發(fā)動機試漏檢測原理及影響因素分析

（北京奔馳汽車有限公司發(fā)動機工廠 北京 100191）

引言

發(fā)動機試漏檢測技術(shù)是指在發(fā)動機裝配過程中通過壓縮空氣等介質(zhì)對整機密封性檢測的一項技術(shù)[1]。在發(fā)動機生產(chǎn)過程中，試漏檢測可以快速判定整機和零部件的密封質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)和攔截不合格品，避免其流入后續(xù)裝配環(huán)節(jié)，增加返修成本并造成客戶抱怨。發(fā)動機試漏檢測工位通常設(shè)置在發(fā)動機主要部件裝配完成并加注機油之前，可以檢測發(fā)動機油腔、水腔、互漏和曲軸油封的氣密性，涉及的零部件包括缸體、缸蓋、曲軸及油底殼等。試漏技術(shù)的應用有效地提高了發(fā)動機產(chǎn)品質(zhì)量并降低了發(fā)動機返修成本，目前該技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)動機裝配生產(chǎn)必不可缺的一個環(huán)節(jié)。

本文通過對試漏檢測原理進行分析，對比了不同試漏原理的主要特點，并結(jié)合生產(chǎn)實際經(jīng)驗對影響試漏結(jié)果的常見影響因素進行了分析，為行業(yè)其它廠家解決試漏問題提供了一種可借鑒的分析思路。

1 發(fā)動機試漏檢測原理

1.1 試漏檢測原理分類

汽車行業(yè)常用試漏檢測設(shè)備是以空氣為介質(zhì)的泄漏測試，按照其檢測原理可以分為壓降法[2]和流量法。壓降法在實際應用過程中又分為絕對壓降法和相對壓差法，而流量法又分為質(zhì)量流量法和體積流量法。試漏原理分類如圖1 所示。

圖1 發(fā)動機試漏原理分類框圖

1.1.1 絕對壓降法

絕對壓降法是通過壓力傳感器直接測量被測工件內(nèi)氣壓的變化，測量過程中被測工件如果有泄漏，必然導致壓力降低，通過連接在被測容積內(nèi)的壓力傳感器可以讀取壓力降低數(shù)值，從而根據(jù)壓力降低情況與氣體狀態(tài)方程推導出實際容積的泄漏量。絕對壓降法泄漏量計算公式如下：

式中：Vl為泄漏率（cm3/min）；ΔP 為泄漏導致的壓力降（Pa）；Vp為測試容積（cm3）；tm為測試時間（s）。

絕對壓降法特點是測量儀器結(jié)構(gòu)緊湊，測量范圍寬。缺點是檢測精度取決于絕對壓力傳感器精度，同時工件容積較大時檢測時間較長且測量誤差增大。

1.1.2 相對壓差法

相對壓差法不是對被測工件壓力進行直接測量，而是在測試系統(tǒng)中并聯(lián)一個與測試工件容積相同的參考工件，充氣到相同的測試壓力后斷開氣源，通過測量被測工件與參考工件之間的壓力差來推導實際泄漏量。相對壓差法泄漏量計算公式如下：

式中：Vl為泄漏率（cm3/min）；ΔP 為泄漏導致的壓力降（Pa）；VT為測試工件容積（cm3）；tm為測試時間（s）；VT為測試工件容積（cm3）；為壓差傳感器系數(shù)；VR為標準容器容積（cm3）；Pt為測試壓力。

相對壓差法由于只需要檢測工件與參考件之間的壓力差，因此系統(tǒng)分辨率與檢測壓力無關(guān)，具有檢測速度快，準確度高的特點。但是起測量量程有限。絕對壓降法和相對壓差法工作原理對比如圖2 所示。

圖2 絕對壓降法和相對壓差法原理對比

1.1.3 質(zhì)量流量法

質(zhì)量流量法是對被測工件內(nèi)部泄露氣體量直接測量的一種方法，該方法利用流量傳感器直接對泄漏量進行測量，不需要進行壓力與流量的換算。質(zhì)量流量法的測試分辨率不受被測容積大小影響，測量速度較快。質(zhì)量流量法測量過程中通過氣體流量計向被測工件內(nèi)持續(xù)補充測試介質(zhì)，從而得到單位時間內(nèi)補充的氣體量，即直接反映工件的實際泄漏率。質(zhì)量流量法測試原理流程如圖3 所示。

圖3 質(zhì)量流量法測試原理流程

1.1.4 體積流量法

體積流量法原理是采用壓差傳感器作為測量原件，通過計算節(jié)流元件產(chǎn)生的壓力差值來計算體積流量。該方法常用于流量監(jiān)控，在發(fā)動機試漏檢測過程中應用較少，在此不做詳細介紹。

1.2 試漏檢測方法對比

根據(jù)壓降法與流量法檢測原理可以對其檢測特點匯總?cè)绫? 所示。

表1 壓降法與流量法檢測特點對比

由于發(fā)動機生產(chǎn)制造過程中試漏設(shè)備通常布置在裝配線內(nèi)[3]，因此對試漏測試節(jié)拍要求較高，需要盡可能地縮短試漏時間，從而能夠匹配其它工位的生產(chǎn)速度，不會造成生產(chǎn)瓶頸。如圖4 所示為某型號質(zhì)量流量測試與壓差法測試節(jié)拍比較。從圖中可知質(zhì)量流量法相比壓差法能夠有更短的測試節(jié)拍，在實際生產(chǎn)過程中應用較多。本文后續(xù)試漏影響因素分析將主要圍繞采用質(zhì)量流量法原理的試漏設(shè)備進行分析。

圖4 質(zhì)量流量法與壓差法測試節(jié)拍比較

2 發(fā)動機試漏影響因素分析

發(fā)動機試漏是一個綜合的檢測過程，影響試漏結(jié)果的因素通常分為兩個大類：一類是由于試漏設(shè)備本身問題導致的泄漏；另一類是發(fā)動機零部件質(zhì)量缺陷、零件以及密封膠受溫濕度影響導致的泄漏。

2.1 試漏設(shè)備泄漏

發(fā)動機試漏設(shè)備是一套復雜的測試系統(tǒng)，包括試漏測試儀、空氣管路、封堵裝置以及夾具工裝等部分組成。試漏設(shè)備泄漏通常由于密封圈磨損，密封圈有異物，封堵工裝變形，管路或接頭泄漏等。日常使用試漏設(shè)備開始對發(fā)動機產(chǎn)品檢測前都會對設(shè)備進行驗證，只有驗證合格的試漏設(shè)備才可以真實反映發(fā)動機的密封狀態(tài)。通常會在生產(chǎn)開班前使用樣機先對設(shè)備進行檢驗，如果樣機檢驗不合格由設(shè)備維護人員通過試漏液進行漏點查找。除了每日的開班檢測以外，試漏設(shè)備必須定期進行測量系統(tǒng)MSA 分析，通過對同一發(fā)動機的多次測量和多組發(fā)動機的測量比較，分析試漏設(shè)備的工程能力指數(shù)是否大于1.33，設(shè)備重復性和再現(xiàn)性誤差是否小于20%。只有滿足上述條件的試漏設(shè)備才能夠用于日常檢測。

2.2 發(fā)動機泄漏

2.2.1 發(fā)動機零部件溫濕度影響

溫度對試漏結(jié)果的影響：發(fā)動機零部件如果在清洗機清洗后直接裝配并進行試漏測試，以及焊接等加熱工藝也會導致零件溫度升高，使得測試值高于實際值。零件溫度過高會將合格零件判定為不合格零件；溫度過低則會導致不合格零件誤判為合格零件。因此通常需要保證零件溫度在正常溫度范圍內(nèi)進行測試，或在試漏設(shè)備中增加溫度補償方法加以修正。如圖5 所示為試漏結(jié)果與測試溫度的關(guān)系圖。

圖5 試漏結(jié)果與測試溫度的關(guān)系

濕度對試漏結(jié)果的影響：如果發(fā)動機零件在熱環(huán)境中表面產(chǎn)生冷凝水或者工件清洗后未完全干燥都會導致濕度過大影響試漏結(jié)果。其原理是在一定溫度下，空氣中的飽和水汽壓是定值。當空氣通過空壓機壓縮時壓力增加，其水汽壓相應增加并達到飽和水汽壓，多余的水汽會冷凝為水排出。當測試空氣從氣源經(jīng)調(diào)壓器減壓充入工件后，其水汽壓減小并低于飽和水汽壓。因此工件中的殘余水會蒸發(fā)為水汽，使測試空氣整體壓力上升。最終導致泄漏率結(jié)果偏小甚至為負值。

2.2.2 零部件質(zhì)量缺陷

發(fā)動機零部件質(zhì)量缺陷會直接影響試漏結(jié)果，該結(jié)果也真實反映了發(fā)動機整機密封性能，是判定是否為合格品的關(guān)鍵指標?；谏a(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)通常導致試漏不合格的質(zhì)量缺陷主要包括零件內(nèi)部裂紋、沙眼、尺寸加工偏差以及密封圈破損等。發(fā)動機缸體、缸蓋等通常都是鑄造零件，鑄造過程中會產(chǎn)生縮孔、沙眼及裂紋等缺陷。如圖6 所示為某型號缸體縮孔導致試漏結(jié)果不合格，測試員通過檢測液確定試漏位置。

圖6 缸體裂紋導致試漏結(jié)果不合格

除了鑄造件缺陷導致試漏不合格以外，發(fā)動機裝配過程中使用的一些注塑零件也會由于注塑缺陷導致零件密封不嚴。常見的缺陷形式是注塑過程中產(chǎn)生高點導致與后續(xù)安裝的密封圈無法形成有效密封。如圖7 所示為某型號油氣分離器由于注塑高點導致零件密封圈密封失效。

圖7 油氣分離器注塑高點導致密封失效

2.2.3 發(fā)動機密封膠影響

密封膠是現(xiàn)代汽車發(fā)動機新型密封材料，它的出現(xiàn)和發(fā)展，為提高密封技術(shù)，解決發(fā)動機的泄漏問題提供了良好的條件。發(fā)動機裝配過程中使用了大量的密封膠進行密封，例如結(jié)合面密封，旋轉(zhuǎn)部位密封和螺紋配合部位密封等。密封膠的固化程度對發(fā)動機密封性能起決定性作用，因此在發(fā)動機試漏前需要保證密封膠達到固化要求。通常密封膠需要在特定的溫度和濕度才能達到最佳的固化效果，同時合理的用膠量即膠寬也會對密封膠的固化產(chǎn)生影響。以樂泰5970 型號密封膠在25 ℃恒溫條件下進行濕度和膠寬的試驗，分別選取膠寬從2.5 mm到7.5 mm 和濕度從8%到40%的各25 組數(shù)據(jù)及對應的發(fā)動機試漏值進行相關(guān)性驗證，結(jié)果分別如圖8 所示。

圖8 發(fā)動機試漏值與膠寬和密封膠濕度的關(guān)系

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示發(fā)動機試漏值與膠寬和濕度都呈負相關(guān)，密封膠越寬試漏值越小，濕度越大試漏值也越小。進而可以利用Minitab 工具建立發(fā)動機試漏值與膠寬和濕度的回歸模型，并得到該型號發(fā)動機試漏值與膠寬和濕度的回歸方程與等值曲線圖（如圖9所示）。根據(jù)該方程可以指導生產(chǎn)現(xiàn)場根據(jù)實際情況設(shè)置合理的膠寬和濕度，從而實現(xiàn)發(fā)動機試漏值的控制。

圖9 試漏值與膠寬和濕度的回歸方程與等值曲線圖

3 結(jié)束語

發(fā)動機試漏技術(shù)的應用能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動機整機密封性的準確檢測，從而有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，避免出現(xiàn)漏水和漏油的問題。本文在對試漏原理分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實際經(jīng)驗總結(jié)了影響試漏結(jié)果的主要原因，希望能夠為同行解決試漏問題提供借鑒。