某車型冷卻系統加注真空失敗問題研究

張明遠

摘 要：真空失敗是冷卻液加注工藝的常見失敗現象之一，引起真空失敗的原因較多，包括零件質量、裝配質量、裝配方法、天氣因素、設備故障、設備參數等多方面。針對某車型的批量真空失敗問題，從人、機、料、法、環、測等多方面進行分析，根據飽和蒸汽壓與溫度的關系，找到了引起真空失敗的根本原因，為同類問題的分析解決提供參考。

關鍵詞：冷卻液 真空失敗 飽和蒸汽壓

1 引言

冷卻液是車輛冷卻系統及熱管理系統的重要組成部分。對于以內燃機為動力源的車輛而言，冷卻液的主要功能是對發動機進行冷卻，使其在適宜的條件下工作。對于以動力電池及電機為動力源的新能源車輛而言，冷卻液的主要功能是在高溫情況下對動力電池進行冷卻和低溫情況下對其進行加熱或保溫[1-2]。

真空壓力加注工藝是將冷卻液注入到合格的車輛冷卻系統或熱管理系統的過程。自某月中旬開始，某車型在冷卻液加注工藝的抽真空過程中出現批量真空失敗現象，嚴重影響一次合格率。

2 問題分析

2.1 分析路徑

與車輛的制動系統、空調系統等相比，冷卻系統的容積相對更大，結構相對簡單。此外，與制動液、空調等介質的加注工藝相比，冷卻液加注工藝的參數相對寬泛。因此，冷卻液加注工藝過程中由真空問題導致的失敗率通常較低。

該車型冷卻液批量真空失敗現象為首次發生，無過往經歷可供參考，需要從人、機、料、法、環、測等多方面綜合考慮研究。

2.1.1 人的方面

人員影響加注工藝真空過程的因素主要有兩方面，一是操作加注設備的人員是否按標準操作指導進行設備操作；二是對車輛系統進行裝配的前置工序裝配人員是否按標準操作指導進行裝配。

2.1.2 機的方面

設備影響加注工藝抽真空的原因主要有兩個方面，一是設備硬件是否異常變動；二是設備軟件是否正常運行。

2.1.3 料的方面

冷卻系統由較多管路組成，需要檢查冷卻系統的散熱器、中冷器、水管等零件是否正常，是否有漏氣，近期是否有過變更。

2.1.4 法的方面

方法層面主要有兩個方向。一是指導工人進行操作的標準操作指導是是否合理；二是加注工藝是否異常。

2.1.5 環的方面

溫度、濕度等對抽真空有較大影響，工藝環境的改變會導致抽真空速度的變化。需要檢查工藝環境是否異常改變。

2.1.6 測的方面

用于測量真空的設備是否工作正常；工藝參數是否合理。

3.2 分項分析

3.2.1 人的方面

對于高度自動化的組合加注設備而言，操作人員對加注工藝抽真空影響的因素通常較小。經現場檢查，操作加注設備的工人在進行各車型操作時均按標準工藝流程執行。此外，設備具有防止操作人員誤操作的功能，排除加注設備操作原因。

3.2.2 機的方面

通過設備管理系統檢查加注設備保養狀態，其維護保養均按規定周期執行，且近期無大修、無關鍵部件更換、無軟件升級等操作。將設備可能影響真空性能的關鍵部件對調進行交叉實驗，故障依舊，排除設備故障導致失敗的可能。

3.2.3 料的方面

經檢查車間內冷卻系統零件，近期無變更記錄。經過對失敗車輛進行線下檢查，所有失敗車輛均未發現任何漏點，無漏氣現象發生，零件質量達標。

3.2.4 法的方面

經檢查總裝車間內的標準操作指導均未發生變更。

3.2.5 環的方面

加注工藝對天氣敏感性較強，在夏季高溫高濕天氣情況下，真空失敗率上升為普遍現象。經天氣對比，環境溫濕度與往年同期無明顯差異，但失敗率較往年同期大幅增加。

3.2.6 測的方面

冷卻液加注真空設定值為30mbar，工廠內各車間對比及與海外工廠對比參數均相同。此外，對真空傳感器進行檢驗，其準確率與穩定性均在允許誤差范圍內。

3.3 詳細分析

3.3.1 失敗階段分析

通過調取系統數據，失敗階段均為精真空階段，精真空之前的正壓建立、正壓穩定、正壓泄漏、粗真空階段均可正常通過；且如果精真空能夠正常通過，則后續步驟也能正常完成。

3.3.2 閥序監控

通過使用SPS-analyzer軟件對加注過程進行監控，發現所有失敗車輛均為某確定車型，其他車型均正常。失敗現象集中時間段發生，并集中消失。

3.3.3 多次真空實驗

對抽真空失敗車輛多次抽真空，可達到設定值30mbar及以下；且抽真空次數越多，真空度越高，直至達到工藝需要的30mbar以內。

3.3.4 車輛數據對比

對包括正常車輛及異常車輛在內的所有車輛進行全工藝過程監測及數據記錄，如圖4所示。通過監控軟件發現，同樣從200mbar開始抽真空，對于正常車輛，真空度至29.95mbar僅用時4.6秒。對于異常車輛，即使將真空時間延長至40秒，其真空度仍然在33.28mbar左右徘徊，無法達到30mbar的設定值以內。

結合多次真空實驗及車輛數據對比，此現象符合潮濕管路的抽真空特性，需對冷卻系統管路進行檢查。

在總裝車間現場對發動機、散熱器及連接管路等系統進行目視檢查，發現部分發動機管路明顯潮濕。

3.4 原因

物質的飽和蒸汽壓通常采用安托因（Anotine）方程計算[3]。水的飽和蒸汽壓的安托因方程為：

（10℃≤T≤168℃）

式中：Ps，水在T溫度時的飽和蒸汽壓，kPa；T，水的溫度，℃。根據安托因方程，繪制水的飽和蒸汽壓曲線。

根據該曲線，水的飽和蒸汽壓隨著溫度的上升而增大。該總裝車間所在地區夏季的室外溫度最高可達40℃，車間室溫要求保持在26℃，進一步詳細計算可知：

T=26℃時，

Ps=33.37 mbar

T=25℃時，

Ps=31.43 mbar

T=24℃時，

Ps=29.59 mbar

在室溫26℃時，水的飽和蒸汽壓為33.37mbar，當溫度降低到24℃時，水的飽和蒸汽壓降低到為29.59mbar。

對比水的飽和蒸汽壓與失敗真空值的關系，在室溫高于24℃的情況下，如果冷卻系統潮濕，則系統真空度無法低于設定值30mbar，由此推斷真空失敗由系統管路潮濕引起。

通過車輛生產跟蹤系統對發動機來源進行追蹤，發現未經過發動機熱試的車輛真空失敗比例為0.12%，經過了發動機熱試的車輛真空失敗比例高達11%。對發動機工廠進行調查，發現所有經過了熱試的發動機均進行了排水操作，但排水并不徹底。尤其對中冷器而言，為了使性能最大化，通常采用百葉窗式翅片[4]。由于其特殊的內部結構，熱試后的水分無法徹底排出。

4 解決方案

水的飽和蒸汽壓是影響加注工藝的重要因素。真空能否快速達到工藝要求，取決于真空泵能力、真空管路直徑、溫度、濕度等諸多因素。在設備工況未發生改變且裝配質量合格的前提下，批量真空失敗問題通常由管路潮濕疊加環境溫度偏高引起。降低環境溫度的成本較高，通常須確保管路的干燥度，以保障加注工藝的一次合格率，減少返修及浪費。

在此前提下，提出了如下改善措施：

（a）建議發動機工廠在大批量熱試車輛時，對發動機進行多輪抽真空排水操作。

（b）在總裝工廠進行加注時，針對失敗車輛進行二次加注。

（c）進行熱試的發動機，避免批量上線，采取零散上線的方式。

5 結語

真空失敗是整車加注工藝的常見失敗現象，引起真空失敗的原因較多，包括設備、零件、參數、溫度、濕度、裝配等等。不同的原因引起的真空失敗的現象較類似，但其中存在差異。如何根據這些差異分辨出導致失敗的根本原因，需要綜合考慮各種因素，并需要工程技術人員長期的經驗積累及詳細的數據分析。本文通過多種工具的結合使用，為分析加注工藝的真空失敗現象及其他現象提供參考。

參考文獻：

[1]馮能蓮，陳龍科，鄒廣才.新型液冷動力電池模組傳熱特性試驗研究[J].汽車工程，2018，40（04）：405-410.

[2]陸煒.發動機冷卻水套耦合仿真方法研究[D].吉林大學，2012.

[3]王雙成，成弘璐.水的飽和和蒸汽壓的計算[J].河南化工，1999（11）：29-30+34.

[4]M.Harada，T.Yasuda，S.Terachi，S.Pujols，J.R.Spenny，陳佳.水-空（水冷式）進氣中冷器的開發[J].汽車與新動力，2018，1（01）：44-47.