AS市場某車型發動機高溫故障分析

孫定煌

摘要：本文對某車型在海外市場發生發動機高溫故障，造成發動機損壞車輛不能行使的問題進行分析，查明根本原因并給出相應的解決對策，消除不良影響。

關鍵詞：發動機;高溫;冷卻液;副水箱總成;開啟壓力

1? 背景

關于AS市場反饋發動機高溫的問題，公司成立了專項攻關小組，對故障展開調查和分析，進行了多輪次的整改（整改過程另有報告，本文不做詳細闡述，只是進行總結性的回顧）：

1.1 整改履歷

1.2 小結

①加注設備、副水箱配合尺寸、風扇控制模塊、壓力蓋結構優化措施實施后，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數據優化（優化發動機冷卻液溫度策略）切換后，故障率由0.51%，降至0.30%，削減41%，說明整改有效果。

③經過5輪次的整改，發動機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，累計發生10例高溫故障反饋，通過統計分析，發現故障發生的里程變長，平均故障里程為35048km（整改前平均故障里程為8142km），最長故障里程76549km。

發動機發生高溫故障，會點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，如果駕駛員及時停車報修，就不會造成發動機損壞，但是如果駕駛員不注意，繼續行駛，會使發動機直接報廢或者大修，導致客戶抱怨非常大。

2? 再次調查

為了分析是否還有其他未知的故障原因導致發動機高溫，再次到達AS市場進行現場調查。

①調查31臺正常無故障的車輛（平均里程3.1萬km），檢查確認副水箱冷卻液的情況（液位/顏色），結果如圖2。

小結：

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充冷卻液。

②現場調查，發現車輛普遍存在一個現象，即在發動機倉內，靠近副水箱通氣管下方的擋泥板上，均發現有水流的痕跡，94%的車輛都有這個現象，如圖4。

而這個位置剛好對應副水箱上的通氣管的下方，分析是發動機冷卻液從通氣管向外溢出造成。

現場排查過的高溫故障車輛，也都有這個現象，如圖5，只不過相比之下，高溫故障車輛的痕跡要嚴重得多。

小結：根據這個現象，確認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，如果沒有及時補充冷卻液，發動機將因缺水造成冷卻不良，導致高溫故障的發生。

③更換31臺車中的4臺車輛的副水箱總成，測量副水箱總成蓋子的開啟壓力（標準120±14.7kPa），如表1。

小結：

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閉不嚴導致，與使用的冷卻液有關，將蓋子清洗后測量，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為了驗證開啟壓力偏小的現象，更換5臺正常車輛的副水箱總成，分別與標準工裝（壓力蓋出廠開啟壓力檢測工裝）和副水箱本體配合，測量蓋子的開啟壓力（單位：kPa），如表2。

小結：蓋子本身的開啟壓力（在標準工裝上測量）沒有問題，但是蓋與副水箱原狀態測量，壓力達不到要求（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調查結論：

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，存在加水的現象，加水會降低冷卻液的沸點，增加發動機高溫的風險。

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，AS又是高原地帶，副水箱的保壓性能下降，就會降低冷卻液的沸點，容易導致發動機高溫故障的發生。

3? 原因分析及整改對策

3.1 原因分析

通過調查確認，副水箱保壓性能失效，使用過程中冷卻液減少，是造成發動機高溫故障的主要原因，因此對副水箱總成開啟壓力不良原因進行分析。

發動機冷卻系統由散熱器、電子風扇、副水箱總成等部件組成。其功能是對發動機進行強制冷卻，保證發動機能始終處于最適宜的溫度狀態下工作，以獲得較高的動力性、經濟性及可靠性。

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），當冷卻系統內壓力過大時壓力閥被頂開，冷卻液流向副水箱以釋放壓力;冷卻系統內壓力過小時形成負壓，將副水箱內的冷卻液吸回散熱器內。

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

本車型發動機冷卻系統為閉式強制水冷系統，結構示意圖如圖6。

冷卻液的加注口設在副水箱總成上，通過副水箱總成上的壓力蓋調整冷卻系統內部的壓力，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構及配合關系如圖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調查過程中還發現，個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生變形導致。

研究副水箱總成的圖紙、技術標準及試驗標準，發現標準要求較低，如開啟壓力，僅對壓力蓋單體的開啟壓力有要求，但是對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條件要求。

為了進一步驗證，把副水箱總成按照膨脹水壺的技術標準進行高溫恒壓試驗，實際試驗1小時后，就已經觀察到副水箱本體已經鼓起變形，壺口變形（橢圓），如圖8，實測氣密性不合格，不符合膨脹水壺的標準要求。

經試驗驗證，在用的副水箱總成是按照溢流式水箱的標準設計，也就是說副水箱總成是按溢流式水箱的標準設計，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的循環，承受高溫、高壓的作用，對使用條件的要求遠高于溢流式水箱，因此，設計標準的偏低，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，造成冷卻系統保壓性能不穩定，達不到使用技術要求，表2數據就是最好的證明，加之AS又是屬于高原地區（平均海拔1600m），且AS客戶開車的習慣比較粗暴，又不按要求使用正規的冷卻液，在這些因素的綜合作用下，使得個別車輛發生發動機高溫的故障。

3.2 整改措施

按照膨脹水箱總成的標準重新對副水箱總成進行設計變更，提高材料等級及試驗標準，同時提高副水箱蓋的開啟壓力到140kPa（經過評估和驗證，140kPa這個壓力對整車冷卻系統的零部件性能及可靠性能沒有影響，可行，評估過程在此不展開論述），以便提高冷卻液的沸點，更好地適應AS高原氣候。

新狀態副水箱總成其結構原理圖如圖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，保壓性能穩定可靠。

3.3 整改效果驗證

①熱浸工況對比驗證：整改前和整改后的副水箱總成分別裝在2臺試驗車上（SS-1921車裝整改前的副水箱，SS-1920車裝整改后副水箱），在AS進行熱浸工況試驗（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，對比確認整改效果。

1）整改前的副水箱總成在試驗過程中冷卻液液面逐漸上升，直到漲滿整個副水箱總成，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過程中，液面始終保持在正常的位置不變，冷卻液無益處現象，如圖11。

②實車驗證：整改后的副水箱總成，更換在AS市場故障車輛上進行跟蹤確認，截止發稿時，最長里程行駛了約8萬公里，冷卻液沒有減少，沒有再發生高溫的故障。

通過熱浸工況試驗對比驗證以及裝車實車驗證，效果良好，整改有效。

4? 總結

投放AS市場的車型在國內早已量產多年，沒有發生過類似AS市場的高溫故障。因此AS發生故障后，沒有經驗可借鑒，在調查分析的過程中沒有從副水箱總成的結構方向去考慮，致使前5輪整改都沒有對其進行改善，經過不斷地總結和積累，最終從根本上解決了問題。希望通過此次故障的分析，對公司投入海外市場的其他車型起到借鑒作用，避免犯經驗主義錯誤，只有經過在當地進行充分的適應性試驗驗證，才能避免問題的發生。

參考文獻：

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[2]企業標準，膨脹水壺技術條件.

[3]豐加兵.淺談康明斯KAT38-C發動機高溫原因及解決辦法[J].內燃機與配件，2019（10）：42-43.