離合助力器發生故障，失去助力作用，離合踏板力變大，甚至難以踩下離合踏板，無法有效完成離合器的分離與結合，導致無法選換擋，嚴重影響客戶使用，甚至會發生安全隱患[2]。

1 問題來源

梳理質量部保單系統，2021年下半年離合助力器保單390例，對390例故障現象進行分解，主要有漏油、卡滯、異響、銷軸脫落等，其中漏油故障331例，占比高達84.9%，如圖1所示。對故障件現場調研，漏油部位為離合助力器排氣口處，如圖2所示，離合助力器缸體表面并沒有漏油痕跡。

圖1 故障統計分析圖

圖2 離合漏油區域

2 問題原因分析

首先從離合操縱系統原理進行分析，如圖3所示。踩離合踏板，在踏板力的作用下，將制動液擠壓進入離合助力器的液壓腔（如圖3所示箭頭走向），在密封圈的作用下，液壓腔內形成油壓，油壓一方面推動助力器的推桿移動，另一方面打開平衡活塞，讓氣壓進入離合助力器，通過氣壓助力推動推桿移動，推桿與變速箱分離軸承硬性鏈接，進而推動離合器工作[3]。從系統原理可知，離合操縱系統對離合助力器的輸入只有兩個，即制動液和液壓腔內形成的油壓。其中油壓可以通過離合踏板力進行換算。

圖3 離合操縱系統原理簡圖

針對離合助力器單個零部件分析，內部詳細結構如圖4所示，制動液被擠壓進入液壓腔后，是通過1區和2區的密封圈形成液壓壓力，油壓達到一定程度，才能打開平衡活塞，引進氣壓助力。通過拆解故障件發現，2區平衡活塞處沒有油跡，只有 1區呼吸孔處漏油。因此可以得出，離合助力器漏油原因為1區密封失效。1區涉及三個零件：密封圈、柱塞和密封圈安裝槽。

圖4 離合器內部結構圖

找到問題癥結區域，從系統和零部件結構原理逐級深入，制定排查圖，如圖5所示。

圖5 故障分析圖

3 試驗驗證

針對離合助力器承受油壓過大問題，對故障車型離合踏板力進行測試，通過踏板力，運用油壓與離合踏板力公式計算離合助力器實際承受的油壓。

式中，ε為工作承受油壓；F為踏板力；S為總泵主缸截面積；I為踏板杠桿比；f為踏板回位力；η為力傳遞效率，取0.8。

與離合助力器所能承受的設計油壓進行對比，如表1所示。工作油壓遠遠小于設計油壓，不會產生因油壓過高而導致密封失效。

表1 故障離合器踏板壓力測試統計

對制動液選用不合理進行確認。經過充分驗證后，公司統一規定選用型號 HZY3的制動液。統計2021年主銷Top10的車型對比分析，同一種制動液 HZY3，采用不同離合助力器匹配不同車型，只有D8CD7型離合助力器漏油故障異常偏高。

對密封圈硬度、伸縮率、耐油性不滿足要求進行確認。對密封圈材料進行檢測，如表2所示，密封圈硬度、伸縮率、耐油性等均滿足標準要求，為非關鍵因素。

表2 故障離合器踏板壓力測試統計

對密封圈唇口厚度不滿足要求進行確認。密封圈唇口厚度分為外唇口厚度和內唇口厚度，如圖6所示，外唇口厚度為A，內唇口厚度為B，外唇口厚度A影響密封圈與缸體內腔安裝槽的過盈量，內唇口厚度B影響密封圈與其內配合的柱塞之間的過盈量，二者直接影響密封圈的密封效果。

圖6 密封圈結構圖

參照市場表現較好的 E23S離合助力器設計經驗，唇口厚度A和B設計值為0.6～1.0 mm，與E523S離合助力器保持一致。現對40套故障件拆解的密封圈進行檢測（橡膠密封圈尺寸檢測工具是影響測量儀），檢測結果如表3、圖7所示。

圖7 密封圈測試分析圖

表3 故障離合器踏板密封圈檢測統計

檢測結果均滿足設計要求，但是設計經驗并不可靠，查閱密封圈相關標準《氣缸用密封圈安裝溝槽形式、尺寸和公差》（JB/T 6656）（以下簡稱JB/T 6656）可知，不同規格密封圈的內、外唇口厚度要求并不一致，E523S離合助力器的密封圈配套柱塞規格：密封圈內圈公稱直徑為19.8 mm，內外唇口厚度標準為0.6～1.0 mm；而D8CD7離合助力器的密封圈配套柱塞規格為直徑25 mm，內外唇口厚度標準0.8～1.2 mm。所以設計與標準不符，二者尺寸要求范圍不一樣，有交叉區間0.8～1.0 mm，所以市場表現并不是所有 D8CD7離合助力器都發生漏油現象，內外唇口厚度在交叉區間內，滿足標準要求，可能就不會發生漏油。從檢測結果來看，40套件沒有一套件的內、外唇口厚度同時落在標準交叉區間內，從理論上判定可能產生漏油，為進一步確認要因，隨機取三套離合助力器，更換滿足標準要求的密封圈后，進行抬價密封試驗，均滿足要求。通過對比分析，密封圈唇口厚度不滿足要求，是離合器踏板故障的主要原因。

密封圈唇口粗糙度檢測主要通過影像放大后進行目視對比，標準要求放大后觀察無明顯毛刺。通過影像測量儀觀察密封圈新舊件對比，唇口均圓滑無明顯毛刺，滿足標準要求。針對密封圈與安裝槽配合尺寸不合標準問題，密封圈安裝在缸體安裝槽內，密封圈安裝外徑d1與安裝槽直徑D1應滿足配合標準。對故障件安裝槽進行檢測，由于是凹槽，不是平面，切開缸體后粗糙無法直接檢測，只能通過目視，與粗糙度對比樣塊進行對比判定粗糙度，因為是破壞檢測，因此，在故障件中隨機抽取 4套進行目視對比檢測。檢測結果密封圈安裝槽粗糙度滿足標準要求。針對密封圈安裝槽圓柱度大，密封圈安裝槽圓柱度大，影響與密封圈的貼合，進而影響密封效果[4]。對密封圈安裝槽的圓柱度進行測量，按照測量標準，用自制內徑百分表分別測量三個不同截面上的直徑，測出的最大直徑與最小直徑差的一半即為圓柱度。標準要求密封圈安裝槽圓柱度≤0.1 mm，測量結果均滿足要求。針對柱塞表面粗糙度大，柱塞與密封圈內孔配合，柱塞粗糙度大，也會導致內圈密封不嚴，出現漏油[5]。粗糙度過小，不利于柱塞滑動。標準要求與密封圈內孔配合的柱塞表面粗糙度為0.4～1.0 μm，檢測結果均滿足標準要求。針對柱塞圓柱度大，柱塞與密封圈內孔配合，柱塞的圓柱度大，當液壓推動柱塞在密封圈內孔軸向滑動時，可能會產生漏油。故障件的柱塞圓柱度均小于0.1 mm，滿足標準要求。

通過以上分析，最終找到了離合助力器漏油問題的根本原因，即密封圈唇口厚度小。針對密封圈唇口厚度小問題，需要調整密封圈唇口厚度。密封圈是通過模具澆鑄成型，增大密封圈唇口厚度需要重新開模。在加工密封圈澆鑄成型時，唇口位置處于分型面上，唇口厚度尺寸是通過切割機進行修剪的，人工操作控制，一致性差[6]。因此，在重新開設模具時，對模具型腔、型芯進行優化，使唇口厚度由模具保證，分型面設在不重要的尺寸上，唇口厚度尺寸一致性好，具體參數如表4所示。

表4 密封圈唇口厚度改進后厚度

模具改進后，對成型的密封圈唇口厚度進行檢測，內、外唇口厚度均滿足要求。對離合助力器密封檢測，為防止逃離點，隨機抽取 7個樣件全部按照試驗大綱要求進行相關密封性試驗，如表5所示。（備注：原試驗大綱要求3個樣件，而且是分別做不同的試驗項目，不能夠有力反應產品質量一致性，存在逃離點概率較大。）臺架試驗結果全部合格，方案有效。

表5 密封性試驗數據

4 結論

根據本次問題解決結果，從系統工作原理著手，鎖定故障區域，然后從故障區域零部件可能產生的問題因素進行分析，從零部件尺寸分析、結構逐一分析進行，積累了大量的檢測數據、試驗數據，并找到了問題的根本原因；通過對標分析，找到了解決問題的方案：優化結構，修改模具，增加密封圈唇口厚度。問題的解決，提升了離合器助力器的可靠性，最終提升了產品競爭力及顧客滿意度。