清洁工程——汽车维修保养新理念(中)

◆文/北京 胡建军

胡建军 (本刊编委会委员)

天元陆兵汽车科技有限总工程师，著名汽修专家。中国汽车工程学会会员，中国资深汽车维修工程师（SAE）。教育部汽车维修职业教育改革国家级课题组组长、专家委员；交通运输部专业技能认证中心专家委员；中国汽车工程学会汽车应用与服务分会汽车维修职业教育委员会专家委员。

这个课题是我在一次国际汽车再制造研讨会上，听到很多科学家、院士和专家共同提出的一个实践性的观点。“清洁工程”这个观点和认识，深深地触动了我多年苦苦追求与推行的理念，醍醐灌顶，我终于明白了我们汽车维修行业为什么长时间以来没有解决“脏、乱、差”，就是因为我们始终为了清洁而清洁，并不认为清洁工作是科学技术含量很高的技术工作，没有将其提高到系统工程层面来看待。由于版面的限制，该文章是一个四小时课件的概括，在2019年3月的AMR 2019北京国际汽保汽配展上，我就此内容做了一个半小时的演讲，反响出乎意料的好。本文所刊登的虽然只是一些概念性的东西，但希望能够引起维修人员的关注。

(接上期)

清洁工程的重要性

汽车发动机缸体在加工线上一般需要经过28道主要工艺流程，不仅每道工序结束后都要进行清洗、清洁以及表面处理工作，而且其中还有9道专门、专业设备清洗工序，变速器的加工也相差无几。可见清洗、清洁的重要性。

从汽车工业角度来讲，清洁工作的主要对象其材质以金属材料为主，清洁实际上是一种表面处理工艺，其目的主要是去除金属表面残留的油污、积炭、胶质、沥青混合物、氧化层、微颗粒物质(如灰尘、无机盐)和锈垢、水垢等。

还是以汽车发动机和自动变速器为例，虽然其整体结构以金属材料为主，但各个零部件，支撑件、连接件又是由不同的材料构成，具有不同的加工工艺、处理工艺及性能要求，因此清洁工作的质量对其影响越来越重要，同时单个零部件的清洁质量与系统清洁质量息息相关，因为现代汽车发动机和自动变速器具有越来越强化的系统化管理。比如对自动变速器要求精度非常高的液压伺服控制系统(阀体)来讲，污染度控制显得尤为重要。因此，虽然将汽车养护与维修的清洁工作提升到清洁工程的高度，从复杂程度和工作项目来讲有些强求，但面对用传统经验操控现代制造技术，用落后的清洁工作面对现代技术产品的要求而言，应为之不过。

汽车发动机在装配过程中，精密表面会被擦伤，而且在试运行和实际使用中，配合表面极易造成破坏，尤其在不加工表面，如油道内腔、水道，存在过多的杂质和油泥(沥青质、胶质物、烟炲等混合物)也会影响整机性能。发动机润滑油及其系统的清洁度不合格同样会加速零部件的磨损，使发动机性能下降，寿命缩短。图3所示为影响发动机装配质量的清洁度因素。

图3 影响发动机装配质量的清洁度因素

污染物对机体的损害

以发动机为例，我目前在做的汽车发动机在用油(旧油)分析工作，其中50%的工作内容就是分析油液中的污染物种类、质量、重量、几何形状、颜色、原因和来源。其实污染的内涵非常丰富，包括外界侵入的物质在内，统称为污染，如气体进入会造成油液体积的压缩，同时产生气蚀；水分的进入会引起乳化变质，降低润滑性能；灰尘、微粒进入会加速磨损等。发动机机油滤清器一般只能过滤大于15～20μm(μm为微米，1μm=0.001mm)以上的颗粒。但研究发现，5～15μm的颗粒对发动机损害最大。人的正常视力可以观察到40μm的颗粒，不借助放大镜无法看到小于40μm的颗粒，也就是说在人们眼里看来是“干净”的油液其中可能悬浮着大量的微小颗粒，随着发动机加工精度越来越高，运动间隙越来越小，对超细颗粒越来越敏感了。也正是这些微粒对系统有着极大的影响。这些颗粒数量越多造成的磨损越严重，颗粒的尺寸又与润滑油膜厚度有密切关系，由于一般润滑油膜厚度在5μm以下，所以小于5μm的颗粒杂质对系统元件的磨损影响最大。同时，颗粒在元件表面流动速度越快磨损就会越严重。

一般颗粒分为软质和硬质两种，软质颗粒有添加剂与水的凝聚物、本组分分解与聚合物、棉绒纤维等，这些物质可包围在热交换器、滤清器、油道内腔粗糙表面和一些终端，从而会导致零部件散热能力降低、阻塞、卡塞(如喷油嘴、液压挺杆、涨紧机构及各种阀体、柱塞)、动作失灵。硬质颗粒有制造过程中带入的颗粒、维修保养过程带入的微粒以及系统中的磨损产物、氧化物等，如果颗粒硬度与元件表面硬度之比大于1时，磨损将会增加。如果这些颗粒形状尖锐且短而粗就会产生较大的磨损，这些颗粒会加速系统元件的磨损和失效。

颗粒污染引起的失效模式主要有两种，突发失效和渐发失效。突发失效是指在非预测的情况下，突然损坏或动作失灵，产生突发失效的原因主要是尺寸较大的颗粒进入了运动间隙或流体通道，妨碍了副表面间的相对运动。渐发失效主要是由磨损引起的，当小尺寸颗粒进入运动间隙或通道时，首先引起材料表面的磨损，使运动间隙增大或破坏密封引起润滑系统压力降低，直至导致系统磨损的链式反应，最后的结果是系统及元件因丧失功能而完全失效。当大量的颗粒淤积增加摩擦阻力，而动作力不足以克服摩擦力时就会造成卡死。一些细小的颗粒(1～5μm)随着高速油流流经工作表面，会对表面产生冲蚀磨损，特别是阀体的尖角极容易被冲蚀而丧失尖角，致使阀体性能失效，若阀芯卡死线圈可能会被烧坏。图4所示为液流阀的冲蚀磨损过程及颗粒阻塞引起的滑阀卡滞。

渐发失效是引起发动机、自动变数器等动力系统失效的主要模式。发动机及其他动力总成内杂质及残留物对机体的损害主要体现在以下几个方面：

图4 液流阀的冲蚀磨损过程及颗粒阻塞引起的滑阀卡滞

1.进气歧管、进气道、缸套、活塞等清洁度不达标，轻者使缸套活塞拉毛、拉伤，严重者造成活塞被“咬死”，被迫停止工作。

2.润滑油系统的内腔、主油道、润滑喷嘴、曲轴油道、凸轮轴油道滤清器、连杆等不洁，轻者使轴瓦及运动件表面拉伤，严重时会使油路堵塞，连杆轴承和主轴承因断油造成温度急剧升高而烧瓦，甚至造成连杆或曲轴断裂，直至整机报废。经验告诉我们，当润滑系统混入5～12μm的硬质颗粒时，相关精密偶件包括大部分橡胶密封件就会受到极大的危害。

3.发动机中的零部件接合面、密封面由于泥沙、金属碎屑、毛刺等杂质未清除干净，易于导致局部密封失效而产生不良后果。

4.零部件表面的积炭会降低零部件导热能力，使发动机过热并会形成炽热点，引起可燃混合汽先期燃烧，影响发动机正常工作，因此在汽车保养和维修时应尽量将积炭清除。这里要注意的是，千万不要急功近利。清除积炭是一个缓慢的过程，不可用强酸、强碱类化学清洗剂，可适当用一些溶解剂、分散剂或软化剂。能够用物理方法解决一定尽量使用物理方法。

5.一些运动副表面经过研磨后，研磨砂、研磨膏等会在系统中留下大量的研磨剂。这些研磨剂硬度非常高，基质黏度也很强，必须使用专用工具反复清洗才能清除干净，否则后患无穷。

6.自动变速器内部很多部位依靠重力换油是不可能换干净的，必须依靠设备，利用外部压力挤压(正压或负压配合)才能相对达到一定的清洁度。

据研究资料表明，汽车动力系统的功能失效50%归因于磨损，而模塑主要是由于系统内的颗粒污染物造成的。另有统计资料表明，发动机、自动变速器元件失效70%～85%归因于油液污染，并且因磨损产生的燃料费用接近总燃料费用的三分之二。

从以上分析来看，从某种程度上来说，汽车在使用中，除非迫不得已或故意破坏，出现的问题有很大一部分是不科学的保养维修造成的。这一点不是危言耸听。

总之，零部件的清洁度，包括换油后残留的旧油对新油的污染程度都会对发动机的可靠性和寿命产生严重的影响。