王竹平

摘要：介紹汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述清潔度技術(shù)的現(xiàn)狀和重要性，淺談清潔度控制方法和認(rèn)識(shí)。

Abstract： To introduce the development process of automobile engine cleanliness technology， the status and importance of cleanliness technology， introduction to cleanliness control method and the understanding.

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);清潔度;可靠性

Key words： engine;cleanliness;reliability

0 ?引言

隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多，指標(biāo)越來(lái)越高，尤其是可靠性要求。零部件清潔度是可靠性最核心的影響要素，通過(guò)提高和控制零部件的清潔度，可以有效的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、增加發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。

1 ?清潔度技術(shù)發(fā)展歷程

汽車(chē)行業(yè)中關(guān)于清潔部件的要求，最早是由羅伯特·博世公司（Robert Bosch）在1996年為了提高柴油汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)共軌噴射系統(tǒng)的生產(chǎn)質(zhì)量而提出的。由于共軌的高壓，羅伯特·博世縮小了噴嘴的尺寸至200μm甚至更小。但他們很快意識(shí)到，在生產(chǎn)流程過(guò)后這種小噴嘴很容易被系統(tǒng)中殘留的污染顆粒堵塞。由于這種新觀念的出現(xiàn)，提出了對(duì)生產(chǎn)中清潔部件的質(zhì)量規(guī)范。這也是零部件清潔度測(cè)試的誕生。

汽車(chē)零部件因清潔度問(wèn)題常見(jiàn)的失效模式有軸承拉傷、柱閥卡滯、管道堵塞、和電器部件短路等（見(jiàn)圖1）。

1.1 清潔度的標(biāo)準(zhǔn)化

自從汽車(chē)動(dòng)力總成及零部件清潔度相關(guān)性的問(wèn)題不斷上升，2004年德國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)由此而出版了VDA-19標(biāo)準(zhǔn)。VDA-19標(biāo)準(zhǔn)從而成為全球范圍內(nèi)非常有用的文件，該文件也成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 16232 Road vehicles ?Cleanliness of components of fluid circuits 清潔度檢測(cè)藍(lán)圖。值得注意的是，2007年發(fā)布的ISO 16232以來(lái)已經(jīng)發(fā)展到與德國(guó)VDA-19標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。數(shù)年之后，各大汽車(chē)制造廠和零部件配套廠家中相應(yīng)成立了自己的清潔度實(shí)驗(yàn)室，與此同時(shí)，有無(wú)數(shù)家獨(dú)立從事清潔度服務(wù)的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始運(yùn)作。受影響的眾多公司中很多部門(mén)或組織專(zhuān)職人員，都在協(xié)調(diào)零部件清潔度的方方面面工作。

如今，VDA-19和ISO 16232標(biāo)準(zhǔn)成為了全球范圍內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的零部件清潔度分析框架。特別是VDA-19標(biāo)準(zhǔn)中，提到了很多實(shí)用并有詳細(xì)說(shuō)明的關(guān)于零部件表面污染物顆粒的萃取和定量分析的最常用方法。

與其對(duì)應(yīng)在國(guó)內(nèi)1983年首次發(fā)布GB/T 3821《中小功率內(nèi)燃機(jī)清潔度測(cè)定方法》，2005年、2015年進(jìn)行了兩次修訂，其中規(guī)定了清潔度限值、檢測(cè)項(xiàng)目、部位、測(cè)定條件和方法。但與VDA19和ISO 16232差異較大，在生產(chǎn)制造過(guò)程中參考性有限（見(jiàn)圖2）。

1.2 汽車(chē)行業(yè)的清潔度認(rèn)識(shí)和發(fā)展

在VDA-19和ISO 16232標(biāo)準(zhǔn)的影響下，汽車(chē)行業(yè)認(rèn)識(shí)到零部件生產(chǎn)制造過(guò)程中清潔度的重要性，各整車(chē)制造廠以VDA-19和ISO 16232為基礎(chǔ)制定了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

2 ?清潔度技術(shù)指標(biāo)

動(dòng)力總成及零部件清潔度是指液體、氣體、零件或零件、整機(jī)的特定部位（區(qū)域）被雜質(zhì)污染的程度。可用雜質(zhì)重量、顆粒尺寸、顆粒數(shù)量和顆粒成分來(lái)定義。

2.1 雜質(zhì)重量

一般定義零部件表面或零部件某特定區(qū)域上殘留污染物的總重量，單位用mg表示。雜質(zhì)重量做為清潔度一項(xiàng)常規(guī)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，目前各汽車(chē)動(dòng)總制造廠和零部件生產(chǎn)廠家都有定義，但由于目前行業(yè)沒(méi)有統(tǒng)一的定義標(biāo)準(zhǔn)和方法。所以造成各汽車(chē)動(dòng)總制造廠產(chǎn)品清潔度定義的雜質(zhì)重量水平有高有低，甚至有很多制造廠至今說(shuō)不清如何定義，并且同一產(chǎn)品不同零件、同一類(lèi)型零件的不同產(chǎn)品之間定義也是五花八門(mén)，差異較大（見(jiàn)表2）。

對(duì)于目前現(xiàn)狀，可以參照VDA-19和ISO 16232標(biāo)準(zhǔn)中的顆粒數(shù)量濃度等級(jí)先制定雜質(zhì)重量濃度等級(jí)，見(jiàn)表2。然后按照零部件表面積、接觸介質(zhì)、制造工藝等特性來(lái)制定雜質(zhì)重量的定義標(biāo)準(zhǔn)。如表3。例如：一個(gè)表面積A=100cm2、與燃油接觸的零件，雜質(zhì)重量等級(jí)選M7，計(jì)算零件允許最大雜質(zhì)重量=100÷1000×（8～10）mg=（0.8～1）mg（見(jiàn)表3）。

2.2 顆粒尺寸

通過(guò)定義雜質(zhì)重量限制了污染物的多少，隨著污染物對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)影響，還需要定義顆粒的大小，可以通過(guò)定義顆粒物的最大尺寸來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。此項(xiàng)指標(biāo)可以通過(guò)對(duì)零部件按照功能分區(qū)來(lái)定義，如圖3所示，統(tǒng)計(jì)了部分主流品牌發(fā)動(dòng)機(jī)及零部件清潔度最大顆粒尺寸標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表4）。

如品牌1，與燃油接觸的零件，定義污染物最大顆粒尺寸400μm。對(duì)于各品牌之間定義還是存在差異的，原因可以認(rèn)為是在生產(chǎn)實(shí)踐中清潔度技術(shù)要求是考慮和結(jié)合多方意見(jiàn)來(lái)制定的，如失效模式、制造工藝、制造成本、工廠環(huán)境等。

示例：有觸點(diǎn)的電子元件。[1]電子元件上觸點(diǎn)距離設(shè)計(jì)最小為400μm，如果零件上存在導(dǎo)電雜質(zhì)顆粒橋接電子元件上觸點(diǎn)會(huì)造成短路，并可能產(chǎn)生故障?；谝陨峡紤]，設(shè)計(jì)工程師定義該零件清潔度要求：導(dǎo)電顆粒<400μm，非導(dǎo)電顆?！?00μm是允許的。但質(zhì)量部反饋發(fā)生因?qū)щ婋s質(zhì)顆粒造成故障的顆?？偸?gt;600μm的金屬顆粒。并且除了金屬顆粒外，來(lái)源于殼體材料>1000μm的非金屬顆粒會(huì)可能導(dǎo)致電子元件內(nèi)置繼電器發(fā)生故障，所有清潔度定義也要考慮這方面的風(fēng)險(xiǎn)。咨詢(xún)生產(chǎn)部門(mén)，通過(guò)增加設(shè)備清洗該零件，在定期的清潔度檢測(cè)條件下，產(chǎn)品清潔度水平波動(dòng)及狀態(tài)達(dá)到控制和監(jiān)控。最終研發(fā)、質(zhì)量和生產(chǎn)三個(gè)部門(mén)共同定義該產(chǎn)品的清潔度技術(shù)要求（見(jiàn)圖3）。

2.3 顆粒數(shù)量

顆粒數(shù)量要求是對(duì)顆粒尺寸的一種補(bǔ)充。如表4定義?？芍苯訁⒄誚DA-19和ISO 16232，顆粒數(shù)量以顆粒數(shù)量濃度等級(jí)表示，指每1000cm2表面積或100cm3體積上所含雜質(zhì)的顆粒數(shù)量，單位個(gè)/1000cm2或個(gè)/100cm3。[2]

2.4 顆粒成分

指污染物中顆粒的材料分類(lèi)，按照材料分類(lèi)（見(jiàn)表5）。

3 ?清潔度檢測(cè)

清潔度檢測(cè)包括取樣、準(zhǔn)備、萃取、過(guò)濾、烘干、分析和結(jié)果表達(dá)。目前行業(yè)現(xiàn)狀是各汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠檢測(cè)不夠規(guī)范，沒(méi)有建立自己的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范實(shí)驗(yàn)室。如空白試驗(yàn)、產(chǎn)品衰減試驗(yàn)[3]做的不多，甚至部分廠家和零部件制造廠沒(méi)有開(kāi)展響應(yīng)的工作，導(dǎo)致產(chǎn)品檢測(cè)的數(shù)據(jù)無(wú)法反應(yīng)其實(shí)物真實(shí)水平。

基于現(xiàn)狀，可直接參照VDA-19和ISO 16232執(zhí)行，建立清潔度標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和檢測(cè)規(guī)范，其中重點(diǎn)是通過(guò)衰減試驗(yàn)定義萃取參數(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)。

4 ?總結(jié)

產(chǎn)品清潔度質(zhì)量控制是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程，其質(zhì)量水平代表一個(gè)公司或工廠技術(shù)和管理水平，技術(shù)水平表現(xiàn)在工藝設(shè)計(jì)、自動(dòng)化程度層面，管理水平表現(xiàn)在員工意識(shí)與行為、現(xiàn)場(chǎng)5S、過(guò)程/工序的控制和日常管理上。

因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度既是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，也是一個(gè)管理問(wèn)題，需要一個(gè)完整的清潔度保證系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可通過(guò)完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、提高制造工藝/設(shè)備水平、提升員工意識(shí)/生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理、加強(qiáng)包裝物流管理、規(guī)范檢測(cè)方法等途徑實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]德國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)，VDA19 Inspection Technical Cleanliness Part1.

[2]ISO 16232-10 Road vehicles - Cleanliness of components of fluid circuits- Part 10： Expression of results.

[3]ISO 16232-1 Road vehicles - Cleanliness of components of fluid circuits- Part 1： Vocabulary.