氣門與座圈密封性及泄露主控器標(biāo)定裝置的研究

屠旭泓

Tu Xuhong

（上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心，上海 201805）

0 引 言

目前國(guó)內(nèi)各汽車制造廠缸蓋氣門座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)的校準(zhǔn)困難，在國(guó)內(nèi)找不到專業(yè)的檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，一般送到國(guó)外 OEM 進(jìn)行校準(zhǔn)，但是周期長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月，而且費(fèi)用昂貴。文中參照德國(guó)NIEBERDING公司的校準(zhǔn)方法，掌握了氣門密封性標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)的校準(zhǔn)原理，同時(shí)結(jié)合美國(guó)USON泄漏主控器（標(biāo)準(zhǔn)漏孔）的校準(zhǔn)原理，將兩者合在一起開(kāi)發(fā)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套專門用于校準(zhǔn)缸蓋氣門座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)的裝置，同時(shí)此裝置還可以解決對(duì)泄漏主控器（標(biāo)準(zhǔn)漏孔）的校準(zhǔn)以及過(guò)程調(diào)試監(jiān)控，提高設(shè)備利用率，解決國(guó)內(nèi)各廠家的困難。

1 測(cè)量?jī)x裝置簡(jiǎn)介

此裝置設(shè)計(jì)目的主要是研究發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)件如何進(jìn)行檢測(cè)，技術(shù)關(guān)鍵在于校準(zhǔn)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，密封性的保證，測(cè)量系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定性的保證，同時(shí)系統(tǒng)可以適合不同的被測(cè)對(duì)象，即需要有較廣泛的通用性。

首先，分析國(guó)外氣門與座圈泄漏測(cè)量?jī)x及其標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)組成，以及國(guó)內(nèi)計(jì)量校準(zhǔn)法律法規(guī)，保證量值傳遞的溯源性和準(zhǔn)確性；其次通過(guò)不斷研究、測(cè)試、調(diào)整、改進(jìn)，逐步解決系統(tǒng)的密封性，使得測(cè)量座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)所有的泄漏量能夠 100%被收集采集；最后選定的流量計(jì)準(zhǔn)確可靠，設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓裝置能適應(yīng)大范圍的調(diào)壓要求（考慮到標(biāo)準(zhǔn)漏孔的標(biāo)定）而且穩(wěn)定可靠。本裝置一方面可以對(duì)氣門與座圈密封性標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量，另一方面將標(biāo)準(zhǔn)漏孔的標(biāo)定綜合在一起，一個(gè)裝置同時(shí)完成對(duì)兩種對(duì)象的測(cè)量。

圖1～圖2是泄漏測(cè)量?jī)x正反面圖。

2 裝置的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 穩(wěn)壓裝置

泄漏測(cè)量的精度有很大一部分在穩(wěn)壓系統(tǒng)上（本來(lái)考慮采用 GE（通用電氣）的集成穩(wěn)壓系統(tǒng)，但基于成本的考慮，最后還是自己設(shè)計(jì)穩(wěn)壓系統(tǒng)），本裝置總進(jìn)氣采用FESTO的氣動(dòng)三聯(lián)件進(jìn)行過(guò)濾穩(wěn)壓。后面測(cè)量部分的所有穩(wěn)壓器選用德國(guó)NIEBERDING的穩(wěn)壓器，以保證質(zhì)量。

在測(cè)量系統(tǒng)上，為了保證測(cè)量壓力的穩(wěn)定性，測(cè)量進(jìn)氣采用二級(jí)穩(wěn)壓裝置，進(jìn)氣壓力由0.25級(jí)的壓力表進(jìn)行監(jiān)控，在測(cè)量時(shí)可隨時(shí)監(jiān)控壓力是否穩(wěn)定。而氣缸壓力相對(duì)可以粗一點(diǎn)，采用單級(jí)穩(wěn)壓，壓力表選用0.4級(jí)。如圖3所示。

2.2 流量計(jì)的選用

流量計(jì)的選用直接關(guān)系到測(cè)量的精度，德國(guó)NIEBERDING公司的流量計(jì)采用氣浮式流量計(jì)，精度大約在5%左右，而美國(guó)USON公司測(cè)量泄漏主控器的皂膜流量計(jì)精度也大于±5%，在考慮到價(jià)格、精度、操作、應(yīng)用環(huán)境等諸多因素之后，選用了美國(guó)MINI-BUCK公司的流量校準(zhǔn)器。它的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、讀數(shù)直觀。皂膜流量計(jì)的測(cè)量原理是皂膜位置由光電傳感器進(jìn)行觸發(fā)，內(nèi)部自動(dòng)電子計(jì)時(shí)，自動(dòng)計(jì)算流量，按 N.I.S.T.標(biāo)準(zhǔn)，精度可達(dá)到0.5%。

2.3 系統(tǒng)的密封性設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的密封性好壞關(guān)系到泄漏測(cè)試的成敗。所以對(duì)被測(cè)對(duì)象的任何一點(diǎn)有可能有漏氣的地方必須“嚴(yán)密封鎖”，不允許有任何泄漏的可能，本系統(tǒng)對(duì)座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)件采用了4道密封圈進(jìn)行密封，保證系統(tǒng)測(cè)量的可靠性。

另外，為了排除其他可能造成影響的因素，特意配備了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漏孔用于平時(shí)的校準(zhǔn)，一方面可以通過(guò)測(cè)量，檢查系統(tǒng)的壓力和管路的密封狀況，另一方面可以檢查測(cè)量的準(zhǔn)確性。如圖 4所示。

3 測(cè)量數(shù)據(jù)比較

在完成泄漏測(cè)量?jī)x的制造后，需要對(duì)此裝置進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，為此需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集工作，對(duì)系統(tǒng)的重復(fù)性和準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試。

3.1 座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)試數(shù)據(jù)比較

使用上海通用汽車 V6發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的一個(gè)座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)件作為樣件進(jìn)行比較測(cè)量，數(shù)據(jù)如表1～表2。

表1 測(cè)量樣件說(shuō)明

表2 測(cè)量結(jié)果對(duì)比

3.2 標(biāo)準(zhǔn)漏孔測(cè)試比較

使用兩個(gè)由上海市計(jì)量測(cè)試研究院檢定的USON泄漏主控器進(jìn)行測(cè)量比較，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 測(cè)量結(jié)果比較

3.3 座圈泄漏標(biāo)準(zhǔn)件重復(fù)性測(cè)試

泄漏MASTER編號(hào)：P-440-01-100-001-ME3

泄漏MASTER標(biāo)稱值：800 cc/min

氣門編號(hào)：6-22017/2

壓力：10 kPa

50次測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 測(cè)量數(shù)據(jù)

其中，平均值X_AVG=∑Xi/N

標(biāo)準(zhǔn)差S=SQRT(∑(X_AVG-Xi)2/(N-1))

測(cè)量能力指數(shù)CG=0.2*Tolerance/S，一般要求大于1.33，標(biāo)準(zhǔn)件公差取標(biāo)稱值的±5%。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)漏孔重復(fù)性測(cè)試

泄漏主控器：S/N：11667

標(biāo)稱值：25 sccm/150 kPa

壓力：150 kPa

50次測(cè)量數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 測(cè)量數(shù)據(jù)

泄漏主控器：S/N：12192

標(biāo)稱值：400 sccm/13.79 kPa

壓力：13.79 kPa

50次測(cè)量數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 測(cè)量數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語(yǔ)

此裝置中采用了目前先進(jìn)的電子流量計(jì)，這種流量計(jì)體積小、精度高、重復(fù)性好，比德國(guó)NIEBERDING公司采用的氣浮式流量計(jì)更加準(zhǔn)確，更加人性化，操作的難度也大大降低，整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)體積小，而且可以方便地進(jìn)行兩個(gè)項(xiàng)目的檢測(cè)。今后在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中為缸蓋座圈的質(zhì)量控制，為缸體、缸蓋整機(jī)的泄漏控制提供了先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，已完全承擔(dān)起泄漏測(cè)試設(shè)備上的泄漏主控器的測(cè)試工作，在此基礎(chǔ)上對(duì)不合格的泄漏主控器進(jìn)行修復(fù)，當(dāng)主控器的技術(shù)參數(shù)改變后還可利用該設(shè)備進(jìn)行改造。

經(jīng)過(guò)測(cè)試和驗(yàn)證，此裝置各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了規(guī)定的要求，并超越德國(guó) NIEBERDING公司的測(cè)量精度，解決了國(guó)內(nèi)氣門與座圈密封性標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)的校準(zhǔn)難題，填補(bǔ)了目前國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)不能開(kāi)展氣門座圈標(biāo)準(zhǔn)件的檢測(cè)空白。

[1]現(xiàn)代企業(yè)計(jì)量工作指導(dǎo)手冊(cè)[M]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[2]JJF1033-2008，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范[S].

[3]朱正德. 進(jìn)、排氣門與缸蓋閥座間的密封性檢測(cè)[J]. 機(jī)械制造，2002，（07）.