發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動機工廠 北京 100191）

引言

發動機試漏檢測技術是指在發動機裝配過程中通過壓縮空氣等介質對整機密封性檢測的一項技術[1]。在發動機生產過程中，試漏檢測可以快速判定整機和零部件的密封質量，及時發現和攔截不合格品，避免其流入后續裝配環節，增加返修成本并造成客戶抱怨。發動機試漏檢測工位通常設置在發動機主要部件裝配完成并加注機油之前，可以檢測發動機油腔、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。試漏技術的應用有效地提高了發動機產品質量并降低了發動機返修成本，目前該技術已經成為發動機裝配生產必不可缺的一個環節。

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，并結合生產實際經驗對影響試漏結果的常見影響因素進行了分析，為行業其它廠家解決試漏問題提供了一種可借鑒的分析思路。

1 發動機試漏檢測原理

1.1 試漏檢測原理分類

汽車行業常用試漏檢測設備是以空氣為介質的泄漏測試，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，而流量法又分為質量流量法和體積流量法。試漏原理分類如圖1 所示。

圖1 發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的壓力傳感器可以讀取壓力降低數值，從而根據壓力降低情況與氣體狀態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構緊湊，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，而是在測試系統中并聯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；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，因此系統分辨率與檢測壓力無關，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 質量流量法

質量流量法是對被測工件內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。質量流量法測量過程中通過氣體流量計向被測工件內持續補充測試介質，從而得到單位時間內補充的氣體量，即直接反映工件的實際泄漏率。質量流量法測試原理流程如圖3 所示。

圖3 質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，通過計算節流元件產生的壓力差值來計算體積流量。該方法常用于流量監控，在發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

根據壓降法與流量法檢測原理可以對其檢測特點匯總如表1 所示。

表1 壓降法與流量法檢測特點對比

由于發動機生產制造過程中試漏設備通常布置在裝配線內[3]，因此對試漏測試節拍要求較高，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速度，不會造成生產瓶頸。如圖4 所示為某型號質量流量測試與壓差法測試節拍比較。從圖中可知質量流量法相比壓差法能夠有更短的測試節拍，在實際生產過程中應用較多。本文后續試漏影響因素分析將主要圍繞采用質量流量法原理的試漏設備進行分析。

圖4 質量流量法與壓差法測試節拍比較

2 發動機試漏影響因素分析

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

2.1 試漏設備泄漏

發動機試漏設備是一套復雜的測試系統，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。日常使用試漏設備開始對發動機產品檢測前都會對設備進行驗證，只有驗證合格的試漏設備才可以真實反映發動機的密封狀態。通常會在生產開班前使用樣機先對設備進行檢驗，如果樣機檢驗不合格由設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，試漏設備必須定期進行測量系統MSA 分析，通過對同一發動機的多次測量和多組發動機的測量比較，分析試漏設備的工程能力指數是否大于1.33，設備重復性和再現性誤差是否小于20%。只有滿足上述條件的試漏設備才能夠用于日常檢測。

2.2 發動機泄漏

2.2.1 發動機零部件溫濕度影響

溫度對試漏結果的影響：發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進行測試，或在試漏設備中增加溫度補償方法加以修正。如圖5 所示為試漏結果與測試溫度的關系圖。

圖5 試漏結果與測試溫度的關系

濕度對試漏結果的影響：如果發動機零件在熱環境中表面產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調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為水汽，使測試空氣整體壓力上升。最終導致泄漏率結果偏小甚至為負值。

2.2.2 零部件質量缺陷

發動機零部件質量缺陷會直接影響試漏結果，該結果也真實反映了發動機整機密封性能，是判定是否為合格品的關鍵指標。基于生產經驗總結通常導致試漏不合格的質量缺陷主要包括零件內部裂紋、沙眼、尺寸加工偏差以及密封圈破損等。發動機缸體、缸蓋等通常都是鑄造零件，鑄造過程中會產生縮孔、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果不合格

除了鑄造件缺陷導致試漏不合格以外，發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生高點導致與后續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 發動機密封膠影響

密封膠是現代汽車發動機新型密封材料，它的出現和發展，為提高密封技術，解決發動機的泄漏問題提供了良好的條件。發動機裝配過程中使用了大量的密封膠進行密封，例如結合面密封，旋轉部位密封和螺紋配合部位密封等。密封膠的固化程度對發動機密封性能起決定性作用，因此在發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 組數據及對應的發動機試漏值進行相關性驗證，結果分別如圖8 所示。

圖8 發動機試漏值與膠寬和密封膠濕度的關系

數據結果顯示發動機試漏值與膠寬和濕度都呈負相關，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 工具建立發動機試漏值與膠寬和濕度的回歸模型，并得到該型號發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）。根據該方程可以指導生產現場根據實際情況設置合理的膠寬和濕度，從而實現發動機試漏值的控制。

圖9 試漏值與膠寬和濕度的回歸方程與等值曲線圖

3 結束語

發動機試漏技術的應用能夠實現對發動機整機密封性的準確檢測，從而有效保證產品質量，避免出現漏水和漏油的問題。本文在對試漏原理分析的基礎上，結合生產實際經驗總結了影響試漏結果的主要原因，希望能夠為同行解決試漏問題提供借鑒。