发动机轴瓦异常磨损分析

黎荣杰，唐云辉，廖典航

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

发动机轴瓦异常磨损分析

黎荣杰，唐云辉，廖典航

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

针对售后服务市场所反馈的各种汽油发动机异响轴瓦异常磨损案例，对发动机内部轴瓦异常磨损的不同故障表现进行原因分析及措施制定。首先基于售后市场客户使用车辆轴瓦出现的不同故障模式完成初步案例分类，再通过故障发动机内部关键关联零部件的性能及材料分析，结合轴瓦异常磨损情况，确定轴瓦异常磨损根本原因,最终制定对应解决措施,提高发动机售后市场质量表现,对发动机制造质量提升有借鉴意义。

轴瓦异常磨损；故障分析；质量提升

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

前言

随着汽车行业的快速发展，发动机类型与产量也在不断地增加，相应的售后市场也出现了各种类型的发动机异响轴瓦异常磨损问题，由于发动机轴瓦磨损后，故障件表现较抽象，受检测设备与人员分析经验限制，造成问题的根本原因一直难以确定，以至于难以制定对应的解决措施，以改进提高发动机产品质量。因此发动机轴瓦异常磨损问题一直是发动机工厂致力攻关的重点质量问题。

本文基于发动机轴瓦磨损的各种案例分类综合对比分析，确定导致各种类型轴瓦磨损的根本原因，通过改进优化生产过程提高产品质量，以降低发动机轴瓦异常磨损在售后市场故障率，并为今后发动机出现轴瓦异常磨损故障案例分析提供指导。

1、发动机润滑工作原理

1.1 润滑系统工作原理

润滑系统关联零部件包括：油底壳、集滤器、机油泵、机油滤清器、缸体、缸盖、曲轴、轴瓦、连杆、活塞、机油压力开关等。

润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，避免金属直接摩擦。

一旦发动机润滑系统某一关联零件出现异常，很大程度上将会影响到整个系统工作能力下降甚至失效，最易出现的故障是轴瓦异常磨损。

1.2 轴瓦特性

轴瓦轴承材料应当具有以下特性：

1. 耐疲劳。在正常发动机工作温度内轴瓦不容易出现开裂、合金层剥落等疲劳损坏情况。

2. 抗咬合性。在发动机频繁起动、停机等临界情况下具备润滑作用，能抵抗润滑油膜破坏后的咬合损坏。

3. 嵌藏性。能兼容侵入轴承中的异物和杂质，使轴颈免受损伤。

4. 磨合性。能短时间内顺应轴颈因加工所产生的形状偏差。

5. 顺应性。能克服零件不同心或几何形状偏差等导致的局部负荷过大能力。

目前我们使用的轴承是铝基轴承合金，相对其他合金材料在耐疲劳、磨合性、顺应性方面表现较好。

2、轴瓦磨损故障

2.1 磨损故障原因类型

1. 异物进入磨损。一般异物来源于生产装配过程粉尘进入或金属件铸造或机加工过程清洗不彻底残留在零件内部。

2. 发动机内部润滑不良磨损。发动机内部机油量过少、部分油道堵塞或机油泵故障等导致机油压力偏低均会导致润滑不良。

3. 曲轴油孔倒角未加工完全磨损。曲轴机加工过程对油孔倒角加工未完全，会导致该位置尖锐或残留毛刺，直接刮伤轴瓦。

2.2 磨损故障表现

导致轴瓦出现磨损的原因不同，轴瓦磨损故障件的形态也不一样。依据轴瓦的故障形态,可以大致地确定导致轴瓦异常磨损的原因类型。

3、案例分析

3.1 案例背景

在一段时间内售后服务市场连续反馈多例某同一机型发动机机油灯亮、异响问题，拆解分析发现发动机内部连杆瓦、曲轴瓦异常磨损。

3.2 可能原因分析

1. 故障发动机机油压力报警灯均亮。---机油压力低；

2. 故障发动机机油泵泄压阀均有铝质异物卡滞常通。---机油泵泵油功能失效；

3. 故障发动机机油泵均为同一供应商A生产，另一家供应商B生产的机油泵未发现故障。（此机型发动机机油泵零件由两家供应商按配比供应）---故障发动机使用机油泵均来自供应商A；

4. 铝质杂质直径约 2mm，可以通过集滤器滤网进入到机油泵（见图6）。---铝质杂质存在来自其他零件可能。

初步分析结论：

1. 从轴瓦磨损形态判断，磨损的原因是发动机内部润滑不良；

2. 发动机内部润滑不良的主要原因是机油压力小；

3. 机油压力小的原因是机油泵泄压阀被铝质异物卡滞而常通；

4. 故障发动机使用机油泵均来自供应商A，铝质异物来自供应商A的可能性较高。

3.3 杂质成分分析

对发动机机油泵泄压阀位置铝质杂质来源进行分析：

A、金相对比分析：

铝质材料零件有：凸轮轴罩盖、缸盖、油底壳、机油泵泵体、机油泵泵盖

取5个零件材料样品与铝质杂质做金相对比分析。

从金相组织对比分析可知，1#油底壳、3#机油泵泵盖、4#缸盖三个样品与6#铝质杂质金相组织差异较大，2#凸轮轴罩盖、5#机油泵本体与6#铝质杂质金相组织相似，故判定铝质杂质来源于凸轮轴罩盖与机油泵泵体可能性最大。

B、材料成分分析：

将机油泵泵体、油底壳、缸盖、凸轮轴罩盖、机油泵泵盖、主轴瓦、连杆瓦、泄压阀铝质杂质均取样送第三方机构，采取电感耦合等离子体原子发射光谱法进行检测，检测结果如下：

从检测结果成分综合对比分析可知，机油泵泵体、凸轮轴罩盖与泄压阀铝质杂质元素成分较相近，故确定铝质杂质来源于凸轮轴罩盖与机油泵泵体二者之中。

C、断口对比分析：

将机油泵泄压阀铝质杂质与凸轮轴罩盖机油加注口挡板铆钉缺口匹配，发现2者刚好相匹配。

从断口对比匹配分析可知，机油泵泄压阀铝质杂质来源于凸轮轴罩盖机油加注口挡板铆钉碎裂脱落。

D、凸轮轴罩盖挡板铆钉碎裂原因分析：

人：铆压加油口挡板工位操作工跟装配巡检人员没有发生过变异。（非要因）

机：1、铆压杆铆压位置偏移；（主要原因）

2、铆压杆磨损不平。（主要原因）

料：测量加油口盖铆钉的尺寸，铆钉高度3.92，铆钉直径3.90，符合控制要求。（非要因）

法：1、无铆压位置、行程、压力控制；（主要原因）

2、产品点检项未包含铆钉压偏及铆压位置和磨损程度确认；（主要原因）

环：装配环境无变异。（非要因）

3.4 措施制定

目标：

消除凸轮轴罩盖铆压机压偏风险。

对策：

改造凸轮轴罩盖铆压机设备。

具体措施：

1、调整凸轮轴罩盖铆压机气缸位置和压板位置，增加气缸行程限位装置。

2、更新PFMEA，过程控制计划，检验规范，作业指导书，增加铆钉压偏、过压失效模式分析及控制方法。

4、结论

本文基于发动机润滑工作原理及轴瓦特性，通过对汽油发动机轴瓦异常磨损的故障案例，提出了轴瓦异常磨损故障原因的分类方法，将不同的轴瓦磨损形态与发动机故障表现相结合，确定发动机轴瓦磨损类型，对所属的磨损类型针对性地考虑潜在因素，降低了众多潜在原因状态下分析的不确定性，提高了分析的准确性与效率，为尽快找到主要原因与制定解决措施贡献较大。实践证明，该方法对多潜在因素影响的发动机轴瓦磨损问题的原因分析十分有效，相比通过故障树潜在原因一一分析排除确定根本原因，分析时间及工作量大幅减少。

该方法提供了一种对发动机轴瓦磨损故障原因分析的新思路，在实际分析中的轴瓦磨损的故障表现还有其他不同形式，需依据实际情况，采取合适的质量分析工具进一步分析，使分析方法更符合实际故障现状，以便于尽快锁定根本原因，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] 第二汽车制造厂，中国汽车技术研究中心编，汽车零部件失效分析及改进[M].长春：吉林科学技术出版社.1990.

[3] 徐国灵.发动机轴瓦的损坏及防止措施[M].山西大同：车用发动机，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

黎荣杰，大学本科毕业，主要工作研究方向：发动机售后故障问题分析。