浅析LJ4A15Q发动机惰轮支架螺栓断问题分析与解决

黄小双，张婉秋

（1.柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州 545007；2.柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州545005）

0 引言

发动机惰轮支架螺栓断裂，将影响轮系传动，并导致车辆无法启动。本文将从LJ4A15Q6发动机惰轮螺栓断裂问题描述、原因分析、故障重现、要因验证、临时措施以及长期措施等维度进行分析。

1 问题故障描述及分析

2017年9月-10月，2台整车搭载我司LJ4A15Q发动机，在行驶过程中出现惰轮支架螺栓断裂故障，导致车辆无法启动，故障图片如图1、2、3所示。

图1 惰轮支架螺栓断裂

图2 惰轮支架螺栓断裂

图3 惰轮支架螺栓断裂

2 原因分析调查及验证

2.1 原因分析调查及验证

2.1.1 原因分析调查

根据上述分析，制定了问题原因分析树图，见图4，从多个层面进行分析可能原因。

图4 惰轮支架螺栓断裂原因分析树图

2.1.2 要因调查验证

对已列出的可能原因进行一一验证[1]，见表2。分析并判定各项因素对该质量问题的影响程度，确认要因为惰轮支架与曲轴箱安装面不贴合，存在干涉导致螺栓假紧。

表2 惰轮支架螺栓断裂可能原因验证表

（1）螺栓力矩设计不合数据说明[2]

参照现有经验M8螺栓上紧力矩为20～25 N·m，符合标准。

（2）未按要求上紧数据说明

检查确认工艺要求20～25 N·m，实际使用18 N·m风枪预紧，再使用23 N·m定扭扳手复紧，实测力矩为23.2～33 N·m，符合要求。

（3）螺栓假紧：支架安装面不平验证数据说明[2]

检查库房发动机惰轮支架安装情况，发现部分发动机存在安装面不贴合的现象，最大间隙为0.5 mm，虽然检测螺栓力矩为28 N·m，但判定为假紧，发动机运转过程中，将会出现螺栓拧紧力矩衰减，螺栓受负荷后疲劳断裂情况。拆下惰轮支架发现其边缘与曲轴箱干涉，并存在上紧后造成的磨痕现象，如图5所示。

图5 惰轮支架与曲轴箱干涉及上紧后磨痕

检测惰轮支架与曲轴箱尺寸，根据曲轴箱图纸要求：惰轮支架安装面尺寸12±0.2，如图6所示，实际测量为9.5±0.2，不符合图纸要求；惰轮支架图纸要求：安装台外径 18 max，光孔直径 8.5（+0.22/0），如图7所示，实际测量分别为17.8，8.6符合要求。

图6 曲轴箱图纸要求支架安装面尺寸

图7 惰轮支架图纸要求安装台尺寸

（4）惰轮支架螺栓强度不足数据说明

检测分析螺栓断裂故障件材料、金相，新件螺栓进行抽检尺寸、材料以及螺栓设计强度分析，螺栓材料、硬度符合8.8级，且8.8级螺栓强度满足使用要求。

2.2 故障重现验证

（1）故障重现验证：抽取2台惰轮支架与曲轴箱安装面间隙为0.5 mm的发动机进行台架试验；故障重现，分别在16 h、18 h出现断裂。

（2）返工验证：抽取1台惰轮支架与曲轴箱安装面存在间隙的发动机返工后，进行台架试验，故障未重现，未发生断裂。

（3）返工方案：打磨惰轮支架边缘，打磨的角度大致与图中红线平行，使之与曲轴箱安装面无间隙；打磨后支架的断面壁厚控制在3.5~4 mm。返工方案及效果如图8~9所示。

图8 惰轮支架打磨返工方案

图9 返工效果：惰轮支架与曲轴箱贴合

（4）试验大纲：先按照工况1（如表2所列），磨合2个循环；再按工况2（如表3所列）磨合1个循环。

表2 试验大纲工况1

表3 试验大纲工况2

2.3 原因分析-要因确认

通过问题原因分析、调查及验证，锁定引起LJ4A15Q发动机惰轮支架螺栓断裂的根本原因为：曲轴箱图纸上要求惰轮支架安装面尺寸12±0.2不符合，使惰轮支架与曲轴箱安装面干涉的情况出现，造成贴合为线接触（非面接触），形成假紧，导致螺栓受力不均匀，易松动，在螺栓径向受剪切力，并在车辆行驶过程中，长时间受皮带张力后产生疲劳断裂[1]。

3 问题解决措施

3.1 临时措施

（1）排查库存所有LJ4A15Q型号发动机，检查惰轮支架与曲轴箱安装面是否有间隙，要求0.01 mm的塞尺不能通过惰轮支架与曲轴箱结合面；对存在间隙的发动机进行返工惰轮支架，返工后惰轮支架与曲轴箱安装面完全贴合，如图10~12所示。

图10 间隙检查图

图11 惰轮支架打磨返工方案图

图12 返工效果：惰轮支架与曲轴箱贴合

（2）在制LJ4A15Q型号发动机，装配前对惰轮支架进行返工，打磨其边缘，返工后惰轮支架与曲轴箱安装面完全贴合。

（3）在安装惰轮支架螺栓时，增加涂适量螺纹紧固胶（艾布纳2428W）进行紧固，涂胶部位如图13~14所示。

图13 M8×35螺栓涂胶要求

图14 M8×65螺栓涂胶要求

3.2 长期措施

（1）曲轴箱安装面尺寸按图纸要求12±0.2进行加工，并列入检验计划内；

（2）惰轮支架螺栓强度等级，由现在8.8级改为10.9级，提高安全裕度；

（3）惰轮支架由两点固定改为三点固定模式，提高紧固效果。

4 结束语

通过对LJ4A15Q发动机惰轮支架螺栓断裂问题的原因分析、要因验证、故障重现验证，以及整改措施等几个方面的研究分析，惰轮支架装配在曲轴箱凸台后与凸台侧发生干涉，造成贴合为线接触（非面接触），形成假紧，导致螺栓受力不均匀，易松动，在螺栓径向受剪切力，并在车辆行驶过程中，长时间受皮带张力后产生疲劳断裂。

该质量问题整改已经完全解决，自该款发动机量产以来，共计生产5万余台LJ4A15Q系列发动机，没有重复发生；并且问题整改取得良好的效果，降低售后故障、售后维修成本，提高产品使用寿命，以及提升公司产品质量形象。