指形搖臂脫落故障解析

于榮楓，嚴麗麗，閆立君，王劍鋒，潘圣臨

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

指形搖臂脫落故障解析

于榮楓，嚴麗麗，閆立君，王劍鋒，潘圣臨

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060）

4G15M車用汽油機投放市場半年后出現(xiàn)了搖臂脫落故障，為解決此故障采取了一些切實可行的技術對策，進而為解決此類故障提供一些思路。

指形搖臂；脫落

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發(fā)動機是哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司從日本三菱引進的成熟產(chǎn)品，這款發(fā)動機在日本、歐洲、美洲均有批量銷售。哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司對發(fā)動機零部件進行國產(chǎn)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，在2008年8月份投放市場，6個月后陸續(xù)在市場上出現(xiàn)了指形搖臂（下文簡稱搖臂）脫落故障。根據(jù)對故障件進行收集發(fā)現(xiàn)，凡是有搖臂脫落的發(fā)動機，缸蓋總成進氣道發(fā)黑，各缸進氣門頭部均有大量積碳及膠質(zhì)(見圖1)。搖臂脫落的主要原因為積碳造成氣門響應跟隨性不良所致，為解決搖臂脫落故障，優(yōu)化了ECU數(shù)據(jù)、改善噴油器霧化質(zhì)量、改進搖臂結(jié)構等技術路線。下文將著重對改進搖臂結(jié)構在解決搖臂脫落故障過程中所起的重要作用進行解析。

1、4G15M發(fā)動機配氣機構介紹

1.1 配氣機構

4G15M發(fā)動機配氣機構是由雙頂置凸輪軸、搖臂、液壓挺柱、氣門彈簧、氣門組成。搖臂的布置采用三點（A、B、C）懸浮定位（詳見下圖2、圖3）

圖1 故障機缸蓋

圖2 雙凸輪軸機構

1.2 搖臂脫落原因分析

(1)液壓挺柱響應不及時，導致?lián)u臂A點失去支撐脫落。

(2)氣門回位不及時，導致?lián)u臂B點失去支撐脫落。

(3)凸輪軸與搖臂的接觸點產(chǎn)生脫落，導致?lián)u臂C點失去支撐脫落。

圖3 搖臂三點懸浮定位

2、解決搖臂脫落技術路線

2.1 改進搖臂結(jié)構

在正常情況下，在挺柱和凸輪的作用下，搖臂與氣門保持常接觸狀態(tài)，不會發(fā)生分離，也不會導致?lián)u臂產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)，即圖4所示設計的搖臂結(jié)構即可滿足使用要求，但由于氣門桿部及頭部有大量積碳及膠質(zhì)，氣門在回位過程中發(fā)生卡滯，氣門與搖臂接觸點間產(chǎn)生分離導致?lián)u臂處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在凸輪軸的作用力下，搖臂A點處發(fā)生向左滑移脫落。為避免以上現(xiàn)象的發(fā)生,在A點處增加防脫出結(jié)構，以更好地適應中國國內(nèi)油品品質(zhì)，提高搖臂在支撐上的穩(wěn)定性，設計更加強壯的帶擋沿結(jié)構的搖臂見圖5，這種結(jié)構是在搖臂有脫出傾向時能阻止其脫出，起到保護作用。

圖4 不帶擋沿結(jié)構搖臂

圖5 帶擋沿結(jié)構搖臂

2.2 擋沿結(jié)構搖臂的設計分析

擋沿結(jié)構搖臂的設計重點為搖臂受到液壓挺柱的反作用角及擋沿高度的確定。

2.2.1 搖臂受到液壓挺柱的反作用角分析

用幾何畫圖法找到圖4結(jié)構的搖臂脫落極限位置見下圖6，可以得出最大允許反作用角RMAX=69°見圖7，當反作用角達到此最大位置時即為搖臂可能脫落的極限位置，所以只要反作用角不超過最大允許反作用角，搖臂就是穩(wěn)定的。

RP=(軸向力2+側(cè)向力2)1/2

RP—液壓挺柱作用在搖臂上的反作用力Rα=tg-1(側(cè)向力/軸向力)=47.65°

Rα—液壓挺柱的反作用角

圖6 不帶擋沿搖臂脫落的極限位置

圖7 不帶擋沿搖臂最大 允許反作用角

通過上述計算，得出搖臂受到的反作用力小于最大反作用角（47.65°＜69°），搖臂是穩(wěn)定的。但當氣門不能正常及時回位的情況下，存在搖臂脫落的風險。需要增加約束或者增大最大允許反作用角，以增加穩(wěn)定性。

在搖臂增加擋沿結(jié)構之后，可將最大允許反作用角由原設計的RMAX=69°增大為108°見圖8。增大的最大允許反作用角度的設計欲度，且在搖臂有產(chǎn)生脫落故障趨勢時，實現(xiàn)過定位，對搖臂實現(xiàn)約束作用，搖臂不會與窩座分開，搖臂在支承上是穩(wěn)定的。

圖8 帶擋沿搖臂最大允許反作用角

2.2.2 擋沿高度的確定

擋沿高度設計的原則：

(1)擋沿與豎直方向夾角外偏3°±30’，在保證制造的前提下，滿足了裝配的需求。

(2)擋沿伸出的長度1.5±0.1，主要考慮在挺柱的干涉，極限尺寸鏈計算得出在挺柱完全壓縮的條件下，擋沿與挺柱的最小間隙0.356mm。

(3)故在考慮制造工藝與裝配工藝的條件下，按照擋沿與豎直方向夾角外偏3°±30’和擋沿伸出的長度1.5±0.1進行設計，可以達到最大反作用角為98°。

(4)搖臂擋沿有效高度越高，越能有效阻止搖臂脫離。在滿足設計要求的前提下，使擋沿有效高度盡可能達到最大。

3、擋沿搖臂效果評價

擋沿搖臂在防止搖臂脫落故障上起到了非常大的作用，自從2012年3月份擋沿搖臂投放市場，目前尚未得到有擋沿結(jié)構搖臂脫落的故障出現(xiàn)。從售后反饋的效果跟蹤情況及理論分析，提高搖臂在支撐上的穩(wěn)定性方案可行，應用擋沿搖臂后效果明顯，通過進氣側(cè)使用擋沿搖臂可以徹底解決搖臂脫落故障。

[1] 王德海,姜樹李.配氣機構搖臂比的精確計算.內(nèi)燃機學報[J].1985, (3)124～ 157.

[2] 尚漢冀.關于配氣機構設計和分析計算若干問題研究.內(nèi)燃機結(jié)構強度聯(lián)合學術討論會[J],1983:203～217.

[3] 蘇軍,申屠森.頂置凸輪配氣機構氣門升程的精確計算.內(nèi)燃機學報[J].1999, (2):202～203.

[4] 袁兆成，內(nèi)容機設計[M].機械工業(yè)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，碩士研究生，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司。主要從事結(jié)構優(yōu)化和優(yōu)化算法的研究。