發(fā)動機對于工作溫度有著極其精確的要求。隨著發(fā)動機性能不斷提高,燃燒后散發(fā)的熱量在不斷上升,對發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)也提出了更高的要求。冷卻系統(tǒng)必須保證發(fā)動機可以迅速達到理想的工作溫度,并且無論環(huán)境和工作條件如何變化,始終保持在這一溫度范圍。無論是在極冷或極熱的條件下,無論是在交通擁堵的城市環(huán)境中,還是在高速公路上全速行駛,發(fā)動機都必須能夠同樣高速地運轉。如何使發(fā)動機在合適的溫度范圍工作,需要通過試驗的方法對發(fā)動機冷卻性能進行研究。
故障及原因分析
圖1 風扇常轉原因分析
某車型在低溫環(huán)境下怠速時存在發(fā)動機水溫高、冷卻風扇常轉問題,風扇開起后,噪聲過大,引起客戶抱怨。根據(jù)故障表現(xiàn),可能發(fā)生的原因如圖1所示。
針對以上因素逐一進行排查,具體見表1,然后對可能的原因進行進一步的分析。
表1 故障排查表
表2 節(jié)溫器檢測數(shù)據(jù)
1.節(jié)溫器質量分析
圖2 節(jié)溫器溫升曲線
節(jié)溫器是控制冷卻系統(tǒng)的閥門,通過調節(jié)進入散熱器的冷卻液來調節(jié)發(fā)動機冷卻液溫度,使發(fā)動機總是工作在適宜的溫度。節(jié)溫器打不開的故障主要有節(jié)溫器漏蠟、推桿卡滯等。針對以上因素對節(jié)溫器進行檢測(見表2、圖2),節(jié)溫器開起高度、滯后性、閉閥溫度、泄漏量和升程曲線均滿足要求,可以排除節(jié)溫器故障。
2.冷卻系統(tǒng)分析
對冷卻系統(tǒng)進行水溫測試。在水泵殼體后端增加電阻式水溫傳感器,用于測量調溫器附近冷卻液溫度,使用標定軟件在OBD 接口讀出發(fā)動機水溫(即發(fā)動機缸蓋出水溫度)。
圖3 實際檢測溫度曲線
圖4 低溫檢測溫差曲線
常溫下正常怠速冷起動測試,水溫從開始到81℃,溫差維持在4℃以內,之后調溫器開起,二者溫差加大,最大時溫差為13℃,散熱器水溫加熱之后,調溫器水溫再次上升,調溫器打開,恢復正常大小循環(huán),風扇正常開起關閉的循環(huán),無故障。測試數(shù)據(jù)如圖3。
低溫下測試,將整車浸置在-30℃環(huán)境艙內3?h,水溫為-25℃,在艙內正常怠速冷起動。測試數(shù)據(jù)如圖5。水溫從開始到81℃,溫差維持在4℃以內,之后調溫器開起,二者溫差加大,調溫器溫度降低74℃,調溫器關閉,調溫器處水溫未來得及再次上升到開起溫度,缸蓋出水溫度達到96℃,風扇開起,調溫器水溫再次降低,二者溫差再次拉大,達到平衡,調溫器未開起,導致風扇常轉,故障復現(xiàn)。測試數(shù)據(jù)如圖4。
3.產品技術分析
經過以上檢測,可以確認節(jié)溫器處溫差存在異常,但始終沒有找到真正原因,后經對比整車冷確風扇功率、排氣閥壓力等,最終確認為冷卻液對節(jié)溫器感應體加熱不充分導致。
節(jié)溫器的最初結構設計中,當小循環(huán)熱水通過小循環(huán)口進入節(jié)溫器室時,靠近水泵入口,另外節(jié)溫器副閥正對小循環(huán)孔,大部分水直接進入到水泵內,未在節(jié)溫器室內多停留,大部分水量對節(jié)溫器不加熱,直接進入缸體內部,導致節(jié)溫器感應體處溫度低,節(jié)溫器未開,但發(fā)動機缸蓋出水水溫無法下降,導致發(fā)動機水溫高,風扇常轉。
分析結論和改進措施
經過節(jié)溫器質量分析、冷卻系統(tǒng)技術分析以及工作環(huán)境分析,我們得出的結論是:節(jié)溫器安裝室設計不合理,導致節(jié)溫器感應體不能有效與冷卻液接觸,冷卻液不能對節(jié)溫器感應體充分加熱,使節(jié)溫器處溫度與水溫傳感器處溫差大,導致發(fā)動機水溫高,風扇常轉。
圖5 節(jié)溫器安裝室的結構改進
相應的改進措施是:將節(jié)溫器安裝面下調2?mm,同時增加擋板使,保證水溫傳感器與節(jié)溫器溫差控制在合理范圍內。具體如圖5。
新的設計中,水泵節(jié)溫器安裝室更靠近熱水,同時增加的擋板,迫使冷卻液繞過擋板先與節(jié)溫器感應體接觸,然后再進入缸體內,可實現(xiàn)對節(jié)溫器感應體的持續(xù)加熱,避免了原節(jié)溫器感應體不能直接加熱的問題,可以保證節(jié)溫器處溫度與水溫傳感器處溫度差維持在4℃以內。
改進效果驗證
在水泵殼體后端安裝傳感器,分別在常溫、低溫下測試溫度。
圖6 改進后常溫溫差曲線
圖7 改進后低溫溫差曲線
常溫下正常怠速冷起動測試,數(shù)據(jù)曲線如圖6。水溫從開始到86℃,溫差維持在4℃以內,之后調溫器開起,二者溫差加大,最大時溫差為11℃,維持一段時間后,散熱器中水溫上升,調溫器處水溫再次上升,調溫器開度增加,恢復正常大小循環(huán),風扇正常開起關閉的循環(huán),無故障。
低溫下測試,將整車浸置在-30℃環(huán)境艙內3?h,水溫為-25℃,在艙內正常怠速冷起動。記錄數(shù)據(jù)如圖7。水溫從開始到86℃,溫差維持在4℃以內,之后調溫器開起,二者溫差加大,調溫器溫度降低80℃,缸蓋水溫維持在89℃,散熱器中水溫慢慢上升后,調溫器處水溫接著繼續(xù)上升,開度加大,系統(tǒng)大小循環(huán)正常,風扇正常開起關閉,未出現(xiàn)故障。
改進后的水泵殼體可使調溫器感應體更加靠近暖風水路以及小循環(huán)水路,使得調溫器開度增加,發(fā)動機水溫上升緩慢,直至散熱器水溫上升后,風扇打開,正常開起關閉。
結束語
通過以上分析,引起風扇常轉或水溫高的原因,不僅僅是零部件本身的質量問題,也有可能是節(jié)溫器的安裝結構設計不合理及風扇控制策略設定不合理導致,因此,在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的設計中,要充分考慮節(jié)溫器的安裝結構,節(jié)溫器和水溫傳感器的位置及溫差,進行詳細的分析和試驗論證,從而避免由于設計原因導致的水溫高或風扇常轉問題。
隨著發(fā)動機技術的進步,已有發(fā)動機開始使用電子節(jié)溫器、雙節(jié)溫器等技術,對冷卻液溫度的控制更加精確,發(fā)動機的工作溫度控制更好,對發(fā)動機性能、排放等方面也有很大提升。