淺談動力系統清潔度技術與控制

王竹平

摘要：介紹汽車發動機清潔度技術的發展歷程，闡述清潔度技術的現狀和重要性，淺談清潔度控制方法和認識。

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.

關鍵詞：發動機;清潔度;可靠性

Key words： engine;cleanliness;reliability

0 ?引言

隨著汽車發動機法規標準越來越多，指標越來越高，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，通過提高和控制零部件的清潔度，可以有效的提高發動機的可靠性、增加發動機的壽命。

1 ?清潔度技術發展歷程

汽車行業中關于清潔部件的要求，最早是由羅伯特·博世公司（Robert Bosch）在1996年為了提高柴油汽車發動機共軌噴射系統的生產質量而提出的。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。但他們很快意識到，在生產流程過后這種小噴嘴很容易被系統中殘留的污染顆粒堵塞。由于這種新觀念的出現，提出了對生產中清潔部件的質量規范。這也是零部件清潔度測試的誕生。

汽車零部件因清潔度問題常見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（見圖1）。

1.1 清潔度的標準化

自從汽車動力總成及零部件清潔度相關性的問題不斷上升，2004年德國汽車工業協會由此而出版了VDA-19標準。VDA-19標準從而成為全球范圍內非常有用的文件，該文件也成為國際標準ISO 16232 Road vehicles ?Cleanliness of components of fluid circuits 清潔度檢測藍圖。值得注意的是，2007年發布的ISO 16232以來已經發展到與德國VDA-19標準完全兼容。數年之后，各大汽車制造廠和零部件配套廠家中相應成立了自己的清潔度實驗室，與此同時，有無數家獨立從事清潔度服務的實驗室開始運作。受影響的眾多公司中很多部門或組織專職人員，都在協調零部件清潔度的方方面面工作。

如今，VDA-19和ISO 16232標準成為了全球范圍內汽車行業的零部件清潔度分析框架。特別是VDA-19標準中，提到了很多實用并有詳細說明的關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。

與其對應在國內1983年首次發布GB/T 3821《中小功率內燃機清潔度測定方法》，2005年、2015年進行了兩次修訂，其中規定了清潔度限值、檢測項目、部位、測定條件和方法。但與VDA19和ISO 16232差異較大，在生產制造過程中參考性有限（見圖2）。

1.2 汽車行業的清潔度認識和發展

在VDA-19和ISO 16232標準的影響下，汽車行業認識到零部件生產制造過程中清潔度的重要性，各整車制造廠以VDA-19和ISO 16232為基礎制定了自己的企業標準，見表1。

2 ?清潔度技術指標

動力總成及零部件清潔度是指液體、氣體、零件或零件、整機的特定部位（區域）被雜質污染的程度?？捎秒s質重量、顆粒尺寸、顆粒數量和顆粒成分來定義。

2.1 雜質重量

一般定義零部件表面或零部件某特定區域上殘留污染物的總重量，單位用mg表示。雜質重量做為清潔度一項常規的評價指標，目前各汽車動總制造廠和零部件生產廠家都有定義，但由于目前行業沒有統一的定義標準和方法。所以造成各汽車動總制造廠產品清潔度定義的雜質重量水平有高有低，甚至有很多制造廠至今說不清如何定義，并且同一產品不同零件、同一類型零件的不同產品之間定義也是五花八門，差異較大（見表2）。

對于目前現狀，可以參照VDA-19和ISO 16232標準中的顆粒數量濃度等級先制定雜質重量濃度等級，見表2。然后按照零部件表面積、接觸介質、制造工藝等特性來制定雜質重量的定義標準。如表3。例如：一個表面積A=100cm2、與燃油接觸的零件，雜質重量等級選M7，計算零件允許最大雜質重量=100÷1000×（8～10）mg=（0.8～1）mg（見表3）。

2.2 顆粒尺寸

通過定義雜質重量限制了污染物的多少，隨著污染物對發動機影響，還需要定義顆粒的大小，可以通過定義顆粒物的最大尺寸來進行評價。此項指標可以通過對零部件按照功能分區來定義，如圖3所示，統計了部分主流品牌發動機及零部件清潔度最大顆粒尺寸標準（見表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。對于各品牌之間定義還是存在差異的，原因可以認為是在生產實踐中清潔度技術要求是考慮和結合多方意見來制定的，如失效模式、制造工藝、制造成本、工廠環境等。

示例：有觸點的電子元件。[1]電子元件上觸點距離設計最小為400μm，如果零件上存在導電雜質顆粒橋接電子元件上觸點會造成短路，并可能產生故障?；谝陨峡紤]，設計工程師定義該零件清潔度要求：導電顆粒<400μm，非導電顆?！?00μm是允許的。但質量部反饋發生因導電雜質顆粒造成故障的顆?？偸?gt;600μm的金屬顆粒。并且除了金屬顆粒外，來源于殼體材料>1000μm的非金屬顆粒會可能導致電子元件內置繼電器發生故障，所有清潔度定義也要考慮這方面的風險。咨詢生產部門，通過增加設備清洗該零件，在定期的清潔度檢測條件下，產品清潔度水平波動及狀態達到控制和監控。最終研發、質量和生產三個部門共同定義該產品的清潔度技術要求（見圖3）。

2.3 顆粒數量

顆粒數量要求是對顆粒尺寸的一種補充。如表4定義?？芍苯訁⒄誚DA-19和ISO 16232，顆粒數量以顆粒數量濃度等級表示，指每1000cm2表面積或100cm3體積上所含雜質的顆粒數量，單位個/1000cm2或個/100cm3。[2]

2.4 顆粒成分

指污染物中顆粒的材料分類，按照材料分類（見表5）。

3 ?清潔度檢測

清潔度檢測包括取樣、準備、萃取、過濾、烘干、分析和結果表達。目前行業現狀是各汽車發動機制造廠檢測不夠規范，沒有建立自己的標準和規范實驗室。如空白試驗、產品衰減試驗[3]做的不多，甚至部分廠家和零部件制造廠沒有開展響應的工作，導致產品檢測的數據無法反應其實物真實水平。

基于現狀，可直接參照VDA-19和ISO 16232執行，建立清潔度標準實驗室和檢測規范，其中重點是通過衰減試驗定義萃取參數實現標準化檢測。

4 ?總結

產品清潔度質量控制是一項綜合的系統工程，其質量水平代表一個公司或工廠技術和管理水平，技術水平表現在工藝設計、自動化程度層面，管理水平表現在員工意識與行為、現場5S、過程/工序的控制和日常管理上。

因此提高發動機清潔度既是一個技術問題，也是一個管理問題，需要一個完整的清潔度保證系統來實現，可通過完善技術標準、提高制造工藝/設備水平、提升員工意識/生產現場管理、加強包裝物流管理、規范檢測方法等途徑實現。

參考文獻：

[1]德國汽車工業協會，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.