某车型冷却系统加注真空失败问题研究

张明远

摘 要：真空失败是冷却液加注工艺的常见失败现象之一，引起真空失败的原因较多，包括零件质量、装配质量、装配方法、天气因素、设备故障、设备参数等多方面。针对某车型的批量真空失败问题，从人、机、料、法、环、测等多方面进行分析，根据饱和蒸汽压与温度的关系，找到了引起真空失败的根本原因，为同类问题的分析解决提供参考。

关键词：冷却液 真空失败 饱和蒸汽压

1 引言

冷却液是车辆冷却系统及热管理系统的重要组成部分。对于以内燃机为动力源的车辆而言，冷却液的主要功能是对发动机进行冷却，使其在适宜的条件下工作。对于以动力电池及电机为动力源的新能源车辆而言，冷却液的主要功能是在高温情况下对动力电池进行冷却和低温情况下对其进行加热或保温[1-2]。

真空壓力加注工艺是将冷却液注入到合格的车辆冷却系统或热管理系统的过程。自某月中旬开始，某车型在冷却液加注工艺的抽真空过程中出现批量真空失败现象，严重影响一次合格率。

2 问题分析

2.1 分析路径

与车辆的制动系统、空调系统等相比，冷却系统的容积相对更大，结构相对简单。此外，与制动液、空调等介质的加注工艺相比，冷却液加注工艺的参数相对宽泛。因此，冷却液加注工艺过程中由真空问题导致的失败率通常较低。

该车型冷却液批量真空失败现象为首次发生，无过往经历可供参考，需要从人、机、料、法、环、测等多方面综合考虑研究。

2.1.1 人的方面

人员影响加注工艺真空过程的因素主要有两方面，一是操作加注设备的人员是否按标准操作指导进行设备操作；二是对车辆系统进行装配的前置工序装配人员是否按标准操作指导进行装配。

2.1.2 机的方面

设备影响加注工艺抽真空的原因主要有两个方面，一是设备硬件是否异常变动；二是设备软件是否正常运行。

2.1.3 料的方面

冷却系统由较多管路组成，需要检查冷却系统的散热器、中冷器、水管等零件是否正常，是否有漏气，近期是否有过变更。

2.1.4 法的方面

方法层面主要有两个方向。一是指导工人进行操作的标准操作指导是是否合理；二是加注工艺是否异常。

2.1.5 环的方面

温度、湿度等对抽真空有较大影响，工艺环境的改变会导致抽真空速度的变化。需要检查工艺环境是否异常改变。

2.1.6 测的方面

用于测量真空的设备是否工作正常；工艺参数是否合理。

3.2 分项分析

3.2.1 人的方面

对于高度自动化的组合加注设备而言，操作人员对加注工艺抽真空影响的因素通常较小。经现场检查，操作加注设备的工人在进行各车型操作时均按标准工艺流程执行。此外，设备具有防止操作人员误操作的功能，排除加注设备操作原因。

3.2.2 机的方面

通过设备管理系统检查加注设备保养状态，其维护保养均按规定周期执行，且近期无大修、无关键部件更换、无软件升级等操作。将设备可能影响真空性能的关键部件对调进行交叉实验，故障依旧，排除设备故障导致失败的可能。

3.2.3 料的方面

经检查车间内冷却系统零件，近期无变更记录。经过对失败车辆进行线下检查，所有失败车辆均未发现任何漏点，无漏气现象发生，零件质量达标。

3.2.4 法的方面

经检查总装车间内的标准操作指导均未发生变更。

3.2.5 环的方面

加注工艺对天气敏感性较强，在夏季高温高湿天气情况下，真空失败率上升为普遍现象。经天气对比，环境温湿度与往年同期无明显差异，但失败率较往年同期大幅增加。

3.2.6 测的方面

冷却液加注真空设定值为30mbar，工厂内各车间对比及与海外工厂对比参数均相同。此外，对真空传感器进行检验，其准确率与稳定性均在允许误差范围内。

3.3 详细分析

3.3.1 失败阶段分析

通过调取系统数据，失败阶段均为精真空阶段，精真空之前的正压建立、正压稳定、正压泄漏、粗真空阶段均可正常通过；且如果精真空能够正常通过，则后续步骤也能正常完成。

3.3.2 阀序监控

通过使用SPS-analyzer软件对加注过程进行监控，发现所有失败车辆均为某确定车型，其他车型均正常。失败现象集中时间段发生，并集中消失。

3.3.3 多次真空实验

对抽真空失败车辆多次抽真空，可达到设定值30mbar及以下；且抽真空次数越多，真空度越高，直至达到工艺需要的30mbar以内。

3.3.4 车辆数据对比

对包括正常车辆及异常车辆在内的所有车辆进行全工艺过程监测及数据记录，如图4所示。通过监控软件发现，同样从200mbar开始抽真空，对于正常车辆，真空度至29.95mbar仅用时4.6秒。对于异常车辆，即使将真空时间延长至40秒，其真空度仍然在33.28mbar左右徘徊，无法达到30mbar的设定值以内。

结合多次真空实验及车辆数据对比，此现象符合潮湿管路的抽真空特性，需对冷却系统管路进行检查。

在总装车间现场对发动机、散热器及连接管路等系统进行目视检查，发现部分发动机管路明显潮湿。

3.4 原因

物质的饱和蒸汽压通常采用安托因（Anotine）方程计算[3]。水的饱和蒸汽压的安托因方程为：

（10℃≤T≤168℃）

式中：Ps，水在T温度时的饱和蒸汽压，kPa；T，水的温度，℃。根据安托因方程，绘制水的饱和蒸汽压曲线。

根据该曲线，水的饱和蒸汽压随着温度的上升而增大。该总装车间所在地区夏季的室外温度最高可达40℃，车间室温要求保持在26℃，进一步详细计算可知：

T=26℃时，

Ps=33.37 mbar

T=25℃时，

Ps=31.43 mbar

T=24℃时，

Ps=29.59 mbar

在室温26℃时，水的饱和蒸汽压为33.37mbar，当温度降低到24℃时，水的饱和蒸汽压降低到为29.59mbar。

对比水的饱和蒸汽压与失败真空值的关系，在室温高于24℃的情况下，如果冷却系统潮湿，则系统真空度无法低于设定值30mbar，由此推断真空失败由系统管路潮湿引起。

通过车辆生产跟踪系统对发动机来源进行追踪，发现未经过发动机热试的车辆真空失败比例为0.12%，经过了发动机热试的车辆真空失败比例高达11%。对发动机工厂进行调查，发现所有经过了热试的发动机均进行了排水操作，但排水并不彻底。尤其对中冷器而言，为了使性能最大化，通常采用百叶窗式翅片[4]。由于其特殊的内部结构，热试后的水分无法彻底排出。

4 解决方案

水的饱和蒸汽压是影响加注工艺的重要因素。真空能否快速达到工艺要求，取决于真空泵能力、真空管路直径、温度、湿度等诸多因素。在设备工况未发生改变且装配质量合格的前提下，批量真空失败问题通常由管路潮湿叠加环境温度偏高引起。降低环境温度的成本較高，通常须确保管路的干燥度，以保障加注工艺的一次合格率，减少返修及浪费。

在此前提下，提出了如下改善措施：

（a）建议发动机工厂在大批量热试车辆时，对发动机进行多轮抽真空排水操作。

（b）在总装工厂进行加注时，针对失败车辆进行二次加注。

（c）进行热试的发动机，避免批量上线，采取零散上线的方式。

5 结语

真空失败是整车加注工艺的常见失败现象，引起真空失败的原因较多，包括设备、零件、参数、温度、湿度、装配等等。不同的原因引起的真空失败的现象较类似，但其中存在差异。如何根据这些差异分辨出导致失败的根本原因，需要综合考虑各种因素，并需要工程技术人员长期的经验积累及详细的数据分析。本文通过多种工具的结合使用，为分析加注工艺的真空失败现象及其他现象提供参考。

参考文献：

[1]冯能莲，陈龙科，邹广才.新型液冷动力电池模组传热特性试验研究[J].汽车工程，2018，40（04）：405-410.

[2]陆炜.发动机冷却水套耦合仿真方法研究[D].吉林大学，2012.

[3]王双成，成弘璐.水的饱和和蒸汽压的计算[J].河南化工，1999（11）：29-30+34.

[4]M.Harada，T.Yasuda，S.Terachi，S.Pujols，J.R.Spenny，陈佳.水-空（水冷式）进气中冷器的开发[J].汽车与新动力，2018，1（01）：44-47.