某款發(fā)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(fā)動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

0 引言

水泵是發(fā)動機冷卻的主要機構(gòu)，通過驅(qū)動水泵葉輪，使冷卻水在發(fā)動機水套內(nèi)進行流動，帶走對發(fā)動機有害的熱量，降低機體溫度，保證發(fā)動機可靠地運轉(zhuǎn)，當(dāng)水泵驅(qū)動發(fā)生異常時，會產(chǎn)生水泵可靠性失效及水泵異響產(chǎn)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(fā)動機臺架試驗過程中出現(xiàn)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(fā)生這種問題。

水泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，水泵皮帶安裝在水泵皮帶輪和水泵驅(qū)動輪上，驅(qū)動輪固定螺栓把水泵驅(qū)動輪連接到平衡軸上，水泵安裝在調(diào)溫器殼體上，調(diào)溫器殼體安裝在缸體上，通過平衡軸和水泵皮帶驅(qū)動水泵，使水泵正常運轉(zhuǎn)[1]。

圖1 水泵結(jié)構(gòu)圖

2 原因分析

2.1 故障分析

共計6臺發(fā)動機發(fā)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(diào)溫器批次進行分析，信息如表1所示，相關(guān)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(zhuǎn)動手感靈活順暢、無卡滯，水泵帶輪高度、圓跳動、齒頂節(jié)圓、齒底節(jié)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(jīng)過驗證各轉(zhuǎn)速段內(nèi)均無異響、泄漏問題。經(jīng)過對零部件批次和尺寸分析，零部件單體無問題。2）設(shè)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(fā)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(qū)動系統(tǒng)跳動實測值為0.09 mm，皮帶輪跳動為0.06 mm，驅(qū)動輪系統(tǒng)跳動要求為0.20 mm，皮帶輪跳動要求為0.1 mm。因平衡軸、驅(qū)動輪、螺栓為錐面結(jié)構(gòu)，裝配導(dǎo)致的系統(tǒng)跳動（反復(fù)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(shè)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(diào)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(qū)動輪，調(diào)整水泵殼體在調(diào)溫器殼體上位置，使水泵皮帶輪與驅(qū)動帶輪中心距為（76.88±0.02）mm。水泵與調(diào)溫器殼體分裝后裝配至生產(chǎn)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(fù)裝在生產(chǎn)線發(fā)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(fā)動機水泵會產(chǎn)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(qū)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(fā)動機水泵帶輪和平衡軸帶輪中心距過大，導(dǎo)致皮帶張力偏大，水泵運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生異響[5]。

表2 異響與不異響發(fā)動機故障復(fù)現(xiàn)驗證

2.2 故障鎖定

由于中心距超差導(dǎo)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(diào)查發(fā)現(xiàn)，水泵異響發(fā)生在2017年1月份，現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)的13 625臺未反饋異響。水泵中心距裝配工裝磨損導(dǎo)致發(fā)動機水泵帶輪中心距偏大，使皮帶張力偏大，發(fā)動機產(chǎn)生異響。

圖8 工裝定位銷狀態(tài)

圖9 壓頭狀態(tài)

3整改對策

用水泵與調(diào)溫器殼體增加定位銷結(jié)構(gòu)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(diào)溫器殼體增加水泵定位銷孔狀態(tài)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(jié)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(jié)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(dǎo)致發(fā)動機水泵帶輪中心距偏大，使皮帶張力偏大，水泵產(chǎn)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]。