林夕涵 呂啟菊 林衛(wèi) 梁雙青

上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)的心臟，其經(jīng)濟(jì)性和安全性則尤為重要。發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的故障原因有很多，其中有相當(dāng)一部分是由于螺栓、螺母擰緊出現(xiàn)問(wèn)題造成的，特別是在運(yùn)動(dòng)件、密封件的螺栓緊固中。本文將從實(shí)際案例出發(fā)，分析螺栓及連接件導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)漏水的原因。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)漏水故障現(xiàn)象

發(fā)動(dòng)機(jī)熱試是發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量問(wèn)題的檢測(cè)手段之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)著車(chē)狀態(tài)的體現(xiàn)，可以及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)由零部件質(zhì)量和裝配錯(cuò)誤造成的故障，極大的降低發(fā)動(dòng)機(jī)出廠的故障率。其通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)外接冷卻循環(huán)、燃油供給等點(diǎn)火運(yùn)行，利用ECU采集發(fā)動(dòng)機(jī)各傳感器信號(hào)，根據(jù)ECU內(nèi)部策略定性判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障。以A汽車(chē)制造公司為例，公司生產(chǎn)的某發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行熱試測(cè)試期間，發(fā)現(xiàn)五臺(tái)該發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管和節(jié)溫器殼結(jié)合處出現(xiàn)漏水故障。漏水故障示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 某發(fā)動(dòng)機(jī)漏水故障示意圖

3 發(fā)動(dòng)機(jī)漏水故障分析

出水總管是形成發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的一部分，主要作用是傳遞冷卻液，協(xié)助冷卻液對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱。而節(jié)溫器是根據(jù)冷卻水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入散熱器的水量，改變水的循環(huán)范圍，以調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的散熱能力，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在合適的溫度范圍內(nèi)工作，可起到節(jié)約能耗的作用。當(dāng)汽車(chē)的溫度還沒(méi)有達(dá)到正常溫度前水箱處于關(guān)閉狀態(tài)，冷卻水在水箱的上半部循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于低溫狀態(tài)下會(huì)使油耗增大。當(dāng)汽車(chē)達(dá)到正常溫度后開(kāi)啟水箱，進(jìn)行大循環(huán)，促使發(fā)動(dòng)機(jī)快速散熱，才能正常工作。因此，若在汽車(chē)行駛過(guò)程中出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)高溫運(yùn)動(dòng)部件異常磨損。

以A汽車(chē)制造公司某發(fā)動(dòng)機(jī)漏水故障問(wèn)題為例，其出水總管形狀比較復(fù)雜，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有多處彎曲，與發(fā)動(dòng)機(jī)的連接有多個(gè)螺栓及螺母，且不在一個(gè)平面上，其與出水口支座連接采用的是法蘭加密封墊的密封形式，現(xiàn)在漏水處正是法蘭連接處。經(jīng)過(guò)對(duì)故障件檢查、現(xiàn)場(chǎng)故障分析，現(xiàn)運(yùn)用故障樹(shù)對(duì)案例中故障發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管和節(jié)溫器殼結(jié)合處漏水問(wèn)題的原因進(jìn)行分析，并逐一進(jìn)行排查驗(yàn)證。故障樹(shù)如圖2所示：

圖2 A汽車(chē)制造公司某發(fā)動(dòng)機(jī)漏水問(wèn)題故障樹(shù)分析

4 發(fā)動(dòng)機(jī)漏水故障診斷與排除方法

經(jīng)故障樹(shù)分析，將通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零件螺母扭力、結(jié)合面相關(guān)表面質(zhì)量缺陷、出水管總成安裝尺寸、員工操作及標(biāo)準(zhǔn)化操作文件以及出水總管支架螺栓/連接螺母裝配工藝要求等因素進(jìn)行逐一驗(yàn)證，查找發(fā)動(dòng)機(jī)漏水故障原因。

4.1 連接螺母扭力測(cè)量及驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)某故障發(fā)動(dòng)機(jī)連接螺母扭矩值與標(biāo)準(zhǔn)扭矩范圍值的對(duì)比測(cè)量，以及零件在不同扭矩下發(fā)動(dòng)機(jī)漏水狀態(tài)的驗(yàn)證兩方面，排查連接螺母扭矩因素對(duì)故障發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。

1）測(cè)量故障發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管法蘭端連接螺母扭矩。使用扭矩扳手對(duì)故障發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管法蘭端連接螺母進(jìn)行測(cè)量，連接螺母正常扭矩值范圍為8～12N.m。經(jīng)測(cè)量，所有的連接螺母扭矩都在8N.m以上，說(shuō)明螺母扭矩符合要求，此原因排除。

2）驗(yàn)證故障發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管法蘭端連接螺母扭矩。工藝順序?yàn)橄葦Q緊支架螺栓再擰緊連接螺母，試驗(yàn)分別對(duì)正常扭矩值和降低扭矩值驗(yàn)證連接螺母扭矩的影響，扭矩值分別取10N.m、6N.m、2N.m。驗(yàn)證過(guò)程及結(jié)果如下：

圖3 故障發(fā)動(dòng)機(jī)支架螺栓及法蘭螺母（上、下）示意圖

第1次試驗(yàn)，使用扭矩扳手?jǐn)Q緊合格出水總管連接螺母，扭矩值設(shè)定為10N.m，靜置3天后測(cè)量螺母扭矩，結(jié)果上螺母扭力7.85N.m，下螺母扭力7.9N.m，扭矩有衰減，按正常條件熱試檢測(cè)，無(wú)漏水現(xiàn)象；

第2次試驗(yàn)，其他條件不變，扭矩值設(shè)定為6N.m擰緊出水總管連接螺母，結(jié)果上螺母扭力6.0N.m，下螺母扭力5.5N.m，扭矩值較低，按正常條件熱試檢測(cè)，無(wú)漏水現(xiàn)象；

第3次試驗(yàn)，其他條件不變，扭矩值設(shè)定為2N.m擰緊出水總管螺母，結(jié)果上螺母扭力1.6N.m，下螺母扭力2.35N.m，扭矩值很低，按正常條件熱試檢測(cè)，無(wú)漏水現(xiàn)象。

依據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，連接螺母扭矩值低，發(fā)動(dòng)機(jī)熱試檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，可排除此原因。

4.2 檢查零件結(jié)合面相關(guān)表面質(zhì)量缺陷

分別對(duì)故障發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合面相關(guān)零件出水口墊片凸筋、出水總管法蘭面及節(jié)溫器殼端面表面質(zhì)量進(jìn)行確認(rèn)。

1）出水口墊片凸筋失效檢查。通過(guò)將故障發(fā)動(dòng)機(jī)的出水口墊片凸筋（如圖4）與同型號(hào)合格零件進(jìn)行對(duì)比檢查，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)動(dòng)機(jī)的出水口墊片凸筋均勻，無(wú)凹陷、斷層等問(wèn)題，與合格零件無(wú)差異，不存在失效，所以出水口墊片不是漏水的原因；

圖4 故障機(jī)出水口墊片無(wú)變形

2）檢查出水總管法蘭面平面缺陷。檢查5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管零件法蘭面，發(fā)現(xiàn)1臺(tái)出水口法蘭面有凸點(diǎn)（圖5），平面度為0.043mm低于標(biāo)準(zhǔn)值（標(biāo)準(zhǔn)值＜0.1mm)為合格零件，因此該問(wèn)題不是漏水的原因；

圖5 出水總管法蘭面有凸點(diǎn)

3）檢查節(jié)溫器殼端面缺陷。目視檢查節(jié)溫器殼端面（圖6）平整，漏水位置密封痕跡不明顯，無(wú)異常。因此節(jié)溫器殼端面缺陷問(wèn)題排除。

圖6 節(jié)溫器殼端面平整

4.3 檢查出水管總成安裝尺寸

取發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管故障件及新件，分別測(cè)量其與法蘭面和支架端面夾角、支架螺栓孔到出水口下螺栓孔距離，發(fā)現(xiàn)故障件（夾角46.43°，螺栓孔距離203.56mm）及新件(夾角48.95°，螺栓孔距離200.27mm)的夾角實(shí)測(cè)值尺寸均有超差（如圖7），夾角標(biāo)準(zhǔn)值為50±0.5°，螺栓孔工藝要求范圍值201.1±0.5°mm，零件結(jié)合面存在漏水風(fēng)險(xiǎn)。驗(yàn)證過(guò)程及結(jié)果如下：

圖7 選取故障件及新件的夾角實(shí)測(cè)值

1）第1次試驗(yàn)，安裝超差出水總管，先打緊連接螺母再打緊支架螺栓，測(cè)量上螺母扭力9.9N.m，下螺母扭力9.0N.m，最高水壓270kpa，水溫90°C，扭力值在正常范圍，經(jīng)熱試檢測(cè)，無(wú)漏水。

2）第2次試驗(yàn)，其他條件不變擰緊螺母，測(cè)量上螺母扭力7.0N.m，下螺母扭力6.0N.m，扭力值較低，經(jīng)熱試檢測(cè)，無(wú)漏水。

驗(yàn)證結(jié)論，夾角超差零件熱試檢驗(yàn)，結(jié)合面無(wú)漏水。因此夾角超差問(wèn)題排除。

4.4 檢查員工操作及標(biāo)準(zhǔn)化操作文件

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)員工操作方式的檢查及溝通，發(fā)現(xiàn)員工均按標(biāo)準(zhǔn)化文件擰緊順序要求“先擰緊連接螺母，再擰緊支架螺栓”執(zhí)行，故排除員工操作原因。

4.5 檢查出水總管支架螺栓/連接螺母裝配工藝要求

對(duì)出水總管支架螺栓及法蘭螺母擰緊順序進(jìn)行驗(yàn)證，連接螺母正常扭矩值范圍為8～12N.m，并將漏水等級(jí)按1到5級(jí)進(jìn)行劃分。

1）按工藝順序要求“先擰緊支架螺栓，后擰緊連接螺母”，并裝機(jī)進(jìn)行熱試驗(yàn)證：

第1次試驗(yàn)，安裝原出水總管故障件，法蘭面和支架端面夾角符合標(biāo)準(zhǔn)（50°±0.5°）要求，先擰緊支架螺栓，后擰緊連接螺母，測(cè)量上螺母扭矩為5.0N.m，下螺母扭矩為5.0N.m，扭矩值很低，經(jīng)熱試檢測(cè)，漏水等級(jí)1級(jí)；

第2次試驗(yàn)，條件及擰緊順序不變，測(cè)量上螺母扭力10.7N.m，下螺母扭力10.6N.m，扭矩值正常，經(jīng)熱試檢測(cè)，漏水等級(jí)3級(jí)；

第3次試驗(yàn)，條件及擰緊順序不變，測(cè)量上螺母扭力16.0N.m，下螺母扭力16.0N.m，扭矩值高，經(jīng)熱試檢測(cè)，漏水等級(jí)5級(jí)；

2）改變擰緊順序“先擰緊連接螺母，后擰緊支架螺栓”，并裝機(jī)進(jìn)行熱試驗(yàn)證：

改變擰緊順序?yàn)橄葦Q緊連接螺母再對(duì)支架螺栓進(jìn)行擰緊，其他條件不變，測(cè)量上螺母扭力7.0N.m，下螺母扭力7.0N.m，扭力值低，經(jīng)熱試檢測(cè)，無(wú)漏水。

驗(yàn)證結(jié)論，按工藝擰緊順序“先擰緊支架螺栓，后擰緊連接螺母”，即使連接螺母扭矩大于工藝要求仍可能出現(xiàn)漏水的問(wèn)題。使用相同零件及工具，改變擰緊順序由“先擰緊接螺母，后支架螺栓”，即使扭矩小于工藝要求，結(jié)合面處亦密封良好。因此，若先擰緊支架螺栓，可能導(dǎo)致支架被固定無(wú)自由度，使得連接螺母擰緊時(shí)法蘭面無(wú)法與節(jié)溫器座端面貼合，二者之間存在間隙，從而導(dǎo)致漏水。依據(jù)該潛在原因，對(duì)工藝文件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)工藝文件明確要求先擰緊出水管螺栓，再擰緊法蘭與節(jié)溫器連接螺母，與現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證結(jié)果一致。因此確定螺栓擰緊工藝設(shè)計(jì)不合理是故障的主要原因。

5 故障排除

通過(guò)以上驗(yàn)證，最終確認(rèn)該發(fā)動(dòng)機(jī)出水總管和節(jié)溫器殼結(jié)合處漏水的主要原因是螺栓擰緊工藝設(shè)計(jì)不合理。經(jīng)過(guò)與工藝部門(mén)、生產(chǎn)車(chē)間等相關(guān)區(qū)域溝通及討論，重新調(diào)整螺栓擰緊工藝要求，明確先擰緊法蘭螺母后再擰緊出水總管支架螺栓。措施實(shí)施后，對(duì)1000臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)熱試檢測(cè)進(jìn)行跟蹤，漏水問(wèn)題未發(fā)生，故障解決。

6 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的過(guò)程中，螺栓的擰緊程度和次序?qū)ζ溲b配質(zhì)量有著直接的影響。對(duì)于一般螺栓的擰緊比較好辦，連接件不松動(dòng)達(dá)到扭矩要求就可以了。但對(duì)有墊片、形狀復(fù)雜、有密封要求的螺栓擰緊，則應(yīng)有先有后、對(duì)稱均勻，輪流擰緊要求。其緊固原則是按先中間、后兩邊、對(duì)角、順時(shí)針?lè)较蛞来?、分階段緊固。對(duì)形狀復(fù)雜的緊固件，應(yīng)先緊固密封面或法蘭，再緊固支架。上緊螺栓時(shí)，一般分兩段緊固：第一步擰50%左右的力矩；第二步擰100%的力矩。本文中，某發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件形狀復(fù)雜，開(kāi)始時(shí)未遵循該原則，先緊固零件支架，導(dǎo)致零件固定不到位，法蘭密封處無(wú)法貼緊導(dǎo)致漏水故障。

7 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)是現(xiàn)今社會(huì)十分重要且極為普遍的交通工具，保證汽車(chē)的行駛安全是極為重要的內(nèi)容。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)的心臟，深入分析發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造缺陷，有助于故障的排除，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)漏水、漏油、異響等各種質(zhì)量問(wèn)題。本案例根據(jù)A汽車(chē)制造公司某發(fā)動(dòng)機(jī)熱試檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)的漏水故障進(jìn)行分析，逐一排除各種可能因素，最后找出由于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝不合理造成的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造工廠的工藝部門(mén)、生產(chǎn)車(chē)間、質(zhì)量部門(mén)等均有警示作用，讓大家對(duì)緊固件擰緊原則的重要性有了更深的認(rèn)識(shí)。