孙定煌

摘要：本文对某车型在海外市场发生发动机高温故障，造成发动机损坏车辆不能行使的问题进行分析，查明根本原因并给出相应的解决对策，消除不良影响。

关键词：发动机;高温;冷却液;副水箱总成;开启压力

1  背景

关于AS市场反馈发动机高温的问题，公司成立了专项攻关小组，对故障展开调查和分析，进行了多轮次的整改（整改过程另有报告，本文不做详细阐述，只是进行总结性的回顾）：

1.1 整改履历

1.2 小结

①加注设备、副水箱配合尺寸、风扇控制模块、压力盖结构优化措施实施后，故障率从2.36%，降低到0.51%，削减了78%，说明整改有效，短里程故障得到有效的遏制。

②2018年2月，120kPa副水箱压力盖子和ECU数据优化（优化发动机冷却液温度策略）切换后，故障率由0.51%，降至0.30%，削減41%，说明整改有效果。

③经过5轮次的整改，发动机高温故障从整改前的2.36%降低至0.30%，下降了87%，整改效果明显，但未能彻底消除故障。跟踪18下半年至19年3月的故障情况，累计发生10例高温故障反馈，通过统计分析，发现故障发生的里程变长，平均故障里程为35048km（整改前平均故障里程为8142km），最长故障里程76549km。

发动机发生高温故障，会点亮组合仪表上高温故障指示灯，警示驾驶员车辆需检查维修，如果驾驶员及时停车报修，就不会造成发动机损坏，但是如果驾驶员不注意，继续行驶，会使发动机直接报废或者大修，导致客户抱怨非常大。

2  再次调查

为了分析是否还有其他未知的故障原因导致发动机高温，再次到达AS市场进行现场调查。

①调查31台正常无故障的车辆（平均里程3.1万km），检查确认副水箱冷却液的情况（液位/颜色），结果如图2。

小结：

1）35%的车辆冷却液颜正常，其余65%的车辆冷却液异常，不符合要求。

2）9%车辆缺少冷却液，23%的车辆冷却液超上限且颜色异常，说明在车辆使用过程中，存在冷却液减少的情况，且客户没有按要求正确补充冷却液。

②现场调查，发现车辆普遍存在一个现象，即在发动机仓内，靠近副水箱通气管下方的挡泥板上，均发现有水流的痕迹，94%的车辆都有这个现象，如图4。

而这个位置刚好对应副水箱上的通气管的下方，分析是发动机冷却液从通气管向外溢出造成。

现场排查过的高温故障车辆，也都有这个现象，如图5，只不过相比之下，高温故障车辆的痕迹要严重得多。

小结：根据这个现象，确认车辆存在使用过程中冷却液因温度过高压力增大而溢出的情况，如果没有及时补充冷却液，发动机将因缺水造成冷却不良，导致高温故障的发生。

③更换31台车中的4台车辆的副水箱总成，测量副水箱总成盖子的开启压力（标准120±14.7kPa），如表1。

小结：

1）使用后副水箱总成压力盖开启压力失效或偏低。

2）副水箱总成盖压力失效，可能是有水垢或其他异物使盖子空气阀关闭不严导致，与使用的冷却液有关，将盖子清洗后测量，开启压力为60kPa-90kPa，压力不合格，盖子使用后压力衰减非常明显。

④为了验证开启压力偏小的现象，更换5台正常车辆的副水箱总成，分别与标准工装（压力盖出厂开启压力检测工装）和副水箱本体配合，测量盖子的开启压力（单位：kPa），如表2。

小结：盖子本身的开启压力（在标准工装上测量）没有问题，但是盖与副水箱原状态测量，压力达不到要求（衰减约30kPa），说明副水箱总成在使用后的保压性能不能满足要求。

⑤调查结论：

1）AS车辆的冷却液普遍都有异常，说明客户没有按要求使用冷却液，存在加水的现象，加水会降低冷却液的沸点，增加发动机高温的风险。

2）副水箱总成在使用后副水箱盖开启压力失效或衰减，在没有压力或压力低的情况下，降低了冷却液的沸点，AS又是高原地带，副水箱的保压性能下降，就会降低冷却液的沸点，容易导致发动机高温故障的发生。

3  原因分析及整改对策

3.1 原因分析

通过调查确认，副水箱保压性能失效，使用过程中冷却液减少，是造成发动机高温故障的主要原因，因此对副水箱总成开启压力不良原因进行分析。

发动机冷却系统由散热器、电子风扇、副水箱总成等部件组成。其功能是对发动机进行强制冷却，保证发动机能始终处于最适宜的温度状态下工作，以获得较高的动力性、经济性及可靠性。

副水箱一般分溢流式和膨胀式两种：

①溢流式副水箱：压力阀不在副水箱上（一般在散热器上），当冷却系统内压力过大时压力阀被顶开，冷却液流向副水箱以释放压力;冷却系统内压力过小时形成负压，将副水箱内的冷却液吸回散热器内。

②膨胀式副水箱：压力阀在副水箱上，当系统压力过大时压力阀被顶开，膨胀的水蒸气通过排水管流向外部以释放压力。

本车型发动机冷却系统为闭式强制水冷系统，结构示意图如图6。

冷却液的加注口设在副水箱总成上，通过副水箱总成上的压力盖调整冷却系统内部的压力，副水箱总成属于膨胀式副水箱，也叫做膨胀水壶。

膨胀水壶本体和盖的结构及配合关系如图7。

靠盖子的橡胶垫与副水箱口密封，通过扣压安装方式建立压力。在AS调查过程中还发现，个别车辆的副水箱壶口变形，盖子丢失，分析怀疑是高温使副水箱产生变形导致。

研究副水箱总成的图纸、技术标准及试验标准，发现标准要求较低，如开启压力，仅对压力盖单体的开启压力有要求，但是对盖子和本体配合后即副水箱总成的开启压力没有要求，且密封性能要求也很低，这不符合膨胀水壶的技术条件要求。

为了进一步验证，把副水箱总成按照膨胀水壶的技术标准进行高温恒压试验，实际试验1小时后，就已经观察到副水箱本体已经鼓起变形，壶口变形（椭圆），如图8，实测气密性不合格，不符合膨胀水壶的标准要求。

经试验验证，在用的副水箱总成是按照溢流式水箱的标准设计，也就是说副水箱总成是按溢流式水箱的标准设计，但是作为膨胀水壶的功能使用。

由于膨胀水壶在工作中要参与冷却系统的循环，承受高温、高压的作用，对使用条件的要求远高于溢流式水箱，因此，设计标准的偏低，使用中副水箱总成有可能高温变形、橡胶老化、壶口变形等因素的影响，造成冷却系统保压性能不稳定，达不到使用技术要求，表2数据就是最好的证明，加之AS又是属于高原地区（平均海拔1600m），且AS客户开车的习惯比较粗暴，又不按要求使用正规的冷却液，在这些因素的综合作用下，使得个别车辆发生发动机高温的故障。

3.2 整改措施

按照膨胀水箱总成的标准重新对副水箱总成进行设计变更，提高材料等级及试验标准，同时提高副水箱盖的开启压力到140kPa（经过评估和验证，140kPa这个压力对整车冷却系统的零部件性能及可靠性能没有影响，可行，评估过程在此不展开论述），以便提高冷却液的沸点，更好地适应AS高原气候。

新状态副水箱总成其结构原理图如图9，盖子和本体为螺纹连接，密封靠盖子的“O型圈”与壶口过盈配合密封，压力由盖子上的阀门建立，保压性能稳定可靠。

3.3 整改效果验证

①热浸工况对比验证：整改前和整改后的副水箱总成分别装在2台试验车上（SS-1921车装整改前的副水箱，SS-1920车装整改后副水箱），在AS进行热浸工况试验（模拟AS使用恶劣的工况），观察副水箱总成中冷却液的液位变化，对比确认整改效果。

1）整改前的副水箱总成在试验过程中冷却液液面逐渐上升，直到涨满整个副水箱总成，最终冷却液从通气管处溢出，如图10。

2）整改后的副水箱总成在试验过程中，液面始终保持在正常的位置不变，冷却液无益处现象，如图11。

②实车验证：整改后的副水箱总成，更换在AS市场故障车辆上进行跟踪确认，截止发稿时，最长里程行驶了约8万公里，冷却液没有减少，没有再发生高温的故障。

通过热浸工况试验对比验证以及装车实车验证，效果良好，整改有效。

4  总结

投放AS市场的车型在国内早已量产多年，没有发生过类似AS市场的高温故障。因此AS发生故障后，没有经验可借鉴，在调查分析的過程中没有从副水箱总成的结构方向去考虑，致使前5轮整改都没有对其进行改善，经过不断地总结和积累，最终从根本上解决了问题。希望通过此次故障的分析，对公司投入海外市场的其他车型起到借鉴作用，避免犯经验主义错误，只有经过在当地进行充分的适应性试验验证，才能避免问题的发生。

参考文献：

[1]关文达.汽车构造[M].四版.机械工业出版社，2016.

[2]企业标准，膨胀水壶技术条件.

[3]丰加兵.浅谈康明斯KAT38-C发动机高温原因及解决办法[J].内燃机与配件，2019（10）：42-43.