汽車發(fā)動(dòng)機(jī)防凍液加注機(jī)性能提升的改造

陳恒強(qiáng)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

上汽通用五菱汽車東部總裝車間使用的防凍液真空加注機(jī)，是國(guó)內(nèi)一家公司于2004年設(shè)計(jì)制造并投入使用的。對(duì)于柳州機(jī)械廠生產(chǎn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，該設(shè)備一直能很好的滿足加注要求。但2007年后，公司開發(fā)了一款新式的發(fā)動(dòng)機(jī)——B系列發(fā)動(dòng)機(jī)。由于此款發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性，原來的加注機(jī)不能滿足其技術(shù)要求。致使B發(fā)動(dòng)機(jī)投產(chǎn)后，五菱車的下線水溫高故障率高達(dá)50%以上。根據(jù)車間提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，曾在兩周之內(nèi)配置B發(fā)動(dòng)機(jī)的車型，水溫高故障率達(dá)50.3%，使生產(chǎn)陷入被動(dòng)，引起了工程技術(shù)人員的極大關(guān)注。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)防凍液降溫的基本原理

防凍液是汽車中起到使發(fā)動(dòng)機(jī)降溫的液體。發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)像，被稱為水溫高故障，這時(shí)就必須進(jìn)行維修了，否則會(huì)燒壞發(fā)動(dòng)機(jī)。能引起水溫高故障的因素有許多，除了發(fā)動(dòng)機(jī)或車體本身故障及防凍液質(zhì)量問題外，就是防凍液加注質(zhì)量的問題。而防凍液加注好壞，主要體現(xiàn)在三方面：

（1）加注量是否充足；

（2）是否能足夠地排除發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)管路中的空氣；

（3）加注時(shí)間是否足夠短，以適應(yīng)不斷提高的生產(chǎn)節(jié)拍的需要，而且加注壓力須控制在要求以內(nèi)。

這三方面要求的實(shí)現(xiàn)，全都得憑借防凍液加注機(jī)的性能。東總防凍液加注機(jī)的工作流程如圖1所示。

圖1 調(diào)整前防凍液加注機(jī)工作流程

2 水溫高故障的加注流程原因分析

造成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高故障嚴(yán)重的加注流程的原因，主要有：

（1）由于B發(fā)動(dòng)機(jī)自身特點(diǎn)，需要加注機(jī)有非常高的抽真空能力。根據(jù)技術(shù)人員的計(jì)算，認(rèn)為設(shè)備抽真空能力必須達(dá)到2.1 kPa才能對(duì)水溫高故障有所緩解；

（2）加注機(jī)在壓力加注過程中，缺少流速判斷條件。這樣就使得加注中會(huì)出現(xiàn)加注量出錯(cuò)，有時(shí)管路未加滿，加注就結(jié)束了；

（3）原流程的時(shí)間分布不合理，新加注流程需要優(yōu)化才能滿足生產(chǎn)需要；

（4）在壓力加注過程中，壓力不穩(wěn)定。按要求，壓力應(yīng)該控制在190 kPa左右，并超調(diào)量足夠小。

3 制訂對(duì)策及實(shí)施

3.1 提高加注機(jī)的真空性能

提高設(shè)備抽真空性能的方法，是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的。我們是通過采用改造管路的方法，來實(shí)現(xiàn)更低的真空。將原來僅有一個(gè)真空罐的真空管路，改成雙罐真空管路（如圖2所示）。

圖2 改造后防凍液加注機(jī)雙罐真空系統(tǒng)圖

原加注機(jī)采用的是LEYBOLD系列真空泵，由于泵的電機(jī)為S1工作制（連續(xù)不間斷），所以電機(jī)必須一直處于動(dòng)作狀態(tài)。而非抽真空的時(shí)候，泵出口端的閥是關(guān)死的，這時(shí)真空泵又不能停止，所以這段時(shí)間的真空泵是處于做無用功狀態(tài)。而開始真空后，閥一下打出，由于真空泵強(qiáng)勁的抽力，一下就將車體中的軟管抽扁，而軟管后端的空氣卻只能從抽扁的軟管形成的兩個(gè)小孔慢慢流出，致使真空泵的效率低下。

改造后，真空管路上增加了一個(gè)二次真空罐。二次真空罐的容積比一次真空罐要大，加注操作未啟動(dòng)時(shí)，主管路上閥3打開，閥2閉合。真空泵平時(shí)就可以將罐內(nèi)的空氣抽清。而抽真空環(huán)節(jié)啟動(dòng)后，閥3閉合，閥2打開。車內(nèi)的部分空氣先會(huì)擴(kuò)散出來填補(bǔ)二次真空罐。數(shù)秒后，閥3再開啟，真空泵的強(qiáng)勁抽力就會(huì)將二次真空罐連同車內(nèi)的空氣一起抽出。這樣就實(shí)現(xiàn)了抽真空從緩到急的一個(gè)過程。于是就能延緩車體軟管扁的時(shí)間，令軟管后端的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)空氣排出得更徹底，從而提高了整臺(tái)設(shè)備抽真空的效率。

設(shè)備改造完成后，即刻對(duì)5臺(tái)產(chǎn)品車（配B發(fā)動(dòng)機(jī)）進(jìn)行加注試驗(yàn)，得出以下結(jié)果（見表1）。

表1 實(shí)施雙罐真空管路改造后的抽真空效果表

測(cè)得的數(shù)據(jù)表明，實(shí)施結(jié)果達(dá)到了目標(biāo)要求。

3.2 穩(wěn)定加注量

為了令加注機(jī)能得到更高的加注精度，消除PLC的誤判斷故障。我們決定利用加注流速特性來加以控制。這個(gè)流速與流量的模型的建立是：利用PLC上的高速計(jì)速模塊，在每個(gè)單位時(shí)間（現(xiàn)設(shè)為1 s）從流量計(jì)（原來用于測(cè)量加注量的元件）采集一次脈沖數(shù)，然后令這脈沖數(shù)與一個(gè)設(shè)置好的值進(jìn)行比較。如果在一個(gè)連續(xù)的時(shí)間內(nèi)，脈沖數(shù)都小于設(shè)定值（即速度慢到一定程度），則流量脈沖這個(gè)軟元件閉合，即流速已達(dá)到了目標(biāo)值。這時(shí)，如果其他3個(gè)原條件都閉合，PLC則認(rèn)為車內(nèi)防凍液已經(jīng)飽和，于是停止壓力加注這環(huán)節(jié)，繼續(xù)后邊的流程（如圖3所示）。

圖3 調(diào)整加注程序后的防凍液加注流程

按照對(duì)設(shè)備的程序進(jìn)行了改造后，立即利用要因確認(rèn)時(shí)使用到的測(cè)試壺進(jìn)行試加注，得出以下結(jié)果（見表2）。

表2 調(diào)整程序后的加注效果表

試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)表明，對(duì)策是行之有效的。

3.3 優(yōu)化工作流程

加注機(jī)流程原來的8個(gè)環(huán)節(jié)中，可以按重要程度進(jìn)行調(diào)整。比如真空環(huán)節(jié)重要，可以增加時(shí)間，而真空檢測(cè)不是很重要，可以取消等，一邊調(diào)整一邊跟蹤。最后可以將工作周期縮短（如圖4所示）。

圖4 調(diào)整后防凍液加注機(jī)工作流程

最終將整個(gè)加注過程調(diào)整為1min 30 s。測(cè)得的數(shù)據(jù)表明，采取的對(duì)策是很有效的。

3.4 穩(wěn)定加注壓力

以下是3種控制條件與加注量飽和度的理想曲線（實(shí)際的曲線應(yīng)該是受管路影響而呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的波紋狀）：

圖5 加注過程中壓力、流速、飽和度關(guān)系的理想曲線

從曲線上我們可以看到，壓力與飽和度的關(guān)系曲線是一條階躍曲線。按照公司對(duì)水箱的工藝要求，水箱承受壓力不應(yīng)該超過180 kPa。但我們從壓力曲線可以看到，曲線從上升段到平滑段有一個(gè)超調(diào)值，這意味著在壓力加注的結(jié)束階段，管路的壓力值實(shí)際上是會(huì)在短時(shí)間內(nèi)超出要求的180 kPa，加注閥關(guān)閉后再稍微回落。這樣對(duì)車子的管路和水箱是不利的。如果水箱質(zhì)量稍差一點(diǎn)，就有可能會(huì)被瞬間壓力漲壞。為了消除這個(gè)現(xiàn)像，我們?cè)賹?duì)設(shè)備的管路進(jìn)行改造。

圖6是原加注管路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6 改造前加注管路原理圖

為了消除壓力超調(diào)，我們?cè)诩幼⒈玫綔p壓閥之間增加了一個(gè)用于溢流的旁路（見圖7）。

圖7 改造后加注管路原理圖

在新增加旁路中安裝一個(gè)溢流閥，事先給溢流閥設(shè)置一個(gè)溢流壓力。當(dāng)管路內(nèi)的壓力小于溢流閥設(shè)定壓力時(shí)，溢流旁路是截止的，防凍液全部從減壓閥通過；當(dāng)管路壓力超過溢流閥設(shè)定壓力時(shí)，旁路導(dǎo)通，一部分防凍液就從溢流旁路中流回儲(chǔ)液箱，主管路的壓力因此得到緩解。這樣就可以保護(hù)了汽車內(nèi)的冷卻管路免受壓力超調(diào)的傷害。

改造完成后立即用產(chǎn)品車測(cè)試效果，得到以下結(jié)果（見表3）。

表3 加注管路改造后測(cè)試效果表

由表3可以看出，收尾壓力基本上已經(jīng)控制在了200 kPa以內(nèi)，改造是有效果的。

4 結(jié)束語

2007年11月22日設(shè)備改造完成后，由于設(shè)備的抽真空效果得到了改善，B發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高的故障立即得到了抑制，故障率由改造前的50.3%，降到了改造后的不到1%。

[1]華中一.真空實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M.]上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986.

[2]王曉冬.真空技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.