某电磁阀用于控制发动机介质供应,工作过程要求其可靠动作及密封,为发动机关键组件之一。该阀阀座采用金属-金属密封结构,在发动机安装及工作过程中受力复杂,易产生密封副变形、阀芯偏斜,进而影响产品工作及密封可靠性。

在发动机工作过程中曾出现电磁阀阀座密封泄漏异常情况。针对此次故障,共梳理出电磁阀装配应力过大带来的结构变形、试车过程中阀芯组件密封块偏斜两种故障模式。本文对这两种故障模式开展相应的结构强度及动态过程仿真计算及分析,试图找出电磁阀密封性异常的主要原因。

某次试车过程中,发动机点火正常,但试车监控录像发现,发动机关机后电磁阀尾部出现明火; 试车后检查发现,与电磁阀尾部相连管路中存留的推进剂较多,远多于以往试车,说明试车过程中电磁阀尾部泄漏量异常增大。

电磁阀主要由入口壳体、阀芯、阀座、弹簧、线圈等组成,结构如图1所示,其中,阀芯包含密封块。断电状态下,阀芯与阀座密封; 通电后,阀芯与入口壳体密封,切断入口介质通路。

图1 电磁阀结构简图
Fig.1 Structure sketch of solenoid valve

对于电磁阀阀座密封性不稳定的异常现象,经分解检查已排除多余物因素,初步分析是试车过程阀芯密封块发生偏斜所致。梳理电磁阀整个装配使用过程,密封块偏斜存在以下两种模式:发动机装配过程带来电磁阀结构变形; 试车时电磁阀断电打开运动过程浮动式密封块发生偏斜卡滞。针对这两种模式开展相应的结构强度及动态过程仿真计算及分析,试图找出电磁阀阀座密封性不稳定的主要原因。

通过电磁阀结构强度、动态特性、流场仿真计算及试验验证可知:装配应力、电磁阀断电打开时撞击及侧向不平衡力可能导致的密封块偏斜均有可能造成阀座泄漏。为了保证产品工作及密封可靠,提出以下改进措施:

1)调整安装顺序。发动机装配时,应先安装点火导管等大管路再装电磁阀; 更换点火导管时先将电磁阀连接管路松开,尽量减少电磁阀的安装应力,降低对电磁阀密封性的影响; 安装点火导管后,增加电磁阀阀座密封性检查,确保在发动机最终状态下电磁阀阀座密封性能合格。

2)增大弹簧安装负荷。计算密封块碰撞阀座产生的冲击力大于弹簧安装负荷,密封块反弹在复位过程中若出现偏斜卡滞且介质流动无法使其自动复位,将会影响密封性。为此增大弹簧安装负荷,避免密封块反弹出现偏斜,提高密封稳定性。

采取以上措施后,后续多次热试车过程中发动机均工作正常。

针对电磁阀阀座密封性不稳定现象梳理出两种故障模式。通过电磁阀结构强度及动态过程仿真计算、分析,并结合试验验证结果,找出了阀座泄漏量增大的主要原因,提出了相应的改进措施,得到以下结论:

1)发动机装配应力可使电磁阀阀座密封面发生不均匀变形,并造成电磁阀阀座泄漏量增大。建议优化发动机装配流程,先安装点火导管再装电磁阀,减小装配过程对电磁阀密封性的影响。

2)增大弹簧安装负荷,使密封块碰撞阀座后避免反弹出现偏斜,提高密封稳定性。