FMEA在燃油開關故障分析中的應用與研究

摘要：摩托車使用中，經常出現供油不暢的問題，甚至熄火后很難再啟動，有經驗的維修人員會考慮到燃油開關及通往化油器的燃油開關是否發(fā)生故障。通過對摩托車熄火無法啟動故障進行統(tǒng)計，基本上來自于燃油開關故障。因此，通過針對某摩托車燃油開關企業(yè)的三包退件進行統(tǒng)計，結合FMEA分析方法進行故障診斷，成功定位故障源。根據其失效模式采取相應的改進處理措施，最終解決燃油開關故障的漏油問題，為企業(yè)創(chuàng)造更好的經濟效益。

Abstract： In the use of motorcycles， there is a problem of poor oil supply， and even it is difficult to start after a flameout. When it comes， experienced maintenance personnel will consider whether the fuel switch and the fuel switch to the carburetor have break down. By the statistical analysis of those failures， the problem basically stems from the fuel switch breakdown. Hence， Combined with analyzing three guarantees return of motorcycle from corporations of motorcycle fuel cock and the Failure Mode and Effects Analysis， this research successfully locates the source of trouble; furthermore， some actions based on the failure mode have been taking to solve the leak of fuel cock and the enterprise will gain much more benefits from this research.

關鍵詞：FMEA;燃油開關;后果分析

Key words： Failure Mode and Erects Analysis（FMEA）;fuel cock;effects analysis

0 ?引言

真空式燃油開關在一般踏板摩托車中被廣泛應用。例如輕騎TB50系列、AG50、AG100、ST50、QM60等型號的摩托車，均采用了該結構形式的燃油開關。摩托車在使用中，經常遇到摩托車出現供油不暢的問題，甚至熄火后很難再啟動。在維修該類故障時，一般維修人員總是先從化油器開始查找，隨后才考慮燃油開關，這就使問題變得復雜。有經驗的維修人員則先想到燃油開關及接往化油器的燃油開關的兩個管道，去檢查其油路是否暢通。而在判斷燃油開關確實不過油時，通常采用直接換掉該開關的辦法，而對其構造則很少有人去剖析和理解，這樣就不能達到最佳維修效果及使用檢修技巧。

1 ?真空式燃油開關的原理及故障原因

1.1 真空式燃油開關原理

真空膜片閥式燃油開關的工作原理如圖1所示，開關體上有四個燃油通道A、B、C、D。A與常用濾油管相通，C與備用濾油管相通，B經過膜片閥與化油器浮子室相連，D直通化油器。手動閥的閥芯上有兩個相交的油孔與中心孔相通，手柄與閥芯固連在一起。變換手柄位置就能進行常用、備用、直通供油和斷油四個操作位置。發(fā)動機運轉時，膜片受進氣管真空度的作用，當進氣管真空度增大到一定值時膜片向左凸起，使膜片閥向左移動而自動打開燃油通道。發(fā)動機負荷越大，轉速越高，進氣管真空度越大，膜片凸起越多，閥門開啟越大，燃油流量也就越大。這樣可以根據發(fā)動機負荷大小來自動調整進入化油器浮子室的油量。當發(fā)動機停止運轉，進氣管真空度下降為0，膜片閥在彈簧彈力的作用下自動關閉燃油通道，不必擔心燃油會溢出來，保證用車安全。

真空閥式燃油開關手柄的位置與燃油流經的路線如下：

手柄處在ON（常用）位置：燃油經常用濾油管→A孔→手柄通道→B孔→膜片閥→過濾室→化油器。

手柄處在RES（備用）位置：燃油經備用濾油管→C孔→手柄通道→B孔→膜片閥→過濾室→化油器。

手柄處在PRI（直通）位置：燃油經備用濾油管→C孔→手柄通道→D孔→過濾室→化油器，不通過膜片閥通道直接流入過濾室。

1.2 真空式燃油開關的故障現象

本研究針對于某摩托車燃油開關企業(yè)近3個月的三包退件進行故障分析。1月到3月，共回收三包退件9885支真空式燃油開關。再根據其市場反饋的故障信息卡上數據進行統(tǒng)計，如表1。

通過數據搜集，掌握了出現質量問題的主要原因為漏油，為下一步分析漏油的原因作好準備。本研究中我們將漏油燃油開關挑選出來進行相關的氣密性和截流性能測試，其實驗結果如表2、表3。

由此實驗結果數據顯示得出，市場反饋的三包退件中經氣密性檢測全部不合格，截流性檢測僅2.27%為合格品，其他均為不合格。

再將這些漏油件進行解剖，對里面的膜片磨損情況進行統(tǒng)計與分析，在統(tǒng)計數據中，膜片1破損占91%;膜片2破損占2%;膜片1、膜片2與軸之間有轉動占7%。從實驗中看出，膜片1在真空式燃油開關故障中占絕大部分。因此，對膜片1的破損再進行實驗分析，如表4。

2 ?基于FMEA的故障分析

2.1 FMEA的原理與步驟

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式與影響分析）是一種可靠性分析的重要方法。它對各種可能的風險進行評價、分析，以便在現有技術基礎上消除這些風險或將這些風險減小到可接受的水平[1-2]。FMEA方法不僅可用于事前的預防性分析，還可用于根據歷史數據對當前目標進行改進和優(yōu)化。

FMEA方法是通過標準表格來進行分析的。當構成系統(tǒng)的基本零件或構件發(fā)生故障，上層子系統(tǒng)或系統(tǒng)會受到影響。通過FMEA可分析出系統(tǒng)的可靠性、維護性、安全性等所受的影響，并確定可能導致重大故障或損失的零件或構件。FMEA通過致命度和風險評估，將故障的重要度加以量化，從而指明了改善的優(yōu)先順序。根據FMEA分析結果，可以比較容易地進行與品質、可靠性、維護性、安全性等有關的設計、制造或系統(tǒng)上的改善，使目標系統(tǒng)的相關品質和可靠性得到提高。

FMEA的應用過程大致可以分為以下幾個步驟[3-5]：①描述產品或過程和它的功能;②創(chuàng)建一個產品或過程框圖;③設計FMEA表格;④完成FMEA表格，包括：功能描述;確定故障模式;描述這些故障模式的影響;確定每個故障模式的原因;⑤確定應對措施;⑥措施實施和結果確認。

2.2 FMEA分析方法應用于真空式燃油開關故障分析

針對于上述真空式燃油開關的漏油現象，我們運用FMEA分析方法，對其漏油因素繪制因果圖如圖2，找出漏油的主要因素。

2.2.1 不截流FMEA分析

當膜片1破損（圖3、膜片1破損時處于負壓狀態(tài)示意圖）：在工作過程中，油從油腔進入平衡腔，當平衡腔內達到一定量后，從小孔溢出。卸壓后，在空氣壓強與彈簧同時作用于膜片蓋，推動閥芯整體左移，將平衡腔內油擠出部份，但由于小孔排泄不暢，平衡內壓力增大，負壓腔的壓力不能克服平衡腔的力推動閥芯左移，導致進油腔與出油孔未完全關閉，出油孔和平衡腔存在滴漏現象。如小孔堵塞，油腔與平衡腔形成一個整體腔，卸壓后，空氣壓強與彈簧同時作用于膜片蓋，欲推動閥芯整體左移，但由于平衡腔內油不能順利流到油腔，造成閥芯不能回位，出油孔與進油孔連通，在卸壓后出現漏油，不能截流。

當膜片2破損（圖4、膜片2破損時負壓狀態(tài)示意圖）：負壓時，負壓腔與平衡腔貫通，要實現供油，需增加負壓和增長時間以將負壓腔內的空氣吸走，這樣會造成供油較慢。在停止負壓后，空氣進入，大氣壓與彈簧共同作用于膜片蓋以推動閥芯右移，實現截流。

當膜片1與膜片2都破損（圖5、膜片1、2破損時處于負壓狀態(tài)示意圖）：在工作過程中，油從油腔進入平衡腔，在裝腔后，一部份從小孔溢處，一部份進入負壓腔。當負壓腔內油量達到一定時，在通入負壓時，負壓腔內的空氣及油從負壓孔吸出，而平衡腔內的油又進入負壓腔，推動閥芯右移，出油孔與進油孔貫通;當卸壓后，空氣從負壓孔進入負壓腔，欲推動膜片蓋左移，但平衡腔內油需從破損處流入油腔受阻，在負壓腔的空氣壓力和彈簧力須克服油的阻力，使得閥芯不能回位，油腔與進油孔未能關閉，出油孔、平衡腔、負壓腔三腔形成通路，造成三腔漏油。

燃油開關再現試驗結果與分析。如表5。通過膜片破損、小孔堵塞與截流性關系分析：我們得出結論為，膜片1的破損對燃油開關截流性能的影響是直接的。因此，要避免或杜絕不截流現象的發(fā)生，解決措施是改善膜片，防止膜片破損。

2.2.2 膜片設計改進

由上述分析階段可知，造成漏油及不截流的原因均是由于膜片損壞造成。因此，要想為實現真空式燃油開關的故障率降低，我們針對分析結果，制定如下的改進措施：

第一步，列出減少膜片損壞的措施對策表;研究決定對就減少膜片損壞準確找到較好對策：如表6。

第二步，提出相應的改進措施并進行相關實驗;本研究中我們對多家供應商膜片自身耐磨性能進行實驗，包括拉力試驗、沖擊試驗、耐油試驗、耐久試驗。

表7-表9分別為3個廠家的實驗數據記錄。通過從下面試驗結果看出，目前使用B廠較其他兩供應商要好，因此，再對其進行耐久試驗50萬次、60萬次未出現漏油及不截流現象;6000km路試也未出現異常。鑒于上述原因，選用B廠為膜片供應商。

第三步，對影響膜片磨損的各部件進行改善。

①開關體的改善：例如將內棱邊將原有的倒角改進為圓角并對模具進行相應改進。②對開關體毛刺的改善：例如針對開關體機加后存在毛刺問題，我們先后采用了四種表面處理工藝進行了拋光，但都存在如易堵塞油孔、機加面易碰傷等不同問題，因此要求采用人工打磨去除毛刺，特別是減輕孔處。③閥芯的改善：例如將閥芯尺寸進行相應更改，有利于增大與膜片接觸面積。并將零件的倒角全部更改為圓角，避免棱邊對膜片的損壞。④對工藝設計不合理部分進行改進：例如針對人工鉚接存在不可靠問題，我們采取了氣動鉚接機進行鉚接，確保鉚接壓力一致。

3 ?結論

通過對真空式燃油開關故障模式進行FMEA分析，發(fā)現和改進的生產過程中的故障模式。經過團隊成員的共同努力，對影響燃油開關漏油的膜片、開關體、閥芯及裝配工藝進行了改善，其效果良好。應用FMEA分析方法，對真空式燃油開關故障進行功能劃分，創(chuàng)建過程框圖，并設計和完成真空式燃油開關故障的相關FMEA表。結合專項診斷試驗，對照FMEA表的故障特征和影響項，成功鎖定了故障源。然后，根據故障源的故障模式，對影響燃油開關漏油的膜片、開關體、閥芯及裝配工藝等進行了改進，取得良好效果。使企業(yè)的燃油開關三包退賠件數量明顯下降，且目前為止未出現改善后零部件退賠情況，說明改善效果明顯。

由于，在汽車摩托車零配件中應用FMEA分析方法，不但能大大減少故障診斷中關鍵工作——故障源定位的工作量，而且能為后續(xù)故障處理措施的制定提供有效支撐。所以，FMEA在汽車摩托車零配件故障診斷和處理方面的有著廣泛而光明的應用前景。

參考文獻：

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[5]吳鳳明，劉家祥，殷璨.基于FMEA的設備風險分級管控研究[J].價值工程，2018，37（27）：94-96.

作者簡介：凌旭（通訊作者）（1988-），男，湖南衡陽人，碩士研究生，工程師，主要研究方向為計算機輔助測試理論與技術。