敖萍萍

（同濟大學，上海200092）

1 前言

環(huán)境問題已成為制約經(jīng)濟發(fā)展和威脅人類生存的重要因素，各國政府對此非常重視，紛紛制訂保護環(huán)境的相關(guān)標準，針對汽車行業(yè)的排放標準也日趨嚴格。我國相關(guān)行業(yè)在這方面也是緊跟國際標準，各發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)為滿足日益嚴格的排放要求，投入大量的人力物力財力，為了達到要求，不僅每年都要按照相關(guān)文件要求進行嚴格環(huán)保評審，還花費大筆資金引進、消化國外的先進技術(shù)。縱觀發(fā)動機行業(yè)的各標準，從用戶使用角度有污染物排放要求、噪聲排放要求、振動限值要求等，生產(chǎn)方面有針對企業(yè)的排污限制要求、清潔度要求、產(chǎn)品滿足功能的要求以及生產(chǎn)安全等，而企業(yè)自身的發(fā)展又主要考慮用戶需求、產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本等。

在十幾年中，中國的汽車行業(yè)快速發(fā)展，極大地帶動了相關(guān)行業(yè)的進步，但同時也給環(huán)境造成了巨大壓力。汽車從制造、使用到報廢都會產(chǎn)生環(huán)境污染，其中作為汽車心臟的發(fā)動機在生產(chǎn)、使用以及報廢過程中對周圍環(huán)境影響主要有排放污染、噪聲污染、廢水以及原材料污染等。發(fā)動機可靠性是指發(fā)動機在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力[1]，發(fā)動機可靠性是衡量發(fā)動機質(zhì)量的一個重要指標，也是今后發(fā)動機市場競爭的焦點之一。發(fā)動機可靠性的提高可以有效地降低發(fā)動機使用成本，降低發(fā)動機使用過程中對環(huán)境的污染，同時節(jié)約整機以及零部件的生產(chǎn)以及使用的能源，避免因為零部件的不可靠造成的二次生產(chǎn)的資源浪費以及由此引起的環(huán)境污染。

本文主要結(jié)合發(fā)動機搖臂襯套可靠性設(shè)計的案例，分析、探討發(fā)動機可靠性工作對環(huán)保的貢獻。

2 搖臂襯套可靠性設(shè)計介紹

發(fā)動機的可靠性研究是從發(fā)動機的不可靠性，即從故障分析開始的。以搖臂襯套設(shè)計為例，某型號發(fā)動機運行一段時間后出現(xiàn)異響、排放變差等問題，經(jīng)查為氣門間隙異常增大所至。氣門間隙是指發(fā)動機在冷態(tài)下，當氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時，氣門與傳動件之間的間隙，用以補償氣門受熱后的膨脹量。一臺發(fā)動機運行1 000 h后，氣門間隙由原先的0.5mm增加到1.7mm，為正常值的3倍多。

氣門間隙增大的原因比較多，有搖臂、挺柱、推桿端面磨損、搖臂襯套磨損等。某系列發(fā)動機經(jīng)過分析，找到了襯套磨損和氣門間隙異常增大之間的量化關(guān)系，確定為搖臂襯套磨損異常是主要原因。典型的襯套磨損如圖1所示。經(jīng)金相、力學等檢驗，襯套硬度、材質(zhì)成分等均無問題。

經(jīng)過可靠性設(shè)計，考慮改善搖臂襯套的承載和抗磨能力，選擇采用了全鋼氮化搖臂。從可靠性試驗考核結(jié)果看，氮化搖臂的內(nèi)孔磨損很小，都在0.03mm以內(nèi)；搖臂軸的磨損都在0.01mm以內(nèi)。后經(jīng)一年市場跟蹤，新設(shè)計的搖臂在使用中實際由搖臂內(nèi)圈磨損引起的故障發(fā)生數(shù)為零。改進后的搖臂及其襯套與試驗結(jié)果圖見圖2和圖3。

搖臂襯套異常磨損，會引起氣門間隙過大，而過大的氣門間隙對產(chǎn)品的使用可靠性影響極大。在臺架可靠性試驗和用戶使用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過大的氣門間隙會導致氣門桿 （近盤部）斷裂，氣門及座圈異常磨損。因為氣門間隙過大使得氣門落座速度成幾倍地增加，如氣門間隙1.5mm時，氣門落座速度為原來的9～10倍，一旦氣門單邊落座就很容易在桿身處彎斷，此時斷口像被一刀砍下來一樣很平整。

本案例中，搖臂襯套經(jīng)過金相、力學等檢驗，襯套硬度、材質(zhì)成分等均無問題，但發(fā)動機短期使用過程中卻出現(xiàn)這種異常磨損，并造成氣門間隙過大，從而引起其它一系列問題。分析認為，主要是發(fā)動機強化之后，原來的合金襯套已經(jīng)不能滿足目前的使用工況要求。后經(jīng)可靠性設(shè)計改進，采用了全鋼氮化搖臂。實踐證明這種搖臂既耐磨，又不易被咬死，完全滿足現(xiàn)在的使用要求，符合可靠性設(shè)計要求。

3 搖臂襯套可靠性改進對環(huán)保的貢獻

由于搖臂襯套異常磨損會引起氣門間隙過大，而氣門間隙過大會導致發(fā)動機系列問題產(chǎn)生。經(jīng)過更換經(jīng)可靠性設(shè)計改進的搖臂的發(fā)動機在使用中可以避免種種問題的產(chǎn)生，由此對環(huán)保有利，主要表現(xiàn)在如下幾方面。

3.1 減少排放污染，提高經(jīng)濟效益

氣門間隙太大，氣門開啟的持續(xù)時間減少，造成進排氣不充分，發(fā)動機動力不足、經(jīng)濟性惡化，會直接影響發(fā)動機的正常工作，從而引起用戶不滿甚至抱怨，對企業(yè)產(chǎn)品形象帶來不利影響。進氣門間隙太大，使進氣門開啟的時間推遲，活塞在吸氣行程中氣缸內(nèi)的真空度加大，使曲軸內(nèi)飛濺的機油在加大的負壓作用下，通過活塞環(huán)的泵油作用，被大量吸入氣缸而燃燒，尤其是發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，機油消耗量將成倍增加[2]，從而導致發(fā)動機無力、燒機油、冒藍煙，造成環(huán)境嚴重污染。

而發(fā)動機燒機油會使缸套、活塞、缸蓋、氣門等零部件表面積炭過多，零部件散熱性能、潤滑性能變壞，加速零部件的磨損，還會使氣門關(guān)閉不嚴，造成發(fā)動機功率下降，油耗的增加，經(jīng)濟效益也下降。隨著潤滑油中的積炭和機械雜質(zhì)的微粒增多，使相對運動部件早期磨損加劇。

3.2 減少噪聲污染

氣門間隙變大后，氣門搖臂和氣門頂桿端撞擊，在氣門室處有清晰的 “達達”的敲擊聲，聲音的頻率會隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，且連續(xù)不斷[3]。尤其是發(fā)動機滿負荷時，響聲特別明顯，連續(xù)不斷的巨大噪聲給人一種很不舒服的感覺，給環(huán)境帶來噪聲污染。

3.3 減少資源的浪費以及環(huán)境的污染

過大的氣門間隙對產(chǎn)品的使用可靠性影響極大。在臺架可靠性試驗和用戶使用中，發(fā)現(xiàn)過大的氣門間隙會導致氣門桿 （近盤部）斷裂，氣門及座圈異常磨損。而由此引起的嚴重磨損或損壞的零部件不能再使用，必須更換新的零部件，所更換的零部件及其過程會對資源造成浪費，而生產(chǎn)零部件的過程同樣會引起資源、能源的再次浪費，同時對環(huán)境造成污染。

4 結(jié)束語

發(fā)動機上的零部件有上千個，尤其是一些主要零部件如氣缸蓋、活塞組、連桿、曲軸、噴油器、渦輪增壓器等是其可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，對整機可靠性有著重要影響。作為發(fā)動機上千個零部件之一的搖臂襯套的可靠性設(shè)計，從企業(yè)角度減少了用戶損失，增加了客戶滿意度，從而確保了產(chǎn)品的市場競爭力，這是作為一名企業(yè)員工所必須履行的義務(wù)。但作為社會人，從社會可持續(xù)發(fā)展的角度來看，搖臂襯套的可靠性設(shè)計可以節(jié)約資源、減少排放、減少噪聲污染，將環(huán)境保護落實到了我們的可靠性設(shè)計工作。

可靠性方面的設(shè)計工作可謂任重而道遠。我國的發(fā)動機可靠性工作起步較晚，而可靠性是衡量發(fā)動機質(zhì)量的重要指標，也是今后發(fā)動機市場競爭的焦點之一，當前在發(fā)動機行業(yè)應(yīng)用可靠性技術(shù)已經(jīng)起步，從搖臂襯套可靠性設(shè)計案例可以看出，發(fā)動機可靠性設(shè)計對環(huán)保、對節(jié)約資源所起的作用不可低估。因此發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)在緊跟國際排放法規(guī)、滿足用戶需求以及降低生產(chǎn)成本的同時，更應(yīng)該加強發(fā)動機可靠性的研究開發(fā)工作，避免因為可靠性設(shè)計不足引起的廢氣排放污染、噪聲污染以及不必要的資源重復浪費等，以天下為己任，走可持續(xù)發(fā)展的路。

1李兵，朱梅林，郝強.發(fā)動機可靠性研究述評[J].車用發(fā)動機，1996， (4)：1-3.

2周東莉，范文喜，劉長河.發(fā)動機燒機油故障淺析.農(nóng)機使用與維修，2007(2)：53.

3聶春林,氣門搖臂磨損引起的響聲及原因.汽車與配件.1989， （1）：44.