改進工程機械用柴油發動機連桿瓦燒瓦問題分析

張娜 鄭悅 吳京京 周洋

摘 要：工程機械柴油發動機在售后市場常見故障之一為連桿瓦燒瓦，燒瓦故障嚴重會導致連桿螺栓松脫，連桿大頭將缸體打破，造成嚴重的質量事故，引起用戶極大的抱怨。所以，每個柴油發動機工廠，都會將連桿瓦燒瓦列為一項長期持續改進的問題。不同品牌柴油發動機燒瓦故障，最終確認的問題原因存在一些共性，如機油污染、機油缺少等。

關鍵詞：工程機械；柴油發動機；連桿瓦；燒瓦；機油保養

中圖分類號：TK428 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0091-02

1 概 述

工程機械柴油發動機在售后市場常見故障之一為連桿瓦燒瓦，燒瓦故障嚴重會導致連桿螺栓松脫，連桿大頭將缸體打破，造成嚴重的質量事故，引起用戶極大的抱怨。因此，需要柴油發動機廠家從發動機零件質量、發動機制造過程、用戶使用過程等方面進行全面分析，找到問題原因并進行改進以徹底解決問題。按照七步法流程開展問題原因的分析、問題的改進。

標準的七步法流程為：-step1：識別問題；-step2：識別和排列可能的原因；-step3：采取短期措施；-step4：確定必然原因；-step5：選擇和驗證解決方案；-step6：實施永久解決方案；-step7：監控、預防再發生。

2 識別問題

2.1 收集故障基礎信息

2013年12月9日接到用戶抱怨，發動機異響，拆解后發現連桿瓦燒瓦，導致活塞做功行程變大，活塞頂到氣門發出異響；后陸續接到用戶抱怨連桿瓦燒瓦故障。公司成立項目組，開始問題的分析。

首先按“三真實原則”收集故障詳細信息，確認失效零件，故障現場環境信息，故障發生時發動機的運行狀態。最終形成的數據統計表包括如下信息：故障日期、發動機出廠日期、整車車型、發動機號、工作小時數、工作工況、經銷商、故障描述、現場處理方案、失效件及時效圖片等。

然后，將故障發動機返回廠內進行拆解，進行全面評審、分析。

2.2 基礎信息統計分析

收集好故障基礎信息后，從幾個維度進行數據統計分析，以確認故障機在某些維度是否有規律。

經統計分析，發現如下規律：

故障發生時，發動機的運行小時數都在800 h以上，平均為1 244 h；故障集中發生在華北、西北區域；故障機拆解后，發現故障機內部零件，如活塞、氣門、缸套等有明顯的高溫現象；返回的故障機機油道中殘留的機油有較多雜質，且機油非常粘稠。

2.3 失效機理分析

2.3.1 機油對發動機的作用

潤滑發動機內部零件，在發動機內部零件間形成油膜，減少內部零件間的磨損，帶走發動機內部零件因高速運動產生的大量熱量。

2.3.2 機油量不足/機油品質變差（粘度過大）造成的失效

機油量不足/機油粘度過大導致機油流量小，發動機內部零件間無法建立油膜/無法進行潤滑，內部零件間磨損加劇；發動機內部零件產生的熱量無法被帶走，導致內部零件高溫失效；機油油量不足及內部零件的高溫，使機油溫度升高，機油粘度降低，內部零件間無法建立油膜/無法進行正常的潤滑，又會加劇內部零件之間的磨損。

2.3.3 連桿瓦燒瓦失效機理分析

連桿瓦燒瓦失效機理分析，如圖1所示。

2.4 問題識別結論

導致連桿瓦燒瓦的直接原因可能為：連桿瓦燒瓦的直接原因連桿瓦與連桿軸頸之間的機油缺少或機油變質；連桿瓦受到異常應力；連桿瓦材質不合格。

3 識別和排列可能的原因

按故障樹分析，找到所有可能的原因，如圖2所示。

4 采取短期措施

4.1 發現的問題

在問題識別階段已發現幾個高風險問題，所以在step3及時采取短期措施。

問題1：發現用戶保養機油的時間間隔為500 h，而要求的是250 h時間間隔保養機油，燒瓦故障機的發動機機油已嚴重缺少或變質；

問題2：高粉塵區域，發動機進灰嚴重，經確認原因為用戶保養空濾保養方法不當，導致空濾失效。

4.2 短期措施

進行市場走訪、培訓、粘貼提醒標示，提醒用戶需要250 h時間間隔保養機油，并按正確的方式保養空濾。

5 確定必然原因

對step2故障樹分析識別出的所有可能的原因，一一進行數據統計分析及調查，分析結果證明，與導致此問題的三個直接原因相關的發動機零件（如連桿瓦、連桿、曲軸等）質量、裝配過程質量均不存在問題。

同時，經過大量的故障機數據統計分析證明，工程機械用戶，對發動機的保養一直都是按500 h時間間隔進行的，而發動機設計的機油保養周期則為250 h，超過250 h未及時保養機油，正常的機油消耗導致機油量減少，低于下限，進而導致機油變質，機油運動粘度超差。抽查的故障機的機油運動粘度（標準為12.5～16.3 mm^2/s），見表1。

因為工程機械市場用戶對發動機機油保養習慣已固定為按500 h周期保養機油，所以，導致發動機連桿瓦燒瓦的必然原因應該定義為：發動機設計的機油保養周期不適應中國的工程機械市場。

6 選擇和驗證解決方案

Step4確認問題的必然原因為發動機設計的機油保養周期不適應中國的工程機械市場。

Step5根據已確認的必然原因，制定長期解決方案，對影響機油消耗的發動機零件進行設計變更，使發動機的機油保養周期從250 h提升到500 h。

設計驗證：設計變更完成后，在試驗場投放了2臺搭載了改進后發動機的整車，在用戶處投放2臺搭載了改進后發動機的整車，進行2 000 h的試驗，試驗結果證明，發動機機油保養按500 h保養周期，機油質量可保持在合格水平，發動機連桿瓦機其他內部零件正常，未發生連桿瓦燒瓦故障。試驗機不同運行小時數下的機油油樣的運動粘度數據，見表2。

注：發動機序列號：90006546

7 實施永久解決方案

路試驗證改進有效后，變更后的產品設計正式發放，應用于批量生產。

同時，公司后續研發的新型發動機的機油保養周期目標都定為了500 H。

8 監控、預防再發生

每月收集售后反饋的故障信息，對連桿瓦燒瓦故障進行統計，計算故障率，監控改進效果：短期措施及長期措施實施后，連桿瓦燒瓦的故障率下降了70%。

9 結 語

按七步法流程，分析、調查所有可能的原因，并從設計、制造、使用等各環節收集數據并進行統計分析，最終確認導致問題的必然原因為發動機機油保養問題，根本原因為合資企業發動機在中國工程機械市場的適應性問題。

該問題最終的解決方案為發動機公司變更產品設計，使發動機能更好地適應中國市場需求。后續在新產品研發過程中，應做好市場調查，避免類似問題的發生。

參考文獻：

[1] 梅泉.連桿瓦易燒損的原因[J].當代農機，1994，（4）.

[2] 袁兆成.內燃機設計[M].北京：機械工業出報社，2008.