基于关键部件的柴油机燃油供给系统可靠性分析

付阳　邹言云

摘要：针对柴油机燃油供给系统可靠性评估的难题，利用关键部件转换法，对柴油机燃油供给系统进行失效分析，找出柴油机燃油供给系统的关键部件，从而将对柴油机燃油供给系统的可靠性评估转化为对关键部件的可靠性评估。

关键词：燃油供给系统；柴油机；关键部件转换法；可靠性分析

0   引言

据统计，由于燃油供给系统发生故障导致柴油机无法正常运行的故障约占故障总数的20%～30%[1]。因此，如何准确评估柴油机燃油供给系统的可靠性已成为一个亟需解决的问题。为尽可能获取真实可信的燃油供给系统可靠性指标，势必要采用先进的可靠性分析和评估方法，对柴油机燃油供给系统的可靠性进行研究。本文利用关键部件转换法，对柴油机燃油供给系统进行失效分析，找出柴油机燃油供给系统的关键部件，从而将对柴油机燃油供给系统的可靠性评估转化为对关键部件的可靠性评估。

1   关键部件转换法

系统是由若干单元（元件、零件、设备、子系统）为了完成规定的功能而互相结合起来所构成的综合体，為此系统的可靠性取决于单元的可靠性，单元的可靠性是系统可靠性的基础。

根据串联系统的可靠性模型可知，组成系统的所有单元中任何一个失效都会导致系统失效，系统薄弱环节的可靠性决定了整个系统的寿命。无论系统中其他部件的性能如何优越，一旦影响系统的某个关键部件发生失效，整个系统的寿命即宣告终结。因此系统的可靠性取决于其关键部件的寿命。通过分析找出关键部件后，对系统的可靠性评估便可转化为对关键部件的寿命评估[2]。

2   柴油机燃油供给系统失效分析

2.1   燃油供给系统故障统计分析

根据相关反馈数据，对某型号柴油机的燃油供给系统故障数据进行统计，从故障数据库中调取其中一年生产的同一型号柴油机的燃油供给系统故障情况，对调取的故障记录进行整理，共获得68条故障数据，按故障零部件进行分类统计，结果如表1。

从表1可以看出，在燃油供给系统的所有故障中，喷油器的故障发生率最高，占所有故障比例的30.88%。

2.2   燃油供给系统耐久性试验分析

2.2.1   性能开发试验

该型柴油机在性能开发试验中，其燃油供给系统共发生故障8次，包括Ⅰ类故障（致命故障）0次，Ⅱ类故障（严重故障）1次，Ⅲ类故障（一般故障）7次，Ⅳ类故障（轻微故障）0次。

2.2.2   500h全速全负荷试验

该型柴油机在500h全速全负荷试验中，其燃油供给系统共发生故障5次，包括Ⅰ类故障（致命故障）0次，Ⅱ类故障（严重故障）0次，Ⅲ类故障（一般故障）4次，Ⅳ类故障（轻微故障）1次。

2.2.3   200h双超试验

该型柴油机在200h双超试验中，其燃油供给系统共发生故障6次，包括Ⅰ类故障（致命故障）0次，Ⅱ类故障（严重故障）1次，Ⅲ类故障（一般故障）4次，Ⅳ类故障（轻微故障）1次。

2.2.4   500h双超试验

该型柴油机在500h双超试验中，其燃油供给系统共发生故障12次，包括Ⅰ类故障（致命故障）0次，Ⅱ类故障（严重故障）1次，Ⅲ类故障（一般故障）9次，Ⅳ类故障（轻微故障）2次。

2.2.5   出厂试验

该型柴油机在出厂试验中，其燃油供给系统共发生故障7次，包括Ⅰ类故障（致命故障）0次，Ⅱ类故障（严重故障）1次，Ⅲ类故障（一般故障）5次，Ⅳ类故障（轻微故障）1次。

从表2可以看出，在燃油供给系统耐久性试验发生的所有Ⅱ类和Ⅲ类故障中，喷油器的故障发生率均最高，分别占Ⅱ、Ⅲ类故障总数的100%和24.14%。

2.3   燃油供给系统FMECA

故障模式和影响分析是失效分析的系统分析工具之一，FMEA通常是可靠性分析的第一步，用于识别系统中各子系统、组件、单元的各种失效模式及影响[3]。故障模式、影响及危害性分析FMECA是在FMEA的基础上更进一步分析失效影响的危害性，是FMEA的补充[4]。

2.3.1   危害性分析CA的内容

危害性分析是以表格的形式给出，CA表的主要内容如下：一是发生度。用于确定各故障模式的发生概率，用频度表示。二是严酷度。用于确定各故障模式的严重程度。三是不易测度。用于估计各故障模式被发现的难易程度。四是风险顺序数。计算各故障模式的风险顺序数，将各故障模式的发生度、严酷度和不易测度相乘，所得结果即为RPN。

RPN给出了各故障模式重要程度的相对排序，RPN值越大，该种故障发生的后果就越危险[5]。因此，根据各故障模式RPN值的大小，可以找出影响产品可靠性的关键和薄弱环节。

2.3.2   FMECA应用

利用FMECA对某型号柴油机燃油供给系统进行分析，结果见表3。由表3可知，燃油供给系统中风险系数最高的零部件是喷油器，因此要想改善系统的可靠性，应该从喷油器开始着手。

3   总结

利用关键部件转换法对系统进行可靠性分析的核心，就在于找到系统的关键部件。本文通过对燃油供给系统进行故障统计分析，耐久性试验分析和FMECA，得到了柴油机燃油供给系统的关键部件。

对燃油供给系统的外反馈故障数据进行统计分析，得知喷油器故障占系统故障总数的30.88%，在燃油供给系统的所有故障中占比最大。对燃油供给系统进行耐久性试验分析，得到燃油供给系统各零部件的故障严重度，在故障严重度相对较高的Ⅱ、Ⅲ类故障中，均是喷油器故障占比最大，故障严重度明显高于其它部件。

对燃油供给系统进行故障模式、影响及危害性分析，发现喷油器故障的风险顺序数最大，其危害性最大。综上，柴油机燃油供给系统的关键部件为喷油器，喷油器为柴油机燃油供给系统的薄弱环节。

参考文献

[1] 廖建彬，蔡振雄，陈清林.提高柴油机供油系统可靠性探讨[J].机电设备，2009，26（5）：14-16.

[2] 马静，王大海，晁代宏，等.基于关键器件的光纤陀螺可靠性评估[J].中国惯性技术学报，2009，17（5）： 618-621.

[3] Helmut Schneider. Failure mode and effect analysis： FMEA from theory to execution[J]. Technometrics， 1996， 38（1）： 80-80.

[4] Bevilacqua M， Braglia M， Gabbrielli R. Monte Carlo simulation  approach for a modified FMECA in a power plant[J]. Quality & Reliability Engineering International， 2015， 16（4）： 313-324.

[5] 贺朝霞，刘更，刘岚，等.基于模糊多级综合评判的齿轮故障危害度分析[J].机械传动，2013，37（7）：27-31.