发动机 OCV 电磁阀卡滞问题解析
作者：张明兴
文章来源：AI《汽车制造业》
发布时间：2022-03-29
本文通过对OCV电磁阀的结构、卡滞机理的分析，从制造、设计和使用三个方面，论述了造成卡滞故障问题的关键因素，确定改进措施并综合改进，有效地解决OCV电磁阀卡滞故障报警率高的问题，为解决类似电磁阀问题提供参考。
发动机OCV电磁阀是控制发动机VVT凸轮轴相位角的关键零部件，OCV电磁阀故障会造成VVT凸轮轴相位角不正确，发动机报警。严重时发动机抖动，不能正常运转。OCV电磁阀最频繁且最易出现的故障为卡滞，分析卡滞产生的原因，解决卡滞问题是保证OCV电磁阀功能正常的关键。
OCV电磁阀结构如图1所示，通常由电磁线圈驱动机构、阀体、阀芯、复位弹簧、弹簧座圈、滤网和卡箍弹簧组成，阀体和阀芯通常为铝合金材质。
阀芯由弹簧和电磁线圈驱动，如图2所示，阀芯由电磁力作用向左移动，机油由电磁阀A口进油，B口出油到VVT齿轮，C口为VVT齿轮回油，随着阀芯移动，C口D区逐渐封闭，当有杂质流经该区就会卡在该区，当杂质较小时可能被切断，出现轻微的卡滞后恢复正常。
当杂质粗大时：①不能切断，阀芯不能继续向左移动会造成VVT相位角调整问题；②如果控制系统让阀芯向右移动，卡滞的杂质可能被回油冲走，卡滞解除；③可能杂质粘附在卡滞部位不能冲走，继续造成卡滞；④可能卡滞较严重，阀芯无法左右移动，完全卡死。如果刃口部有毛刺，在油液等作用下毛刺状态的变化，也会造成卡滞。
通过研究OCV电磁阀的结构和使用条件，对故障件的分析，电磁阀卡滞的主要影响因素可以分为4个方面。
阀体孔径及阀芯外径的尺寸精度直接影响到配合间隙，圆柱度误差也影响到实际配合间隙。随着油温的变化配合间隙也会微变，间隙过小就会影响阀芯的运动。表面粗糙度及表面质量缺陷、尖角毛刺等制造质量问题，影响阀芯在阀体中运动的灵活性，从而影响OCV阀的响应速度，严重时会造成VVT凸轮轴相位角的误差过大，使发动机运行异常并报警。
制造精度问题容易造成异常磨损和零部件损伤，致使零部件功能失效。目前，供应商十分注重制造精度。
阀内清洁度和毛刺是产生卡滞的关键因素。杂质颗粒造成卡滞是一个概率性事件，根据卡滞颗粒的大小和卡滞的部位，可以分为轻微卡滞和严重卡滞。轻微卡滞是能够通过电磁力和弹簧力自动解除的卡滞。严重卡滞是指电磁力和弹簧力难以解除的卡滞，必须采取措施以避免卡滞。
OCV电磁阀内部清洁度的颗粒大小、数量要求十分重要。杂质颗粒粗大，难以断屑，极易造成严重卡滞；颗粒数量越多，卡滞产生的概率越大，所以要严格控制清洁度，禁止大颗粒。清洁度属边缘工艺，很多公司重视不足，在清洗工艺及清洁度测量上不规范，所以在清洁度方面很容易出现问题。
在结构设计上要避免对清洁度的敏感性，避免易产生清洁度问题，要使内部杂质容易排出。通过对卡滞故障件的分析，结构设计上需要关注以下几种问题。
OCV电磁阀应用在油道环境中，细小的颗粒是无法避免的，要避免对清洁度的敏感性，所以断屑功能是必需的，阀芯、阀体刃口必须锋利，使断屑力小，容易断屑。
通过对卡滞严重的故障电磁阀拆检、研究，发现卡滞痕迹清晰，有些阀芯刃口损伤严重，如图3所示，阀体内壁损伤。阀芯刃口损伤存在两种情况：一是装配前有磕碰伤；二是切断粗大颗粒时造成。刃口损伤部位断屑能力差，极易形成卡滞风险；同时可能因卡滞损伤阀体内壁，造成更严重卡死情况。
发动机油道非常复杂，细长孔、交叉孔多，无法做到绝对清洁。为避免油道清洁度对OCV阀的影响，在阀外配置滤网，保证油道大颗粒杂质不能进入阀内，截面尺寸小于滤网孔径的小杂质颗粒是有可能进入阀内的，滤网孔径通常在200mm左右，电磁阀有切断0.2mm×0.2mm铝屑杂质的能力。
压装装配过盈配合的弹簧座，有可能产生压装损伤，形成脱落的杂质颗粒，掉到装配完成的阀体中，如图4所示。在结构设计时应该尽量不采用过盈配合的压装结构，便于保证装配总成的清洁度。压装产生的颗粒，有可能是粗大颗粒，从阀体排出困难，会造成严重的卡滞，并有可能损伤阀芯刃口和阀体内壁。
在我们的发动机OCV电磁阀中就出现过该问题，有一段时间我们发动机零公里故障率很高，有50%退返件重新装到发动机上，故障再现，属于严重卡滞。在现场台架试验，出现多起OCV故障报警情况，通过对故障件分析，发现弹簧座压装存在损伤零部件问题，对未装配的损伤件进行清洁度检查，阀体内清洁度不合格，存在大颗粒铝屑。挑出所有库存件内的压装损伤件，供应商对压装损伤进行改进和监控，卡滞情况得到极大改善，没有再出现严重卡滞。
通过提高电磁力和弹簧力，使解除卡滞的能力提高，降低电磁阀“卡死”的概率。
在零部件设计时应考虑杂质的排出。因弹簧座片的阻挡，阀体内杂质集中在出口部，排出困难，故障件拆检发现大部分卡滞痕迹都出现在该部位。
合理地设定ECU标定参数，配置电磁阀自清洁功能，使用好电磁阀十分关键。现代发动机都是通过ECU监控发动机的运行状态，控制发动机各个功能件的正常运行，当ECU实时监控到OCV阀工作不正常，就会按照设定程序发出报警信息，进行相关应急处理。因电磁阀内油液清洁度难以做到无杂质，短时间轻微卡滞难以避免，报警频次高。对于短时间轻微卡滞，通过优化标定参数和设置电磁阀自清洁功能，降低卡滞报警的敏感性，自动解除轻微卡滞，使OCV能及时恢复正常的功能状态，从而大幅降低报警频次。
在制造过程中保证零部件尺寸及表面质量，同时重点完成以下改进工作：①关注边缘工艺细节，去毛刺必须干净，各尖角部不能存在毛刺；②零部件掉落地面，存在变形和磕碰伤，必须报废；③阀芯刃口加工后必须有防磕碰伤措施，刃口不得有磕碰伤；④对于压装装配，要保证装配前、后零部件的清洁度，对压装工位定期清洁，零部件配合面尺寸及表面质量合格，零部件的润滑状态良好，压头及定位夹具状态良好、调整合格，压力和位移监控合理、可靠，严格监控压装损伤的出现。改进后没有再出现电磁阀“卡死”情况。
OCV阀内部清洁度对卡滞至关重要，重点严格控制。特别是粗大颗粒，存在造成严重卡滞的可能，其结果可能损坏电磁阀，必须更换故障件。OCV外部的进油道，对卡滞报警也有一定影响，需要保证产品清洁度要求。因有滤网保护，仅有细小颗粒杂质可能通过滤网进入阀内，其结果，仅有产生轻微卡滞的可能，不会造成严重卡滞。清洁度的提高，大颗粒的减少，有效降低了卡滞的概率。
优化ECU标定参数值，轻微卡滞造成短时间异常后又恢复功能，减少不必要的报警。设置自清洁功能，在发动机开机、关机及功能异常时加大占空比，进行几个往复动作，使不严重的卡滞得以解除，电磁阀功能得以恢复。
4.结构设计改进方面，实施困难，只能在产品设计时考虑，作为经验反馈，应用于新产品。
通过以上改进措施的实施，有效解决了OCV阀卡滞故障率高的问题。电磁阀的卡滞是杂质颗粒造成，必须根据产品要求合理控制清洁度。在产品设计时要注意电磁阀的卡滞解除能力及杂质排除，优化ECU标定参数和自清洁功能，降低对清洁度的敏感性，避免采用需压装装配的过盈配合结构。在制造过程中要严格控制OCV阀的制造精度，注重去毛刺和防磕碰伤，避免压装损伤，严格控制阀内存在粗大颗粒杂质，从而尽量避免严重卡滞的产生。
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