指形摇臂脱落故障解析

于荣枫，严丽丽，闫立君，王剑锋，潘圣临

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司，黑龙江 哈尔滨 150060）

指形摇臂脱落故障解析

于荣枫，严丽丽，闫立君，王剑锋，潘圣临

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司，黑龙江 哈尔滨 150060）

4G15M车用汽油机投放市场半年后出现了摇臂脱落故障，为解决此故障采取了一些切实可行的技术对策，进而为解决此类故障提供一些思路。

指形摇臂；脱落

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.01.061

CLC NO.:U472.4 Document Code:B Article ID:1671-7988(2016)01-177-02

前言

4 G15 M发动机是哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司从日本三菱引进的成熟产品，这款发动机在日本、欧洲、美洲均有批量销售。哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司对发动机零部件进行国产转化生产，在2008年8月份投放市场，6个月后陆续在市场上出现了指形摇臂（下文简称摇臂）脱落故障。根据对故障件进行收集发现，凡是有摇臂脱落的发动机，缸盖总成进气道发黑，各缸进气门头部均有大量积碳及胶质(见图1)。摇臂脱落的主要原因为积碳造成气门响应跟随性不良所致，为解决摇臂脱落故障，优化了ECU数据、改善喷油器雾化质量、改进摇臂结构等技术路线。下文将着重对改进摇臂结构在解决摇臂脱落故障过程中所起的重要作用进行解析。

1、4G15M发动机配气机构介绍

1.1 配气机构

4G15M发动机配气机构是由双顶置凸轮轴、摇臂、液压挺柱、气门弹簧、气门组成。摇臂的布置采用三点（A、B、C）悬浮定位（详见下图2、图3）

图1 故障机缸盖

图2 双凸轮轴机构

1.2 摇臂脱落原因分析

(1)液压挺柱响应不及时，导致摇臂A点失去支撑脱落。

(2)气门回位不及时，导致摇臂B点失去支撑脱落。

(3)凸轮轴与摇臂的接触点产生脱落，导致摇臂C点失去支撑脱落。

图3 摇臂三点悬浮定位

2、解决摇臂脱落技术路线

2.1 改进摇臂结构

在正常情况下，在挺柱和凸轮的作用下，摇臂与气门保持常接触状态，不会发生分离，也不会导致摇臂产生不稳定状态，即图4所示设计的摇臂结构即可满足使用要求，但由于气门杆部及头部有大量积碳及胶质，气门在回位过程中发生卡滞，气门与摇臂接触点间产生分离导致摇臂处于不稳定状态，在凸轮轴的作用力下，摇臂A点处发生向左滑移脱落。为避免以上现象的发生,在A点处增加防脱出结构，以更好地适应中国国内油品品质，提高摇臂在支撑上的稳定性，设计更加强壮的带挡沿结构的摇臂见图5，这种结构是在摇臂有脱出倾向时能阻止其脱出，起到保护作用。

图4 不带挡沿结构摇臂

图5 带挡沿结构摇臂

2.2 挡沿结构摇臂的设计分析

挡沿结构摇臂的设计重点为摇臂受到液压挺柱的反作用角及挡沿高度的确定。

2.2.1 摇臂受到液压挺柱的反作用角分析

用几何画图法找到图4结构的摇臂脱落极限位置见下图6，可以得出最大允许反作用角RMAX=69°见图7，当反作用角达到此最大位置时即为摇臂可能脱落的极限位置，所以只要反作用角不超过最大允许反作用角，摇臂就是稳定的。

RP=(轴向力2+侧向力2)1/2

RP—液压挺柱作用在摇臂上的反作用力Rα=tg-1(侧向力/轴向力)=47.65°

Rα—液压挺柱的反作用角

图6 不带挡沿摇臂脱落的极限位置

图7 不带挡沿摇臂最大 允许反作用角

通过上述计算，得出摇臂受到的反作用力小于最大反作用角（47.65°＜69°），摇臂是稳定的。但当气门不能正常及时回位的情况下，存在摇臂脱落的风险。需要增加约束或者增大最大允许反作用角，以增加稳定性。

在摇臂增加挡沿结构之后，可将最大允许反作用角由原设计的RMAX=69°增大为108°见图8。增大的最大允许反作用角度的设计欲度，且在摇臂有产生脱落故障趋势时，实现过定位，对摇臂实现约束作用，摇臂不会与窝座分开，摇臂在支承上是稳定的。

图8 带挡沿摇臂最大允许反作用角

2.2.2 挡沿高度的确定

挡沿高度设计的原则：

(1)挡沿与竖直方向夹角外偏3°±30’，在保证制造的前提下，满足了装配的需求。

(2)挡沿伸出的长度1.5±0.1，主要考虑在挺柱的干涉，极限尺寸链计算得出在挺柱完全压缩的条件下，挡沿与挺柱的最小间隙0.356mm。

(3)故在考虑制造工艺与装配工艺的条件下，按照挡沿与竖直方向夹角外偏3°±30’和挡沿伸出的长度1.5±0.1进行设计，可以达到最大反作用角为98°。

(4)摇臂挡沿有效高度越高，越能有效阻止摇臂脱离。在满足设计要求的前提下，使挡沿有效高度尽可能达到最大。

3、挡沿摇臂效果评价

挡沿摇臂在防止摇臂脱落故障上起到了非常大的作用，自从2012年3月份挡沿摇臂投放市场，目前尚未得到有挡沿结构摇臂脱落的故障出现。从售后反馈的效果跟踪情况及理论分析，提高摇臂在支撑上的稳定性方案可行，应用挡沿摇臂后效果明显，通过进气侧使用挡沿摇臂可以彻底解决摇臂脱落故障。

[1] 王德海,姜树李.配气机构摇臂比的精确计算.内燃机学报[J].1985, (3)124～ 157.

[2] 尚汉冀.关于配气机构设计和分析计算若干问题研究.内燃机结构强度联合学术讨论会[J],1983:203～217.

[3] 苏军,申屠森.顶置凸轮配气机构气门升程的精确计算.内燃机学报[J].1999, (2):202～203.

[4] 袁兆成，内容机设计[M].机械工业出版社.

The rocker arm falls off the hydraulic tappet failure analysis

Yu Rongfeng, Yan Lili, Yan Lijun, Wan Jianfeng, Pan Shenglin
( Harbin Dong an Automobile Engine Manufacturing Co., Ltd., Heilongjiang Herbin 150060 )

Part of the cars with 4G15M type engines have a trouble that the rocker arm falls off the hydraulic tappet since they went public. Some feasible technological measures are taken in order to solve this fault, and they provide a reference for solving this kind of fault.

rocker arm; fall off

U472.4

B

1671-7988(2016)01-177-02

曾多，硕士研究生，就职于哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司。主要从事结构优化和优化算法的研究。