發動機長缸體泄漏常見故障模式分析

覃奕

摘要： 基于質量和工藝控制以及安全的需求，在正常生產的質量控制過程設置專門工位對發動機進行密封性測試，長缸體泄漏測試作為生產線重要的測試工位，可以有效的識別早期泄漏缺陷，快速找到泄漏點，節約后期的維修和人力資源，提高客戶的滿意度。

Abstract： Based on the requirements of quality and process control and safety， a special station is set up in the quality control process of normal production to test the engine's tightness. As an important test station in the production line， the long cylinder block leakage test can effectively identify early leakage defects， quickly find leaks， save later maintenance and human resources， and improve customer satisfaction.

關鍵詞： 密封測試;長缸體;故障模式

Key words： sealing test;long cylinder;failure mode

中圖分類號：U472.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）17-0042-02

0? 引言

車輛行駛過程，任何微小的泄漏對發動機帶來及其嚴重的后果，早期的泄漏識別能力越高，越能降低售后市場的客戶抱怨。針對泄漏顯而易見的故障模式，如零件磕碰、錯漏裝、清潔度雜質等，現場能快速識別和控制;但是部分泄漏需要通過繁冗的尺寸鏈測量以及復雜的驗證才能找出故障的癥結，特別是缸體與缸蓋結合處的泄漏，需要形成一套完善和全面的問題分析方法。

1? 長缸體泄漏測試原理

所謂長缸體，是組裝了缸體、曲軸、連桿、活塞、油底殼、缸蓋總成、凸輪軸、正時系統、前蓋、凸輪軸罩蓋等內部零件后的發動機狀態;如圖1。發動機工廠裝配線長缸體泄漏測試是通過USON測試設備采用壓降法在一段時間內通過壓力的變化或損失檢測泄漏，主要檢測發動機水道、油道泄漏情況。泄漏測試可分為手動測試和自動測試，手動測試是對測試工件加壓通過聽、感覺、看等方式來查看壓力變化，如噴涂肥皂水觀察是否有泡沫。手動測試節拍慢、測試過程過于依賴操作員工、并存在污染工件的風險，量產過程作為輔助設備使用。自動測試使用先進的電子式測試系統，包括測漏儀器、壓力傳感器、壓力調節閥、螺線管式電磁閥等裝置，在一個基本的泄漏測試過程，螺線管式電磁閥打開對被測工件進行充氣;當達到測試壓力后，電磁閥關閉，讓被測工件內的空氣穩定，經過簡短的穩定階段，壓力存在一個穩定的微小變化，如果在工件、夾具或測試系統中存在泄漏，壓力將消失或存在較大的變化，這些變化通過壓力傳感器輸出到測漏儀器的顯示界面上。自動測試節拍快、可重復和復制、精確度高、輸出具體的測試數據，同時可運用于過程的統計和數據分析，因此在生產過程中大量使用。泄漏是絕對的，不漏是相對的，因此在泄漏測試中存在許泄漏率，工程技術人員根據產品設定允許泄漏率的范圍，現場對生產過程超出范圍的產品開展分析解決。

2? 長缸體泄漏測試不合格常見故障分析

長缸體泄漏測試故障排除可分為三部分：測試夾具、氣動系統、測試發動機本體。第一步：測試夾具封堵確認。在測試前夾具封堵將發動機漏口處密封，根據發動機狀態分為進排氣口封堵、機油加注口封堵、后油封封堵等，封堵密封不嚴導致測試過程壓力明顯下降，排查步驟如下：

①封堵安裝不到位。通過重新插拔夾具（封堵），確保密封面/封堵口不漏氣。②封堵蠕變/破損/老化。夾具在長期使用過程會產生磨損和蠕變，目視檢查破損或毛刺的封堵需更換;在產品密封面涂顏料后壓緊封堵以便判斷蠕變，觀察涂料痕跡，若痕跡深淺均勻、漏口有效覆蓋則密封效果較好;反之較弱，需檢查緊固螺栓或調整壓緊力。③封堵清潔度差。將封堵取下，用無紡布擦拭，清理雜質，再進行測試。第二步：氣動系統管路確認。目前所有泄漏測試方法都依靠壓力變化來判斷并測量，所以氣壓也是影響因素之一;①氣管漏氣。檢查測試設備上的壓力表，在綠區表示輸入壓力符合要求。②充氣閥、調壓閥漏氣。檢查閥門已關閉，且安裝到位。③產品與測試程序不一致。不同機型的容腔不一樣，測試程序有差異。第三步：測試工件（發動機本體）確認。泄漏測試不合格，發動機流轉到返修回路后手工抓漏識別漏點，常見的故障原因：①扭矩未擰緊。預緊扭矩達不到良好的密封效果，如水泵螺栓，火花塞。②墊片漏裝。缺件裝配泄漏值較大，如出水口支座墊片、絲堵等。

③密封圈夾膠或漏裝。如曲軸后油封、前蓋總成、凸輪軸罩蓋等。④清潔度問題。如連接面夾有頭發、紙屑、漆皮、鋁屑或其他異物。⑤加工面/貼合面有刀痕，或未加工完全，或沙眼氣孔缺陷。以上缺陷在可清晰判斷和識別，在實際問題解決過程，長缸體泄漏大部分是缸體與缸蓋的結合面泄漏，需通過數據分析、尺寸測量、試驗等手段才能清晰定義。缸體與缸蓋的結合面泄漏構造如圖2所示。

為起到密封效果，墊片上有燃燒室、水道、油道、獨立螺栓孔以及工藝限位等多種凸筋，各凸筋高度、寬度、類型結構都不一樣。其中水道/油道凸筋為半凸筋，限位凸筋為全凸筋;全凸筋受力變形量小于半凸筋，因此水道密封凸筋壓緊后最終高度由限位凸筋決定。各區域密封要求存在差異，燃燒室最嚴格，其次是油道、水道次之;限位凸筋無密封作用但可防止缸蓋在發動機運行過程受熱變形移動。

2.1 基礎數據分析，識別泄漏特性

基礎數據主要包括泄漏的時間、位置等，數據收集可定向分析：①泄漏班次統計：工位操作源于對標準化文件的理解和貫徹執行，班次存在明顯差異，需從標準化操作上開展分析，比如安裝缸蓋時因定位銷的過盈配合人員存在敲打操作等;②泄漏數值分布：列出泄漏發動機數值的直方圖，觀察是否集中;觀察1～3個月內長缸體測試數值趨勢，判斷是否分層或波動，分層可能與天氣溫度、設備標定或封堵更換有關。③泄漏位置統計：將缸蓋根據進排氣側及燃燒室位置劃分為不同區域，統計各區域泄漏的頻次、比例。因受產品設計和零件構造的影響，外觀發現的漏點不一定是泄漏問題的產生點，以往的統計顯示，缸蓋排氣側4缸位置泄漏比例較高，原因為墊片在該位置有1個限位凸筋，高度較高，限位凸筋與水道凸筋形成“峽谷”使得泄漏的水從此處流出，而其它位置在缸體缸蓋的密封張力下不易流出。常見的泄漏點/痕跡確認方式：1）判斷墊片壓緊后密封線走向和痕跡。走向清晰、密封痕跡連續且均勻則密封效果良好;反之，密封性呈斷開趨勢或痕跡較淺，密封效果差，如密封區域有鋁屑、打磨、刀痕等都會導致密封線中斷，失去密封效果。2）熒光標記示蹤劑觀察泄漏。在發動機上添加少量的示蹤劑，用特殊光源追蹤和觀察泄漏的痕跡也是一種常見的判斷方式，尤其是在漏點判斷不清晰的時候。④其他信息的分析，針對批量的長缸體泄漏，還可以從供應商分布、零件加工批次或模塊，或者橫向對比不同工廠&生產基地的質量表現。

2.2 零部件尺寸測量及分析

①缸蓋/缸蓋平面度。兩個配合截面的平面度會影響到最終的密封效果，整體和局部平面度的標準不一樣，針對整體和局部建立趨勢圖，觀察平面度整體走勢。②墊片尺寸測量。墊片原材料是不銹鋼帶，材質檢測內容有化學成分和力學性能（如屈服強度、抗壓強度、硬度、延伸率等）;墊片測量項目包括凸筋高度、定位孔尺寸、單面涂層厚度等，墊片屬于一次性零件，裝配后不能重復使用，因此可在未裝機前測量或抽取同批次零件測量。

2.3 與密封性相關的驗證

①不同凸筋高度對缸蓋變形量的影響：缸蓋屬于鋁制品，在缸蓋螺栓擰緊后會變形，變形量與墊片的限位凸筋高度有關系，因此驗證和測量不同凸筋高度下缸蓋的形變量，見圖3：1）缸蓋擰緊后缸蓋墊片限位凸筋會有扭曲變形;2）墊片排氣側4缸有1個限位凸筋，導致缸蓋排氣4缸向上變形，進氣4缸側向下變形。②面壓試驗。為進一步研究缸體、缸蓋及墊片在螺栓擰緊后各面的密封效果，一般通過面壓試驗分析。第一步，選擇合適的面壓紙。面壓紙有高中低三種規格，根據材質和應用溫度進行選擇，發動機運行環境溫度較高，因此在實驗時選用高面壓試驗紙。第二步，準備試驗。試驗步驟與正常裝配步驟一樣，首先將準備好的面壓紙分別置于墊片兩面，操作步驟缸體專用透明薄膜面壓紙墊片面壓紙專用透明薄膜缸蓋螺栓按照技術要求擰緊扭矩靜置20分鐘拆卸缸蓋取面壓紙分析。第三步，面壓分析。專業分析是借助專用掃面議對加壓后的面壓紙進行掃描讀取，讀取面壓紙上的紅色濃度，軟件濃度換算成壓力，并將壓力狀態作為數據分析。簡化分析是觀察面壓紙上的密封線的走向，以及墊片上各凸筋是否完全顯現。見圖4。③鉛丸測量凸筋壓緊高度實驗。為了評估墊片壓緊后各凸筋高度的變化，可以采用鉛丸試驗，具體方法：在排氣側4缸位置切割墊片，安裝鉛丸，施加70N·m的擰緊扭矩，然后拆下鉛丸測量高度。根據測量的前后數據對比，分析墊片凸筋高度的變形是否符合要求。缸體與缸蓋結合面泄漏在長缸體泄漏測試中最為常見，其分析過程也比較繁冗。在實際問題解決過程中，建議從簡單到復雜，在分析發動機本體泄漏之前，先把測試設備、封堵等潛在原因進行排除，后續借助手工抓漏的方式圈出漏點，再通過拆機發現進行基礎數據統計、相關零件尺寸測量以及面壓試驗等方式逐步定義問題。

參考文獻：

[1]狄利強，杜海軍.發動機泄漏檢測技術的原理與試漏機應用研究[J].科技致富向導，2012.

[2]朱偉，陳磊.發動機裝配線泄漏檢測技術[J].現代零部件，2013.

[3]劉德林，胡成江，李崗，陶春虎，何玉懷，劉洲.發動機氣缸體泄漏原因分析[J].失效分析與預防，2014.