氣密性測試技術(shù)在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程的應(yīng)用

譚明作

（柳州五菱柳機(jī)動力有限公司，廣西 柳州545005）

汽油發(fā)動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，是通過在發(fā)動機(jī)內(nèi)部（燃燒室）點(diǎn)燃A/F混合氣，使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓氣體來推動活塞，經(jīng)過連桿，帶動曲軸和飛輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將熱能轉(zhuǎn)化為動能并輸出。參與發(fā)動機(jī)工作過程的內(nèi)部介質(zhì)有被點(diǎn)燃后的高溫高壓氣體、冷卻液、潤滑機(jī)油等，如果這些內(nèi)部介質(zhì)之間發(fā)生交叉泄漏，那么發(fā)動機(jī)的可靠性和性能指標(biāo)將受到嚴(yán)重影響，甚至?xí)p毀發(fā)動機(jī)。

對于發(fā)動機(jī)不同部位的密封性要求，其泄漏量的閾值是有所區(qū)別的。根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作特性和技術(shù)設(shè)計(jì)要求，在能夠保證發(fā)動機(jī)的可靠性及性能指標(biāo)下，是允許存在一個合適范圍內(nèi)的泄漏量。如：進(jìn)排氣門與氣門座之間的配合，是無法做到絕對的不漏。由于在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制造過程中，無法模擬出發(fā)動機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，因此發(fā)動機(jī)零部件之間的實(shí)際泄漏量測量往往采用替代的檢測方式，目前普遍采用氣密性檢測方式[1]。

氣密性檢測是保證零部件質(zhì)量及生產(chǎn)制程質(zhì)量的重要手段[2]。氣密性檢測設(shè)備已普遍應(yīng)用于發(fā)動機(jī)制造行業(yè)，氣密性檢測已逐漸替代傳統(tǒng)的浸油撿漏、沉水檢漏等檢測方式。氣密性檢測設(shè)備作為生產(chǎn)和檢測一體的檢試設(shè)備，需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)。

目前對于發(fā)動機(jī)氣密性要求，是尚無國家標(biāo)準(zhǔn)可參考。我司生產(chǎn)的不同平臺的汽油發(fā)動機(jī)，其生產(chǎn)制程的氣密性控制，即試漏儀的工藝參數(shù)制定，都是通過大量的生產(chǎn)驗(yàn)證、沉水試驗(yàn)以及臺架試機(jī)等多種手段結(jié)合起來，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的正態(tài)分布，6準(zhǔn)則等分析手段，得出對應(yīng)機(jī)型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為該機(jī)型的試漏工藝參數(shù)和泄漏量控制值。

1 氣密性試漏儀結(jié)構(gòu)原理

氣密性試漏儀工作原理是檢測密閉容腔內(nèi)的壓力變化量，再轉(zhuǎn)換為每分鐘氣體泄漏量來判斷密閉容腔是否有泄漏。測量循環(huán)由五個階段組成：等候（預(yù)充氣）、充氣、穩(wěn)定、測試、排氣。測量循環(huán)如圖1所示。

圖1 氣密性試漏儀測量循環(huán)

我司目前采用的氣密性試漏儀為阿黛凱（ATEQ）F系列和D系列（層流管式）。

1.1 阿黛凱F系列試漏儀原理

阿黛凱F系列試漏儀原理圖如圖2所示，采用壓差法測量，測出測試零件與標(biāo)準(zhǔn)零件或封堵短管兩端壓差，并計(jì)算出泄漏量，計(jì)算方法見公式1.

圖2 阿黛凱F系列試漏儀原理圖

公式1：

式中，F(xiàn)為泄漏流量；V為測試零件容積；ΔP為壓降。

1.2 阿黛凱D系列試漏儀原理

阿黛凱D系列試漏儀原理圖如圖3所示，采用壓差法測量，測出層流管兩端壓差，并計(jì)算出實(shí)時泄漏量，計(jì)算方法見公式2.

圖3 阿黛凱D系列試漏儀原理圖

公式2：

式中，μ為流體的密度；L為層流管的長度；Q為層流管流量；R為層流管的內(nèi)半徑；ΔP為層流管兩端的壓差。

2 氣密性檢測在發(fā)動機(jī)制程的應(yīng)用

2.1 長缸體試漏循環(huán)階段時間參數(shù)的確定

長缸體狀態(tài)，即發(fā)動機(jī)在已經(jīng)完成了除進(jìn)、排氣管裝配工序之外的單機(jī)狀態(tài)。如圖4所示。

圖4 長缸體狀態(tài)的單機(jī)

在確定試漏儀測量循環(huán)程序各階段時間時，需要結(jié)合產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍設(shè)計(jì)和產(chǎn)品被測試部分的腔體容量，對循環(huán)階段的時間進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。表1是我司某機(jī)型長缸體試漏循環(huán)各測試階段的時間參數(shù)。油道的腔體屬于較大容積，需要進(jìn)行預(yù)充氣，以減少總測試時間，提高生產(chǎn)節(jié)拍，因此油道試漏采用了阿黛凱D系列的試漏儀，具備預(yù)充氣功能，能有效減少充氣時間。而水道試漏則采用了阿黛凱F系列試漏儀。

表1 某機(jī)型長缸體試漏循環(huán)各測試階段的時間參數(shù)

2.2 長缸體泄漏量控制范圍的確定

第一步，首先需要制作一個小泄漏量的不合格件。對該不合格件進(jìn)行1×10的重復(fù)測試，取這10次測試結(jié)果的算術(shù)平均值作為初定的泄漏量控制上限。

第二步，以初定的泄漏量控制上限為判定依據(jù)，收集該試漏設(shè)備所測出的在初定泄漏量上限范圍內(nèi)的50臺數(shù)據(jù)（條件允許則可適當(dāng)加大數(shù)據(jù)量），然后利用六西格瑪原理計(jì)算出數(shù)據(jù)分布的X±3σ（按過程能力指數(shù) CPK 為 1，見表 2），分別以 X+3σ、X-3σ 做為初步的泄漏量監(jiān)控范圍上、下限。

表2 CPK與USL、PPM關(guān)系

第三步，初定監(jiān)控范圍后，則開始進(jìn)行工藝驗(yàn)證或生產(chǎn)驗(yàn)證，使得數(shù)據(jù)達(dá)到125臺套后，重新運(yùn)用六西格瑪原理優(yōu)化泄漏量監(jiān)控上、下限，同時需要通過對不合格件進(jìn)行沉水試驗(yàn)，判定泄漏量范圍制定的合理性。

第四步，在完成第三步的泄漏量監(jiān)控范圍優(yōu)化后，仍需定期（前期建議1000臺套/次）利用六西格瑪原理對X±3σ進(jìn)行監(jiān)控，如圖5所示。

圖5 某機(jī)型長缸體試漏（油道）數(shù)據(jù)分布

2.3 試漏儀設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)

試漏儀作為發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程的關(guān)鍵檢測設(shè)備，必須在每個班正常生產(chǎn)前進(jìn)行開班首檢，以保證試漏設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，確保發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程檢測工具的有效性。開班首檢方式通過對標(biāo)準(zhǔn)件（OK件和NOK件）進(jìn)行檢測確認(rèn)。

試漏儀每年需要進(jìn)行一次標(biāo)定。在進(jìn)行標(biāo)定時，首先要確保試漏儀及其管接系統(tǒng)是零泄漏，再將標(biāo)準(zhǔn)漏口安裝于試漏管路中，連續(xù)進(jìn)行3次試漏驗(yàn)證，要求試漏結(jié)果在Q±10%以內(nèi)（Q為標(biāo)準(zhǔn)漏口標(biāo)定泄漏率）。

2.4 長缸體氣密性檢測的作用

通過長缸體氣密性檢測，可以有效探測出缸蓋內(nèi)漏、前罩殼裂痕 、火花塞密封缺陷、機(jī)油濾清器連接管螺紋缺陷、曲軸皮帶螺栓密封缺陷、油軌夾膠、各零件結(jié)合面刮花、結(jié)合面異物等多種發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程的裝配缺陷以及部分零件缺陷。氣密性檢測是保證發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程質(zhì)量的有效手段。

環(huán)境溫度、濕度，工件溫度以及氣源壓力等，對氣密性試漏都有顯著影響，因此在實(shí)際運(yùn)用中需要考慮以上因素。特別是機(jī)加工剛下線的工件，如果采用氣密性進(jìn)行試漏時，尤其需要注意工件溫度與測試策略的關(guān)系，以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。

我司發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線是全封閉式全室空調(diào)環(huán)境，保證了裝配環(huán)境有較高的一致性，裝配零件與環(huán)境溫度基本一致，測試氣源均經(jīng)過穩(wěn)壓處理，確保檢測條件的一致性。通過在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程使用氣密性測試手段，我司某機(jī)型發(fā)動機(jī)總成的質(zhì)量水平有了顯著提高，零公里PPM為86，而在沒有運(yùn)用氣密性測試手段的另外一種機(jī)型，零公里PPM則接近900.同時，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程使用了氣密性測試手段，我司某機(jī)型發(fā)動機(jī)的臺架測試時間也從15 min縮短到10 min，減少了5 min的試機(jī)成本，同時又提高了試機(jī)效率。

3 結(jié)束語

近10年來，隨著生產(chǎn)線在線檢測技術(shù)的升級應(yīng)用和智能制造裝備的投入使用，我國汽車工業(yè)生產(chǎn)制造水平有了長足的進(jìn)步，國產(chǎn)汽車整車質(zhì)量及發(fā)動機(jī)總成質(zhì)量與合資品牌汽車的質(zhì)量差距越來越小。隨著中國制造2025的持續(xù)推進(jìn)，我國汽車工業(yè)也將迎來與國外汽車工業(yè)齊肩并進(jìn)的機(jī)會，甚至超越他們。