發(fā)動機軸瓦異常磨損分析

黎榮杰，唐云輝，廖典航

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

發(fā)動機軸瓦異常磨損分析

黎榮杰，唐云輝，廖典航

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

針對售后服務(wù)市場所反饋的各種汽油發(fā)動機異響軸瓦異常磨損案例，對發(fā)動機內(nèi)部軸瓦異常磨損的不同故障表現(xiàn)進行原因分析及措施制定。首先基于售后市場客戶使用車輛軸瓦出現(xiàn)的不同故障模式完成初步案例分類，再通過故障發(fā)動機內(nèi)部關(guān)鍵關(guān)聯(lián)零部件的性能及材料分析，結(jié)合軸瓦異常磨損情況，確定軸瓦異常磨損根本原因,最終制定對應解決措施,提高發(fā)動機售后市場質(zhì)量表現(xiàn),對發(fā)動機制造質(zhì)量提升有借鑒意義。

軸瓦異常磨損；故障分析；質(zhì)量提升

CLC NO.:U4464.1 Document Code:B Article ID: 1671-7988(2015)05-115-04

前言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)動機類型與產(chǎn)量也在不斷地增加，相應的售后市場也出現(xiàn)了各種類型的發(fā)動機異響軸瓦異常磨損問題，由于發(fā)動機軸瓦磨損后，故障件表現(xiàn)較抽象，受檢測設(shè)備與人員分析經(jīng)驗限制，造成問題的根本原因一直難以確定，以至于難以制定對應的解決措施，以改進提高發(fā)動機產(chǎn)品質(zhì)量。因此發(fā)動機軸瓦異常磨損問題一直是發(fā)動機工廠致力攻關(guān)的重點質(zhì)量問題。

本文基于發(fā)動機軸瓦磨損的各種案例分類綜合對比分析，確定導致各種類型軸瓦磨損的根本原因，通過改進優(yōu)化生產(chǎn)過程提高產(chǎn)品質(zhì)量，以降低發(fā)動機軸瓦異常磨損在售后市場故障率，并為今后發(fā)動機出現(xiàn)軸瓦異常磨損故障案例分析提供指導。

1、發(fā)動機潤滑工作原理

1.1 潤滑系統(tǒng)工作原理

潤滑系統(tǒng)關(guān)聯(lián)零部件包括：油底殼、集濾器、機油泵、機油濾清器、缸體、缸蓋、曲軸、軸瓦、連桿、活塞、機油壓力開關(guān)等。

潤滑系統(tǒng)的功用就是在發(fā)動機工作時連續(xù)不斷地把數(shù)量足夠、溫度適當?shù)臐崈魴C油輸送到全部傳動件的摩擦表面，并在摩擦表面之間形成油膜，避免金屬直接摩擦。

一旦發(fā)動機潤滑系統(tǒng)某一關(guān)聯(lián)零件出現(xiàn)異常，很大程度上將會影響到整個系統(tǒng)工作能力下降甚至失效，最易出現(xiàn)的故障是軸瓦異常磨損。

1.2 軸瓦特性

軸瓦軸承材料應當具有以下特性：

1. 耐疲勞。在正常發(fā)動機工作溫度內(nèi)軸瓦不容易出現(xiàn)開裂、合金層剝落等疲勞損壞情況。

2. 抗咬合性。在發(fā)動機頻繁起動、停機等臨界情況下具備潤滑作用，能抵抗?jié)櫥湍て茐暮蟮囊Ш蠐p壞。

3. 嵌藏性。能兼容侵入軸承中的異物和雜質(zhì)，使軸頸免受損傷。

4. 磨合性。能短時間內(nèi)順應軸頸因加工所產(chǎn)生的形狀偏差。

5. 順應性。能克服零件不同心或幾何形狀偏差等導致的局部負荷過大能力。

目前我們使用的軸承是鋁基軸承合金，相對其他合金材料在耐疲勞、磨合性、順應性方面表現(xiàn)較好。

2、軸瓦磨損故障

2.1 磨損故障原因類型

1. 異物進入磨損。一般異物來源于生產(chǎn)裝配過程粉塵進入或金屬件鑄造或機加工過程清洗不徹底殘留在零件內(nèi)部。

2. 發(fā)動機內(nèi)部潤滑不良磨損。發(fā)動機內(nèi)部機油量過少、部分油道堵塞或機油泵故障等導致機油壓力偏低均會導致潤滑不良。

3. 曲軸油孔倒角未加工完全磨損。曲軸機加工過程對油孔倒角加工未完全，會導致該位置尖銳或殘留毛刺，直接刮傷軸瓦。

2.2 磨損故障表現(xiàn)

導致軸瓦出現(xiàn)磨損的原因不同，軸瓦磨損故障件的形態(tài)也不一樣。依據(jù)軸瓦的故障形態(tài),可以大致地確定導致軸瓦異常磨損的原因類型。

3、案例分析

3.1 案例背景

在一段時間內(nèi)售后服務(wù)市場連續(xù)反饋多例某同一機型發(fā)動機機油燈亮、異響問題，拆解分析發(fā)現(xiàn)發(fā)動機內(nèi)部連桿瓦、曲軸瓦異常磨損。

3.2 可能原因分析

1. 故障發(fā)動機機油壓力報警燈均亮。---機油壓力低；

2. 故障發(fā)動機機油泵泄壓閥均有鋁質(zhì)異物卡滯常通。---機油泵泵油功能失效；

3. 故障發(fā)動機機油泵均為同一供應商A生產(chǎn)，另一家供應商B生產(chǎn)的機油泵未發(fā)現(xiàn)故障。（此機型發(fā)動機機油泵零件由兩家供應商按配比供應）---故障發(fā)動機使用機油泵均來自供應商A；

4. 鋁質(zhì)雜質(zhì)直徑約 2mm，可以通過集濾器濾網(wǎng)進入到機油泵（見圖6）。---鋁質(zhì)雜質(zhì)存在來自其他零件可能。

初步分析結(jié)論：

1. 從軸瓦磨損形態(tài)判斷，磨損的原因是發(fā)動機內(nèi)部潤滑不良；

2. 發(fā)動機內(nèi)部潤滑不良的主要原因是機油壓力??；

3. 機油壓力小的原因是機油泵泄壓閥被鋁質(zhì)異物卡滯而常通；

4. 故障發(fā)動機使用機油泵均來自供應商A，鋁質(zhì)異物來自供應商A的可能性較高。

3.3 雜質(zhì)成分分析

對發(fā)動機機油泵泄壓閥位置鋁質(zhì)雜質(zhì)來源進行分析：

A、金相對比分析：

鋁質(zhì)材料零件有：凸輪軸罩蓋、缸蓋、油底殼、機油泵泵體、機油泵泵蓋

取5個零件材料樣品與鋁質(zhì)雜質(zhì)做金相對比分析。

從金相組織對比分析可知，1#油底殼、3#機油泵泵蓋、4#缸蓋三個樣品與6#鋁質(zhì)雜質(zhì)金相組織差異較大，2#凸輪軸罩蓋、5#機油泵本體與6#鋁質(zhì)雜質(zhì)金相組織相似，故判定鋁質(zhì)雜質(zhì)來源于凸輪軸罩蓋與機油泵泵體可能性最大。

B、材料成分分析：

將機油泵泵體、油底殼、缸蓋、凸輪軸罩蓋、機油泵泵蓋、主軸瓦、連桿瓦、泄壓閥鋁質(zhì)雜質(zhì)均取樣送第三方機構(gòu)，采取電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法進行檢測，檢測結(jié)果如下：

從檢測結(jié)果成分綜合對比分析可知，機油泵泵體、凸輪軸罩蓋與泄壓閥鋁質(zhì)雜質(zhì)元素成分較相近，故確定鋁質(zhì)雜質(zhì)來源于凸輪軸罩蓋與機油泵泵體二者之中。

C、斷口對比分析：

將機油泵泄壓閥鋁質(zhì)雜質(zhì)與凸輪軸罩蓋機油加注口擋板鉚釘缺口匹配，發(fā)現(xiàn)2者剛好相匹配。

從斷口對比匹配分析可知，機油泵泄壓閥鋁質(zhì)雜質(zhì)來源于凸輪軸罩蓋機油加注口擋板鉚釘碎裂脫落。

D、凸輪軸罩蓋擋板鉚釘碎裂原因分析：

人：鉚壓加油口擋板工位操作工跟裝配巡檢人員沒有發(fā)生過變異。（非要因）

機：1、鉚壓桿鉚壓位置偏移；（主要原因）

2、鉚壓桿磨損不平。（主要原因）

料：測量加油口蓋鉚釘?shù)某叽?，鉚釘高度3.92，鉚釘直徑3.90，符合控制要求。（非要因）

法：1、無鉚壓位置、行程、壓力控制；（主要原因）

2、產(chǎn)品點檢項未包含鉚釘壓偏及鉚壓位置和磨損程度確認；（主要原因）

環(huán)：裝配環(huán)境無變異。（非要因）

3.4 措施制定

目標：

消除凸輪軸罩蓋鉚壓機壓偏風險。

對策：

改造凸輪軸罩蓋鉚壓機設(shè)備。

具體措施：

1、調(diào)整凸輪軸罩蓋鉚壓機氣缸位置和壓板位置，增加氣缸行程限位裝置。

2、更新PFMEA，過程控制計劃，檢驗規(guī)范，作業(yè)指導書，增加鉚釘壓偏、過壓失效模式分析及控制方法。

4、結(jié)論

本文基于發(fā)動機潤滑工作原理及軸瓦特性，通過對汽油發(fā)動機軸瓦異常磨損的故障案例，提出了軸瓦異常磨損故障原因的分類方法，將不同的軸瓦磨損形態(tài)與發(fā)動機故障表現(xiàn)相結(jié)合，確定發(fā)動機軸瓦磨損類型，對所屬的磨損類型針對性地考慮潛在因素，降低了眾多潛在原因狀態(tài)下分析的不確定性，提高了分析的準確性與效率，為盡快找到主要原因與制定解決措施貢獻較大。實踐證明，該方法對多潛在因素影響的發(fā)動機軸瓦磨損問題的原因分析十分有效，相比通過故障樹潛在原因一一分析排除確定根本原因，分析時間及工作量大幅減少。

該方法提供了一種對發(fā)動機軸瓦磨損故障原因分析的新思路，在實際分析中的軸瓦磨損的故障表現(xiàn)還有其他不同形式，需依據(jù)實際情況，采取合適的質(zhì)量分析工具進一步分析，使分析方法更符合實際故障現(xiàn)狀，以便于盡快鎖定根本原因，制定整改措施。

[1] Munro R，Mech E M I,Hughes G H，Mar E M I，Current piston& Rmg Practice and the Problem of Scuffing in Diedel Engines, London:Wellworthy,1970.

[2] 第二汽車制造廠，中國汽車技術(shù)研究中心編，汽車零部件失效分析及改進[M].長春：吉林科學技術(shù)出版社.1990.

[3] 徐國靈.發(fā)動機軸瓦的損壞及防止措施[M].山西大同：車用發(fā)動機，1992.

Engine bearings abnormal wear analysis

Li Rongjie, Tang Yunhui, Liao Dianhang
(SAIC-GM-Wuling Automobile Co., Ltd, Guangxi Liuzhou 545007)

According to after-sales service market by feedback of all kinds of gasoline engine sound bearing abnormal wear cases, abnormal wear of engine internal bush and analysis of the causes of the different fault performance measures. First of all, based on the aftermarket customers use different failure mode of the vehicle axle bush appeared to complete a preliminary case classification, and then through the fault engine internal key associated components and materials performance analysis, combined with the bearing abnormal wear, determine root cause bearing abnormal wear, eventually making corresponding solving measures, improve the quality of aftermarket engine performance, the engine manufacturing quality improvement has a reference value.

Bearing abnormal wear and tear; Fault analysis; The quality of ascension

U464.1

B

1671-7988(2015)05-115-04

黎榮杰，大學本科畢業(yè)，主要工作研究方向：發(fā)動機售后故障問題分析。