某款發動機水泵異響問題解析

陳麗霞，胡廣，魯志遠，喬彥超，尹建東，夏孟秋

（寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

0 引言

水泵是發動機冷卻的主要機構，通過驅動水泵葉輪，使冷卻水在發動機水套內進行流動，帶走對發動機有害的熱量，降低機體溫度，保證發動機可靠地運轉，當水泵驅動發生異常時，會產生水泵可靠性失效及水泵異響產生，造成駕駛不舒適感，水泵異響需要消除。

1 問題描述

某款發動機臺架試驗過程中出現水泵“異響”問題，更換水泵總成+皮帶后異響消失，共計6臺水泵發生這種問題。

水泵結構如圖1所示，水泵皮帶安裝在水泵皮帶輪和水泵驅動輪上，驅動輪固定螺栓把水泵驅動輪連接到平衡軸上，水泵安裝在調溫器殼體上，調溫器殼體安裝在缸體上，通過平衡軸和水泵皮帶驅動水泵，使水泵正常運轉[1]。

圖1 水泵結構圖

2 原因分析

2.1 故障分析

共計6臺發動機發生異響，故障機更換水泵總成后，故障均消失。

1）批次及尺寸分析。對水泵皮帶、水泵、帶輪和調溫器批次進行分析，信息如表1所示，相關零部件均為同一批次[2]。

表1 故障機零部件批次

故障機水泵帶輪和皮帶本身無異常磨損，無制造缺陷等問題，尺寸合格。水泵組件轉動手感靈活順暢、無卡滯，水泵帶輪高度、圓跳動、齒頂節圓、齒底節圓、螺栓孔位置度等尺寸檢測（如圖2）合格無異常。

圖2 尺寸檢測

進行水泵組件單品臺架性能試驗，驗證是否有泄漏與異響問題（如圖3），經過驗證各轉速段內均無異響、泄漏問題。經過對零部件批次和尺寸分析，零部件單體無問題。2）設計排查。對水泵與蝸殼間隙（如圖4）進行零部件尺寸鏈校核，最小間隙為0.45 mm，不干涉，無問題。故障水泵皮帶輪齒形與標準皮帶齒形近乎重合（如圖5），滿足要求。發動機中心距公差為（76.88 ±0.25）mm 時可以滿足張力低于90 N的要求，對三角皮帶在不同溫度下皮帶長度進行檢測評價，滿足要求。故障件水泵驅動系統跳動實測值為0.09 mm，皮帶輪跳動為0.06 mm，驅動輪系統跳動要求為0.20 mm，皮帶輪跳動要求為0.1 mm。因平衡軸、驅動輪、螺栓為錐面結構，裝配導致的系統跳動（反復裝配5次）實測最大跳動為0.1 mm，滿足要求。通過對間隙校核及齒形及零部件可靠性分析，設計無問題。

圖3 水泵組件性能試驗

圖4 水泵蝸殼和水泵間隙

圖5 皮帶齒形對比

3）制造裝配。裝配要求：水泵與調溫器殼體線下采用工裝裝配（如圖6），通過工裝（如圖7）模擬缸體與驅動輪，調整水泵殼體在調溫器殼體上位置，使水泵皮帶輪與驅動帶輪中心距為（76.88±0.02）mm。水泵與調溫器殼體分裝后裝配至生產線缸體上，再裝配水泵皮帶[3]。

圖6 水泵線下裝配

圖7 裝配工裝

將故障水泵殼體總成及皮帶復裝在生產線發動機上，用聽診器聽出異響，皮帶張力為110 N，張力超差（要求為0～90 N）；ABA驗證過程如表2所示，驗證皮帶張力不合格的發動機水泵會產生異響[4]。對皮帶張力大的水泵組件輪系中心距進行檢測分析，表2中4臺異響水泵的皮帶輪與驅動帶輪中心距分別為77.353、77.353、77.354、77.352 mm，中心距超差（要求為76.63～77.13 mm）。通過以上分析，發動機水泵帶輪和平衡軸帶輪中心距過大，導致皮帶張力偏大，水泵運轉過程中產生異響[5]。

表2 異響與不異響發動機故障復現驗證

2.2 故障鎖定

由于中心距超差導致水泵異響，水泵中心距是用線下裝配工裝來保證裝配尺寸的。調查發現，水泵異響發生在2017年1月份，現場排查發現，工裝定位銷存在嚴重磨損（如圖8），橡膠壓頭殘缺（如圖9），無法壓緊固定，壓裝后水泵存在晃動問題。更換磨損工裝后生產的13 625臺未反饋異響。水泵中心距裝配工裝磨損導致發動機水泵帶輪中心距偏大，使皮帶張力偏大，發動機產生異響。

圖8 工裝定位銷狀態

圖9 壓頭狀態

3整改對策

用水泵與調溫器殼體增加定位銷結構來代替水泵安裝工裝裝配方式（如圖10），從根本上解決了保證中心距尺寸的難題。

圖10 水泵安裝方式

4 效果驗證

調溫器殼體增加水泵定位銷孔狀態已試裝2批次，共計200臺，試裝測試皮帶張力合格，均無異響，此次整改有效。

5 結語

針對水泵異響問題的分析，需要先對異響源進行識別，通過ABA驗證及對比分析確定異響源，結合尺寸檢測確定失效尺寸。本文確定水泵異響原因為水泵中心距裝配工裝磨損導致發動機水泵帶輪中心距偏大，使皮帶張力偏大，水泵產生異響，通過增加定位銷來保證中心距和尺寸，從根本上解決了此問題[4]。