影响缸体试漏的变差研究

10.16638/ki.1671-7988.2021.011.028
影响缸体试漏的变差研究
郭荣辉，张庆，夏常亮
（台州滨海吉利发动机有限公司，浙江台州318000）
摘要：发动机气密性检测是发动机设计的重要技术要求，是生产产品过程中一项关键工艺，也是保证发动机和零部件泄漏质量的重要手段。

文章以工厂发动机气缸体总成试漏作为研究对象，通过对试漏仪原理和试漏机结构进行分析，明确试漏机调试关键点，同时对试漏数据进行分析，解决了缸体试漏工件误判的问题。

关键词：发动机气缸体；试漏仪；质量流量法
中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)11-85-05
Study on Variation of Influence on Leakage Test of Cylinder Block
Guo Ronghui, Zhang Qing, Xia Changliang
( Taizhou Binhai Geely Engine Co., Ltd., Zhejiang Taizhou 318000 )
Abstract: The air tightness testing of engine is an important technical requirement for engine design, it is a key technology in the realization of production line products, and also it is an important means to ensure the leakage quality of engine and parts. In this paper, we take the total leakage test of the cylinder block of the factory engine as the research object, through the analysis of the principle of the leakage tester and the structure of the leakage test machine, to clarify the key points of the debugging of the leakage test machine, and to analyze the leakage test data, to solve the misjudgment of the leakage test. Keywords: Engine block; Leakage test instrument; Mass flow method
CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)11-85-05
引言
汽车发动机作为汽车的三大核心部件之一，其稳定的零件可靠性和超长的耐久性是对发动机性能和质量考核的重要指标。

在发动机各大系统中，泄漏（漏油、漏水、漏气）一直是消费者和制造商备受关注的问题。

为了保证发动机零件的可靠性，在零部件的制造过程中，必须进行油道和水道检漏作业。

以气缸体试漏为例，选择更加科学的试漏原理和高精密的试漏仪器，用来提升试漏准确率十分必要，也就是说，硬件是试漏系统稳定性和准确性的必要保障。

本文重点介绍了以空气为试漏测试介质[1]的质量流量法试漏原理和试漏机结构，明确了试漏机调试关键点，进而解决了缸体试漏工件误判的问题。

1 测试件说明
缸体作为发动机的主体部位，负责支承发动机主要运动部件，比如曲轴和凸轮。

基于润滑的需要，其油路复杂，相互贯通，支承这些运动部件的大孔内，必有油道孔与主油道相通。

油道试漏检测过程中，首先需要对这些大孔内壁上的油道孔进行密封，其次高低压主油道和水套试漏检测时，必须对相关部位进行有效密封。

2 试漏原理分析[2]
泄漏测试从原理上可分为压力法和质量流量法。

质量流量法具有两大基本优势：
（1）充气和测量时间短；
作者简介：郭荣辉（1985-），男，主任工程师，本科学历，就职于
台州滨海吉利发动机有限公司，研究方向：汽车发动机加工。

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汽车实用技术
86（2）直接测量流量，测量精度高，分辨率不受工件容积
影响。

因此，在生产节拍较短的情况下，质量流量法是进行诸如发动机总成等大容积工件泄漏测试更适合的选择。

用压力法进行泄漏测试时，测量的基本量是压力降，其泄漏率通过以下公式计算：
（1）
式中：
VL——允许泄漏率，单位cm³/min；
D P——压力降废品点，单位Pa；
VP——测试容积，单位cm³；
tM——测量时间，单位s。

质量流量法是直接测量系统内部由于泄漏造成的气体流量。

不需要进行压力-流量换算，因此分辨率不受试件容积大小的影响。

其测量时间一般最长需要5秒。

质量流量法泄漏测试原理如下图1所示。

图1 质量流量法泄漏测试原理
特点：显著缩短测试时间；直接测量标准状态下的流量scc/min。

应用范围：大容积工件，要求较短的测试时间。

整个测试过程分四个阶段：
（1）储气缸充气阶段：这个阶段打开Y1阀，按调压器设定的压力向储气缸充气。

（2）工件充气阶段：这时关闭调压器，Y1阀，打开Y2阀，将压缩空气从储气缸放到工件中，并达到压力平衡。

（3）测量阶段：关闭其他阀，只打开Y3阀，如果工件有泄漏，储气缸中的压缩空气会经过传感器补充到工件中，最终流向环境。

质量流量传感器就可以直接测出这个泄漏量。

（4）排气阶段：测量结束后，将工件中的气体排出。

采用JWF质量流量系统，测试缸体泄漏情况，质量流量法与压差法优势分析，典型的例子是质量流量法可缩短测试时间。

JWF无阻尼质量流量传感器测试如图2所示。

图2 JWF无阻尼质量流量传感器测试原理
相比传统压力降测试原理的结构如下图3。

图3 压力降测试原理
对发动机油道进行测试（假设测试容积是25.0L），对比测试时间如下图4。

图4 测试时间图
由此可见，测量时间的长短与测量与容积和泄漏率有关，测量时间可按照下面公式计算：
（2）采用JWF无阻尼质量流量传感器可实现时间点测量，如下图5。

图5 JWF无阻尼质量流量传感器测量时间
最先进的JWF-S400系列无阻尼试漏仪如下图6所示。

郭荣辉 等：影响缸体试漏的变差研究
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图6 JWF-S400系列无阻尼试漏仪
3 影响缸体试漏的变差研究
想要准确测量缸体油道及水套，首先确保测试过程处于稳定状态，下面从影响缸体试漏的Master 样件验证、封堵及管路密封、温度波动及试漏过程稳定性4个主要方面一一分析（分析树图），提升缸体试漏判断的准确性，避免工件误判。

如图7。

图7 分析树图
3.1 Master 样件验证
Master 样件又称作标准件，试漏设备每个测试程序须配备一个合格标准件和一个不合格标准件[3]。

合格标准件制作时，在30~50个工件中挑选泄漏率最小的作为合格标准件，某些合格标准件需经过浸渗（如铝的气缸体）、涂胶等处理。

不合格标准件制作时，推荐参考合格标准件制作方法；标准件制作建议选用标准漏口，如此工件泄漏稳定且可调整。

每班生产前需要用合格标准件和不合格标准件检查试漏系统，用以判断试漏系统有无异常并记录测试数据，最好的方法是将数据形成趋势图，可以直观地反映出试漏机的波动趋势，供维修人员实施提前检查、调整。

当然，试漏仪需要定期标定，不同试漏仪按各厂商技术文件要求标定即可，标准周期不大于1年；设备更换管路部件、封堵件结构、尺寸变化后也需要标准；每次标定后需对标准件重新采样、确定样件范围值。

3.2 封堵及管路密封
封堵作为工件的直接接触者及密封载体，需要确保各密封区域的密封性。

针对高精度试漏检测，即使轻微的管路及密封泄漏均会导致试漏结果出现较大的偏差。

因此，封堵及管路良好密封是准确试漏工件的先决条件。

下面针对日常封堵及管路的泄漏查找进行分析，如图8。

图8 泄漏点分析
由于试漏系统本身导致工件出现误判时，要对试漏系统进行分析，首先使用试漏仪自检功能验证试漏仪是否出现了故障，若是则对试漏仪进行维修（如更换电子阀、线路板等）。

若检测试漏仪本身无故障，则需要对试漏机密封管路及封堵进行查漏，一般的封堵破损故障不在这里赘述，下面针对一些常用到的解决方法进行研究。

（1）可以使用强力型检漏剂或肥皂水对管路及封堵位置验证，发现气泡存在漏气情况。

（2）针对高精度的测量，需要使用氢气检测仪类似的设备进行检测，通过向被测腔体注入一定压力的氮氢混合气，氢气检测仪通过检测管路及封堵周围氢气的含量，可以准确地判断漏气位置，并判断漏气量的大小。

氢气检测仪测试如下图9所示。

图9 氢气检测仪测试
（3）针对频繁泄漏的封堵位置，需要考虑两个方面因素，一是封堵的密封会随着时间的推移出现偏移或倾斜情况，可以使用印泥对密封情况验证，确保封堵与密封位置处于通心且垂直状态，印泥验证情况如下图10所示。

图10 印泥验证密封性 二是需要考虑封堵的受力是否出现下降情况，可更换新气缸验证；若在调试初期可将面密封更改为线密封提升单位
汽车实用技术
88 面积受力[4]。

三是考虑密封圈的材料及寿命，聚氨酯橡胶和丁腈橡胶具有良好的耐压性能，密封次数较多，可以有效提高生产效率[5]。

3.3 温度影响
测量期间温度变化会导致被测腔体内压力变化及腔体内空气分子流动的加剧，从而影响工件测试结果[6]。

典型的缸体温度变化来源： （1）工件清洗后未降温直接试漏； （2）试漏机在通风设施下或门口附近； （3）阳光直射工件或试漏设备。

工件是否热隔离及设备是否开启温度补偿，对试漏结果影响巨大，以水套为例，在热隔离和温度补偿不同状态下进行测试，结果呈现很大的差异，如下图11。

图11 温度补偿测试对比
图中绿色代表无热隔离，无温度补偿；红色代表有热隔离，无温度补偿；黑色代表有热隔离，有温度补偿。

不同试漏，温度补偿会采取不同的方式，下面重点对质量流量法的温度补偿进行研究。

想要获得准确的温度补偿数据，需要制作日常工件所能达到最高温度的工件，在试漏机连续测试，直至工件温度降低至室温，采样越多计算结果越准确，统计各温度下工件的泄漏率，同时结合日常工件的测试结果计算温补数据，各试漏仪制作商均有不同计算方法。

工件温度和环境温度对测试结果的影响，遵循函数关系，一般是温差越大测试结果偏差越大，环境温度与工件温度差的理论函数关系如图12。

图12 环境温度与工件温度差的理论函数关系
温度补偿也可以通过自己计算来确定补偿量，首先进行高温工件的连续测试并统计数据，记录工件温度、环境温度及各温度下的泄漏率，测试数据如下图13。

图13 测试数据
利用MINITAB 将数据源进行回归分析，计算泄漏率与温度差的回归方程，如图14。

图14 回归方程
通过泄漏率与温度差的回归方程：泄漏率=20.56+2.976×温度差，可以设置试漏仪的温补参数。

增加温度补偿只是人为调整试漏的准确性，针对最典型的缸体经清洗后高温问题，可在工件进入试漏工位前增加缓冲区，尽可能将工件温度与环境温度保持一致，如图15。

图15 缓冲区示意图
3.4 试漏过程稳定性
在质量流量法的测量阶段如果测试曲线呈现锯齿状波动（如图16），就需要查找气压或气流波动的来源。

图16 锯齿状测试曲线
郭荣辉 等：影响缸体试漏的变差研究
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这种现象的主要是在测试阶段气源出现骤变或试漏仪抖动导致，通过紧固测试管路、固定试漏仪及储气罐实现测试管路的稳定。

测试阶段的设定也会直接影响测试结果，如双工位试漏机在测试阶段如果另一工位突然释放或增加压力会影响测试的准确性，如图17。

图17 双工位测试设备
同一试漏仪测试两个通道时，测试需要同步进行并保持相同测试时长，避免一个通道的突然释压影响另一通道的测试，如图18。

图18 双通道测试
稳定的测试阶段泄漏率曲线应保持平滑过渡，如下图19所示。

图19 稳定的测试曲线
4 结束语
综上所述，为了能够采用正确的方法进行试漏误判的解决，就必须熟悉试漏机工作原理、结构特点及常见的试漏测试失真的原因，才能够快速解决，节省时间，从而保证生产
的顺利进行。

参考文献
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