關(guān)鍵件加工精度對EGR提升閥密封性的影響*

袁方恩 覃 衛(wèi) 盧超劍

（1-博格華納汽車零部件（寧波）有限公司 浙江 寧波 315191 2-博格華納排放系統(tǒng)（寧波）有限公司）

引言

EGR作為控制柴油機NOx排放的手段已經(jīng)被廣泛采用，但是EGR在降低NOx排放的同時有可能造成PM、THC和CO排放的增加，以及燃油經(jīng)濟性的惡化。為了在降低NOx排放的同時又不導(dǎo)致其他排放物和經(jīng)濟性的惡化，則需要找到一個合適的EGR率使得排放物之間達到一個較好的折衷效果。很顯然，最佳折衷點的選擇勢必受到EGR率控制精度的影響。

作為商用車柴油機，工作環(huán)境惡劣，發(fā)動機工作負荷較大，對于EGR裝置的設(shè)計提出了更為嚴格的要求。EGR閥在關(guān)閉的時候需要良好密封性來保證發(fā)動機的工況穩(wěn)定性，尤其是在閥前后的壓差較大的時候，會使EGR泄漏量加大，影響發(fā)動機的進氣量[1]。本文從影響泄漏的關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究了各尺寸對泄漏的影響，以及各尺寸之間的協(xié)同關(guān)系對密封性的貢獻，從加工成本和對密封性的效果綜合考慮得出了保證密封性前提下加工精度的選擇[2]。

1 關(guān)鍵參數(shù)

1.1 閥片密封結(jié)構(gòu)

EGR閥的密封靠閥片和閥座的密封帶，但與之相關(guān)的閥桿以及閥桿與閥片的焊接尺寸、閥片與閥座的配合關(guān)系對密封也有重要的影響。保證單個零部件的尺寸合格是保證密封的前提，但是零部件之間良好的配合也是保證密封的關(guān)鍵。通用的閥片密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要零件有閥片、閥桿、閥座。

圖1 閥片密封結(jié)構(gòu)

1.2 關(guān)鍵參數(shù)

閥座的內(nèi)部直徑尺寸的精度會直接影響密封效果，例如周向跳動大，直徑公差不合理等尺寸不良會使密封帶變形，惡化密封效果。閥座的圓度也會影響其與閥片的配合，圓度不良不單單是加大密封帶，更會使與閥片出現(xiàn)較大接觸間隙，密封帶完全變成較大的縫隙，加大泄漏。

閥桿需要和閥片焊接成一體，閥桿的外徑尺寸與閥片的內(nèi)徑尺寸影響焊接效果，閥桿的外徑偏小會導(dǎo)致與閥片匹配過松，焊接后無法保證焊接強度，同時也容易引起較大焊接變形，造成閥桿和閥片焊接后的同軸度不良，進而影響閥片與閥座的密封。閥桿的圓柱度也會對焊接后閥片、閥桿的同軸度有很大的影響。同軸度不良同樣會造成閥片與閥座的接觸為點接觸，增加泄漏量[3]。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 閥座尺寸對密封性的影響分析

圖2是泄漏隨閥座圓度的變化，從圖2可以看出，閥座的圓度位于0.011 mm～0.014 mm之間是泄漏有80%幾率可以達到10 kg/h以下，而大于0.014 mm時，大部分的泄漏都會大于10 kg/h，對于機加工尺寸，從泄漏角度出發(fā)閥座的圓度應(yīng)位于0.012～0.013 mm之間是比較理想的公差范圍，如果考慮到加工成本可以適當放寬但不能超出0.011～0.014 mm的范圍。圖3所示的閥座直徑數(shù)據(jù)顯示，閥座的直徑尺寸位于34.92～34.95之間，并且大部分都在尺寸帶的端部，當直徑位于34.92 mm附近時，泄漏小于10 kg/h的幾率只有60%，而位于34.95mm附近時泄漏都在10 kg/h以下，可以看出閥座直徑應(yīng)在允許的公差范圍內(nèi)盡量做大，可以增加泄漏合格的幾率。

圖3 泄漏隨閥座直徑的變化

2.2 閥桿尺寸對密封性的影響分析

閥桿的機加工比較精確，圖4是泄漏隨閥桿直徑的變化，從圖4也可以看出，圓柱度尺寸比較精確，幾乎都在0.002 4 mm附近，并且閥桿圓柱度單因素對泄漏的影響也較小，圖4中可以看出泄漏在10kg/h以下的約占80%。說明通用的閥桿機加工精度可以保證泄漏合格，并且不影響加工成本。閥桿直徑的尺寸也比較精確，圖5是泄漏隨閥桿圓柱度的變化，圖5中可以看出大部分尺寸都在5.987 mm附近，并且泄漏值也有80%的在10 kg/h以下。綜合以上，閥桿的機加工尺寸都比較精確，在通用的加工精度下對閥泄漏的影響較小，可以用常規(guī)的尺寸公差進行加工，同時又不影響成本。

圖4 泄漏隨閥桿直徑的變化

圖5 泄漏隨閥桿圓柱度的變化

2.3 閥片尺寸對密封性的影響分析

閥片的加工相對于閥桿難度較大，如果對精度要求不高可以采用沖壓的方式，成本較低，如果對泄漏的要求較高，則需要犧牲成本而采用機加工的方式。如果采用沖壓的方式，閥片內(nèi)徑難以保證精度，而且隨著沖壓模具的損耗內(nèi)徑會偏離設(shè)計尺寸，嚴重影響焊接效果。如果采用機加工的方式，可以保證內(nèi)孔徑尺寸，如圖6所示，閥片內(nèi)孔徑基本位于6.01 mm附近，并且批量加工的尺寸穩(wěn)定。機加工的閥片，單就閥片內(nèi)孔徑對泄漏的影響較小，有80%幾率都在10 kg/h以下。同理，閥片內(nèi)孔圓柱度尺寸也較好，基本都在0.004 mm附近，泄漏值也較小[4]（如圖7所示）。

圖6 泄漏隨閥片內(nèi)徑的變化

圖7 泄漏隨閥片圓柱度的變化

圖8 泄漏隨閥桿閥片同軸度的變化

2.4 各尺寸匹配對密封性的影響分析

如前所述，閥片焊接后閥桿與閥片的同軸度對泄漏的影響較大。如果閥片與閥桿在焊接后出現(xiàn)偏軸，在閥桿的軸向固定后，必然導(dǎo)致閥片與閥座的偏心，加大密封帶甚至使線接觸變成點接觸，大大降低密封效果。從圖8中可以看出，受到焊接的影響，閥桿與閥片的同軸度會出現(xiàn)較大的偏差，本文研究的數(shù)據(jù)位于0.019～0.026 mm之間，有較大的區(qū)間。為了保證密封性，需控制同軸度在0.023 mm以下，這必然會大大增加焊接的難度，需要首先保證閥片、閥桿的單獨尺寸的前提下提高焊接的準確度和穩(wěn)定性。

閥座和閥片的圓度是直接構(gòu)成密封帶的尺寸，兩者的配合與泄漏值的關(guān)系如圖9所示。圖中所示的泄漏值的分布可以看出，閥座的圓度在0.013 mm以下，閥片圓度在0.006 mm以下時泄漏值較低，超出此范圍會導(dǎo)致閥片和閥座不能構(gòu)成良好密封帶，增大泄漏。盡管機加工的閥片尺寸穩(wěn)定，但閥座的尺寸偏差相對稍大，導(dǎo)致兩者綜合起來對泄漏的影響與單個零部件對泄漏的影響趨勢不同。

前述中說明了閥桿的機加工精度可以有很好的保證，在閥桿的軸向定位確定后，閥桿的運動是比較精確的，但是閥座本身的尺寸就有相對稍大的偏差，加上閥座需要采用過盈的方式壓裝固定，必然存在定位的偏差，這樣會引起閥桿與閥座的同軸度的偏差[5]。圖10中所示，為了保證密封性，閥桿與閥座的同軸度需要在0.08 mm以下，并且閥桿與閥片的同軸度要在0.023 mm以下時才能得到良好的配合。

圖9 閥座圓度和閥片圓度對泄漏的影響

圖10 同軸度對泄漏的影響

3 結(jié)論

從EGR閥影響閥片泄漏的關(guān)鍵零部件出發(fā)，討論各個零部件的尺寸精度對密封性的影響，以及各尺寸之間的匹配對密封性的影響，得出以下結(jié)論：

1）閥桿的圓柱度精度較高，對密封性影響較小。

2）閥片的內(nèi)孔徑公差較大對密封影響較大。

3）閥座與閥桿的同心度容易出現(xiàn)偏差，需要與閥片焊接后與閥桿的同軸度相匹配才能得到良好的密封。

綜合這幾個因素，需要提高閥座的加工精度，采用機加工的閥片，可以大大提高閥片的密封性。

1 張勝根，李軍.柴油機排放控制技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].汽車與配件，2015（43）：32-35

2 蘭志剛，孫黎.閥體閥桿類零件尺寸穩(wěn)定性控制[J].金屬加工（熱加工），2017（17）：56-57

3 劉奉云，李強.閥桿拉傷問題分析及處理 [J].通用機械，2012（1）：50-52

4 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2016

5 王靖，劉小兵，王春志.新型球型單向閥的設(shè)計與研究[J].新技術(shù)新工藝，2005（3）：38-39