汽车发动机可靠性分析研究报告.docx

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汽车发动机可靠性分析研究报告

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UmvnsityofTechnology

可靠性工程

结课论文

W曰院

学.

专业

洽生肾云卅n.可靠件

机电学院

机械电子工程

201800384216

学生姓

郭守鑫

指导教

||斗

尚会超

2018年6月1日

1可靠性及可靠性技术

•的概

2可靠性分析

・方

2.

1

5

2.2正态分

2.3威布尔分

3.汽车发动机可靠性评定指

4.当前汽车发动机可靠性方面存在的主要问

4.1设计、工艺质量问

4.2常见的共性问

・8

5.可靠性综合评估认

・8

6.如何提高汽车发动机的可靠

参考文

汽车发动机可靠性分析

郭守鑫v中原工学院机电学院河南郑州451191）摘要：

发动机是汽车的的核心部分，其技术性能的好坏是决定汽车行驶性能的关键因素。

而其中汽车发动机的可靠性是关系到主要技术性能“何时失效”的问题，这是汽车发动机至关重要的技术指标。

本文针对汽车发动机可靠性及其相关问题进行分析研究，主要论述了发动机可靠性分析方法、评定指标、实验方法以及国内外发展状况、当前汽车发动机可靠性方面存在的问题和提高汽车发动机可靠性的一些意见。

【关键词】汽车发动机；可靠性；分析方法；评定指标

Abstract:

Thecorepartofthecarengine,anditstechnicalperformancequalityisakeyfactorindeterminingperformancecars・Automotiveenginereliabilitywhichisrelatedtothemaintechnicalperformance"whenfailure^problem,whichiscrucialtothecarenginespecifications・Thispaperforautomotiveenginereliabilityanalysisandrelatedissues,discussesthereliabilityanalysismethodsengines,evaluationindicators,testingmethodsandthedevelopmentofdomesticandinternationalsituation,thecurrentexistingcarenginereliabilityproblemsandimprovethereliabilityofthecarenginesomecomments.

【Keywords】automobileengine。

reliability。

analysis。

assessmentindex

刖s

众所周知，当前汽车行业总体火爆，人们对汽车的需求量在日益增长。

然而由于发动机质量问题而引发的汽车整体质量问题也是数见不鲜，甚至导致一些事故的发生，它所引发的一连串问题却硬生生的摆在消费者和制造厂商之间。

在如何保证汽车整体质量的问题上，保证汽车发动机的质量至关重要，其

中很大程度就是由汽车发动机可靠性所决定。

发动机的可靠性涉及到主机厂的设计、制造、装配、供应和售后服务等各部门；涉及到配套件、外协件的供应厂商和协作厂商；涉及到各种类型发动机用户的操作人员、维修人员和设备管理部门等。

这种协同环境既有主机厂内部各个部门的协同，又有主机厂与多家配套件、外协件的供应厂商的协同，还有主机厂与多家典型用户的协同。

我国发动机水平与国外先进国家比还有较大的差距：

产品的检验精度很高，但加工精度差，精度保持性差，简单模仿多，细化分析少，用户维护保养差，这些方面增加了发动机发生故障的机率。

而所有的这些都是可靠性差的表现。

考核发动机可靠性指标的重要数据是平均无故障时间，国外发动机多数超过1万小时，而国产发动机远远低于这个数字。

这就难怪重要客户愿意多花几倍的价格来购买进口的发动机，而对国产发动机心有疑虑。

因此分析研究和提高国产发动机的可靠性已经到了非解决不可的时候了。

与此同时汽车面临巨大的生产与销售市场以及受国际原油价格波动的影响，研究发动机的高度可靠性在此成为发动机生产行业的关键技术。

1可靠性及可靠性技术的概念

汽车发动机的可靠性作为评价其质量的重要依据之一，现已在产品开发、设计、制造等方面显示出了越来越重要的作用。

所谓可靠性技术，是指以市场上的机械装置为对象，在预定的时间内，能保持其寿命，发挥性能、机能的一种综合性技术。

原来的可靠性概念指的是在既定空间时间条件下，实现赋予产品性能的程度,而现在则指的是按计划创造可靠性能的整体技术，如表1所示。

以前可靠性是用耐久性、QC（品质控制〉之类的概念来表示的，因而可靠性技术受到了这种模糊不清的概念的影响＜当然，根据各厂家的经验总结的评价技术是可信的）。

而能打破这种局面的乃是新的可靠性技术。

现在，多以耐久性评价可靠性。

可靠性

耐久性

QC

产品保证大依据

从规划、设计阶段到销售、服务，进行综合预测，在开发阶段创造出良好的

按照市场调查及厂豕独乂的经验为依据的评价标准

按照实际制造工

序管理

以往产品保证

能充分保证产品

——二

良好的耐久性可保

用实际方法可创

量

证产品具有较咼的可靠性

出高质量的产品

对新产品的保证

可从市场调查结果及实验值中预测出产品的寿命，保证产品的

不可能充分保证产品的耐久性

不一定能创造出高质量的产品

优缺点

因为有预测机能，所以可适应新产品，并且能进行定量处理

产品式样或使用条件变化很大时，不适用，且不能进行定量处理

条件变化时，必将创造出新的实际效果

2可靠性分析方式

发动机的可靠性分析始于故障分析，对于稳定生产的一批发动机，发生的故障具有一定的统计规律。

为了保证汽车发动机的可靠性，提出了一系列的可靠性分析方法，包括有：

设计审查；

故障分析--故障树分析法。

故障类型和影响分析法；

统计寿命手段—威布尔分布法等；

产品质量追踪；实施过程中的质量机能展开图等。

研究发动机发生故障的统计规律认为，发动机发生故障的时间（t＞是服从某一分布函数f（t＞的随机变量。

用物理方法和数理统计方法对发动机的故障、失效模式、影响因素及其规律进行分析，得出故障分析规律，是发动机可靠性研究的主要内容之一。

但在技术领域中，对提高可靠性来说最重要的是故障机理〈其内容是从原理上解释装置等发生故障的原因），从大量实验中探明故障的本质原因。

常见发动机零件的故障〈或寿命）分布规律有指数分布、正态分布、对数分布和威布尔分布。

2.1指数分布

指数分布密度函数为

可靠度函数为

式中X故障率

发动机随机性冲击产生的故障V如超载下工作或过热造成的故障）、正常工作下突发故障＜包括人为事故造成的故障和偶然性操作不当引起的故障），可维修的故障等均适用于指数分布的故障分析规律。

2.2正态分布

正态分布密度函数为

可靠度函数为

式中U均值；

o标准偏差。

发动机中有一些零件故障是由几种相对独立、公有均匀的微小差异量因素造成的，这些零件的故障概率分布函数多为正态分布，如燃烧室组件、气缸、汽缸盖和活塞的磨损性故障；喷油系统沉淀性故障；管阀系统的腐蚀性故障等。

发动机有些零件故障是分散的，如曲轴疲劳断裂和气门弹簧疲劳断裂等故障，这些零件的故障概率分布则属于对数正态分布。

2.3威布尔分布

威布尔分布密度函数为

可靠度函数为

式中m形态参数;

r位置参数；

——尺度参数

发动机的下列故障属于威布尔分布：

串联结构在较强外应力随机作用下所发生的故障，如油水系统和齿轮传动系统的故障；非串联系统，零件故障间相互关系密切，由传播蔓延而导致的故障，如滚珠轴承的滚珠；磨损积累、疲劳积累和损耗积累逐渐产生的故障。

3汽车发动机可靠f生评定扌旨标发动机可靠性是指发动机在规定的使用条件下，在规定的时间内完成规定功能

的能力。

发动机的可靠性通常用下述指标进行评定。

（1＞可靠度〈R）指发动机在规定使用条件下，在规定时间内完成规定功能的概率；

（2＞维修度〈M）指发动机在规定使用条件下，在规定时间内完成维修的概率；

（3＞有效度〈A）指发动机在某一时刻具有或维持其规定功能的概率。

其表示为

式中MTBF——发动机平均无故障工作时间；

MTTR发动机的平均修复时间。

（4＞寿命指发动机的工作时间。

常见发动机寿命指标：

一是平均寿命tmtbf,发动机平均无故障工作时间〈MTBF）；

二是可靠性寿命ts,发动机的可靠度下降到某一数值时发动机已工作的时间；

三是大修寿命B50,发动机大修或换机概率达到50%的累积使用时间。

为了正确全面反映发动机的可靠性水平，我国内燃机标准中制定了一套可靠性评定指标，包括首次故障前工作时间〈MTTFF）、平均故障间隔时间（MTBF＞、无故障性综合评分值〈Q）、平均修复时间〈MTTR）、有效度〈A）以及大修寿命（B50＞o

4当前汽车发动机可靠性方面存在的主要问题各系列的汽车发动机除了本身存在设计方面的问题外，其他问题均具有共性。

据统计，在用户所有的报修工程中，属于用户使用、保养不当或电话咨询的占报修工程总数的30%—35%；属于发动机生产厂家责任的占保修工程总数的65%—70%。

对厂家责任进行细分，属于自制件质量缺陷或装试质量问题的占15%--25%；属于外购外协议〈分供方）责任的占45%—65%；属于燃油系统故障的占20%—30%0

4.1设计、工艺质量问题

影响汽车发动机可靠性的因素是多方面且相当复杂的，根本性的影响因

素

出现在产品设计阶段。

设计的可靠性决定了整机的可靠性，产品设计中留下的缺陷是不可能在生产使用过程中得以解决的。

设计水平的高低对汽车发动机可靠性的高低起决定性作用。

显然，不完善的结构设计可能导致产品出现各种各样的故障。

实际上，几乎所有的发动机在经历一定的调试及使用后，都需要进行或多或少的结构修改，以提高其可靠性、耐久性、维护性和安全性。

在自制件及装试质量问题中，绝大多数是属于设计、工艺可靠性差造成的。

国内生产的发动机，由于受到工艺、设备等条件的限制，一个从理论上分析是良好的结构设计，而用于实际生产后，产品质量却往往得不到保障。

4.2常见的共性问题

汽车发动机普遍存在的共性问题有：

①漏油问题。

例如，空压泵与齿轮室结合面漏油、油底壳与机体结合面漏油、曲轴前后油封漏油、气门杆密封圈处漏油等。

2高压油管断裂。

根据不完全统计，高压油管的断裂〈裂纹）率〈三包期内，以下同）为1%—1.6%o

3连接高压油泵与传动轴的钢片联轴节部件失效，故障率为0.8%—

1.2%；④错装、漏装零件及螺钉松动等问题。

螺钉松动问题主要集中在进排气管连接螺钉、管螺牙闷头及启动电机、空压泵、板翅式机油冷却器等与发动机连接的螺钉上。

5可靠'性综合评估认定对汽车发动机可靠性进行综合评估认定主要有以下几个方面：

①依据发动机实际持续时间〈h）,运行过程中所更换的零部件及具体时间〈h）,按照设计要求进行评定。

发动机在没有重大结构损坏的前提下，其实际持续运行时间〈h）应达到国标的规定且实验中更换的零部件应达到设计的寿命。

②比较初试及复试性能曲线及主要参数，按实验记录的校正最大净扭矩、最大净功率、额定净功率、全负荷运行工况下最大活塞漏气量、24h平均机油

/燃料消耗比与运行时间〈h）的关系曲线，分析可靠性实验过程中性能变化趋势。

按国标和设计要求对以上每一项进行评估认定。

③零部件的损坏评估认定记录故障停车、紧固件松动、密封失效、橡胶件老化、堵塞、变形、裂纹、断裂、零部件损坏发生的运行时间＜h）及维护作业情况；提供损坏部位、裂纹、断口和窜漏印迹等照片；用精密测量数据分析变形量。

分别按国标进行评定。

4零部件磨损

1依据机油油样分析结果，判断零部件磨损情况及机油品质

2整理精密测量数据，确定主要摩擦副的磨损量。

3区分零部件磨损的形式，判定磨损的严重程度，提供磨损的照片，按国标条进行评定。

4描述摩擦副表面接触情况并提供照片，按国标进行评定。

5零部件表面沉积物

描述零部件表面沉积物的状态并提供照片，按国标进行评定。

6结论和建议

根据台架可靠性实验结果，参考道路使用经验，对发动机可靠性作出结论和建议。

6如何提高汽车发动机的可靠性

随着汽车行业的快速发展，市场既需要一款发动机与多款整车相匹配，也需要一款整车与多款发动机相匹配。

必须结合国产发动机功能和运行环境以及可靠性存在的具体问题，研究面向协同环境的高效可靠性技术。

为提高发动机可靠性水平，必须开发和应用新兴的高效可靠性技术，解决数控发动机可靠性的新问题。

同时要保证汽车发动机可靠性，及时解决各种各样的问题，就必须多做产品可靠性实验，并且要保证可靠性实验顺利进行，为有效提升汽车发动机的可靠性提供技术支持，严格按照实验规范进行正确的实验操作也是实验过程中十分重要和必要的。

可靠性实验技术研究内容包括早期故障激发装置研制，整机及功能部件测试平台研发，整机及功能部件应力、变形检测，发动机运行状态、故障信息采集及处理技术研究以及发动机精密度保持性实验技术的研究等。

同时为了提高汽车发动机可靠性，还需要从以下几个方面入手：

1灵活运用过去的数据一一从统计学的角度看，虽然不能一次获得很多样品数据，但可综合长期的实验及市场数据。

此时不能仅仅以故障发生率作为问题，应调查故障发生的机理，分析故障，综合数据。

2强化＜寿命）实验一一强制增加负载、速度、频率及其它因素，用易发生故障的结构模型做实验，用短时间、少样品加以评价。

在实验室中再现使用条件，进行可靠性实验，但发生频率低的故障在实验室中很难再现，这就需要大幅度增加实验时间、次数，所以用强化实验代替。

实施强化实验时最重要的是强化条件＜负载、速度、时间、次数），但要与使用相吻合。

3预测故障原因，定量的掌握它，估计故障对产品的影响程度，然后加以排除。

不可能时，事先应准备好解决的措施。

参考文献

[1]国家标准《汽车发动机可靠性实验方法》GB/T19055-2003

[2]国家标准《汽车发动机性能实验方法》GB/T18297-2001

[3]崔云翔•汽车柴油发动机可靠性实验的重要性和必要性

[4]赵秀荣，谢里阳，李成华・发动机可靠性及其评价技术分析