某款發(fā)動(dòng)機(jī)VVT相位故障問題解析與改進(jìn)

陳麗霞，趙乃博，胡廣，喬彥超

（寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

0 引言

正時(shí)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)五大系統(tǒng)之一，配氣正時(shí)系統(tǒng)由正時(shí)系統(tǒng)和配氣機(jī)構(gòu)共同組成，其功能為保障發(fā)動(dòng)機(jī)正常順暢的呼吸。VVT在正時(shí)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(lái)控制燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣量，對(duì)燃燒進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩[1]。

1 問題描述

某車輛在行駛中故障燈點(diǎn)亮，診斷儀檢測(cè)后得到發(fā)動(dòng)機(jī)相位故障碼，通過統(tǒng)計(jì)市場(chǎng)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(duì)故障車輛故障碼進(jìn)行讀取，VVT相位故障車的故障碼為P034100，故障解讀為進(jìn)氣側(cè)相位傳感器信號(hào)不合理。

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

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

5）測(cè)量凸輪軸信號(hào)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(hào)盤距離無(wú)異常（如圖1）。

圖1 相位傳感器

6）一缸盤至壓縮上止點(diǎn)位置，評(píng)價(jià)凸輪軸相位信號(hào)盤的角度，信號(hào)盤安裝無(wú)異常。

7）更換進(jìn)氣側(cè)VVT，車輛故障消除。故障跟隨進(jìn)氣VVT；拆解后進(jìn)行故障確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)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(jìn)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(duì)零部件單體質(zhì)量及設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行排查[3]。

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

2）鎖銷金相檢測(cè)。檢測(cè)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(shí)測(cè)為39～41 HRC，合格。

4）蓋板密度檢測(cè)。密度要求為6.8～7.2 g/cm3，實(shí)測(cè)為6.9～7.2 g/cm3，密度合格。

5）蓋板平面度評(píng)價(jià)。要求為0.05 mm，實(shí)測(cè)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(píng)價(jià)。粗糙度要求為Ra3.2 μm，實(shí)測(cè)為Ra0.67～1.90 μm，檢測(cè)合格。

7）彈簧座全尺寸檢測(cè)。長(zhǎng)度、寬度、變形角及輸出轉(zhuǎn)矩等滿足圖樣要求，無(wú)異常。

8）對(duì)標(biāo)分析（如表1）。通過對(duì)比標(biāo)桿機(jī)型，標(biāo)桿機(jī)型的鎖銷和蓋板的材料硬度高于故障機(jī)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(duì)比

表1 零部件尺寸對(duì)比

9）VVT起落銷試驗(yàn)。180萬(wàn)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(yàn)證，故障原因?yàn)殒i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(zhǎng)里程范圍的情況，可判定鎖銷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)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(duì)策

對(duì)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(duì)VVT鎖銷頭部進(jìn)行拋光處理[4]。

對(duì)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(yàn)證

對(duì)優(yōu)化后的VVT開展性能試驗(yàn)驗(yàn)證，性能均滿足要求，整改有效。

1）整車VVT跟隨性、臺(tái)架VVT跟隨性、NVH、VVT起落銷、耐臟油落銷試驗(yàn)，驗(yàn)證均滿足要求。

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

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

圖9 VVT臺(tái)架跟隨性試驗(yàn)

4）NVH 試驗(yàn)。2POT，3WOT，IDLE冷啟動(dòng)，對(duì)比NVH，無(wú)敲擊噪聲，相比原狀態(tài)無(wú)惡化（如圖10）[6]。

圖10 NVH試驗(yàn)

5）VVT起落銷試驗(yàn)。VVT帶動(dòng)鏈條起落銷，鏈條力為600 N，頻率為1 Hz，試驗(yàn)500 h（180萬(wàn)次起落銷），鎖銷無(wú)異常磨損（如圖11）[7]。

圖11 試驗(yàn)后鎖銷狀態(tài)

6）耐臟油落銷試驗(yàn)。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(tái)架及整車試驗(yàn)鎖銷磨損對(duì)比。整車10 萬(wàn)km綜合耐久驗(yàn)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(duì)整改后樣件完成整車VVT跟隨性、臺(tái)架VVT跟隨性、NVH、VVT起落銷、耐臟油落銷試驗(yàn)及耐久試驗(yàn)，均通過試驗(yàn)，整改有效。

5 結(jié)語(yǔ)

本次針對(duì)VVT相位故障問題進(jìn)行了全面的解析，從故障現(xiàn)象開始對(duì)相關(guān)零部件進(jìn)行尺寸檢測(cè)、硬度檢測(cè)、金相檢測(cè)及單體耐久分析，對(duì)故障零部件金相進(jìn)行全面剖析，并對(duì)標(biāo)桿機(jī)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，分析耐久性強(qiáng)的機(jī)型相關(guān)結(jié)構(gòu)及相關(guān)零部件的技術(shù)參數(shù)，針對(duì)差異點(diǎn)進(jìn)行剖析論證，結(jié)合故障失效原因確定零部件整改對(duì)策，整改后對(duì)零部件單體進(jìn)行全面的可靠性驗(yàn)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(lái)的VVT相位故障問題。