國Ⅵ柴油機(jī)EGR 單項(xiàng)閥可靠性分析與改進(jìn)

張小康 王德華 楊強(qiáng)強(qiáng) 常 訓(xùn) 王曉龍

EGR 單向閥是國Ⅵ EGR 排放控制系統(tǒng)的核心部件，是一種控制氣體單向流通的閥門，用于防止EGR 中廢氣回流，其可靠性不僅關(guān)系到整車排放性能能否達(dá)標(biāo)，而且會(huì)影響到整車動(dòng)力性能能否正常發(fā)揮，因此對(duì)其性能的深入研究及改進(jìn)是國Ⅵ技術(shù)研究的重要方向。

本文通過對(duì)某重卡車型滿載爬坡抖動(dòng)問題的排查分析，找出問題的根本原因，進(jìn)而對(duì)EGR 單項(xiàng)閥進(jìn)行深入分析及改進(jìn)優(yōu)化，最終通過了發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架耐久和整車道路耐久驗(yàn)證。

1 原因分析

圍繞可能引起整車滿載爬坡抖動(dòng)的各項(xiàng)因素，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)跟車試驗(yàn)，初步判定為滿載爬坡時(shí)動(dòng)力不足引起，就此我們通過大數(shù)據(jù)分析、故障碼分析、實(shí)車拆解分析幾方面分別展開排查分析。

1.1 大數(shù)據(jù)分析

針對(duì)某重卡車型滿載爬坡抖動(dòng)問題，借助車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)整車運(yùn)行路況、油門開度、實(shí)際扭矩百分比等參數(shù)進(jìn)行深入分析，首先調(diào)取出現(xiàn)抖動(dòng)問題時(shí)間段的整車運(yùn)行海拔數(shù)據(jù)，如圖1。

圖1 整車運(yùn)行海拔數(shù)據(jù)

通過海拔數(shù)據(jù)分析并結(jié)合用戶故障描述，發(fā)現(xiàn)：主要是在滿載爬坡路段出現(xiàn)抖動(dòng)問題。對(duì)此，我們繼續(xù)調(diào)取這段時(shí)間內(nèi)的油門踏板開度和實(shí)際轉(zhuǎn)矩百分比數(shù)據(jù)，如圖2、圖3。

圖2 該路段油門踏板開度

圖3 該路段實(shí)際轉(zhuǎn)矩百分比

通過對(duì)故障時(shí)間段數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，油門踏板開度與實(shí)際扭矩百分比對(duì)應(yīng)一致，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

1.2 故障碼分析

根據(jù)前述的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，此滿載爬坡抖動(dòng)問題無法從數(shù)據(jù)上精準(zhǔn)反應(yīng)。對(duì)此，我們借助發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷終端設(shè)備，讀取相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)故障碼信息并查詢故障手冊(cè)，如表1。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)故障碼手冊(cè)

分析認(rèn)為,可能是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、EGR 系統(tǒng)氣路存在漏氣或阻力超差問題。

1.3 實(shí)車拆解分析

根據(jù)前述分析情況，用泡沫水涂抹發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、EGR 等管路密封處，未發(fā)現(xiàn)因漏氣而引起的氣泡，進(jìn)一步對(duì)整車EGR 系統(tǒng)氣管路進(jìn)行拆解檢查，如圖4、圖5。

圖4 EGR 單向閥損壞(膜片斷裂)

圖5 EGR 閥卡滯(切開后取出)

拆解發(fā)現(xiàn)，EGR 單向閥彈簧膜片斷裂、閥體燒熔，斷裂的碎片被氣流吹向下游的EGR 閥，引起EGR 閥卡滯進(jìn)而管路阻力增大、EGR 系統(tǒng)控制不精準(zhǔn)，最終導(dǎo)致整車動(dòng)力不足、爬坡抖動(dòng)問題。

2 優(yōu)化改進(jìn)

綜上分析，此故障主要為EGR 單向閥彈簧膜片疲勞斷裂、閥體燒熔進(jìn)而引起下游的EGR 閥卡滯最終導(dǎo)致整車動(dòng)力不足、爬坡抖動(dòng)。就此，聯(lián)合EGR 閥廠家對(duì)故障件進(jìn)行深入分析并開展優(yōu)化改進(jìn)。

2.1 限位板優(yōu)化

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，EGR 單向閥彈簧膜片因氣流沖擊會(huì)頻繁變形擺動(dòng)、撞擊限位板，長(zhǎng)時(shí)間頻繁撞擊會(huì)導(dǎo)致膜片磨損、脆性斷裂。為此，我們?cè)谙尬话迮c膜片接觸的表面進(jìn)行掛膠工藝處理(圖6)，膠料采用耐溫高達(dá)280℃的過氧氟橡膠，同時(shí)將限位板改為弧形結(jié)構(gòu)(圖7)；限位板上的掛膠面在膜片變形撞擊時(shí)起到緩沖作用，大大降低了撞擊力并避免了硬性摩擦，大幅提高彈簧膜片的壽命。

圖6 限位板掛膠處理

圖7 限位板造型更改前后狀態(tài)

2.2 閥體優(yōu)化

EGR 氣道內(nèi)部為發(fā)動(dòng)機(jī)高溫排氣，即便是經(jīng)過EGR 冷卻后的氣流溫度也將近200 ℃，長(zhǎng)時(shí)間的高溫排氣對(duì)EGR單向閥閥體帶來極大挑戰(zhàn)，本例中EGR單向閥閥體就是在長(zhǎng)期高溫排氣的作用下出現(xiàn)燒熔。為此，我們將閥體材料由工程塑料(圖8)優(yōu)化為壓鑄鋁合金(圖9)，并在閥體與膜片接觸的表面增加過氧氟橡膠層，使得整個(gè)閥體最高耐溫由200±5 ℃提高到280±5 ℃左右，大幅提高了閥體壽命。

圖8 工程塑料閥體

圖9 鑄鋁閥體(密封面掛膠處理)

3 改進(jìn)驗(yàn)證

針對(duì)以上單向閥閥體及限位板的優(yōu)化改進(jìn)，分別完成了6 000 次熱沖擊臺(tái)架試驗(yàn)和300 h 道路耐久試驗(yàn)，單向閥總成各部件完好，無脫落、斷裂、燒熔等缺陷(圖10)，單向閥拆解檢查結(jié)果見表2。

表2 單向閥拆解檢查結(jié)果

圖10 單向閥總成熱沖擊驗(yàn)證效果

4 結(jié)論

本文針對(duì)某重卡車型滿載爬坡抖動(dòng)問題，利用車聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)及發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷終端設(shè)備，初步判定為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、EGR 等系統(tǒng)氣路漏氣或堵塞所致；經(jīng)進(jìn)一步實(shí)車拆解分析發(fā)現(xiàn)EGR 單向閥損壞，最終聯(lián)合有關(guān)廠家對(duì)單向閥限位板及閥體進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架和整車道路耐久驗(yàn)證，最終大幅提高了單向閥壽命，可確保發(fā)動(dòng)機(jī)EGR 系統(tǒng)可靠性。本次針對(duì)EGR 閥可靠性的分析研究及改進(jìn)優(yōu)化，為國Ⅵ EGR 系統(tǒng)可靠性提升提供了很好的借鑒思路。

(注：本文作者單位，陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安，710200)

國Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)的2 條后處理技術(shù)路線

目前國Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用2 條后處理技術(shù)路線：(1)EGR+ 低效SCR 路線；(2)Hi-SCR(高效HCR)路線，也稱非EGR 路線。這2 種路線都會(huì)用到尿素，前者有EGR，后者無EGR。這2 種路線在國際上都有使用，各有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，目前還都難說有絕對(duì)壓倒對(duì)方的優(yōu)勢(shì)。

(1)EGR+DOC+DPF+SCR 路線，簡(jiǎn)稱EGR 路線：其中，EGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))、DOC(氧化催化器)、DPF(顆粒捕集器)、SCR(低效選擇性催化還原技術(shù))各司其職。采用EGR 技術(shù)，無須頻繁注入尿素，可以減少車輛的使用成本，但對(duì)功率有少量損失，比較適合標(biāo)載高速、長(zhǎng)途干線、快遞、冷鏈等運(yùn)輸。

(2)Hi-SCR 路線：即高效選擇性催化還原技術(shù)路線，無EGR 裝置，其后處理系統(tǒng)故障較少，對(duì)散熱要求更低，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的影響極小。所以Hi-SCR 技術(shù)更適合綜合路況，如國道、非鋪裝路面、重載短途運(yùn)輸。(黎 明)