汽油发动机真空控制阀一种失效模式剖析的研究

2021-08-05张少华郭宇辉刘晓莹赵福成

汽车实用技术 2021年14期

王博，张少华，张彬，郭宇辉，崔凯，刘晓莹，孙萧，赵福成

（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波 315336）

引言

用户驾驶某PHEV车型，急加速行驶过程中车辆出现顿挫感，缓加速行驶车辆正常。维修人员检查发动机故障灯亮，使用解码器读取故障码：（1）涡轮增压器增压压力显示过高；（2）一缸发生失火故障码。

检查发现第1缸火花塞陶瓷体脱落，更换新火花塞试车，急加速过程中车辆依然顿挫，读取故障码报涡轮增压器增压压力显示过高，进一步检查发现真空控制阀阀体表面呈白色印记，有疑似进水迹象，更换真空控制阀故障排除。拆解真空控制阀，发现柱塞锈蚀，柱塞密封座与柱塞分离。

1 真空控制阀作用、结构、原理

1.1 真空控制阀作用

发动机满足增压后需进行泄压，保证压力均衡。ECU通过占空比信号控制真空控制阀进行真空度的调节。当需要泄压时，真空控制阀将真空输入给增压器废气旁通阀，增压器废气阀门在负压下打开进行泄压。真空控制阀布置及控制原理详见图1[1]，图2。

图1 真空控制阀布置图

图2 增压压力控制原理图

1.2 真空控制阀结构

真空控制阀内部结构如图3所示。

图3 真空控制阀内部结构图

1.3 真空控制阀原理

真空控制阀管路连接图示[2]，详见图4。

图4 真空控制阀管路连接图示

自然状态下，堵头在中间位置，管口1通过堵头密封，隔断与管口2连同，此时增压器废气泄压腔无真空输入，详见图5。

图5 真空控制阀中间状态

当增压器需要泄压时，ECU通过占空比信号控制真空控制阀电磁输入电流，电流驱动柱塞向下运动，堵头同步下行，管口1与管口2接通，增压器废气泄压阀在真空吸力的作用下打开废气阀门进行泄压，详见图6。

图6 增压器泄压时，真空控制阀状态

当需要增压时ECU再次改变占空比信号，真空控制阀柱塞回到自然状态，管口1与管口2隔断，增压器废气泄压阀腔无真空输入。

2 原因分析

2.1 真空控制阀分析

2.1.1 故障件性能测试

台架试验验证故障阀体管口2无真空输出，对比正常件在不同占空比下输出满足需求的真空度，详见表1。

表1 故障真空控制阀真空测试结果

2.1.2 故障件拆解

真空控制阀内部进水柱塞锈蚀、柱塞密封座与柱塞分离，图7所示，柱塞下行时柱塞密封座及堵头无动作，导致管口1与管口2无法联通，管口2无真空输入，增压器废气旁通阀无法打开泄压。

图7 柱塞锈蚀，柱塞密封座与柱塞分离

增压器无法泄压造成发动机进气压力、温度升高，发动机易形成早燃、爆震，火花塞陶瓷体在爆压下损坏松脱，出现加速顿挫现象。

2.1.3 真空控制阀材质分析

柱塞密封座材料PA46，耐水性较差，经水浸泡后易变形出现阀体与密封座分离问题。

在对阀座与柱塞组件浸水储存后，测试阀座的拔脱力，PA46阀座拔脱力平均值219 N，PA66阀座拔脱力平均值452 N，试验结果显示PA66材质耐水性明显强于PA46。

2.2 真空控制阀进水原因调查

（1）发动机生产过程排查：发动机生产线、库房、排查发动机外观及真空控制阀表面无水渍。

（2）整车生产过程排查：发动机上线前、装配线、内外饰线体、车辆淋雨前检查发动机外观无水渍，车辆淋雨后检查发动机真空控制阀表面明显水渍。

（3）检查车辆密封条无破损、漏装，但在导水槽位置发现空螺栓孔，经查该孔为螺栓过孔，供应商加工失误导致多加工。水通过导水槽螺栓孔流进机舱导致真空控制阀进水失效，锁定原因为导水槽密封不良进水造成真空控制阀失效，图8所示。

图8 真空控制阀进水照片

2.3 控制阀失效造成火花塞失效原因排查

针对故障车辆进行数据采集、分析，真空控制阀失效无真空输入至增压器废气泄压机构，增压器无法泄压导致增压压力超标，急加油节气门开度全开状态时增压压力超标，此时，节气门开度至45%左右，发动机转速瞬间（0.2 s）波动量超过1 000 rpm，出现加速顿挫问题，此时喷油量滞后效应相对空燃比变浓，混合器偏浓引起发动机早燃，反复急加油严重时引起超级爆震，造成火花塞陶瓷体在高温高压下出现松脱、烧蚀问题，严重时造成活塞弯曲碎裂，详见图9故障数据。