某型燃油电磁阀短时不工作故障分析及纠错

朱丽颖

中国航发长春控制科技有限公司，中国·吉林 长春 130000

1 概述

2021年58 号发动机，当日第一架次地面起动过程中报“回路故障”，发动机整机转备份，转备份后起动成功。故障发生后，发动机进行再次试车验证，故障未复现。根据系统数据报送，建立“Lm 回路故障”判定“主燃油电磁阀工作异常”，据此公司对此台产品展开排查工作。

2 产品结构及工作原理

某型燃油电磁阀为两位两通常闭电磁阀，主要由线圈组件、衔铁、顶杆、大弹簧、小弹簧、活门、活门座和导套等零组件组成，详见图1。

图1 产品结构示意图

产品断电常闭，按综合电子调节器发出的占空比信号，改变燃油电磁阀输出的流量。当产品通电时，衔铁在电磁力作用下向左运动，直至衔铁底端面与导套底端完全贴合，该距离为行程h，活门在小弹簧力作用下向左运动，打开产品油路；断电释放时，衔铁在大弹簧力的作用下向右运动，推动活门克服液压力与小弹簧力，使活门与活门座贴合，关闭产品油路。

3 产品故障树

根据系统故障现象判定“主燃油控制电磁阀工作异常”，现结合产品工作原理，确定故障顶事件为“产品短时不工作”，形成故障树见图2，共有8 个底事件。

图2 产品短时不工作故障树

根据故障树，对故障树底事件进行了排查，排查方法如表1所示。

表1 产品短时不工作故障底事件排查表

4 故障排查工作

4.1 设计复查

①经复查产品设计图纸，电磁阀进口处装有滤网，可防止污染物进入电磁阀内部造成衔铁运动卡滞。（X1-1 可排除）

②经复查产品设计图纸，电磁阀运动部件之间配合尺寸给定符合公司电磁阀设计标准。（X2-1 可排除）

③经复查产品设计图纸，衔铁外径有圆柱度0.005 等形位公差要求。（X3-1 可排除）

④经复查产品设计图纸，衔铁弹簧基准面有垂直度0.03等形位公差要求。（X4-1 可排除）

⑤通过装配状态及对衔铁、弹簧及调整垫片配合尺寸的计算[1]，按照产品图样，衔铁与垫片之间间隙为0.3～0.81，最大间隙为0.81，在极限尺寸下弹簧仍与调整垫片接触，因此不会造成弹簧陷入调整垫片和衔铁之间，不会直接导致衔铁异常偏斜磨损。（X5-1 可排除）

⑥经复查产品设计图纸，导套内孔有圆柱度0.005 等形位公差要求。（X6-1 可排除）

4.2 实物质量复查

产品原材料供应商，均在合格供应商名录中，并按要求实施入厂复验，物资均经检验合格。生产过程中涉及的不锈钢热处理工艺、化学热处理工艺、化学镀镍工艺、真空浸漆工艺为特殊工艺，均进行了特殊过程确认，保证工艺的质量满足规定的要求[2]。对计量器具、试验检测设备进行检定，均在检定周期内且合格，产品零（组）件尺寸、技术条件和表面质量状态符合产品图样和工艺文件要求，无代料、不合格品审理、性能偏离等情况。（X4-2 可排除）

4.3 装配复查

①经复查产品装配工艺规程，工艺规程中明确要求在装配前对零组件进行清洗去除油封油。清洗完成后对零组件外表面进行目视检查，工艺检查方法明确，装配前对导套、衔铁等零组件均有检查要求，防止有污染物、有划伤的零组件被装配到产品。（X1-2 可排除）

②对比工业CT 检查结果与分解检查情况基本一致。根据此现象，复查图纸及装配过程，图纸中对冲点深度要求为0.3～0.5mm。装配时由冲压工装保证[3]。

衔铁装于工装中使用“一字”型冲头，两个角向各冲一次，形成“十字”型锁紧，打冲点后拨动顶杆检查锁紧情况，顶杆不应松动[4]。根据故障件衔铁可以看出，水平冲点明显较竖直冲点宽，通过对故障件计量，槽宽最大为0.67mm，冲头宽度为0.6mm，分析应是多次冲击所致。由于衔铁材料DT4 硬度较低，且承力位置接触面较小，如多次大力冲压会引起衔铁弹簧安装基准面变形，出现衔铁弹簧安装基准面（承力位置）上翻变形、上部孔口内缩变形的情况。（X4-3、X4-4 不可排除）

③该台产品吸合电流、释放电流、线圈电阻均合格，符合技术要求，可以排除线圈接触不良因素。（X8 可排除）

4.4 试验过程

外场使用时在发动机转备份起动故障后，检查主燃油占空比电磁阀无异常；发动机进行再次试车验证，未出现转备份后起动情况，故障未复现，此台产品返厂后，按产品规范要求对产品进行性能复试，各项性能指标均符合要求，产品工作正常。（X8-1 及X8-2 可排除）

4.5 分解情况

①产品在分解后，对衔铁与导套配合间隙进行检查，未发现存在异物。（X1-3 可排除）

②对衔铁及导套配合尺寸进行测量，尺寸及配合间隙均符合图纸要求。（X2-2 可排除）

③对衔铁靠近底端面外圆部位尺寸进行测量，合格无变形情况。（X3-2 及X3-3 可排除）

④对导套内孔进行检查及测量，合格无变形情况。（X6-2及X6-3 可排除）

⑤对调整垫片内孔及衔铁外径尺寸进行测量。合格无变形情况。（X5-2 可排除）

⑥对大弹簧进行检查，合格无变形情况。（X7 可排除）

5 故障定位

通过对产品衔铁卡滞故障树的所有8 个底事件进行了逐一排查，排除了7 项底事件。衔铁弹簧基准面变形1 项底事件不能排除。

6 纠正措施

对产品衔铁打冲点工装进行改进设计。改变打冲点时的承力位置，由工装限定冲点深度（0.4～0.5）mm。

分析认为减小调整垫片与衔铁之间的间隙，可抑制弹簧不垂直的情况，避免衔铁被弹簧带动发生偏斜。因此更加垫片内径为φ7.35 ～φ7.4，内控弹簧内径为公差的中下限，衔铁弹簧定位处外径φ7.25 ～φ7.3。

7 验证情况

按照纠正措施采用新工装后对衔铁实施打冲点操作，测量衔铁φ6+0.12 0 内孔尺寸，平面度与打冲点前无变化。由测量结果可知，纠正措施有效。

8 结语

通过开展故障树分析、设计复查、装配复查以及分解检查等工作，确定了产品发生短时不工作故障原因是：由于操作者缺乏足够的装配经验且力量相对较大，在衔铁与顶杆装配后打冲点进行锁紧的过程中，故障件衔铁经大力多次敲击，导致衔铁安装弹簧基准面变形，使弹簧在压缩时出现不垂直状态，衔铁被弹簧带动发生偏斜。偏斜的衔铁在运动过程中与导套发生偏磨，随着工作时间的增加，衔铁与导套内孔边缘位置磨损程度逐渐加大，衔铁靠近锥底一侧外圆与导套内孔空刀槽φ6.1 尺寸位置接触，此时衔铁所受摩擦力进一步加大，可引起衔铁瞬间卡滞，产品发生短时不工作故障。针对原因采取的对产品衔铁打冲点工装进行改进、调整垫片尺寸改进等措施经验证有效。