谭明作

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州545005）

汽油发动机是内燃机的一种，是通过在发动机内部（燃烧室）点燃A/F混合气，使燃烧室内产生高温高压气体来推动活塞，经过连杆，带动曲轴和飞轮进行旋转运动，将热能转化为动能并输出。参与发动机工作过程的内部介质有被点燃后的高温高压气体、冷却液、润滑机油等，如果这些内部介质之间发生交叉泄漏，那么发动机的可靠性和性能指标将受到严重影响，甚至会损毁发动机。

对于发动机不同部位的密封性要求，其泄漏量的阈值是有所区别的。根据发动机的工作特性和技术设计要求，在能够保证发动机的可靠性及性能指标下，是允许存在一个合适范围内的泄漏量。如：进排气门与气门座之间的配合，是无法做到绝对的不漏。由于在发动机生产制造过程中，无法模拟出发动机的实际运行状态，因此发动机零部件之间的实际泄漏量测量往往采用替代的检测方式，目前普遍采用气密性检测方式[1]。

气密性检测是保证零部件质量及生产制程质量的重要手段[2]。气密性检测设备已普遍应用于发动机制造行业，气密性检测已逐渐替代传统的浸油捡漏、沉水检漏等检测方式。气密性检测设备作为生产和检测一体的检试设备，需要定期进行校准。

目前对于发动机气密性要求，是尚无国家标准可参考。我司生产的不同平台的汽油发动机，其生产制程的气密性控制，即试漏仪的工艺参数制定，都是通过大量的生产验证、沉水试验以及台架试机等多种手段结合起来，经过对数据的正态分布，6准则等分析手段，得出对应机型的经验数据作为该机型的试漏工艺参数和泄漏量控制值。

1 气密性试漏仪结构原理

气密性试漏仪工作原理是检测密闭容腔内的压力变化量，再转换为每分钟气体泄漏量来判断密闭容腔是否有泄漏。测量循环由五个阶段组成：等候（预充气）、充气、稳定、测试、排气。测量循环如图1所示。

图1 气密性试漏仪测量循环

我司目前采用的气密性试漏仪为阿黛凯（ATEQ）F系列和D系列（层流管式）。

1.1 阿黛凯F系列试漏仪原理

阿黛凯F系列试漏仪原理图如图2所示，采用压差法测量，测出测试零件与标准零件或封堵短管两端压差，并计算出泄漏量，计算方法见公式1.

图2 阿黛凯F系列试漏仪原理图

公式1：

式中，F为泄漏流量；V为测试零件容积；ΔP为压降。

1.2 阿黛凯D系列试漏仪原理

阿黛凯D系列试漏仪原理图如图3所示，采用压差法测量，测出层流管两端压差，并计算出实时泄漏量，计算方法见公式2.

图3 阿黛凯D系列试漏仪原理图

公式2：

式中，μ为流体的密度；L为层流管的长度；Q为层流管流量；R为层流管的内半径；ΔP为层流管两端的压差。

2 气密性检测在发动机制程的应用

2.1 长缸体试漏循环阶段时间参数的确定

长缸体状态，即发动机在已经完成了除进、排气管装配工序之外的单机状态。如图4所示。

图4 长缸体状态的单机

在确定试漏仪测量循环程序各阶段时间时，需要结合产线的生产节拍设计和产品被测试部分的腔体容量，对循环阶段的时间进行适应性调整。表1是我司某机型长缸体试漏循环各测试阶段的时间参数。油道的腔体属于较大容积，需要进行预充气，以减少总测试时间，提高生产节拍，因此油道试漏采用了阿黛凯D系列的试漏仪，具备预充气功能，能有效减少充气时间。而水道试漏则采用了阿黛凯F系列试漏仪。

表1 某机型长缸体试漏循环各测试阶段的时间参数

2.2 长缸体泄漏量控制范围的确定

第一步，首先需要制作一个小泄漏量的不合格件。对该不合格件进行1×10的重复测试，取这10次测试结果的算术平均值作为初定的泄漏量控制上限。

第二步，以初定的泄漏量控制上限为判定依据，收集该试漏设备所测出的在初定泄漏量上限范围内的50台数据（条件允许则可适当加大数据量），然后利用六西格玛原理计算出数据分布的X±3σ（按过程能力指数 CPK 为 1，见表 2），分别以 X+3σ、X-3σ 做为初步的泄漏量监控范围上、下限。

表2 CPK与USL、PPM关系

第三步，初定监控范围后，则开始进行工艺验证或生产验证，使得数据达到125台套后，重新运用六西格玛原理优化泄漏量监控上、下限，同时需要通过对不合格件进行沉水试验，判定泄漏量范围制定的合理性。

第四步，在完成第三步的泄漏量监控范围优化后，仍需定期（前期建议1000台套/次）利用六西格玛原理对X±3σ进行监控，如图5所示。

图5 某机型长缸体试漏（油道）数据分布

2.3 试漏仪设备状态确认

试漏仪作为发动机生产制程的关键检测设备，必须在每个班正常生产前进行开班首检，以保证试漏设备处于正常工作状态，确保发动机生产制程检测工具的有效性。开班首检方式通过对标准件（OK件和NOK件）进行检测确认。

试漏仪每年需要进行一次标定。在进行标定时，首先要确保试漏仪及其管接系统是零泄漏，再将标准漏口安装于试漏管路中，连续进行3次试漏验证，要求试漏结果在Q±10%以内（Q为标准漏口标定泄漏率）。

2.4 长缸体气密性检测的作用

通过长缸体气密性检测，可以有效探测出缸盖内漏、前罩壳裂痕 、火花塞密封缺陷、机油滤清器连接管螺纹缺陷、曲轴皮带螺栓密封缺陷、油轨夹胶、各零件结合面刮花、结合面异物等多种发动机生产制程的装配缺陷以及部分零件缺陷。气密性检测是保证发动机生产制程质量的有效手段。

环境温度、湿度，工件温度以及气源压力等，对气密性试漏都有显著影响，因此在实际运用中需要考虑以上因素。特别是机加工刚下线的工件，如果采用气密性进行试漏时，尤其需要注意工件温度与测试策略的关系，以确保检测结果的准确性和一致性。

我司发动机生产线是全封闭式全室空调环境，保证了装配环境有较高的一致性，装配零件与环境温度基本一致，测试气源均经过稳压处理，确保检测条件的一致性。通过在发动机生产制程使用气密性测试手段，我司某机型发动机总成的质量水平有了显著提高，零公里PPM为86，而在没有运用气密性测试手段的另外一种机型，零公里PPM则接近900.同时，因为发动机生产制程使用了气密性测试手段，我司某机型发动机的台架测试时间也从15 min缩短到10 min，减少了5 min的试机成本，同时又提高了试机效率。

3 结束语

近10年来，随着生产线在线检测技术的升级应用和智能制造装备的投入使用，我国汽车工业生产制造水平有了长足的进步，国产汽车整车质量及发动机总成质量与合资品牌汽车的质量差距越来越小。随着中国制造2025的持续推进，我国汽车工业也将迎来与国外汽车工业齐肩并进的机会，甚至超越他们。