汽车发动机冷却不良问题分析

吴发乾，郑宏龙



汽车发动机冷却不良问题分析

吴发乾，郑宏龙

（一汽海马汽车有限公司，海南 海口 570216）

文章为作者结合实际工作中遇到的技术问题，展开原因分析，提出问题对策，并总结经验教训。某车型出口销售到中东地区，出现发动机冷却不良问题，具体表现是发动机水温高、开锅、发动机油水混合。经调查分析，原因有生产过程方面不足，如加注设备、零件一致性；也有设计方面不足，如副水箱总成开启压力不足、EMS标定不能适应油品等。因此提出了加注设备加大抽真空能力的改善措施、零件增加定型模的一致性改善措施、副水箱优化壶口与盖子配合尺寸和提高开启压力的设计优化方案、EMS标定针对低辛烷值油品重新优化等措施。并且对以上措施进行零部件和实车验证，如零部件的开启压力，整车的动力性经济性和排放性等。本问题严重度高，原因分析和整改对策涉及面广，值得总结经验教训。

汽车发动机；冷却不良；副水箱总成；EMS

前言

随着我国汽车工业发展，以及“一带一路”战略实施，越来越多的中国自主品牌汽车向国外输出。当今国际，汽车商品跨越国界是普遍现象。由于不同地区的法规、道路环境、气候、油品、驾驶习惯等不同，汽车在使用过程中可能会出现与本国不同的新问题。这些问题如果处理不当，不及时，可能会给企业造成巨大损失。例如2015年9月的“大众排放门事件”罚款高达180亿美元，2014年11月韩国现代和起亚油耗高问题被罚3亿美元，2014年3月日本丰田自动加速问题被罚12亿美元。因此中国车企应吸取教训，重视出口汽车质量问题，将问题解决在萌芽时期。本文介绍某车型在中东地区出现的市场质量问题，展开原因分析，提出问题对策，并总结经验教训。该类问题其实也出现在其他汽车品牌在该地区销售的车辆，有普遍性特征。作者为调查处理问题，先后3次出差中东，在多个城市现场现物调查分析。为验证对策，在国内专门采购2吨模仿该地区油品的特制汽油，进行发动机台架标定和耐久验证，然后进行整车标定、各项测试和道路试验，同时还派出工程师在国外进行EMS标定、热平衡试验测试、动力性经济性和排放性测试、实车道路验证试验，等等。

1 问题描述

1.1 故障现象

某车型从2017年3月25日开始陆续出现发动机过热问题，主要表现为车辆熄火无法行驶，发动机油水混合。

图1 发动机内油水混合

1.2 问题统计

问题发生时间、行驶里程和地点统计如图2、3、4。可见问题多发生气温炎热的时间；行驶里程1000~5000公里最多，0~500公里次之；故障地点主要在德黑兰。

图2 故障发生时间统计

图3 故障发生里程统计

图4 故障发生地点统计

2 原因分析

2.1 工作原理

发动机过热的原因一般是冷却系统冷却不良。冷却系统工作原理如下图5，主要有通过散热器和节温器的1个大循环，分别通过油冷器、增压器、暖风机的3个小循环，和1个直接连接发动机进出水口的小循环。

图5 冷却系统原理图

2.2 失效分析

冷却不良的原因可划分为4大类：冷却系统零件不良、冷却系统生产不良、车辆使用不当和其他。失效分析的FMEA如下图6。

图6 冷却不良FMEA图

2.3 原因排查

2.3.1冷却系统零件不良排查

表1 散热器不良排查

图8 外观检查无泄漏痕迹

表2 风扇不良排查

2017年6月26日对停车场10台风扇不工作车辆确认，发现有4台不工作，其余6台变成运转，可见存在偶尔不运转问题。

图10 风扇控制模块不工作

通过对不运转风扇更换风扇控制模块，风扇全部恢复正常工作，由此可确定原因为风扇模块不工作。

表3 水泵不良排查

表4 节温器不良排查

表5 副水箱不良排查

图14 开启压力测试过程

表6 风扇不良排查

2.3.2生产不良排查

表7 冷却液加注不良排查

经排查冷却液加注不良的根本原因是加注设备的抽真空能力不满足。工艺设计要求绝对真空度≤10kPa，而设备的绝对真空度≥20kPa。

表8 管路接错不良排查

表9 装配不良排查

图19 尺寸校核

图20 尺寸校核

对副水箱压力盖、副水箱加注口尺寸进行校核分析，发现压力盖与加注口配合的单边搭接最小值为-0.03mm，存在搭接不上的风险。

图21 机油冷却器系统密封性测试

图22 增压器冷却系统密封性测试

2.3.3使用不当排查

表10 用户使用不当排查

对用户使用不当NG项进一步排查发现，对比其他车型，故障车型的仪表虽然有视觉的指针指示+高温灯闪烁，但缺少听觉的水温高蜂鸣声报警功能，对用户提醒不够明显。

2.3.4其他不良排查

表11 其他不良排查

对发动机缸盖垫NG项进一步排查，分为以下6方面：

①是否缸盖垫本身设计或制造问题？经对新缸盖垫进行面压试验，发现缸口密封良好，密封线连续。因此排除缸盖垫本身原因。

表12 气门间隙检查

②气门间隙检查（单位mm）__NG

进气间隙要求是0.18～0.26mm，排气间隙要求是0.26～0.34mm，检查结果排气气门间隙有2个不合格，其它合格。

③缸盖和缸体紧固力矩检查（单位Nm）__NG

力矩要求是55～150Nm，检查结果2缸排气侧的2＃和3＃螺栓力矩不合格，其余合格。

表13 紧固力矩检查

④缸盖变形检查__NG

测试结果显示2缸处变形量达到0.38mm，超过限值0.05mm。1、3缸变形量为0.18mm。

图24 2缸处变形量测试

图25 1缸处变形量测试

图26 3缸处变形量测试

⑤缸体检查__NG

缸体1、2、3缸都有蹿气嫌疑。

图27 3缸处变形量测试

⑥其它检查__NG

机油乳白色，油水混合。

综合上述故障，初步怀疑是发动机爆震原因，因此对爆震问题进行排查确认。

图28 3缸处变形量测试

（1）故障车在国外测试采集结果，存在明显的被动爆震推角，最高达7.5°（评判标准是3°以内）。此工况主动推角为0°，说明发动机的水温和进气温度都未到恶劣工况。

图29 国外测试的爆震情况

（2）在国内进行相同测试（国外ECU数据），最大爆震推角只有1.5°，在合理范围之内。

图30 国内测试（国外ECU数据）的爆震情况

（3）在国内进行相同测试（国内ECU数据），最大爆震推角只有1.5°，在合理范围之内。

图31 国内测试的爆震情况

基于故障数据分析，考虑国外与国内的差异点，排除发动机过度积碳，空燃比不正确等，认为燃油辛烷值过低是发动机爆震根本原因。

综上，原因分析汇总如下表14，故障推理如下图32。

表14 原因分析汇总

3 整改对策

根据原因分析，制定临时对策和永久对策如下。

表15 临时对策

表16 永久对策

图33 螺纹结构140kPa副水箱的变更点

图34 螺纹结构140kPa副水箱变形量CAE仿真分析

从CAE仿真分析可见，变更后的螺纹结构140kPa副水箱强度提升明显，变形量减小84.6%。

4 验证结果

4.1 主要验证试验

4.1.1发动机台架耐久（模仿中东某国油品的特制汽油）。

图35 发动机台架试验

4.1.2整车道路耐久试验（国内琼海试验场65000公里，模仿中东某国油品的特制汽油）。

图36 国内道路试验

4.1.3中东地区高海拔山区1500公里道路试验。

图37 中东地区山路试验

4.1.4中东地区10000公里实际道路试验。

图38 中东地区道路试验的2台试验车和试验人员

4.2 主观评价

按10分制评价，整改前评价7.5分，整改后评价7分，满足大于等于6分要求。

4.3 法规项目测试

4.3.1排放性测试符合法规要求

4.3.2动力性经济性测试符合法规要求

5 结论

5.1本文总结了发动机发动机冷却不良的潜在失效原因，后来者在实际问题处理过程中可以借鉴，并按实际情况拓展完善。

5.2本文通过对汽车发动机冷却不良故障排查案例，形成了处理复杂故障的方法和模式，以供后来者参考。

5.3本问题的根本原因是车辆未在国外进行适应性道路耐久验证，而中东地区油品较差，可能会导致车辆产生一些国内未曾遇到的问题。因此对出口车项目应重视当地市场的适应性验证试验。

[1] 邱宣怀等.机械设计[M].高等教育出版社,1997.7(4版).

[2] 余志生.汽车理论[M].机械工业出版社,2009.3(5版).

[3] 陈家瑞.汽车构造[M].人民交通出版社,2006.5(5版).

Analysis on cooling failure of the automobile engine

Wu Faqian, Zheng Honglong

( FAW Haima automobile Co., Ltd, Hainan Haikou 570216 )

The article analyses reasons,finds methods,summarizes experiences and lessons based on the technology problems in daily work.A car selt in Middle East has been found cooling failure,such as the high temperature of engine coolant,engine over heat,mixture of engine coolant and oil.The reasons are producing failure for example,the coolant filling machine,consistency of parts,and designing problem for instance,lower pressure of subtank,EMS calibration does not adapt to weak quality of petrol.solutions bringed up in this paper are enlarging evacuating ability of coolant filling machine,adding a fixed mould for subtank,optimizing the dimension of the cap and the mouth of subtank,and recalibrating EMS data for the local petrol with small octane number.Part and vehicle tests are also finished according to the solutions,just including opening pressure test,vehicle powerful and economy test,exhaust emission test,etc.The problem has been so serious that it must be precipitated experiences and lessons.

automobile engine; cooling failure; subtank; EMS

B

1671-7988(2018)16-251-07

U467.1

B

1671-7988(2018)16-251-07

CLC NO.: U467.1

吴发乾，男，(1979-)，本科，机械工程师，就职于一汽海马汽车有限公司，主要从事于动力系统研发工作。郑宏龙，男，（1988-），本科，机械工程师，就职于一汽海马汽车有限公司，主要从事于冷却系统研发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.091