汽車發動機冷卻不良問題分析

吳發乾，鄭宏龍

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汽車發動機冷卻不良問題分析

吳發乾，鄭宏龍

（一汽海馬汽車有限公司，海南 海口 570216）

文章為作者結合實際工作中遇到的技術問題，展開原因分析，提出問題對策，并總結經驗教訓。某車型出口銷售到中東地區，出現發動機冷卻不良問題，具體表現是發動機水溫高、開鍋、發動機油水混合。經調查分析，原因有生產過程方面不足，如加注設備、零件一致性；也有設計方面不足，如副水箱總成開啟壓力不足、EMS標定不能適應油品等。因此提出了加注設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、副水箱優化壺口與蓋子配合尺寸和提高開啟壓力的設計優化方案、EMS標定針對低辛烷值油品重新優化等措施。并且對以上措施進行零部件和實車驗證，如零部件的開啟壓力，整車的動力性經濟性和排放性等。本問題嚴重度高，原因分析和整改對策涉及面廣，值得總結經驗教訓。

汽車發動機；冷卻不良；副水箱總成；EMS

前言

隨著我國汽車工業發展，以及“一帶一路”戰略實施，越來越多的中國自主品牌汽車向國外輸出。當今國際，汽車商品跨越國界是普遍現象。由于不同地區的法規、道路環境、氣候、油品、駕駛習慣等不同，汽車在使用過程中可能會出現與本國不同的新問題。這些問題如果處理不當，不及時，可能會給企業造成巨大損失。例如2015年9月的“大眾排放門事件”罰款高達180億美元，2014年11月韓國現代和起亞油耗高問題被罰3億美元，2014年3月日本豐田自動加速問題被罰12億美元。因此中國車企應吸取教訓，重視出口汽車質量問題，將問題解決在萌芽時期。本文介紹某車型在中東地區出現的市場質量問題，展開原因分析，提出問題對策，并總結經驗教訓。該類問題其實也出現在其他汽車品牌在該地區銷售的車輛，有普遍性特征。作者為調查處理問題，先后3次出差中東，在多個城市現場現物調查分析。為驗證對策，在國內專門采購2噸模仿該地區油品的特制汽油，進行發動機臺架標定和耐久驗證，然后進行整車標定、各項測試和道路試驗，同時還派出工程師在國外進行EMS標定、熱平衡試驗測試、動力性經濟性和排放性測試、實車道路驗證試驗，等等。

1 問題描述

1.1 故障現象

某車型從2017年3月25日開始陸續出現發動機過熱問題，主要表現為車輛熄火無法行駛，發動機油水混合。

圖1 發動機內油水混合

1.2 問題統計

問題發生時間、行駛里程和地點統計如圖2、3、4。可見問題多發生氣溫炎熱的時間；行駛里程1000~5000公里最多，0~500公里次之；故障地點主要在德黑蘭。

圖2 故障發生時間統計

圖3 故障發生里程統計

圖4 故障發生地點統計

2 原因分析

2.1 工作原理

發動機過熱的原因一般是冷卻系統冷卻不良。冷卻系統工作原理如下圖5，主要有通過散熱器和節溫器的1個大循環，分別通過油冷器、增壓器、暖風機的3個小循環，和1個直接連接發動機進出水口的小循環。

圖5 冷卻系統原理圖

2.2 失效分析

冷卻不良的原因可劃分為4大類：冷卻系統零件不良、冷卻系統生產不良、車輛使用不當和其他。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 風扇不良排查

2017年6月26日對停車場10臺風扇不工作車輛確認，發現有4臺不工作，其余6臺變成運轉，可見存在偶爾不運轉問題。

圖10 風扇控制模塊不工作

通過對不運轉風扇更換風扇控制模塊，風扇全部恢復正常工作，由此可確定原因為風扇模塊不工作。

表3 水泵不良排查

表4 節溫器不良排查

表5 副水箱不良排查

圖14 開啟壓力測試過程

表6 風扇不良排查

2.3.2生產不良排查

表7 冷卻液加注不良排查

經排查冷卻液加注不良的根本原因是加注設備的抽真空能力不滿足。工藝設計要求絕對真空度≤10kPa，而設備的絕對真空度≥20kPa。

表8 管路接錯不良排查

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行校核分析，發現壓力蓋與加注口配合的單邊搭接最小值為-0.03mm，存在搭接不上的風險。

圖21 機油冷卻器系統密封性測試

圖22 增壓器冷卻系統密封性測試

2.3.3使用不當排查

表10 用戶使用不當排查

對用戶使用不當NG項進一步排查發現，對比其他車型，故障車型的儀表雖然有視覺的指針指示+高溫燈閃爍，但缺少聽覺的水溫高蜂鳴聲報警功能，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

對發動機缸蓋墊NG項進一步排查，分為以下6方面：

①是否缸蓋墊本身設計或制造問題？經對新缸蓋墊進行面壓試驗，發現缸口密封良好，密封線連續。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

進氣間隙要求是0.18～0.26mm，排氣間隙要求是0.26～0.34mm，檢查結果排氣氣門間隙有2個不合格，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，檢查結果2缸排氣側的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

測試結果顯示2缸處變形量達到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

機油乳白色，油水混合。

綜合上述故障，初步懷疑是發動機爆震原因，因此對爆震問題進行排查確認。

圖28 3缸處變形量測試

（1）故障車在國外測試采集結果，存在明顯的被動爆震推角，最高達7.5°（評判標準是3°以內）。此工況主動推角為0°，說明發動機的水溫和進氣溫度都未到惡劣工況。

圖29 國外測試的爆震情況

（2）在國內進行相同測試（國外ECU數據），最大爆震推角只有1.5°，在合理范圍之內。

圖30 國內測試（國外ECU數據）的爆震情況

（3）在國內進行相同測試（國內ECU數據），最大爆震推角只有1.5°，在合理范圍之內。

圖31 國內測試的爆震情況

基于故障數據分析，考慮國外與國內的差異點，排除發動機過度積碳，空燃比不正確等，認為燃油辛烷值過低是發動機爆震根本原因。

綜上，原因分析匯總如下表14，故障推理如下圖32。

表14 原因分析匯總

3 整改對策

根據原因分析，制定臨時對策和永久對策如下。

表15 臨時對策

表16 永久對策

圖33 螺紋結構140kPa副水箱的變更點

圖34 螺紋結構140kPa副水箱變形量CAE仿真分析

從CAE仿真分析可見，變更后的螺紋結構140kPa副水箱強度提升明顯，變形量減小84.6%。

4 驗證結果

4.1 主要驗證試驗

4.1.1發動機臺架耐久（模仿中東某國油品的特制汽油）。

圖35 發動機臺架試驗

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

圖36 國內道路試驗

4.1.3中東地區高海拔山區1500公里道路試驗。

圖37 中東地區山路試驗

4.1.4中東地區10000公里實際道路試驗。

圖38 中東地區道路試驗的2臺試驗車和試驗人員

4.2 主觀評價

按10分制評價，整改前評價7.5分，整改后評價7分，滿足大于等于6分要求。

4.3 法規項目測試

4.3.1排放性測試符合法規要求

4.3.2動力性經濟性測試符合法規要求

5 結論

5.1本文總結了發動機發動機冷卻不良的潛在失效原因，后來者在實際問題處理過程中可以借鑒，并按實際情況拓展完善。

5.2本文通過對汽車發動機冷卻不良故障排查案例，形成了處理復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行適應性道路耐久驗證，而中東地區油品較差，可能會導致車輛產生一些國內未曾遇到的問題。因此對出口車項目應重視當地市場的適應性驗證試驗。

[1] 邱宣懷等.機械設計[M].高等教育出版社,1997.7(4版).

[2] 余志生.汽車理論[M].機械工業出版社,2009.3(5版).

[3] 陳家瑞.汽車構造[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

吳發乾，男，(1979-)，本科，機械工程師，就職于一汽海馬汽車有限公司，主要從事于動力系統研發工作。鄭宏龍，男，（1988-），本科，機械工程師，就職于一汽海馬汽車有限公司，主要從事于冷卻系統研發工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.091