汽車冷卻液加注液面問題分析研究

【摘" 要】文章主要分析討論汽車冷卻液加注液面不合格問題，同時提出一些工藝優(yōu)化加注的措施。首先對汽車冷卻液加注的原理、功能和結(jié)構(gòu)等方面做介紹，然后結(jié)合汽車冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來分析加注冷卻液問題。汽車冷卻液加注液面過程異常，會導(dǎo)致發(fā)動機溫度升高報警，特別是直接與高溫氣體接觸的零件，會因受熱膨脹影響正常的配合間隙，導(dǎo)致運動件受阻甚至卡死，大大影響整車的行駛性能。文章在大量試驗和生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對汽車冷卻液加注液面不合格問題進行分析和提出優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】汽車；冷卻液；加注

中圖分類號：U464.138" " 文獻標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）02-0077-03

Analysis and Research on the Problem of Filling Liquid Level of Automobile Coolant

QIU Jian1，LU Jialiang2，LIN Liang1

（1.Dongfeng Liuzhou Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545000；

2. Yuchai Xinlan New Energy Power Technology Co.，Ltd.，Nanning 530007，China）

【Abstract】This paper mainly analyzes and discusses the problem of unqualified liquid level of automobile coolant filling，and puts forward some measures of process optimization filling. Firstly，the principle，function and structure of automobile coolant filling are introduced. Then，the problem of filling coolant is analyzed according to the structure of automobile cooling system. Abnormal car coolant filling level process will lead to engine temperature rise alarm，especially parts directly in contact with high temperature gas，due to thermal expansion will affect the normal coordination gap，resulting in moving parts blocked or even jammed，greatly affecting the driving performance of the vehicle. In this paper，on the basis of a large number of tests and production experience，the problem of unqualified filling liquid level of automobile coolant is analyzed and an optimization scheme is proposed.

【Key words】automobile；coolant；filling

發(fā)動機作為動力系統(tǒng)的一部分，是汽車的核心部件。冷卻系統(tǒng)對發(fā)動機的行駛性能有很大影響，發(fā)動機零部件溫度過高，會因受熱膨脹影響正常的配合間隙，導(dǎo)致運動件受阻甚至卡死。因此，有必要對其進行分析，并采取有效措施來優(yōu)化加注問題。

1" 汽車冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

發(fā)動機冷卻有水冷和風(fēng)冷兩種方式，現(xiàn)在一般車用發(fā)動機都采用水冷式。發(fā)動機水冷式冷卻系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、補償水箱、節(jié)溫器、發(fā)動機機體和氣缸蓋水套等部分組成。發(fā)動機工作時，氣缸內(nèi)的氣體溫度可高達1727～2527℃，若不及時冷卻，將造成發(fā)動機零部件溫度過高，特別是直接與高溫氣體接觸的零件，會因受熱膨脹影響正常的配合間隙，導(dǎo)致運動件受阻甚至卡死。此外，高溫還會造成發(fā)動機零部件的機械強度下降，使?jié)櫥褪プ饔玫?。汽車冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

發(fā)動機冷卻系統(tǒng)由氣缸水套、散熱器、水泵、節(jié)溫器、電子扇、軟管和水溫傳感器組成。發(fā)動機的冷卻裝置以水冷卻為主，使用氣缸水道內(nèi)的循環(huán)水冷卻，把水道內(nèi)受熱的水引入散熱器（水箱），通過風(fēng)冷卻后再返回到水道內(nèi)。

當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，水泵隨之旋轉(zhuǎn)，提高了冷卻液的壓力，促使冷卻液強制循環(huán)。循環(huán)的冷卻液帶走了發(fā)動機缸體、缸套、缸蓋等零件的熱量；當(dāng)冷卻液溫度未達到節(jié)溫器的開啟溫度時，冷卻液將通過水循環(huán)管，直接從水泵重新進入缸體，由于冷卻液避免了不必要的冷卻，溫度將迅速上升；當(dāng)冷卻液溫度達到節(jié)溫器開啟溫度，節(jié)溫器閥門關(guān)閉了小循環(huán)管的旁通水路，冷卻液將穿過節(jié)溫器流入散熱器上水室，熱水經(jīng)風(fēng)扇吸過的空氣流的強制冷卻，散失一部分熱量。溫度已經(jīng)下降的冷卻液，留到散熱器下水室，經(jīng)水泵在泵入缸體重新參加冷卻循環(huán)。

當(dāng)打開車上暖風(fēng)裝置時，在冷卻系統(tǒng)壓力的作用下，部分熱水從缸蓋上的出水銅管引出，進入暖風(fēng)散熱器，在暖風(fēng)機風(fēng)扇的作用下，流經(jīng)暖風(fēng)機散熱器水芯的冷卻液所帶的熱量，被暖風(fēng)機風(fēng)扇吹出的風(fēng)帶走，熱風(fēng)經(jīng)過送風(fēng)管吹到風(fēng)窗進行除霜或從風(fēng)門吹出供駕駛室取暖。由暖風(fēng)機散熱器冷卻過的冷卻液，經(jīng)出水管返回水泵進水管，重新參加循環(huán)。

如果這些管道當(dāng)中液體的流動很平穩(wěn)，則只會直接冷卻與管道接觸的液體。從管道中流動的液體傳導(dǎo)至管道熱量的多少，取決于管道和接觸管道的液體之間的溫度差異。因此，如果與管道接觸的液體得到快速冷卻，那么傳輸?shù)臒崃繒容^少。通過在管道內(nèi)制造湍流，混合所有液體，將與管道接觸的液體保持高溫以吸收更多熱量，從而使管道內(nèi)的全部液體得到有效利用。

2" 冷卻液加注液面不合格分析

2.1" 冷卻液加注原理

目前，各大主機廠汽車流水線上加注冷卻液采用抽真空設(shè)備先對冷卻系統(tǒng)進行抽真空，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備檢測達到設(shè)定的參數(shù)要求后，設(shè)備再對冷卻系統(tǒng)進行加注冷卻液，加注滿整個冷卻系統(tǒng)后，設(shè)備槍頭回吸部分冷卻液，使冷卻液液面處于副水箱上下刻線之間，加注完成。

通常冷卻液加注液面不合格的原因主要有以下幾個方面。

1）冷卻系統(tǒng)存在泄漏：冷卻系統(tǒng)各接頭不密封，存在泄漏，導(dǎo)致加注液面不合格，低于最小刻度線。

2）設(shè)備加注異常：由于加注設(shè)備故障，加注過程異常，導(dǎo)致加注液面不合格。

3）標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)執(zhí)行：加注工人未按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)操作，導(dǎo)致加注液面不合格。

4）工藝不良：加注工藝問題導(dǎo)致冷卻液液面不合格。

2.2" 冷卻液加注工藝過程問題分析

冷卻液又稱防凍液，是由防凍添加劑及防止金屬產(chǎn)生銹蝕的添加劑和水組成的液體。它需要具有防凍性、防蝕性、熱傳導(dǎo)性和不變質(zhì)的性能?，F(xiàn)在經(jīng)常使用以乙二醇為主要成分，加有防腐蝕及水的防凍液。冷卻液用水最好是軟水，可防止發(fā)動機水套產(chǎn)生水垢，造成傳熱受阻，發(fā)動機過熱。在水中加入防凍劑的同時提高了冷卻液的沸點，可起到防止冷卻液過早沸騰的附加作用。

發(fā)動機冷卻主要通過水泵使環(huán)繞在氣缸水套中的冷卻液加快流動，通過行駛中的自然風(fēng)和電動風(fēng)扇，使冷卻液在散熱器中進行冷卻，冷卻后的冷卻液再次引入到水套中，周而復(fù)始，實現(xiàn)對發(fā)動機的冷卻。如圖2所示。

冷卻液液面不合格，液面低于副水箱最低下刻線，如圖3所示。

冷卻液不足會導(dǎo)致水溫過高，如果嚴重，可能會導(dǎo)致發(fā)動機拉缸。冷卻液不足，發(fā)動機工作溫度就會不斷上升，溫度得不到充分冷卻，在高溫情況下，機油的黏度也會增加，因此潤滑性會變得比較差，而發(fā)動機的磨損會變快，發(fā)動機整體密封性能變差，因此容易漏油，同時車輛耗油量也會增加。

汽車冷卻液加注過程需先進行冷卻系統(tǒng)抽真空，抽真空保壓一定時間，檢查系統(tǒng)內(nèi)部是否存在泄漏。理想情況下，整個冷卻系統(tǒng)處于真空狀態(tài)下，加注冷卻液才能充滿系統(tǒng)內(nèi)部。圖4、圖5展示了冷卻系統(tǒng)抽真空過程。

進行多次實驗測量真空度，對比水管兩端系統(tǒng)內(nèi)部的真空度數(shù)據(jù)，見圖6、圖7。

由于抽真空過程，散熱器進出水管會被吸扁，導(dǎo)致發(fā)動機系統(tǒng)內(nèi)的真空度與設(shè)備顯示的真空度不一致，發(fā)動機內(nèi)部真空度實測87.5hPa，而設(shè)備29.5mbar，說明發(fā)動機內(nèi)部存在少量空氣，導(dǎo)致車輛啟動后發(fā)動機溫度升高，經(jīng)充分試驗驗證，系統(tǒng)內(nèi)空氣排出，冷卻液液面會下降。

圖8副水箱上下刻線容積為0.5L。目前工藝設(shè)定的真空值為35mbar（3.5kPa），一般抽真空完成后壓力值為（14～17mbar），無法完全抽真空。實車測試時，液面下降約為135mL，現(xiàn)冷卻系統(tǒng)充注量為8.5L，下降僅為0.135/8.5=1.6%，與真空度1.7kPa/100kPa=1.7%基本上是吻合的。對標(biāo)其它競品車，目前膠管硬度為70±5°，與其它廠家相當(dāng)，加大硬度會影響膠管的裝配性。由于目前工藝采取先抽真空后加注，抽真空時進出水管吸扁以致真空度不足，后期由于啟動后發(fā)動機溫度升高，導(dǎo)致剩余空氣排出，液面下降甚至不合格，通過更改膠管的硬度效果不明顯，而且膠管硬度提高，裝配比較困難，特別是冬天天氣冷，膠管插接更加困難，大大影響裝配效率。

3" 工藝優(yōu)化方案

更改裝配技術(shù)條件，改善加注工藝，將冷卻液液面加注至副水箱最大刻度線處，避免冷卻系統(tǒng)內(nèi)空氣未抽干凈而導(dǎo)致冷卻液液面下降至最低刻度線以下。冷卻液液面高度通過加注設(shè)備槍頭回吸管的長短來確定，可解決不同車型共線生產(chǎn)的不同冷卻液液面高度問題。

4" 結(jié)束語

由于加注設(shè)備抽真空過程不徹底，發(fā)動機內(nèi)部存在少量空氣，會導(dǎo)致車輛啟動后發(fā)動機溫度升高，冷卻系統(tǒng)內(nèi)空氣排出，冷卻液液面會下降。提供的工藝優(yōu)化方案，有效解決了冷卻液加注液面不合格問題。

液體加注異常是汽車行業(yè)存在的一個問題，本人將持續(xù)關(guān)注汽車加注問題的研究，希望研究的結(jié)果能夠改進現(xiàn)有工藝。

參考文獻：

[1] 常明. 汽車底盤構(gòu)造[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2] 張洪欣. 汽車設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1991.

[3] 楊維和. 汽車構(gòu)造[M]. 北京：人民交通出版社，2003．

[4] 余志生，夏群生. 汽車理論 第6版[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2019.

[5] 王世震. 汽車構(gòu)造[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.

（編輯" 楊凱麟）

收稿日期：2023-10-24

作者簡介

丘建（1985—），男，工程師，從事新能源汽車工藝品質(zhì)管理工作；陸家良（1983—），男，工程師，從事新能源汽車商品規(guī)劃及配套開發(fā)工作。