乘用車?yán)鋮s系統(tǒng)加注、除氣評價方法的研究

崔 凱 張維杰 郭宇輝 丁相利 王 博 孫 蕭

（寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336）

引言

隨著乘用車的發(fā)展，乘用車?yán)鋮s系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，除氣布置方式也有多種選擇。車輛實際使用過程中，冷卻系統(tǒng)內(nèi)不可避免地會存在或多或少的氣體[1]。整車?yán)鋮s系統(tǒng)首次加注通常在工廠通過真空加注設(shè)備完成，可以保證加注效果；但顧客在后續(xù)使用或維修過程中不具備真空加注設(shè)備，因此，如何確認(rèn)在非真空狀態(tài)下整車?yán)鋮s系統(tǒng)可以滿足加注和除氣的要求，如何評估不同布置型式的加注、除氣能力，對設(shè)計方案選擇、客戶端潛在風(fēng)險識別都具有十分重要的意義。

目前乘用車對冷卻系統(tǒng)加注、除氣沒有有效的評價方法。本文通過研究和實踐，探索出一種加注、除氣的評價方法，可以為乘用車?yán)鋮s系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)劣提供有效的評估依據(jù)。

1 冷卻系統(tǒng)加注、除氣能力的重要性

1.1 加注能力

加注能力是指系統(tǒng)可以保證客戶在常規(guī)使用條件下，能夠加入多少冷卻液的能力，從而確保發(fā)動機(jī)安全地起動和運行。

1.2 除氣能力

除氣能力是指發(fā)動機(jī)動態(tài)運行過程中，將冷卻系統(tǒng)內(nèi)的殘余空氣通過除氣通道排出的能力。

1.3 評價冷卻系統(tǒng)加注、除氣的意義

典型正壓冷卻系統(tǒng)如圖1 所示。在冷卻系統(tǒng)中，加注和除氣對于整個系統(tǒng)的正常工作十分關(guān)鍵。冷卻液加注時，由膨脹罐的加注口進(jìn)入系統(tǒng)，一部分進(jìn)入發(fā)動機(jī)，一部分進(jìn)入散熱器。隨著液面上升，使空氣沿著除氣管排到膨脹罐中，加注完成后，實際系統(tǒng)中不可避免地會有一定量的空氣殘留。

圖1 典型正壓冷卻系統(tǒng)示意圖[2]

如果冷卻系統(tǒng)中混有過多空氣會對客戶使用及發(fā)動機(jī)安全運行帶來很大負(fù)面影響：

1）如冷卻液加注時不能快速排氣，氣體會堵塞管路，可導(dǎo)致加注速率過低，加注時間過長，影響可維修性和客戶感受，易引起客戶、維修人員抱怨。

2）冷卻液可以完成加注，但加注量過少，無法保證發(fā)動機(jī)起動后，安全進(jìn)行系統(tǒng)除氣。冷卻系統(tǒng)中初始含有過量的空氣，可造成發(fā)動機(jī)運行時系統(tǒng)散熱不良，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)高溫報故障碼或限扭，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致拉缸、水泵水封燒蝕等嚴(yán)重問題。

3）在加注可以保證發(fā)動機(jī)安全運行的前提下，發(fā)動機(jī)還應(yīng)具有良好的系統(tǒng)除氣能力。良好的系統(tǒng)除氣能力可以保證發(fā)動機(jī)起動后，在短時間內(nèi)完成除氣，避免發(fā)動機(jī)運行時，系統(tǒng)內(nèi)長期存在大量氣體，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)液流不暢，引起發(fā)動機(jī)零件過熱損害、局部高溫等問題。冷卻系統(tǒng)除氣性能欠佳，還會降低冷卻的熱交換能力，從而降低冷卻系統(tǒng)散熱能力[3]。

2 評價方法

2.1 冷卻系統(tǒng)加注能力評價

根據(jù)實踐，可按以下步驟進(jìn)行：

1）將散熱器進(jìn)水軟管、發(fā)動機(jī)補水軟管、暖風(fēng)出水軟管三根軟管的中間直線段截斷后，串聯(lián)透明玻璃管用于觀察評價。

2）將車輛進(jìn)行大循環(huán)運行30 min 并熄火靜置4 h 以上，使水溫穩(wěn)定。車輛放置于水平地面，膨脹罐的水位添加至Max 線。

3）打開膨脹罐壓力蓋，通過散熱器排水閥，如無排水閥，通過散熱器端最低點管口將車輛冷卻液放出，使用量杯盛放冷卻液，以10 s 內(nèi)無水滴落為放水結(jié)束，記錄冷卻液放出量：V放。

4）關(guān)閉排水閥或重新連接好散熱器管路，放出的冷卻液加入到膨脹罐中，直到水位穩(wěn)定在Max 線（5 min 水位無變化），記錄冷卻液加入量V加。

5）加注能力判定

系統(tǒng)一次加注率=V加/V放×100%，通常要求一次加注率應(yīng)≥85%；同時加注過程應(yīng)在15 min 內(nèi)可以完成。

2.2 冷卻系統(tǒng)除氣能力評價

1）加注完成后，擰緊膨脹罐壓力蓋。

2）車輛連接好數(shù)據(jù)采集設(shè)備，試驗過程全程采集相關(guān)測量參數(shù)發(fā)動機(jī)水溫、轉(zhuǎn)速、水泵轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

3）自動擋車型掛至P 擋，手動擋車型擋位掛至N 擋，啟動發(fā)動機(jī)，運行至節(jié)溫器達(dá)到全開溫度，同時需保證冷卻系統(tǒng)其它水路控制閥均處在全開狀態(tài)。以便考評最苛刻的條件下的除氣能力。

4）準(zhǔn)備完畢后，開始計時?？刂瓢l(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在常用轉(zhuǎn)速運行5 min；然后怠速2 min 觀察，推薦使用手電筒觀察，記錄透明玻璃管中氣泡的形態(tài)，其間觀察人員需戴防護(hù)面罩，保證安全。此過程累計記錄五個除氣循環(huán)，通常的除氣過程氣泡變化如圖2所示。

圖2 除氣過程中氣泡變化情況

5）除氣性能判定

運行五個除氣循環(huán)后，通過透明玻璃管觀察，應(yīng)滿足無連續(xù)大量氣泡并且無直徑≥2 mm 的氣泡出現(xiàn)，則可判定除氣能力滿足要求。

3 實踐應(yīng)用

某車型冷卻系統(tǒng)布置參見圖3。該車型可以選取的除氣管位置見表1，根據(jù)不同組合方式，運用上述評價方法，對該車型四種不同的除氣布置方式進(jìn)行效果評估。

圖3 冷卻系統(tǒng)布置

表1 除氣布置方式

試驗結(jié)束后，對各種方案進(jìn)行評價，結(jié)果如表2所示。

表2 不同的除氣布置方式試驗結(jié)果

方案一、方案四加注除氣能力滿足設(shè)計要求，考慮成本因素，選方案四作為最終實施方案。

方案二、方案三不滿足設(shè)計要求。尤其是方案二取消散熱器除氣點方案，加注量過少，導(dǎo)致起動后高溫報警，無法完成除氣，存在很大潛在風(fēng)險。

4 結(jié)論

本文重點研究了對冷卻系統(tǒng)加注及除氣能力進(jìn)行評價的意義，針對目前乘用車非真空加注條件下，如何對加注、除氣進(jìn)行評價，提出了一種有效的方法。通過引入透明玻璃管對除氣效果進(jìn)行判定，簡單直觀，可操作性強(qiáng)，該工具可廣泛用于冷卻系統(tǒng)其它試驗過程監(jiān)測和問題分析。

通過實踐，該加注、除氣評價方法可有效評估不同布置型式的加注、除氣能力；可為冷卻系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)，優(yōu)化布置型式降低成本，提供可靠的依據(jù)。