某款发动机水泵异响问题解析

陈丽霞，胡广，鲁志远，乔彦超，尹建东，夏孟秋

（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江 宁波 315336）

0 引言

水泵是发动机冷却的主要机构，通过驱动水泵叶轮，使冷却水在发动机水套内进行流动，带走对发动机有害的热量，降低机体温度，保证发动机可靠地运转，当水泵驱动发生异常时，会产生水泵可靠性失效及水泵异响产生，造成驾驶不舒适感，水泵异响需要消除。

1 问题描述

某款发动机台架试验过程中出现水泵“异响”问题，更换水泵总成+皮带后异响消失，共计6台水泵发生这种问题。

水泵结构如图1所示，水泵皮带安装在水泵皮带轮和水泵驱动轮上，驱动轮固定螺栓把水泵驱动轮连接到平衡轴上，水泵安装在调温器壳体上，调温器壳体安装在缸体上，通过平衡轴和水泵皮带驱动水泵，使水泵正常运转[1]。

图1 水泵结构图

2 原因分析

2.1 故障分析

共计6台发动机发生异响，故障机更换水泵总成后，故障均消失。

1）批次及尺寸分析。对水泵皮带、水泵、带轮和调温器批次进行分析，信息如表1所示，相关零部件均为同一批次[2]。

表1 故障机零部件批次

故障机水泵带轮和皮带本身无异常磨损，无制造缺陷等问题，尺寸合格。水泵组件转动手感灵活顺畅、无卡滞，水泵带轮高度、圆跳动、齿顶节圆、齿底节圆、螺栓孔位置度等尺寸检测（如图2）合格无异常。

图2 尺寸检测

进行水泵组件单品台架性能试验，验证是否有泄漏与异响问题（如图3），经过验证各转速段内均无异响、泄漏问题。经过对零部件批次和尺寸分析，零部件单体无问题。2）设计排查。对水泵与蜗壳间隙（如图4）进行零部件尺寸链校核，最小间隙为0.45 mm，不干涉，无问题。故障水泵皮带轮齿形与标准皮带齿形近乎重合（如图5），满足要求。发动机中心距公差为（76.88 ±0.25）mm 时可以满足张力低于90 N的要求，对三角皮带在不同温度下皮带长度进行检测评价，满足要求。故障件水泵驱动系统跳动实测值为0.09 mm，皮带轮跳动为0.06 mm，驱动轮系统跳动要求为0.20 mm，皮带轮跳动要求为0.1 mm。因平衡轴、驱动轮、螺栓为锥面结构，装配导致的系统跳动（反复装配5次）实测最大跳动为0.1 mm，满足要求。通过对间隙校核及齿形及零部件可靠性分析，设计无问题。

图3 水泵组件性能试验

图4 水泵蜗壳和水泵间隙

图5 皮带齿形对比

3）制造装配。装配要求：水泵与调温器壳体线下采用工装装配（如图6），通过工装（如图7）模拟缸体与驱动轮，调整水泵壳体在调温器壳体上位置，使水泵皮带轮与驱动带轮中心距为（76.88±0.02）mm。水泵与调温器壳体分装后装配至生产线缸体上，再装配水泵皮带[3]。

图6 水泵线下装配

图7 装配工装

将故障水泵壳体总成及皮带复装在生产线发动机上，用听诊器听出异响，皮带张力为110 N，张力超差（要求为0～90 N）；ABA验证过程如表2所示，验证皮带张力不合格的发动机水泵会产生异响[4]。对皮带张力大的水泵组件轮系中心距进行检测分析，表2中4台异响水泵的皮带轮与驱动带轮中心距分别为77.353、77.353、77.354、77.352 mm，中心距超差（要求为76.63～77.13 mm）。通过以上分析，发动机水泵带轮和平衡轴带轮中心距过大，导致皮带张力偏大，水泵运转过程中产生异响[5]。

表2 异响与不异响发动机故障复现验证

2.2 故障锁定

由于中心距超差导致水泵异响，水泵中心距是用线下装配工装来保证装配尺寸的。调查发现，水泵异响发生在2017年1月份，现场排查发现，工装定位销存在严重磨损（如图8），橡胶压头残缺（如图9），无法压紧固定，压装后水泵存在晃动问题。更换磨损工装后生产的13 625台未反馈异响。水泵中心距装配工装磨损导致发动机水泵带轮中心距偏大，使皮带张力偏大，发动机产生异响。

图8 工装定位销状态

图9 压头状态

3整改对策

用水泵与调温器壳体增加定位销结构来代替水泵安装工装装配方式（如图10），从根本上解决了保证中心距尺寸的难题。

图10 水泵安装方式

4 效果验证

调温器壳体增加水泵定位销孔状态已试装2批次，共计200台，试装测试皮带张力合格，均无异响，此次整改有效。

5 结语

针对水泵异响问题的分析，需要先对异响源进行识别，通过ABA验证及对比分析确定异响源，结合尺寸检测确定失效尺寸。本文确定水泵异响原因为水泵中心距装配工装磨损导致发动机水泵带轮中心距偏大，使皮带张力偏大，水泵产生异响，通过增加定位销来保证中心距和尺寸，从根本上解决了此问题[4]。