汽车发动机防冻液加注机性能提升的改造

陈恒强

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

上汽通用五菱汽车东部总装车间使用的防冻液真空加注机，是国内一家公司于2004年设计制造并投入使用的。对于柳州机械厂生产的汽车发动机，该设备一直能很好的满足加注要求。但2007年后，公司开发了一款新式的发动机——B系列发动机。由于此款发动机内部结构的特殊性，原来的加注机不能满足其技术要求。致使B发动机投产后，五菱车的下线水温高故障率高达50%以上。根据车间提供的统计数据，曾在两周之内配置B发动机的车型，水温高故障率达50.3%，使生产陷入被动，引起了工程技术人员的极大关注。

1 汽车发动机防冻液降温的基本原理

防冻液是汽车中起到使发动机降温的液体。发动机出现温度过高现像，被称为水温高故障，这时就必须进行维修了，否则会烧坏发动机。能引起水温高故障的因素有许多，除了发动机或车体本身故障及防冻液质量问题外，就是防冻液加注质量的问题。而防冻液加注好坏，主要体现在三方面：

（1）加注量是否充足；

（2）是否能足够地排除发动机冷却循环管路中的空气；

（3）加注时间是否足够短，以适应不断提高的生产节拍的需要，而且加注压力须控制在要求以内。

这三方面要求的实现，全都得凭借防冻液加注机的性能。东总防冻液加注机的工作流程如图1所示。

图1 调整前防冻液加注机工作流程

2 水温高故障的加注流程原因分析

造成汽车发动机水温高故障严重的加注流程的原因，主要有：

（1）由于B发动机自身特点，需要加注机有非常高的抽真空能力。根据技术人员的计算，认为设备抽真空能力必须达到2.1 kPa才能对水温高故障有所缓解；

（2）加注机在压力加注过程中，缺少流速判断条件。这样就使得加注中会出现加注量出错，有时管路未加满，加注就结束了；

（3）原流程的时间分布不合理，新加注流程需要优化才能满足生产需要；

（4）在压力加注过程中，压力不稳定。按要求，压力应该控制在190 kPa左右，并超调量足够小。

3 制订对策及实施

3.1 提高加注机的真空性能

提高设备抽真空性能的方法，是国内首创的。我们是通过采用改造管路的方法，来实现更低的真空。将原来仅有一个真空罐的真空管路，改成双罐真空管路（如图2所示）。

图2 改造后防冻液加注机双罐真空系统图

原加注机采用的是LEYBOLD系列真空泵，由于泵的电机为S1工作制（连续不间断），所以电机必须一直处于动作状态。而非抽真空的时候，泵出口端的阀是关死的，这时真空泵又不能停止，所以这段时间的真空泵是处于做无用功状态。而开始真空后，阀一下打出，由于真空泵强劲的抽力，一下就将车体中的软管抽扁，而软管后端的空气却只能从抽扁的软管形成的两个小孔慢慢流出，致使真空泵的效率低下。

改造后，真空管路上增加了一个二次真空罐。二次真空罐的容积比一次真空罐要大，加注操作未启动时，主管路上阀3打开，阀2闭合。真空泵平时就可以将罐内的空气抽清。而抽真空环节启动后，阀3闭合，阀2打开。车内的部分空气先会扩散出来填补二次真空罐。数秒后，阀3再开启，真空泵的强劲抽力就会将二次真空罐连同车内的空气一起抽出。这样就实现了抽真空从缓到急的一个过程。于是就能延缓车体软管扁的时间，令软管后端的发动机内空气排出得更彻底，从而提高了整台设备抽真空的效率。

设备改造完成后，即刻对5台产品车（配B发动机）进行加注试验，得出以下结果（见表1）。

表1 实施双罐真空管路改造后的抽真空效果表

测得的数据表明，实施结果达到了目标要求。

3.2 稳定加注量

为了令加注机能得到更高的加注精度，消除PLC的误判断故障。我们决定利用加注流速特性来加以控制。这个流速与流量的模型的建立是：利用PLC上的高速计速模块，在每个单位时间（现设为1 s）从流量计（原来用于测量加注量的元件）采集一次脉冲数，然后令这脉冲数与一个设置好的值进行比较。如果在一个连续的时间内，脉冲数都小于设定值（即速度慢到一定程度），则流量脉冲这个软元件闭合，即流速已达到了目标值。这时，如果其他3个原条件都闭合，PLC则认为车内防冻液已经饱和，于是停止压力加注这环节，继续后边的流程（如图3所示）。

图3 调整加注程序后的防冻液加注流程

按照对设备的程序进行了改造后，立即利用要因确认时使用到的测试壶进行试加注，得出以下结果（见表2）。

表2 调整程序后的加注效果表

试验得到的数据表明，对策是行之有效的。

3.3 优化工作流程

加注机流程原来的8个环节中，可以按重要程度进行调整。比如真空环节重要，可以增加时间，而真空检测不是很重要，可以取消等，一边调整一边跟踪。最后可以将工作周期缩短（如图4所示）。

图4 调整后防冻液加注机工作流程

最终将整个加注过程调整为1min 30 s。测得的数据表明，采取的对策是很有效的。

3.4 稳定加注压力

以下是3种控制条件与加注量饱和度的理想曲线（实际的曲线应该是受管路影响而呈现出不稳定的波纹状）：

图5 加注过程中压力、流速、饱和度关系的理想曲线

从曲线上我们可以看到，压力与饱和度的关系曲线是一条阶跃曲线。按照公司对水箱的工艺要求，水箱承受压力不应该超过180 kPa。但我们从压力曲线可以看到，曲线从上升段到平滑段有一个超调值，这意味着在压力加注的结束阶段，管路的压力值实际上是会在短时间内超出要求的180 kPa，加注阀关闭后再稍微回落。这样对车子的管路和水箱是不利的。如果水箱质量稍差一点，就有可能会被瞬间压力涨坏。为了消除这个现像，我们再对设备的管路进行改造。

图6是原加注管路结构示意图。

图6 改造前加注管路原理图

为了消除压力超调，我们在加注泵到减压阀之间增加了一个用于溢流的旁路（见图7）。

图7 改造后加注管路原理图

在新增加旁路中安装一个溢流阀，事先给溢流阀设置一个溢流压力。当管路内的压力小于溢流阀设定压力时，溢流旁路是截止的，防冻液全部从减压阀通过；当管路压力超过溢流阀设定压力时，旁路导通，一部分防冻液就从溢流旁路中流回储液箱，主管路的压力因此得到缓解。这样就可以保护了汽车内的冷却管路免受压力超调的伤害。

改造完成后立即用产品车测试效果，得到以下结果（见表3）。

表3 加注管路改造后测试效果表

由表3可以看出，收尾压力基本上已经控制在了200 kPa以内，改造是有效果的。

4 结束语

2007年11月22日设备改造完成后，由于设备的抽真空效果得到了改善，B发动机水温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]华中一.真空实验技术[M.]上海：上海科学技术出版社，1986.

[2]王晓冬.真空技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.