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某车型发动机水温高、风扇常转故障解析
2018-02-27 13:38:30·
发动机对于工作温度有着极其精确的要求。随着发动机性能不断提高，燃烧后散发的热量在不断上升，对发动机的冷却系统也提出了更高的要求。冷却系统必须保证发动机可以迅速达到理想的工作温度，并且无论环境和工作条件如何变化，始终保持在这一温度范围。无论是在极冷或极热的条件下，无论是在交通拥堵的城市环境中，还是在高
发动机对于工作温度有着极其精确的要求。随着发动机性能不断提高，燃烧后散发的热量在不断上升，对发动机的冷却系统也提出了更高的要求。冷却系统必须保证发动机可以迅速达到理想的工作温度，并且无论环境和工作条件如何变化，始终保持在这一温度范围。无论是在极冷或极热的条件下，无论是在交通拥堵的城市环境中，还是在高速公路上全速行驶，发动机都必须能够同样高速地运转。如何使发动机在合适的温度范围工作，需要通过试验的方法对发动机冷却性能进行研究。
故障及原因分析
图1 风扇常转原因分析
某车型在低温环境下怠速时存在发动机水温高、冷却风扇常转问题，风扇开起后，噪声过大，引起客户抱怨。根据故障表现，可能发生的原因如图1所示。
针对以上因素逐一进行排查，具体见表1，然后对可能的原因进行进一步的分析。
表1 故障排查表
表2 节温器检测数据
1.节温器质量分析
图2 节温器温升曲线
节温器是控制冷却系统的阀门，通过调节进入散热器的冷却液来调节发动机冷却液温度，使发动机总是工作在适宜的温度。节温器打不开的故障主要有节温器漏蜡、推杆卡滞等。针对以上因素对节温器进行检测（见表2、图2），节温器开起高度、滞后性、闭阀温度、泄漏量和升程曲线均满足要求，可以排除节温器故障。
2.冷却系统分析
对冷却系统进行水温测试。在水泵壳体后端增加电阻式水温传感器，用于测量调温器附近冷却液温度，使用标定软件在OBD 接口读出发动机水温（即发动机缸盖出水温度）。
图3 实际检测温度曲线
图4 低温检测温差曲线
常温下正常怠速冷起动测试，水温从开始到81℃，温差维持在4℃以内，之后调温器开起，二者温差加大，最大时温差为13℃，散热器水温加热之后，调温器水温再次上升，调温器打开，恢复正常大小循环，风扇正常开起关闭的循环，无故障。测试数据如图3。
低温下测试，将整车浸置在-30℃环境舱内3 h，水温为-25℃，在舱内正常怠速冷起动。测试数据如图5。水温从开始到81℃，温差维持在4℃以内，之后调温器开起，二者温差加大，调温器温度降低74℃，调温器关闭，调温器处水温未来得及再次上升到开起温度，缸盖出水温度达到96℃，风扇开起，调温器水温再次降低，二者温差再次拉大，达到平衡，调温器未开起，导致风扇常转，故障复现。测试数据如图4。
3.产品技术分析
经过以上检测，可以确认节温器处温差存在异常，但始终没有找到真正原因，后经对比整车冷确风扇功率、排气阀压力等，最终确认为冷却液对节温器感应体加热不充分导致。
节温器的最初结构设计中，当小循环热水通过小循环口进入节温器室时，靠近水泵入口，另外节温器副阀正对小循环孔，大部分水直接进入到水泵内，未在节温器室内多停留，大部分水量对节温器不加热，直接进入缸体内部，导致节温器感应体处温度低，节温器未开，但发动机缸盖出水水温无法下降，导致发动机水温高，风扇常转。
分析结论和改进措施
经过节温器质量分析、冷却系统技术分析以及工作环境分析，我们得出的结论是：节温器安装室设计不合理，导致节温器感应体不能有效与冷却液接触，冷却液不能对节温器感应体充分加热，使节温器处温度与水温传感器处温差大，导致发动机水温高，风扇常转。
图5 节温器安装室的结构改进
相应的改进措施是：将节温器安装面下调2 mm，同时增加挡板使，保证水温传感器与节温器温差控制在合理范围内。具体如图5。
新的设计中，水泵节温器安装室更靠近热水，同时增加的挡板，迫使冷却液绕过挡板先与节温器感应体接触，然后再进入缸体内，可实现对节温器感应体的持续加热，避免了原节温器感应体不能直接加热的问题，可以保证节温器处温度与水温传感器处温度差维持在4℃以内。
改进效果验证
在水泵壳体后端安装传感器，分别在常温、低温下测试温度。
图6 改进后常温温差曲线
图7 改进后低温温差曲线
常温下正常怠速冷起动测试，数据曲线如图6。水温从开始到86℃，温差维持在4℃以内，之后调温器开起，二者温差加大，最大时温差为11℃，维持一段时间后，散热器中水温上升，调温器处水温再次上升，调温器开度增加，恢复正常大小循环，风扇正常开起关闭的循环，无故障。
低温下测试，将整车浸置在-30℃环境舱内3 h，水温为-25℃，在舱内正常怠速冷起动。记录数据如图7。水温从开始到86℃，温差维持在4℃以内，之后调温器开起，二者温差加大，调温器温度降低80℃，缸盖水温维持在89℃，散热器中水温慢慢上升后，调温器处水温接着继续上升，开度加大，系统大小循环正常，风扇正常开起关闭，未出现故障。
改进后的水泵壳体可使调温器感应体更加靠近暖风水路以及小循环水路，使得调温器开度增加，发动机水温上升缓慢，直至散热器水温上升后，风扇打开，正常开起关闭。
结束语
通过以上分析，引起风扇常转或水温高的原因，不仅仅是零部件本身的质量问题，也有可能是节温器的安装结构设计不合理及风扇控制策略设定不合理导致，因此，在发动机冷却系统的设计中，要充分考虑节温器的安装结构，节温器和水温传感器的位置及温差，进行详细的分析和试验论证，从而避免由于设计原因导致的水温高或风扇常转问题。
随着发动机技术的进步，已有发动机开始使用电子节温器、双节温器等技术，对冷却液温度的控制更加精确，发动机的工作温度控制更好，对发动机性能、排放等方面也有很大提升。
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