發動機出水總管和節溫器殼結合處漏水問題排查及解決

林夕涵 呂啟菊 林衛 梁雙青

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

發動機作為汽車的心臟，其經濟性和安全性則尤為重要。發動機出現的故障原因有很多，其中有相當一部分是由于螺栓、螺母擰緊出現問題造成的，特別是在運動件、密封件的螺栓緊固中。本文將從實際案例出發，分析螺栓及連接件導致發動機漏水的原因。

2 發動機漏水故障現象

發動機熱試是發動機質量問題的檢測手段之一，是發動機真實著車狀態的體現，可以及時有效的發現由零部件質量和裝配錯誤造成的故障，極大的降低發動機出廠的故障率。其通過發動機外接冷卻循環、燃油供給等點火運行，利用ECU采集發動機各傳感器信號，根據ECU內部策略定性判斷發動機故障。以A汽車制造公司為例，公司生產的某發動機在進行熱試測試期間，發現五臺該發動機出水總管和節溫器殼結合處出現漏水故障。漏水故障示意圖見圖1。

圖1 某發動機漏水故障示意圖

3 發動機漏水故障分析

出水總管是形成發動機冷卻系統的一部分，主要作用是傳遞冷卻液，協助冷卻液對發動機散熱。而節溫器是根據冷卻水溫度自動調節進入散熱器的水量，改變水的循環范圍，以調節冷卻系統的散熱能力，保證發動機在合適的溫度范圍內工作，可起到節約能耗的作用。當汽車的溫度還沒有達到正常溫度前水箱處于關閉狀態，冷卻水在水箱的上半部循環，發動機處于低溫狀態下會使油耗增大。當汽車達到正常溫度后開啟水箱，進行大循環，促使發動機快速散熱，才能正常工作。因此，若在汽車行駛過程中出現漏水現象，可能導致發動機高溫運動部件異常磨損。

以A汽車制造公司某發動機漏水故障問題為例，其出水總管形狀比較復雜，長度較長，有多處彎曲，與發動機的連接有多個螺栓及螺母，且不在一個平面上，其與出水口支座連接采用的是法蘭加密封墊的密封形式，現在漏水處正是法蘭連接處。經過對故障件檢查、現場故障分析，現運用故障樹對案例中故障發動機出水總管和節溫器殼結合處漏水問題的原因進行分析，并逐一進行排查驗證。故障樹如圖2所示：

圖2 A汽車制造公司某發動機漏水問題故障樹分析

4 發動機漏水故障診斷與排除方法

經故障樹分析，將通過對發動機零件螺母扭力、結合面相關表面質量缺陷、出水管總成安裝尺寸、員工操作及標準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行逐一驗證，查找發動機漏水故障原因。

4.1 連接螺母扭力測量及驗證

通過對某故障發動機連接螺母扭矩值與標準扭矩范圍值的對比測量，以及零件在不同扭矩下發動機漏水狀態的驗證兩方面，排查連接螺母扭矩因素對故障發動機的影響。

1）測量故障發動機出水總管法蘭端連接螺母扭矩。使用扭矩扳手對故障發動機出水總管法蘭端連接螺母進行測量，連接螺母正常扭矩值范圍為8～12N.m。經測量，所有的連接螺母扭矩都在8N.m以上，說明螺母扭矩符合要求，此原因排除。

2）驗證故障發動機出水總管法蘭端連接螺母扭矩。工藝順序為先擰緊支架螺栓再擰緊連接螺母，試驗分別對正常扭矩值和降低扭矩值驗證連接螺母扭矩的影響，扭矩值分別取10N.m、6N.m、2N.m。驗證過程及結果如下：

圖3 故障發動機支架螺栓及法蘭螺母（上、下）示意圖

第1次試驗，使用扭矩扳手擰緊合格出水總管連接螺母，扭矩值設定為10N.m，靜置3天后測量螺母扭矩，結果上螺母扭力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，無漏水現象；

第2次試驗，其他條件不變，扭矩值設定為6N.m擰緊出水總管連接螺母，結果上螺母扭力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，無漏水現象；

第3次試驗，其他條件不變，扭矩值設定為2N.m擰緊出水總管螺母，結果上螺母扭力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，無漏水現象。

依據驗證結果，連接螺母扭矩值低，發動機熱試檢測未發現漏水現象，可排除此原因。

4.2 檢查零件結合面相關表面質量缺陷

分別對故障發動機結合面相關零件出水口墊片凸筋、出水總管法蘭面及節溫器殼端面表面質量進行確認。

1）出水口墊片凸筋失效檢查。通過將故障發動機的出水口墊片凸筋（如圖4）與同型號合格零件進行對比檢查，發現故障發動機的出水口墊片凸筋均勻，無凹陷、斷層等問題，與合格零件無差異，不存在失效，所以出水口墊片不是漏水的原因；

圖4 故障機出水口墊片無變形

2）檢查出水總管法蘭面平面缺陷。檢查5臺發動機出水總管零件法蘭面，發現1臺出水口法蘭面有凸點（圖5），平面度為0.043mm低于標準值（標準值＜0.1mm)為合格零件，因此該問題不是漏水的原因；

圖5 出水總管法蘭面有凸點

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

圖6 節溫器殼端面平整

4.3 檢查出水管總成安裝尺寸

取發動機出水總管故障件及新件，分別測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，發現故障件（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)的夾角實測值尺寸均有超差（如圖7），夾角標準值為50±0.5°，螺栓孔工藝要求范圍值201.1±0.5°mm，零件結合面存在漏水風險。驗證過程及結果如下：

圖7 選取故障件及新件的夾角實測值

1）第1次試驗，安裝超差出水總管，先打緊連接螺母再打緊支架螺栓，測量上螺母扭力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，經熱試檢測，無漏水。

2）第2次試驗，其他條件不變擰緊螺母，測量上螺母扭力7.0N.m，下螺母扭力6.0N.m，扭力值較低，經熱試檢測，無漏水。

驗證結論，夾角超差零件熱試檢驗，結合面無漏水。因此夾角超差問題排除。

4.4 檢查員工操作及標準化操作文件

通過對現場員工操作方式的檢查及溝通，發現員工均按標準化文件擰緊順序要求“先擰緊連接螺母，再擰緊支架螺栓”執行，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

對出水總管支架螺栓及法蘭螺母擰緊順序進行驗證，連接螺母正常扭矩值范圍為8～12N.m，并將漏水等級按1到5級進行劃分。

1）按工藝順序要求“先擰緊支架螺栓，后擰緊連接螺母”，并裝機進行熱試驗證：

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

第2次試驗，條件及擰緊順序不變，測量上螺母扭力10.7N.m，下螺母扭力10.6N.m，扭矩值正常，經熱試檢測，漏水等級3級；

第3次試驗，條件及擰緊順序不變，測量上螺母扭力16.0N.m，下螺母扭力16.0N.m，扭矩值高，經熱試檢測，漏水等級5級；

2）改變擰緊順序“先擰緊連接螺母，后擰緊支架螺栓”，并裝機進行熱試驗證：

改變擰緊順序為先擰緊連接螺母再對支架螺栓進行擰緊，其他條件不變，測量上螺母扭力7.0N.m，下螺母扭力7.0N.m，扭力值低，經熱試檢測，無漏水。

驗證結論，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漏水的問題。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，結合面處亦密封良好。因此，若先擰緊支架螺栓，可能導致支架被固定無自由度，使得連接螺母擰緊時法蘭面無法與節溫器座端面貼合，二者之間存在間隙，從而導致漏水。依據該潛在原因，對工藝文件進行檢查，發現工藝文件明確要求先擰緊出水管螺栓，再擰緊法蘭與節溫器連接螺母，與現場驗證結果一致。因此確定螺栓擰緊工藝設計不合理是故障的主要原因。

5 故障排除

通過以上驗證，最終確認該發動機出水總管和節溫器殼結合處漏水的主要原因是螺栓擰緊工藝設計不合理。經過與工藝部門、生產車間等相關區域溝通及討論，重新調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。措施實施后，對1000臺發動機熱試檢測進行跟蹤，漏水問題未發生，故障解決。

6 經驗教訓

在發動機裝配的過程中，螺栓的擰緊程度和次序對其裝配質量有著直接的影響。對于一般螺栓的擰緊比較好辦，連接件不松動達到扭矩要求就可以了。但對有墊片、形狀復雜、有密封要求的螺栓擰緊，則應有先有后、對稱均勻，輪流擰緊要求。其緊固原則是按先中間、后兩邊、對角、順時針方向依次、分階段緊固。對形狀復雜的緊固件，應先緊固密封面或法蘭，再緊固支架。上緊螺栓時，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，某發動機緊固件形狀復雜，開始時未遵循該原則，先緊固零件支架，導致零件固定不到位，法蘭密封處無法貼緊導致漏水故障。

7 結束語

汽車是現今社會十分重要且極為普遍的交通工具，保證汽車的行駛安全是極為重要的內容。發動機作為汽車的心臟，深入分析發動機設計和制造缺陷，有助于故障的排除，延長發動機壽命。發動機裝配工藝設計不合理，可能會導致發動機漏水、漏油、異響等各種質量問題。本案例根據A汽車制造公司某發動機熱試檢測時出現的漏水故障進行分析，逐一排除各種可能因素，最后找出由于發動機裝配工藝不合理造成的質量問題，對汽車發動機制造工廠的工藝部門、生產車間、質量部門等均有警示作用，讓大家對緊固件擰緊原則的重要性有了更深的認識。