王竹平

摘要：介绍汽车发动机清洁度技术的发展历程，阐述清洁度技术的现状和重要性，浅谈清洁度控制方法和认识。

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.

关键词：发动机;清洁度;可靠性

Key words： engine;cleanliness;reliability

0  引言

随着汽车发动机法规标准越来越多，指标越来越高，尤其是可靠性要求。零部件清洁度是可靠性最核心的影响要素，通过提高和控制零部件的清洁度，可以有效的提高发动机的可靠性、增加发动机的寿命。

1  清洁度技术发展历程

汽车行业中关于清洁部件的要求，最早是由罗伯特·博世公司（Robert Bosch）在1996年为了提高柴油汽车发动机共轨喷射系统的生产质量而提出的。由于共轨的高压，罗伯特·博世缩小了喷嘴的尺寸至200μm甚至更小。但他们很快意识到，在生产流程过后这种小喷嘴很容易被系统中残留的污染颗粒堵塞。由于这种新观念的出现，提出了对生产中清洁部件的质量规范。这也是零部件清洁度测试的诞生。

汽车零部件因清洁度问题常见的失效模式有轴承拉伤、柱阀卡滞、管道堵塞、和电器部件短路等（见图1）。

1.1 清洁度的标准化

自从汽车动力总成及零部件清洁度相关性的问题不断上升，2004年德国汽车工业协会由此而出版了VDA-19标准。VDA-19标准从而成为全球范围内非常有用的文件，该文件也成为国际标准ISO 16232 Road vehicles  Cleanliness of components of fluid circuits 清洁度检测蓝图。值得注意的是，2007年发布的ISO 16232以来已经发展到与德国VDA-19标准完全兼容。数年之后，各大汽车制造厂和零部件配套厂家中相应成立了自己的清洁度实验室，与此同时，有无数家独立从事清洁度服务的实验室开始运作。受影响的众多公司中很多部门或组织专职人员，都在协调零部件清洁度的方方面面工作。

如今，VDA-19和ISO 16232标准成为了全球范围内汽车行业的零部件清洁度分析框架。特别是VDA-19标准中，提到了很多实用并有详细说明的关于零部件表面污染物颗粒的萃取和定量分析的最常用方法。

与其对应在国内1983年首次发布GB/T 3821《中小功率内燃机清洁度测定方法》，2005年、2015年进行了两次修订，其中规定了清洁度限值、检测项目、部位、测定条件和方法。但与VDA19和ISO 16232差異较大，在生产制造过程中参考性有限（见图2）。

1.2 汽车行业的清洁度认识和发展

在VDA-19和ISO 16232标准的影响下，汽车行业认识到零部件生产制造过程中清洁度的重要性，各整车制造厂以VDA-19和ISO 16232为基础制定了自己的企业标准，见表1。

2  清洁度技术指标

动力总成及零部件清洁度是指液体、气体、零件或零件、整机的特定部位（区域）被杂质污染的程度。可用杂质重量、颗粒尺寸、颗粒数量和颗粒成分来定义。

2.1 杂质重量

一般定义零部件表面或零部件某特定区域上残留污染物的总重量，单位用mg表示。杂质重量做为清洁度一项常规的评价指标，目前各汽车动总制造厂和零部件生产厂家都有定义，但由于目前行业没有统一的定义标准和方法。所以造成各汽车动总制造厂产品清洁度定义的杂质重量水平有高有低，甚至有很多制造厂至今说不清如何定义，并且同一产品不同零件、同一类型零件的不同产品之间定义也是五花八门，差异较大（见表2）。

对于目前现状，可以参照VDA-19和ISO 16232标准中的颗粒数量浓度等级先制定杂质重量浓度等级，见表2。然后按照零部件表面积、接触介质、制造工艺等特性来制定杂质重量的定义标准。如表3。例如：一个表面积A=100cm2、与燃油接触的零件，杂质重量等级选M7，计算零件允许最大杂质重量=100÷1000×（8～10）mg=（0.8～1）mg（见表3）。

2.2 颗粒尺寸

通过定义杂质重量限制了污染物的多少，随着污染物对发动机影响，还需要定义颗粒的大小，可以通过定义颗粒物的最大尺寸来进行评价。此项指标可以通过对零部件按照功能分区来定义，如图3所示，统计了部分主流品牌发动机及零部件清洁度最大颗粒尺寸标准（见表4）。

如品牌1，与燃油接触的零件，定义污染物最大颗粒尺寸400μm。对于各品牌之间定义还是存在差异的，原因可以认为是在生产实践中清洁度技术要求是考虑和结合多方意见来制定的，如失效模式、制造工艺、制造成本、工厂环境等。

示例：有触点的电子元件。[1]电子元件上触点距离设计最小为400μm，如果零件上存在导电杂质颗粒桥接电子元件上触点会造成短路，并可能产生故障。基于以上考虑，设计工程师定义该零件清洁度要求：导电颗粒<400μm，非导电颗粒≥400μm是允许的。但质量部反馈发生因导电杂质颗粒造成故障的颗粒总是>600μm的金属颗粒。并且除了金属颗粒外，来源于壳体材料>1000μm的非金属颗粒会可能导致电子元件内置继电器发生故障，所有清洁度定义也要考虑这方面的风险。咨询生产部门，通过增加设备清洗该零件，在定期的清洁度检测条件下，产品清洁度水平波动及状态达到控制和监控。最终研发、质量和生产三个部门共同定义该产品的清洁度技术要求（见图3）。

2.3 颗粒数量

颗粒数量要求是对颗粒尺寸的一种补充。如表4定义。可直接参照VDA-19和ISO 16232，颗粒数量以颗粒数量浓度等级表示，指每1000cm2表面积或100cm3体积上所含杂质的颗粒数量，单位个/1000cm2或个/100cm3。[2]

2.4 颗粒成分

指污染物中颗粒的材料分类，按照材料分类（见表5）。

3  清洁度检测

清洁度检测包括取样、准备、萃取、过滤、烘干、分析和结果表达。目前行业现状是各汽车发动机制造厂检测不够规范，没有建立自己的标准和规范实验室。如空白试验、产品衰减试验[3]做的不多，甚至部分厂家和零部件制造厂没有开展响应的工作，导致产品检测的数据无法反应其实物真实水平。

基于现状，可直接参照VDA-19和ISO 16232执行，建立清洁度标准实验室和检测规范，其中重点是通过衰减试验定义萃取参数实现标准化检测。

4  总结

产品清洁度质量控制是一项综合的系统工程，其质量水平代表一个公司或工厂技术和管理水平，技术水平表现在工艺设计、自动化程度层面，管理水平表现在员工意识与行为、现场5S、过程/工序的控制和日常管理上。

因此提高发动机清洁度既是一个技术问题，也是一个管理问题，需要一个完整的清洁度保证系统来实现，可通过完善技术标准、提高制造工艺/设备水平、提升员工意识/生产现场管理、加强包装物流管理、规范检测方法等途径实现。

参考文献：

[1]德国汽车工业协会，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.