AS市場(chǎng)某車型發(fā)動(dòng)機(jī)高溫故障分析

孫定煌

摘要：本文對(duì)某車型在海外市場(chǎng)發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)高溫故障，造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞車輛不能行使的問題進(jìn)行分析，查明根本原因并給出相應(yīng)的解決對(duì)策，消除不良影響。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);高溫;冷卻液;副水箱總成;開啟壓力

1? 背景

關(guān)于AS市場(chǎng)反饋發(fā)動(dòng)機(jī)高溫的問題，公司成立了專項(xiàng)攻關(guān)小組，對(duì)故障展開調(diào)查和分析，進(jìn)行了多輪次的整改（整改過程另有報(bào)告，本文不做詳細(xì)闡述，只是進(jìn)行總結(jié)性的回顧）：

1.1 整改履歷

1.2 小結(jié)

①加注設(shè)備、副水箱配合尺寸、風(fēng)扇控制模塊、壓力蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施實(shí)施后，故障率從2.36%，降低到0.51%，削減了78%，說明整改有效，短里程故障得到有效的遏制。

②2018年2月，120kPa副水箱壓力蓋子和ECU數(shù)據(jù)優(yōu)化（優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度策略）切換后，故障率由0.51%，降至0.30%，削減41%，說明整改有效果。

③經(jīng)過5輪次的整改，發(fā)動(dòng)機(jī)高溫故障從整改前的2.36%降低至0.30%，下降了87%，整改效果明顯，但未能徹底消除故障。跟蹤18下半年至19年3月的故障情況，累計(jì)發(fā)生10例高溫故障反饋，通過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的里程變長(zhǎng)，平均故障里程為35048km（整改前平均故障里程為8142km），最長(zhǎng)故障里程76549km。

發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生高溫故障，會(huì)點(diǎn)亮組合儀表上高溫故障指示燈，警示駕駛員車輛需檢查維修，如果駕駛員及時(shí)停車報(bào)修，就不會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞，但是如果駕駛員不注意，繼續(xù)行駛，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)直接報(bào)廢或者大修，導(dǎo)致客戶抱怨非常大。

2? 再次調(diào)查

為了分析是否還有其他未知的故障原因?qū)е掳l(fā)動(dòng)機(jī)高溫，再次到達(dá)AS市場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。

①調(diào)查31臺(tái)正常無故障的車輛（平均里程3.1萬km），檢查確認(rèn)副水箱冷卻液的情況（液位/顏色），結(jié)果如圖2。

小結(jié)：

1）35%的車輛冷卻液顏正常，其余65%的車輛冷卻液異常，不符合要求。

2）9%車輛缺少冷卻液，23%的車輛冷卻液超上限且顏色異常，說明在車輛使用過程中，存在冷卻液減少的情況，且客戶沒有按要求正確補(bǔ)充冷卻液。

②現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)車輛普遍存在一個(gè)現(xiàn)象，即在發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)內(nèi)，靠近副水箱通氣管下方的擋泥板上，均發(fā)現(xiàn)有水流的痕跡，94%的車輛都有這個(gè)現(xiàn)象，如圖4。

而這個(gè)位置剛好對(duì)應(yīng)副水箱上的通氣管的下方，分析是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液從通氣管向外溢出造成。

現(xiàn)場(chǎng)排查過的高溫故障車輛，也都有這個(gè)現(xiàn)象，如圖5，只不過相比之下，高溫故障車輛的痕跡要嚴(yán)重得多。

小結(jié)：根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，確認(rèn)車輛存在使用過程中冷卻液因溫度過高壓力增大而溢出的情況，如果沒有及時(shí)補(bǔ)充冷卻液，發(fā)動(dòng)機(jī)將因缺水造成冷卻不良，導(dǎo)致高溫故障的發(fā)生。

③更換31臺(tái)車中的4臺(tái)車輛的副水箱總成，測(cè)量副水箱總成蓋子的開啟壓力（標(biāo)準(zhǔn)120±14.7kPa），如表1。

小結(jié)：

1）使用后副水箱總成壓力蓋開啟壓力失效或偏低。

2）副水箱總成蓋壓力失效，可能是有水垢或其他異物使蓋子空氣閥關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致，與使用的冷卻液有關(guān)，將蓋子清洗后測(cè)量，開啟壓力為60kPa-90kPa，壓力不合格，蓋子使用后壓力衰減非常明顯。

④為了驗(yàn)證開啟壓力偏小的現(xiàn)象，更換5臺(tái)正常車輛的副水箱總成，分別與標(biāo)準(zhǔn)工裝（壓力蓋出廠開啟壓力檢測(cè)工裝）和副水箱本體配合，測(cè)量蓋子的開啟壓力（單位：kPa），如表2。

小結(jié)：蓋子本身的開啟壓力（在標(biāo)準(zhǔn)工裝上測(cè)量）沒有問題，但是蓋與副水箱原狀態(tài)測(cè)量，壓力達(dá)不到要求（衰減約30kPa），說明副水箱總成在使用后的保壓性能不能滿足要求。

⑤調(diào)查結(jié)論：

1）AS車輛的冷卻液普遍都有異常，說明客戶沒有按要求使用冷卻液，存在加水的現(xiàn)象，加水會(huì)降低冷卻液的沸點(diǎn)，增加發(fā)動(dòng)機(jī)高溫的風(fēng)險(xiǎn)。

2）副水箱總成在使用后副水箱蓋開啟壓力失效或衰減，在沒有壓力或壓力低的情況下，降低了冷卻液的沸點(diǎn)，AS又是高原地帶，副水箱的保壓性能下降，就會(huì)降低冷卻液的沸點(diǎn)，容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)高溫故障的發(fā)生。

3? 原因分析及整改對(duì)策

3.1 原因分析

通過調(diào)查確認(rèn)，副水箱保壓性能失效，使用過程中冷卻液減少，是造成發(fā)動(dòng)機(jī)高溫故障的主要原因，因此對(duì)副水箱總成開啟壓力不良原因進(jìn)行分析。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)由散熱器、電子風(fēng)扇、副水箱總成等部件組成。其功能是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，保證發(fā)動(dòng)機(jī)能始終處于最適宜的溫度狀態(tài)下工作，以獲得較高的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性。

副水箱一般分溢流式和膨脹式兩種：

①溢流式副水箱：壓力閥不在副水箱上（一般在散熱器上），當(dāng)冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力過大時(shí)壓力閥被頂開，冷卻液流向副水箱以釋放壓力;冷卻系統(tǒng)內(nèi)壓力過小時(shí)形成負(fù)壓，將副水箱內(nèi)的冷卻液吸回散熱器內(nèi)。

②膨脹式副水箱：壓力閥在副水箱上，當(dāng)系統(tǒng)壓力過大時(shí)壓力閥被頂開，膨脹的水蒸氣通過排水管流向外部以釋放壓力。

本車型發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)為閉式強(qiáng)制水冷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖6。

冷卻液的加注口設(shè)在副水箱總成上，通過副水箱總成上的壓力蓋調(diào)整冷卻系統(tǒng)內(nèi)部的壓力，副水箱總成屬于膨脹式副水箱，也叫做膨脹水壺。

膨脹水壺本體和蓋的結(jié)構(gòu)及配合關(guān)系如圖7。

靠蓋子的橡膠墊與副水箱口密封，通過扣壓安裝方式建立壓力。在AS調(diào)查過程中還發(fā)現(xiàn)，個(gè)別車輛的副水箱壺口變形，蓋子丟失，分析懷疑是高溫使副水箱產(chǎn)生變形導(dǎo)致。

研究副水箱總成的圖紙、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)要求較低，如開啟壓力，僅對(duì)壓力蓋單體的開啟壓力有要求，但是對(duì)蓋子和本體配合后即副水箱總成的開啟壓力沒有要求，且密封性能要求也很低，這不符合膨脹水壺的技術(shù)條件要求。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證，把副水箱總成按照膨脹水壺的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高溫恒壓試驗(yàn)，實(shí)際試驗(yàn)1小時(shí)后，就已經(jīng)觀察到副水箱本體已經(jīng)鼓起變形，壺口變形（橢圓），如圖8，實(shí)測(cè)氣密性不合格，不符合膨脹水壺的標(biāo)準(zhǔn)要求。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，在用的副水箱總成是按照溢流式水箱的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，也就是說副水箱總成是按溢流式水箱的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，但是作為膨脹水壺的功能使用。

由于膨脹水壺在工作中要參與冷卻系統(tǒng)的循環(huán)，承受高溫、高壓的作用，對(duì)使用條件的要求遠(yuǎn)高于溢流式水箱，因此，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的偏低，使用中副水箱總成有可能高溫變形、橡膠老化、壺口變形等因素的影響，造成冷卻系統(tǒng)保壓性能不穩(wěn)定，達(dá)不到使用技術(shù)要求，表2數(shù)據(jù)就是最好的證明，加之AS又是屬于高原地區(qū)（平均海拔1600m），且AS客戶開車的習(xí)慣比較粗暴，又不按要求使用正規(guī)的冷卻液，在這些因素的綜合作用下，使得個(gè)別車輛發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)高溫的故障。

3.2 整改措施

按照膨脹水箱總成的標(biāo)準(zhǔn)重新對(duì)副水箱總成進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，提高材料等級(jí)及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高副水箱蓋的開啟壓力到140kPa（經(jīng)過評(píng)估和驗(yàn)證，140kPa這個(gè)壓力對(duì)整車?yán)鋮s系統(tǒng)的零部件性能及可靠性能沒有影響，可行，評(píng)估過程在此不展開論述），以便提高冷卻液的沸點(diǎn)，更好地適應(yīng)AS高原氣候。

新狀態(tài)副水箱總成其結(jié)構(gòu)原理圖如圖9，蓋子和本體為螺紋連接，密封靠蓋子的“O型圈”與壺口過盈配合密封，壓力由蓋子上的閥門建立，保壓性能穩(wěn)定可靠。

3.3 整改效果驗(yàn)證

①熱浸工況對(duì)比驗(yàn)證：整改前和整改后的副水箱總成分別裝在2臺(tái)試驗(yàn)車上（SS-1921車裝整改前的副水箱，SS-1920車裝整改后副水箱），在AS進(jìn)行熱浸工況試驗(yàn)（模擬AS使用惡劣的工況），觀察副水箱總成中冷卻液的液位變化，對(duì)比確認(rèn)整改效果。

1）整改前的副水箱總成在試驗(yàn)過程中冷卻液液面逐漸上升，直到漲滿整個(gè)副水箱總成，最終冷卻液從通氣管處溢出，如圖10。

2）整改后的副水箱總成在試驗(yàn)過程中，液面始終保持在正常的位置不變，冷卻液無益處現(xiàn)象，如圖11。

②實(shí)車驗(yàn)證：整改后的副水箱總成，更換在AS市場(chǎng)故障車輛上進(jìn)行跟蹤確認(rèn)，截止發(fā)稿時(shí)，最長(zhǎng)里程行駛了約8萬公里，冷卻液沒有減少，沒有再發(fā)生高溫的故障。

通過熱浸工況試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證以及裝車實(shí)車驗(yàn)證，效果良好，整改有效。

4? 總結(jié)

投放AS市場(chǎng)的車型在國(guó)內(nèi)早已量產(chǎn)多年，沒有發(fā)生過類似AS市場(chǎng)的高溫故障。因此AS發(fā)生故障后，沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒，在調(diào)查分析的過程中沒有從副水箱總成的結(jié)構(gòu)方向去考慮，致使前5輪整改都沒有對(duì)其進(jìn)行改善，經(jīng)過不斷地總結(jié)和積累，最終從根本上解決了問題。希望通過此次故障的分析，對(duì)公司投入海外市場(chǎng)的其他車型起到借鑒作用，避免犯經(jīng)驗(yàn)主義錯(cuò)誤，只有經(jīng)過在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行充分的適應(yīng)性試驗(yàn)驗(yàn)證，才能避免問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)文達(dá).汽車構(gòu)造[M].四版.機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[2]企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，膨脹水壺技術(shù)條件.

[3]豐加兵.淺談康明斯KAT38-C發(fā)動(dòng)機(jī)高溫原因及解決辦法[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（10）：42-43.