发动机热试后进气歧管紧固件转矩衰减严重，本文通过对进气歧管结构、紧固件拧紧工艺和转矩衰减特点的分析，发现进气歧管本身质量问题是导致转矩衰减的主要原因，经过改进进气歧管结构和尺寸，转矩衰减问题得到有效控制。

发动机分为汽油机和柴油机，两者进气歧管结构材料不一致，柴油机为铸铝件，汽油机为塑料件。从拧紧技术角度来看，柴油机的进气歧管为硬连接，汽油机的为软连接。软连接结构受热胀冷缩和振动影响较大，紧固件发动机工作过程中容易发生蠕动，导致转矩逐渐衰减，因此，进气歧管的转矩衰减多发生于汽油机上。进气歧管紧固件转矩衰减会导致可燃混合气泄漏，进而导致发动机功率不足、油耗高等问题。

发动机转矩衰减是发动机制造过程中的常见问题，通常由以下3个原因引起：零件结合部位有材质比较软的垫片；拧紧工艺不合理，如拧紧工具和拧紧顺序的选择不合理；紧固件之间叠装有零件。

前两个原因引起的转矩衰减，在紧固件被拧紧之后会马上表现出来，热试后更加明显，遵循“先紧易松”原则。第三种情况则与零件承压面的精度和紧固件的选择有很大关系。这3种原因引起的转矩衰减集中发生在某个或某几个紧固件上。但有些转矩衰减的紧固件分布没有规律，这需要结合零件加工质量和受力进行分析。下面以进气歧管转矩衰减问题为例，从零件结构、受力分析和零件质量等方面来阐述转矩衰减的原因和解决办法。

结构及拧紧工艺介绍

1.结构

进气歧管上与拧紧有关的零部件主要有注塑件、冷插件和密封圈，其材料和作用如表1所示。相关零件配合示意图如图1所示。

2.拧紧工艺

（1）人工装配进气歧管到缸盖上（双头螺柱前一工序已拧紧），装螺栓、螺母并预拧2牙。

（2）用气动拧紧枪预紧螺栓、螺母到进气歧管贴合缸盖为止。

（3）用单轴电枪拧紧，按从中间向两边顺序拧紧，图2圆圈中数字为拧紧的顺序。上面一排为螺母，下排为螺栓。

（4）转矩控制要求 动态8～12Nm，静态7～13Nm（以下涉及的转矩值，未特别注明的均为静态转矩）。

转矩衰减特点

１. 以抽取3台发动机热试后的转矩值为例进行分析

转矩值分布如图3所示，由图可得出以下规律：

（1）热试前，螺栓、螺母动态转矩值分布为9.8～10.5Nm，热试后转矩值均出现衰减，分布无规律。图中两个转矩低于红线的均为螺母，但螺栓也有在红线附近的，83%的转矩值低于理想的静态转矩值10Nm；

（2）不遵循“先紧易松”原则，先拧紧的螺栓和螺母转矩衰减幅度并不大于后拧紧的。

２.动态转矩分析

收集该工位电枪一周的动态转矩值（见图4），平均值为9.7Nm，无明显波动。

因此，进气歧管质量问题导致转矩衰减的可能性较大，现场调查发现进气歧管注塑件的承压面，即冷插件周围有毛边，并且冷插件的高度大于注塑件厚度，这两方面均会导致转矩值衰减。下面分别对这两项进行分析验证。

图12 零件配合关系

毛边对转矩带来的影响

1.毛边对转矩值的影响

毛边主要存在于螺栓压紧的冷插件周围，热试后毛边被压平于冷插件上，具体如图5、图6所示。产生毛边的原因为：进气歧管注塑件的冷插件安装孔内有凸筋，当把冷插件压入进气歧管时，凸筋可以加大冷插件与注塑件的摩擦力，同时，凸筋也会被冷插件挤到注塑件之外，形成图中的毛边。

挑选6台发动机做对比试验，毛边主要集中在螺栓的承压面，螺母较少，所以本次毛边对转矩的影响验证主要针对螺栓来分析。试验流程如图7所示。

图13  紧固件承压面平面度

2.数据分析

图８、图９为两台发动机的转矩曲线图，前5个为螺母转矩，后5个为螺栓转矩。经对比得出以下规律：

（1）螺母、螺栓转矩值范围不一致，螺母为8～9.5Nm，螺栓为9.5～11Nm；

（2）螺母热试后转矩无衰减，螺栓转矩则出现衰减。

螺栓、螺母的转矩值范围不一致，并且毛边集中在螺栓的承压面，所以螺母转矩值热试前后无明显变化。对抽检的6台发动机螺栓的转矩进行汇总分析（见图10、图11），得出以下规律：

（1）无毛边的螺栓中转矩衰减的比例明显少于有毛边的。无毛边的为33%，有毛边为93%。

（2）转矩衰减的螺栓不集中在特定的部位。

（3）无毛边与有毛边螺栓热试前后转矩值对比如表2所示。

由本次验证可知，经过一次热试，进气歧管注塑件上的毛边会导致转矩为10Nm的紧固件平均衰减1.3Nm。虽然验证表明毛边会导致转矩衰减，但衰减幅度有限，转矩值全部在7Nm以上。经过进一步测量分析，注塑件厚度不合格，也是导致转矩衰减的重要原因。

零件尺寸对转矩的影响

1.零件尺寸技术要求（以螺母为例）

零件尺寸技术要求如表3所示。将零件送实验室进行测量，结果为注塑件厚度不合格，平均值为35.0mm，超出下差0.2mm。其余尺寸均满足要求。

根据测量值，可以由公式D1=H注－H冷－D2计算出D1实际为-0.3～-0.2mm，表明冷插件凸出注塑件0.2～0.3mm。

２. 零件配合关系及受力分析

零件配合关系及受力分析如图12所示。从图中可知，螺母拧紧后完全贴紧注塑件，产生的轴向压力大部分集中在进气歧管的注塑件上。注塑件和密封垫有一定形变，注塑件的形变使螺母既压紧注塑件同时也压紧冷插件。因此部分轴向力会分布在冷插件和密封垫上。

由于图中D1与设计要求不符，即冷插件高度高于注塑件0.2mm，零件的配合关系会出现如下情况：

（1）螺母首先接触冷插件，其转矩值为10Nm，根据T=K×F×d公式，其中T为转矩，K为摩擦因数（取经验值0.2），d为螺纹直径8mm，可算出螺栓的轴向力F=6250Nm ，可见F远大于冷插件的拔插力。拧紧过程中冷插件逐渐贴近缸盖，密封垫被压缩，即D1逐渐趋于零。D2则由原来的正值变成负值。

（2）拧紧完成后，螺栓凸缘面将压紧冷插套和注塑件，即D1等于零，密封垫在轴向力作用下产生变形。D2为负值后，注塑件未能完全贴紧缸盖，与缸盖的间隙为D2的绝对值。

3.转矩衰减原因

紧固件拧紧后，注塑件与缸盖之间存在间隙，即冷插件比注塑件高出的值，这个间隙由密封垫填充，因此，轴向力同时分布在注塑件和冷插件上。对紧固件承压面平面度进行检测，承压面外端部分要比中间高出1～2mm，轴向力主要分布在凸出位置，当相邻的紧固件相继拧紧，密封垫不断被压缩，注塑件更加贴近缸盖，原来分布在注塑件上的轴向力变为零，剩余轴向力全部集中在冷插件上。根据T=K×F×d公式，轴向力F减小50%，T同样减小50%（见图13）。

螺母的环形承压面由原来以螺母凸缘面最大直径为外端圆，变为以冷插件的最大直径为外端圆。由公式可知，承压面的面积减少了21%，螺母的抗松能力降低。

结语

根据以上分析，解决进气歧管转矩衰减问题，需保证承压面无毛边，同时冷插件高度低于注塑件。针对这两个原因，可采取下面两项措施：取消注塑件上用于增加摩擦力的凸筋，将圆形孔改为正六边形的孔，用六边形对边与冷插件的过盈配合来保证摩擦力；加大冷插件圆角尺寸，降低冷插件压入注塑件时毛边被挤出来的风险；在注塑件生产过程中严格控制其高度值，保证冷插件两端均低于注塑件。