改进工程机械用柴油发动机连杆瓦烧瓦问题分析

张娜 郑悦 吴京京 周洋

摘 要：工程机械柴油发动机在售后市场常见故障之一为连杆瓦烧瓦，烧瓦故障严重会导致连杆螺栓松脱，连杆大头将缸体打破，造成严重的质量事故，引起用户极大的抱怨。所以，每个柴油发动机工厂，都会将连杆瓦烧瓦列为一项长期持续改进的问题。不同品牌柴油发动机烧瓦故障，最终确认的问题原因存在一些共性，如机油污染、机油缺少等。

关键词：工程机械；柴油发动机；连杆瓦；烧瓦；机油保养

中图分类号：TK428 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0091-02

1 概 述

工程机械柴油发动机在售后市场常见故障之一为连杆瓦烧瓦，烧瓦故障严重会导致连杆螺栓松脱，连杆大头将缸体打破，造成严重的质量事故，引起用户极大的抱怨。因此，需要柴油发动机厂家从发动机零件质量、发动机制造过程、用户使用过程等方面进行全面分析，找到问题原因并进行改进以彻底解决问题。按照七步法流程开展问题原因的分析、问题的改进。

标准的七步法流程为：-step1：识别问题；-step2：识别和排列可能的原因；-step3：采取短期措施；-step4：确定必然原因；-step5：选择和验证解决方案；-step6：实施永久解决方案；-step7：监控、预防再发生。

2 识别问题

2.1 收集故障基础信息

2013年12月9日接到用户抱怨，发动机异响，拆解后发现连杆瓦烧瓦，导致活塞做功行程变大，活塞顶到气门发出异响；后陆续接到用户抱怨连杆瓦烧瓦故障。公司成立项目组，开始问题的分析。

首先按“三真实原则”收集故障详细信息，确认失效零件，故障现场环境信息，故障发生时发动机的运行状态。最终形成的数据统计表包括如下信息：故障日期、发动机出厂日期、整车车型、发动机号、工作小时数、工作工况、经销商、故障描述、现场处理方案、失效件及时效图片等。

然后，将故障发动机返回厂内进行拆解，进行全面评审、分析。

2.2 基础信息统计分析

收集好故障基础信息后，从几个维度进行数据统计分析，以确认故障机在某些维度是否有规律。

经统计分析，发现如下规律：

故障发生时，发动机的运行小时数都在800 h以上，平均为1 244 h；故障集中发生在华北、西北区域；故障机拆解后，发现故障机内部零件，如活塞、气门、缸套等有明显的高温现象；返回的故障机机油道中残留的机油有较多杂质，且机油非常粘稠。

2.3 失效机理分析

2.3.1 机油对发动机的作用

润滑发动机内部零件，在发动机内部零件间形成油膜，减少内部零件间的磨损，带走发动机内部零件因高速运动产生的大量热量。

2.3.2 机油量不足/机油品质变差（粘度过大）造成的失效

机油量不足/机油粘度过大导致机油流量小，发动机内部零件间无法建立油膜/无法进行润滑，内部零件间磨损加剧；发动机内部零件产生的热量无法被带走，导致内部零件高温失效；机油油量不足及内部零件的高温，使机油温度升高，机油粘度降低，内部零件间无法建立油膜/无法进行正常的润滑，又会加剧内部零件之间的磨损。

2.3.3 连杆瓦烧瓦失效机理分析

连杆瓦烧瓦失效机理分析，如图1所示。

2.4 问题识别结论

导致连杆瓦烧瓦的直接原因可能为：连杆瓦烧瓦的直接原因连杆瓦与连杆轴颈之间的机油缺少或机油变质；连杆瓦受到异常应力；连杆瓦材质不合格。

3 识别和排列可能的原因

按故障树分析，找到所有可能的原因，如图2所示。

4 采取短期措施

4.1 发现的问题

在问题识别阶段已发现几个高风险问题，所以在step3及时采取短期措施。

问题1：发现用户保养机油的时间间隔为500 h，而要求的是250 h时间间隔保养机油，烧瓦故障机的发动机机油已严重缺少或变质；

问题2：高粉尘区域，发动机进灰严重，经确认原因为用户保养空滤保养方法不当，导致空滤失效。

4.2 短期措施

进行市场走访、培训、粘贴提醒标示，提醒用户需要250 h时间间隔保养机油，并按正确的方式保养空滤。

5 确定必然原因

对step2故障树分析识别出的所有可能的原因，一一进行数据统计分析及调查，分析结果证明，与导致此问题的三个直接原因相关的发动机零件（如连杆瓦、连杆、曲轴等）质量、装配过程质量均不存在问题。

同时，经过大量的故障机数据统计分析证明，工程机械用户，对发动机的保养一直都是按500 h时间间隔进行的，而发动机设计的机油保养周期则为250 h，超过250 h未及时保养机油，正常的机油消耗导致机油量减少，低于下限，进而导致机油变质，机油运动粘度超差。抽查的故障机的机油运动粘度（标准为12.5～16.3 mm^2/s），见表1。

因为工程机械市场用户对发动机机油保养习惯已固定为按500 h周期保养机油，所以，导致发动机连杆瓦烧瓦的必然原因应该定义为：发动机设计的机油保养周期不适应中国的工程机械市场。

6 选择和验证解决方案

Step4确认问题的必然原因为发动机设计的机油保养周期不适应中国的工程机械市场。

Step5根据已确认的必然原因，制定长期解决方案，对影响机油消耗的发动机零件进行设计变更，使发动机的机油保养周期从250 h提升到500 h。

设计验证：设计变更完成后，在试验场投放了2台搭载了改进后发动机的整车，在用户处投放2台搭载了改进后发动机的整车，进行2 000 h的试验，试验结果证明，发动机机油保养按500 h保养周期，机油质量可保持在合格水平，发动机连杆瓦机其他内部零件正常，未发生连杆瓦烧瓦故障。试验机不同运行小时数下的机油油样的运动粘度数据，见表2。

注：发动机序列号：90006546

7 实施永久解决方案

路试验证改进有效后，变更后的产品设计正式发放，应用于批量生产。

同时，公司后续研发的新型发动机的机油保养周期目标都定为了500 H。

8 监控、预防再发生

每月收集售后反馈的故障信息，对连杆瓦烧瓦故障进行统计，计算故障率，监控改进效果：短期措施及长期措施实施后，连杆瓦烧瓦的故障率下降了70%。

9 结 语

按七步法流程，分析、调查所有可能的原因，并从设计、制造、使用等各环节收集数据并进行统计分析，最终确认导致问题的必然原因为发动机机油保养问题，根本原因为合资企业发动机在中国工程机械市场的适应性问题。

该问题最终的解决方案为发动机公司变更产品设计，使发动机能更好地适应中国市场需求。后续在新产品研发过程中，应做好市场调查，避免类似问题的发生。

参考文献：

[1] 梅泉.连杆瓦易烧损的原因[J].当代农机，1994，（4）.

[2] 袁兆成.内燃机设计[M].北京：机械工业出报社，2008.