吳發(fā)乾，鄭宏龍

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汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不良問題分析

吳發(fā)乾，鄭宏龍

（一汽海馬汽車有限公司，海南 ?？?570216）

文章為作者結(jié)合實(shí)際工作中遇到的技術(shù)問題，展開原因分析，提出問題對策，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。某車型出口銷售到中東地區(qū)，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不良問題，具體表現(xiàn)是發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高、開鍋、發(fā)動(dòng)機(jī)油水混合。經(jīng)調(diào)查分析，原因有生產(chǎn)過程方面不足，如加注設(shè)備、零件一致性；也有設(shè)計(jì)方面不足，如副水箱總成開啟壓力不足、EMS標(biāo)定不能適應(yīng)油品等。因此提出了加注設(shè)備加大抽真空能力的改善措施、零件增加定型模的一致性改善措施、副水箱優(yōu)化壺口與蓋子配合尺寸和提高開啟壓力的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案、EMS標(biāo)定針對低辛烷值油品重新優(yōu)化等措施。并且對以上措施進(jìn)行零部件和實(shí)車驗(yàn)證，如零部件的開啟壓力，整車的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性和排放性等。本問題嚴(yán)重度高，原因分析和整改對策涉及面廣，值得總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；冷卻不良；副水箱總成；EMS

前言

隨著我國汽車工業(yè)發(fā)展，以及“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施，越來越多的中國自主品牌汽車向國外輸出。當(dāng)今國際，汽車商品跨越國界是普遍現(xiàn)象。由于不同地區(qū)的法規(guī)、道路環(huán)境、氣候、油品、駕駛習(xí)慣等不同，汽車在使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)與本國不同的新問題。這些問題如果處理不當(dāng)，不及時(shí)，可能會(huì)給企業(yè)造成巨大損失。例如2015年9月的“大眾排放門事件”罰款高達(dá)180億美元，2014年11月韓國現(xiàn)代和起亞油耗高問題被罰3億美元，2014年3月日本豐田自動(dòng)加速問題被罰12億美元。因此中國車企應(yīng)吸取教訓(xùn)，重視出口汽車質(zhì)量問題，將問題解決在萌芽時(shí)期。本文介紹某車型在中東地區(qū)出現(xiàn)的市場質(zhì)量問題，展開原因分析，提出問題對策，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。該類問題其實(shí)也出現(xiàn)在其他汽車品牌在該地區(qū)銷售的車輛，有普遍性特征。作者為調(diào)查處理問題，先后3次出差中東，在多個(gè)城市現(xiàn)場現(xiàn)物調(diào)查分析。為驗(yàn)證對策，在國內(nèi)專門采購2噸模仿該地區(qū)油品的特制汽油，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架標(biāo)定和耐久驗(yàn)證，然后進(jìn)行整車標(biāo)定、各項(xiàng)測試和道路試驗(yàn)，同時(shí)還派出工程師在國外進(jìn)行EMS標(biāo)定、熱平衡試驗(yàn)測試、動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性和排放性測試、實(shí)車道路驗(yàn)證試驗(yàn)，等等。

1 問題描述

1.1 故障現(xiàn)象

某車型從2017年3月25日開始陸續(xù)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)過熱問題，主要表現(xiàn)為車輛熄火無法行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)油水混合。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)油水混合

1.2 問題統(tǒng)計(jì)

問題發(fā)生時(shí)間、行駛里程和地點(diǎn)統(tǒng)計(jì)如圖2、3、4?？梢妴栴}多發(fā)生氣溫炎熱的時(shí)間；行駛里程1000~5000公里最多，0~500公里次之；故障地點(diǎn)主要在德黑蘭。

圖2 故障發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)

圖3 故障發(fā)生里程統(tǒng)計(jì)

圖4 故障發(fā)生地點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

2 原因分析

2.1 工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)過熱的原因一般是冷卻系統(tǒng)冷卻不良。冷卻系統(tǒng)工作原理如下圖5，主要有通過散熱器和節(jié)溫器的1個(gè)大循環(huán)，分別通過油冷器、增壓器、暖風(fēng)機(jī)的3個(gè)小循環(huán)，和1個(gè)直接連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水口的小循環(huán)。

圖5 冷卻系統(tǒng)原理圖

2.2 失效分析

冷卻不良的原因可劃分為4大類：冷卻系統(tǒng)零件不良、冷卻系統(tǒng)生產(chǎn)不良、車輛使用不當(dāng)和其他。失效分析的FMEA如下圖6。

圖6 冷卻不良FMEA圖

2.3 原因排查

2.3.1冷卻系統(tǒng)零件不良排查

表1 散熱器不良排查

圖8 外觀檢查無泄漏痕跡

表2 風(fēng)扇不良排查

2017年6月26日對停車場10臺(tái)風(fēng)扇不工作車輛確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)有4臺(tái)不工作，其余6臺(tái)變成運(yùn)轉(zhuǎn)，可見存在偶爾不運(yùn)轉(zhuǎn)問題。

圖10 風(fēng)扇控制模塊不工作

通過對不運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)扇更換風(fēng)扇控制模塊，風(fēng)扇全部恢復(fù)正常工作，由此可確定原因?yàn)轱L(fēng)扇模塊不工作。

表3 水泵不良排查

表4 節(jié)溫器不良排查

表5 副水箱不良排查

圖14 開啟壓力測試過程

表6 風(fēng)扇不良排查

2.3.2生產(chǎn)不良排查

表7 冷卻液加注不良排查

經(jīng)排查冷卻液加注不良的根本原因是加注設(shè)備的抽真空能力不滿足。工藝設(shè)計(jì)要求絕對真空度≤10kPa，而設(shè)備的絕對真空度≥20kPa。

表8 管路接錯(cuò)不良排查

表9 裝配不良排查

圖19 尺寸校核

圖20 尺寸校核

對副水箱壓力蓋、副水箱加注口尺寸進(jìn)行校核分析，發(fā)現(xiàn)壓力蓋與加注口配合的單邊搭接最小值為-0.03mm，存在搭接不上的風(fēng)險(xiǎn)。

圖21 機(jī)油冷卻器系統(tǒng)密封性測試

圖22 增壓器冷卻系統(tǒng)密封性測試

2.3.3使用不當(dāng)排查

表10 用戶使用不當(dāng)排查

對用戶使用不當(dāng)NG項(xiàng)進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)，對比其他車型，故障車型的儀表雖然有視覺的指針指示+高溫?zé)糸W爍，但缺少聽覺的水溫高蜂鳴聲報(bào)警功能，對用戶提醒不夠明顯。

2.3.4其他不良排查

表11 其他不良排查

對發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋墊NG項(xiàng)進(jìn)一步排查，分為以下6方面：

①是否缸蓋墊本身設(shè)計(jì)或制造問題？經(jīng)對新缸蓋墊進(jìn)行面壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缸口密封良好，密封線連續(xù)。因此排除缸蓋墊本身原因。

表12 氣門間隙檢查

②氣門間隙檢查（單位mm）__NG

進(jìn)氣間隙要求是0.18～0.26mm，排氣間隙要求是0.26～0.34mm，檢查結(jié)果排氣氣門間隙有2個(gè)不合格，其它合格。

③缸蓋和缸體緊固力矩檢查（單位Nm）__NG

力矩要求是55～150Nm，檢查結(jié)果2缸排氣側(cè)的2＃和3＃螺栓力矩不合格，其余合格。

表13 緊固力矩檢查

④缸蓋變形檢查__NG

測試結(jié)果顯示2缸處變形量達(dá)到0.38mm，超過限值0.05mm。1、3缸變形量為0.18mm。

圖24 2缸處變形量測試

圖25 1缸處變形量測試

圖26 3缸處變形量測試

⑤缸體檢查__NG

缸體1、2、3缸都有躥氣嫌疑。

圖27 3缸處變形量測試

⑥其它檢查__NG

機(jī)油乳白色，油水混合。

綜合上述故障，初步懷疑是發(fā)動(dòng)機(jī)爆震原因，因此對爆震問題進(jìn)行排查確認(rèn)。

圖28 3缸處變形量測試

（1）故障車在國外測試采集結(jié)果，存在明顯的被動(dòng)爆震推角，最高達(dá)7.5°（評判標(biāo)準(zhǔn)是3°以內(nèi)）。此工況主動(dòng)推角為0°，說明發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫和進(jìn)氣溫度都未到惡劣工況。

圖29 國外測試的爆震情況

（2）在國內(nèi)進(jìn)行相同測試（國外ECU數(shù)據(jù)），最大爆震推角只有1.5°，在合理范圍之內(nèi)。

圖30 國內(nèi)測試（國外ECU數(shù)據(jù)）的爆震情況

（3）在國內(nèi)進(jìn)行相同測試（國內(nèi)ECU數(shù)據(jù)），最大爆震推角只有1.5°，在合理范圍之內(nèi)。

圖31 國內(nèi)測試的爆震情況

基于故障數(shù)據(jù)分析，考慮國外與國內(nèi)的差異點(diǎn)，排除發(fā)動(dòng)機(jī)過度積碳，空燃比不正確等，認(rèn)為燃油辛烷值過低是發(fā)動(dòng)機(jī)爆震根本原因。

綜上，原因分析匯總?cè)缦卤?4，故障推理如下圖32。

表14 原因分析匯總

3 整改對策

根據(jù)原因分析，制定臨時(shí)對策和永久對策如下。

表15 臨時(shí)對策

表16 永久對策

圖33 螺紋結(jié)構(gòu)140kPa副水箱的變更點(diǎn)

圖34 螺紋結(jié)構(gòu)140kPa副水箱變形量CAE仿真分析

從CAE仿真分析可見，變更后的螺紋結(jié)構(gòu)140kPa副水箱強(qiáng)度提升明顯，變形量減小84.6%。

4 驗(yàn)證結(jié)果

4.1 主要驗(yàn)證試驗(yàn)

4.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架耐久（模仿中東某國油品的特制汽油）。

圖35 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

4.1.2整車道路耐久試驗(yàn)（國內(nèi)瓊海試驗(yàn)場65000公里，模仿中東某國油品的特制汽油）。

圖36 國內(nèi)道路試驗(yàn)

4.1.3中東地區(qū)高海拔山區(qū)1500公里道路試驗(yàn)。

圖37 中東地區(qū)山路試驗(yàn)

4.1.4中東地區(qū)10000公里實(shí)際道路試驗(yàn)。

圖38 中東地區(qū)道路試驗(yàn)的2臺(tái)試驗(yàn)車和試驗(yàn)人員

4.2 主觀評價(jià)

按10分制評價(jià)，整改前評價(jià)7.5分，整改后評價(jià)7分，滿足大于等于6分要求。

4.3 法規(guī)項(xiàng)目測試

4.3.1排放性測試符合法規(guī)要求

4.3.2動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性測試符合法規(guī)要求

5 結(jié)論

5.1本文總結(jié)了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不良的潛在失效原因，后來者在實(shí)際問題處理過程中可以借鑒，并按實(shí)際情況拓展完善。

5.2本文通過對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不良故障排查案例，形成了處理復(fù)雜故障的方法和模式，以供后來者參考。

5.3本問題的根本原因是車輛未在國外進(jìn)行適應(yīng)性道路耐久驗(yàn)證，而中東地區(qū)油品較差，可能會(huì)導(dǎo)致車輛產(chǎn)生一些國內(nèi)未曾遇到的問題。因此對出口車項(xiàng)目應(yīng)重視當(dāng)?shù)厥袌龅倪m應(yīng)性驗(yàn)證試驗(yàn)。

[1] 邱宣懷等.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社,1997.7(4版).

[2] 余志生.汽車?yán)碚揫M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009.3(5版).

[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].人民交通出版社,2006.5(5版).

Analysis on cooling failure of the automobile engine

Wu Faqian, Zheng Honglong

( FAW Haima automobile Co., Ltd, Hainan Haikou 570216 )

The article analyses reasons,finds methods,summarizes experiences and lessons based on the technology problems in daily work.A car selt in Middle East has been found cooling failure,such as the high temperature of engine coolant,engine over heat,mixture of engine coolant and oil.The reasons are producing failure for example,the coolant filling machine,consistency of parts,and designing problem for instance,lower pressure of subtank,EMS calibration does not adapt to weak quality of petrol.solutions bringed up in this paper are enlarging evacuating ability of coolant filling machine,adding a fixed mould for subtank,optimizing the dimension of the cap and the mouth of subtank,and recalibrating EMS data for the local petrol with small octane number.Part and vehicle tests are also finished according to the solutions,just including opening pressure test,vehicle powerful and economy test,exhaust emission test,etc.The problem has been so serious that it must be precipitated experiences and lessons.

automobile engine; cooling failure; subtank; EMS

B

1671-7988(2018)16-251-07

U467.1

B

1671-7988(2018)16-251-07

CLC NO.: U467.1

吳發(fā)乾，男，(1979-)，本科，機(jī)械工程師，就職于一汽海馬汽車有限公司，主要從事于動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)工作。鄭宏龍，男，（1988-），本科，機(jī)械工程師，就職于一汽海馬汽車有限公司，主要從事于冷卻系統(tǒng)研發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.091