程雙安
(1.寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司,浙江 寧波 315336;2.浙江吉利動力總成有限公司,浙江 寧波 315800)
發(fā)動機冷卻系統(tǒng)對其性能的影響顯著,發(fā)動機冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵零件的熱負荷和性能研發(fā)是行業(yè)內(nèi)共同探討的熱點。冷卻水泵作為發(fā)動機非常重要的組成部分,影響著汽車的正常運行與壽命,因此對其工作原理與故障進行深入的了解與掌握[1]。
發(fā)動機冷卻系統(tǒng)是汽車的“心臟”,如果汽車“心臟”出現(xiàn)故障,汽車就會出現(xiàn)不能正常行駛等情況,并且還會出現(xiàn)對發(fā)動機造成損害[2]。由此可見,水泵對汽車發(fā)動機的重要性,水泵的性能提升、結(jié)構(gòu)改進是現(xiàn)代汽車研發(fā)中最為主要的工作之一,本文對汽車水泵常見故障現(xiàn)象及出現(xiàn)原因進行簡要闡述,并提出相應(yīng)的改善意見,期望對汽車水泵技術(shù)提升及質(zhì)量改善有所幫助。
汽車發(fā)動機的不同構(gòu)造中又包含了較多的組件如圖1示,供給系:進排氣管路、燃油箱、燃油泵、燃油濾清器、噴油器組件、燃油儀表、空氣濾清器組件、進氣歧管、排氣歧管等組成;冷卻系:水箱、節(jié)溫器、散熱器、水泵、風(fēng)扇、水溫表和放水開關(guān)等組成;潤滑系:機油儀表、機油泵組件、主油道、機油濾清器、集濾器、油壓感應(yīng)塞、限壓閥等組成;起動系:蓄電池、點火開關(guān)、啟動繼電器及起動機等組成;配氣機構(gòu):氣門、氣缸蓋、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧上座、鎖夾、正時齒輪、進排氣凸輪軸、搖臂及液壓挺柱等組成。其中還包括點火系,對于發(fā)動機水泵的各個系統(tǒng)需要完全地配合與正常運行才能確保整個系統(tǒng)的工作[3]。
圖1 汽車發(fā)動機的構(gòu)造圖
圖2 典型離心式冷卻循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)圖
汽車上大多采用水冷卻,小部分內(nèi)燃機車采用空氣冷卻。當(dāng)發(fā)動機溫度較低時,從水泵來的水經(jīng)分水管、水套、出水口流回到水泵。由于節(jié)溫器主閥門關(guān)閉,水不能流入散熱器只能從節(jié)溫器的副閥門流入水泵,此循環(huán)稱為小循環(huán)。由于冷卻水不通過散熱器,所以水的溫度不會下降,反而提高,使之滿足發(fā)動機的工作要求。該結(jié)構(gòu)具有外形尺寸小、重量輕、供水量大、結(jié)構(gòu)簡單等特點,是應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)型式[4]。典型離心式冷卻循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)如圖2 所示,主要由水泵體、葉輪、軸承、軸、水封和皮帶輪等組成。
發(fā)動機冷卻水泵的周圍有多個零部件,其結(jié)構(gòu)設(shè)計必須滿足發(fā)動機的整體布置要求,以致水泵進出水的流道走向、蝸室的形狀與斷面、水泵進出口布局、葉輪進口結(jié)構(gòu)及基本尺寸確定等往往難以滿足正常的水力設(shè)計要求,從而直接影響了包括效率在內(nèi)的運行性能的提高[5]。葉輪的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對水泵運行性能具有決定性的影響,發(fā)動機冷卻水泵一般采用無前蓋板的半開式葉輪結(jié)構(gòu)。
對于泵的軸承要進行潤滑時,冷卻液會引起潤滑效果不佳或無法潤滑,因此要保證冷卻液不會發(fā)生泄漏的現(xiàn)象。在對軸承與葉輪進行配合時,要讓兩者之間密封性好,這樣才不發(fā)生冷卻液泄漏。
當(dāng)皮帶輪作用時,水泵軸承與葉輪能夠發(fā)生轉(zhuǎn)動,其中冷卻液也會隨之轉(zhuǎn)動,在離心力的驅(qū)動下產(chǎn)生作用,從出水道或水管流出。
在冬季或特別寒冷的地區(qū),由于阻力的影響,會嚴重影響到水泵的正常運行,從而大大的影響到整個發(fā)動機的運行,會引起汽車出現(xiàn)怠速的現(xiàn)象,特別是在該地區(qū),如果阻力大到一定的程度時,會出現(xiàn)熄火的現(xiàn)象,嚴重影響到汽車的正常行駛。
水泵發(fā)生泄漏現(xiàn)象在水泵故障中比較常見,根據(jù)前面的論述主要是由于軸承與葉輪之間的密封效果不好,從而導(dǎo)致兩者間發(fā)生內(nèi)部泄漏[6]。但由于密封件和其他外部部件發(fā)生老化或者泄漏現(xiàn)象,也會引起水泵發(fā)生外部泄漏現(xiàn)象。
汽車發(fā)動機水泵異響,這種聲音是轉(zhuǎn)動的摩擦聲,類似“噌噌噌”的聲音。聲音隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速加快,發(fā)出的噪音也隨之增大,說明水泵內(nèi)部已開始損壞,造成這一現(xiàn)象的原因是軸承損壞或葉輪在工作時出現(xiàn)松動,逐漸和軸承分離而產(chǎn)生的噪音。
水泵噪聲測試工作非常繁瑣,需要各個系統(tǒng)之間的配合。測試臺架一般在室內(nèi),通過皮帶驅(qū)動水泵運行,將整個系統(tǒng)進行屏蔽,對背景噪聲進行減振與噪聲處理,讓其能夠小于水泵工作的噪聲(即10dB 以上)。這樣就可以測試水泵的噪聲故障問題。如圖3 所示。
圖3 汽車水泵半消聲室噪聲測試系統(tǒng)
水泵葉輪發(fā)生損壞,主要是由于水泵在裝配過程中出現(xiàn)不當(dāng)安裝的問題。在對水泵進行安裝時必須要按照標(biāo)準作業(yè)來進行,如果安裝比較隨意時,就會出現(xiàn)葉輪受到損壞的現(xiàn)象。此外水泵內(nèi)防凍液腐蝕也會造成葉輪發(fā)生損壞,不過隨著防凍液的性能的提升,這種現(xiàn)象也會減少。需要對水泵進行定期的檢測與處理維護,才不會讓葉輪受到損壞。
由于水泵在工作過程中,會出現(xiàn)較大的振動現(xiàn)象,這樣會引起水泵與軸承支撐點之間出現(xiàn)裂痕。例如,水泵中的零部件在長期的振動過程中會出現(xiàn)變形,這樣會容易導(dǎo)致整個水泵與軸承間發(fā)生裂痕。
從上述分析中我們發(fā)現(xiàn),由于發(fā)動機冷卻液系統(tǒng)工作不順暢,從而引起水泵工作過程中的熱量不能及時地排出,從而導(dǎo)致水溫過高引起發(fā)動機無法正常工作。
汽車發(fā)動機水泵最為重要的組成零件是水泵殼體、軸、水封和軸承,因此需要對這些部件進行有的放矢的排查與檢修,確保整個水泵工作的順暢,不影響到汽車的正常運行。
我們對水泵組件進行拆解后,檢查時可以看到,里面積累很多雜物,這些雜物嚴重影響水泵的工作效率和產(chǎn)生質(zhì)量問題, 為了解決這個問題,我們把水泵殼體上的兩個排水孔減少為一個排水孔,將水泵殼體上的排水孔取消掉,這樣做可以減少細微顆粒和雜質(zhì)進入到水泵組件內(nèi)部,對水泵安全運轉(zhuǎn)起到很好的防護。
我們對拆解的軸承進行分析,從外觀看軸承自身、軸承中的密封圈以及潤滑脂均有可能出現(xiàn)故障導(dǎo)致整個水泵無法正常的工作,因此需要從以下方面進行改進。
4.2.1 密封圈的改進
對密封圈進行改進可以采取兩種方法:第一種是軸承使用雙唇的密封圈;第二種方法是將原有的雙唇口改成三唇口形式的密封圈并進行封蓋。不管使用哪個方案,都需要對軸承與葉輪間的結(jié)構(gòu)進行嚴格的檢查,要確保密封圈能夠起到密封的作用,不會因為其他原因,導(dǎo)致密封效果不好,這就需要維護人員在日常工作中總結(jié)經(jīng)驗,能夠及時準確無誤地進行判斷,從而改進密封圈。
4.2.2 對潤滑油的改進
汽車水泵的軸承是一個較為特殊的軸承單元,它的使用環(huán)境多為溫度高、濕度高、灰塵多,并且由于水溫及環(huán)境影響,水泵軸承運行過程中的溫度升高,會達到100℃左右,這樣就對軸承的潤滑油有極高的要求。從我們對故障件表面分析來看,故障件中潤滑脂都出現(xiàn)變色現(xiàn)象,說明潤滑脂中含脂量不達標(biāo),所以要求潤滑脂生產(chǎn)廠家嚴格管控潤滑脂的含脂量,并按標(biāo)準作業(yè)加注潤滑脂。
4.2.3 對軸承內(nèi)滾珠的改進
軸承內(nèi)的滾珠是保證軸承正常工作的重要部件,但滾珠出現(xiàn)損壞的情況卻越來越多。對滾珠的硬度進行檢測時發(fā)現(xiàn),大部分滾珠都沒有達到所需的硬度要求,這就使得軸承在高速運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生大幅度磨損,最后徹底壞掉。所以應(yīng)該對生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)質(zhì)量進行嚴格監(jiān)督,保證滾珠的硬度達標(biāo)、質(zhì)量過關(guān),這樣才能有效解決軸承損壞的根本問題。
由于發(fā)動機長時間的處于大負荷作業(yè),就會造成水泵出現(xiàn)相應(yīng)的故障,從而使冷卻液的溫度過高。對于這個主要問題的解決,需要從以下兩方面著手:首先,應(yīng)該從發(fā)動機的外表開始檢查,例如:散熱器、氣缸體、管路連接、水泵密封性等,通過仔細觀察,看看他們是否有漏水的現(xiàn)象,是否是皮帶較松而造成運行時打滑,葉片是否出現(xiàn)了裂痕、異常磨損、氣蝕等現(xiàn)象??梢源蜷_發(fā)動機蓋,用手觸摸水箱進水管和出水管,看看是否存在溫度差;如果存在溫度差,則說明節(jié)溫器存在故障,無法正常工作而導(dǎo)致水溫過高,拆下節(jié)溫器,放入盛裝≥90℃開水的容器內(nèi),觀察節(jié)溫器上石蠟和彈簧是否產(chǎn)生位移;其次,正常啟動發(fā)動機,調(diào)高空調(diào)的制冷來控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,能夠以較低的轉(zhuǎn)速慢慢上升到高速運轉(zhuǎn),這時觀察冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是隨著發(fā)動機溫度的升高而不斷升高。更換風(fēng)扇離合器就可降低風(fēng)扇的噪音,且溫度達到90℃時,風(fēng)扇就能全速運轉(zhuǎn)。
在當(dāng)今飛速發(fā)展的時代,汽車這一領(lǐng)域有著非常重要的位置,作為人們生活當(dāng)中不可或缺的一部分。隨著汽車的需求量增加,對汽車的質(zhì)量和性能也需要加強管控。因此,水泵作為汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)不可缺少的零件之一,要加強對水泵工作原理及故障的研究,其中對水泵結(jié)構(gòu)與技術(shù)的創(chuàng)新顯得尤為重要。希望本文中所提到的意見,能夠給汽車發(fā)動機水泵的改進工作帶來幫助,讓汽車水泵能以最佳的性能在汽車的行駛中發(fā)揮出重要作用。