汽车发动机可靠性分析研究

可靠性工程结课论文题目：汽车发动机可靠性分析学院：机电学院专业：机械电子工程学号： 201100384216 学生姓名：郭守鑫指导教师：尚会超2014年6月1日目录摘要 (3)关键词 (3)前言 (3)1. 可靠性及可靠性技术的概念 (4)2. 可靠性分析方式 (5)2.1 指数分布 (5)2.2 正态分布 (5)2.3 威布尔分布 (6)3. 汽车发动机可靠性评定指标 (6)4. 当前汽车发动机可靠性方面存在的主要问题 (7)4.1 设计、工艺质量问题 (7)4.2 常见的共性问题 (8)5. 可靠性综合评估认定 (8)6. 如何提高汽车发动机的可靠性 (9)参考文献 (9)汽车发动机可靠性分析郭守鑫（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、试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：The core part of the car engine, and its technical performance quality is a key factor in determining performance cars. Automotive engine reliability which is related to the main technical performance "when failure" problem, which is crucial to the car engine specifications. This paper for automotive engine reliability analysis and related issues,discusses the reliability analysis methods engines, evaluation indicators, testing methods and the development of domestic and international situation, the current existing car engine reliability problems and improve the reliability of the car engine some comments. 【Keywords】automobile engine; reliability; analysis; assessment index前言众所周知，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质量按照市场调查及厂家独立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质量良好的耐久性可保证产品具有较高的可靠性用实际方法可创造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，保证产品的可靠性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），从大量试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-λt ()λf t e =可靠度函数为-λt ()R t e =式中 λ——故障率发动机随机性冲击产生的故障（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221()()exp[]22t f t m s s p-=- 可靠度函数为221()()exp[]22tt R t dt m s s p ¥-=-ò 式中 μ——均值；σ——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100()()()exp[]mm m t r f t t r t t --=-- 可靠度函数为 2()()exp[]t r R t t -=- 式中 m ——形态参数；r ——位置参数；0t ——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 汽车发动机可靠性评定指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MTBF A MTBF MTTR=+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 t MTBF ，发动机平均无故障工作时间（ MTBF ）；二是可靠性寿命 t s ，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 B 50，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(B 50)。

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，在用户所有的报修项目中，属于用户使用、保养不当或电话咨询的占报修项目总数的30%--35%；属于发动机生产厂家责任的占保修项目总数的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%。

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。