第1期 2004年1月CHINA MEASUREMENT TECHNOLOGY 中国测试技术No11 Jan ,2004整车燃油系统密封性通气性的检测朱正德 (上海大众汽车有限公司,201805)摘 要 进行燃油系统密封性通气性检测是贯彻轻型汽车欧 Ⅱ 排放标准时,所执行的生产一致性检查中必不可少的项目之一本文对实现这项检查的测试系统做了较完整的描述、 分析,从用户的角度,突出介绍了为适应生产现场检测的需要,而必须采取的技术措施关键词 燃油系统 泄漏检测 措施On2line test for leakage and venting of the carπs fuel systemAbstract :To comply with the standard of the emission of pollutant (70Π220ΠEEC) , itπs necessary to do the on2linetest for leakage and venting of the fuel system during the inspection of conformity of production1This paperintroduces the testing equipment in detail and how to fulfil the requirements of the production line1Key words :fuel system ;test for leakage ;on2lin supervision1 概 述整车燃油系统主要由油箱、 油管、 发动机、 碳罐等零部件、 总成所组成,无疑在进入总装线之前,它们都 经过严格的检查,包括表明其密封性指标是否合格的泄漏检测。
燃油系统密封性通气性测试完全是为适应国际上强化机动车排放污染的控制力度的需要,而对产品及其制造过程提出新的一项要求为此,检测系统应具备以下两方面的功能1)能按照标准中的规定,完成整车燃油系统密封性和通气性两项测试,具体要求为:密封性测试 在碳罐通大气的出口被封堵后,向油箱入口施加3163kPa±011kPa的压力压力稳定后短断开气源,要求5min内压力降低不大于0149kPa通气性测试 测试步骤的前一半与 “密封性” 完全相同,但在压力源断开后随即撤去碳罐通大气出口的封堵,恢复到原来状态此时燃油系统的压力应在015～2min内降到0198kPa以下2)适应企业的生产特点,满足由此而提出的需求作为一台设备,要实现对产品100 %检查,其测试节拍就务必与生产线同步,由此引出的一些问题 就得解决· 在工况条件下评定指标的转换· 适应整车总装线特点的工作方式· 为提高设备工作效率和可靠性而采取的技术措施 2 检测系统的组成与运作211 密封性、 通气性测试机理 密封性、 通气性测试,实质上是检测被测物的泄漏 率Q1,Q1是单位时间内在一定测试压力下泄漏到标准大气中的气体的体积,可以用符合std1cm3Πmin或std1LΠh表示。
常用的泄漏检测方法有压力式和流量式 两类,前者又可分为绝对压力型和差压型,但工作原理 都是依据因泄漏而引起测试压力的变化这一原理,再 利用测试压力的变化量ΔP间接地求出泄漏率Q1的通过对测试过程作一些假设,如等温状态、 被测物体容 积没有变化等,就能近似地确定两者之间的关系,其表 达式为:Q1=ΔP3VSΠPatm3Tm(1)上式中 Q1— — — 标准大气压下的泄漏率;VS— — — 包括仪器、 管路等部分在内的被测对象系统之容积;Patm— — — 大气压(Patm= 1013mbar = 105Pa =104mmH 2O) ;Tm— — — 测量时间; ΔP— — — 压差、 压力型泄漏检测仪的测得值相比之下,压力式检漏方法应用更为广泛因此, 在标注被测物密封性的技术要求时,既有注明泄漏率 的,也直接采用压力降来表示的,如上面一种形式图·04·1是压力式泄漏测试中的差压型检漏原理图,从图中可 见,此时设有一个参考(工)件图1 压力式泄漏测试中的差压型检漏原理图 虽然泄漏率的本质是流量,但直接把通常的流量测试方法应用于检漏则行不通以上所述的流量式泄 漏检测工作原理可参见图2的示意图。
流量是通过安 装在层流管两端的差压传感器测出的在规定的量程 以内,流体(气体)在通过由众多细小管道组成的层流 管时产生层流,由此在两端产生的压力降ΔP与通过的流量Q成正比其关系式如下:ΔP= 8μLQΠ∑R4i(2)其中 μ— — — 流体的密度;L— — — 层流管的长度;Ri— — — 组成层流管的细小管道之内径;Q— — — 流量,即泄漏率; ΔP— — — 层流管两端的压差图2 流量式泄漏检测工作原理示意图泄漏检测技术经多年的发展和完善,现已相当成 熟,无论是压力型还是流量型检漏仪都有商品化程度 很高的定型产品,并由专业厂商生产,型式多样但要 能满足各种用户的不同需要,还必须有相关的软件和硬件,与通用程度很高的检漏仪组成泄漏检测设备 在很多场合,这些相关部分是成功实施项目的基本条 件,燃油系统密封性、 通气性测试即为一例212 燃油系统检测设备的组成与运作 整车燃油系统密封性、 通气性检测设备主要由以 下部分组成:· 泄漏检测仪(检漏仪) · 油箱、 碳罐封堵头 · 气动组件 · 电控部分· 打印设备 · 车辆识别扫描枪 · 行走机构以上各部分组成一个完善的装置,它位于总装生 产线一侧,对已装配完毕的整车实施检测。
但对 于不同车型,具体所处工位有所差别,检测的步骤、 实 际做法也会有细小的差异3 为实现检测而采取的技术措施311 行走机构 — — — 适应整车总装线工作方式 对一条上批量的轿车总装线而言,生产节拍一般 可达到120秒、90秒甚至60秒,往往采取连续通过的运作方式而要完成测试程序,尚有多项操作必须由 人工进行,且封堵油箱口和碳罐出口时,堵头还连有气 管在这种情况下,为适应运动中被测车辆的检 测,采用行走机构就不失为一种较好的解决方法 行走机构实质上是一种随行机构,操作者、 有关器具(如封堵头、 扫描枪等)都可以安全、 方便地随被测整 车移动它的两种常见形式为:①整个检测设备的主 体在悬挂导轨上滑移,油箱Π 碳罐的两个封堵头的气管 连在主体上,不用时则挂在其一侧(见图3) ;② 检测设 备主体固定在总装线旁边,带气管的两个封堵头挂在悬挂导轨的滑体上,可随总装线上的被测车辆移动(见 图4)以上两种情况下的导轨长度在9～12m之间图3图4·14·图5312 扫描枪、 打印设备和电控部分的配置利用条形码进行识别的方法已在现代汽车制造业 广为应用燃油系统密封性、 通气性作为重要的技术 指标,其测试结果必须在 “随车档案” — — — 整车检验卡 上反映出来。
因此,经车辆识别扫描枪对每台被检车 的条形码照射后,在打印设备上输出的报告中就不仅 有时间(年、 月、 日、 时、 分)、 测试数据和判断结果,还包 括有车身识别号规定了打印报告的规格和背面应有 粘贴性以便撕下后即可附于 “整车检验卡” 上的指定位 置无疑,两者的车辆识别号必然完全一致,因为不少 车厂在总装检验卡上就粘有该车的识别条形码,扫射 枪照射的也正是卡上的这一条码有时候,扫描还被 作为执行测量程序的启动信号,但这种做法完全根据 用户的要求来决定 一个上批量的现代汽车制造厂还往往要求关键检 测设备自身具有存储测试数据的功能,最少得保存一 个月的实测记录因此,对燃油系统密封性通气性检 测设备的电控部分,提出了要配备工业控制机的要求 事实上,工控机除了有储存数据的功能外,同时担负了 控制打印设备和车辆识别扫描枪的职责此外,它还 可提供更多选择性的页面设置,给不同需要的用户带 来很大的方便 在有些情况下,电控部分除工业控制机外还带一 台PLC(可编程序控制器) ,主要用于控制气动线路中 的相关电磁阀但鉴于任何型号的检漏仪都有程度不 同的控制功能,并带有输出接口,故在一部分产量较 低、 工艺要求较简单的中小型汽车厂,专业仪器厂商提 供的相应泄漏检测设备往往就没有专用的电控部分。
当然,此时也不会带扫描枪和打印机等外围设备 313 高效、 可靠 — — — 快速封堵、 快速充气的实现 尽管油箱口和碳罐出口的形状、 结构因车型的不 同而差异很大,但堵头的封堵不外乎两种:人工和自 动以油箱口为例,针对某些口部的结构,可采用工人 螺纹旋入方式,配合密封件来达到封堵效果在产量 不高时,这种做法未尝不可然而,为达到高效、 可靠 的目的,专业仪器厂商更多地还是采取自动封堵的方 法,目前常用的有气缸挤压和气囊密封式前者的工 作原理是利用气缸位移所引起的弹性密封件的径向Π 轴 向挤压变形,以此实现封堵,而后者由于不带可动部 件,结构更简单,直接通过环状气囊在充入压缩空气后 的膨胀效应产生相同的效果 相比之下,不同车型的碳罐在车身所处的位置、 通 大气的管道走向、 出口截面的形状等诸多方面存在的 差别更大因此,在进行封堵时,堵头的结构和采用的 方法也就不同即使采用相同的原理(气囊式或气缸 挤压式) ,堵头结构也有内胀型和外包型两种,前者是 “插入”,而后者则是 “套进” 无疑,对那些碳罐出口尺 寸较小,形状又不是正圆的情况,外包式封堵更易实 现此外,还有少数车型的碳罐出口不是直接通大气, 而是连一软管,软管又接到一可控的电磁阀上。
此时, 还可采用更简单的方式,即利用一气缸夹头,利用通气 产生位移时软管被夹偏来进行封堵 上述油箱口堵头同时也是向油箱充气的入口,而 在生产节拍的情况下,如何实现快速充气则是燃油系 统密封性通气性检测的又一必须解决的问题众 所周知,一辆B级轿车的油箱容积一般为60～70L ,按·24·国家标准要求,密封性测试时间为300秒,在如此长的 时间里充气至规定的压力当然不成问题,但当生产节 拍达到60～120秒Π 辆时,若不增加 “快速充气” 这一环 节,就不可能满足检测所必须的高效率和可靠性 图5展现的气路图是一个实例,虽在系统设计上 有其特殊性,但也在很大程度上揭示了快速充气的普 遍工作原理其中电箱10包含了检漏仪、 工控机和 PLC ,从图中可见,检漏仪藉堵头与燃油系统中的油箱 相连,通过 “充气 — 平衡 — 测试 — 放气” 四个环节完成 对被测工件(系统)的泄漏检测但为了适应高节奏下 的运作,必须缩短充气时间,在图5的气路设计中就提 供了 “快速充气” 的途径 具体方法如下:在气路上方,即气源至球阀的干路 中的 “C” 点外,引出一条支路,经气控阀AV1连接到干 路中的 “D” 点,在那里与前述检漏仪的输出汇合后通过 球阀引入油箱口。
图中,8为一气压自动调节器,它接 受压力传感器9的反馈信号和电箱10中检漏仪发出 的控制信号,以确保D处的输出气压和从C点引出的 旁路气压精确地保持在设定值泄漏仪检测过程中对 各环节的程序控制是由检漏仪承担的,在进行生产节 拍下的运作时,其中的充气阶段被分成二个时段,前一 个即为快速充气(称 “充气1”)此时,检漏仪发出的信 号使电磁阀SV1动作,而SV1的输出又驱动气控阀AV1,从而引起 “旁路充气”,并在D点与检漏仪的输出汇合后向油箱快速充气设PT为生产节拍下泄漏检测中的测试压力值, PT可以定为国家标准规定的3163kPa ,也可高于这个值,具体取多少,由所面对的车 型而定同样,“充气1” 时段的长短和充气1时的压力 也取决于所检测的车型,但有一点是肯定的,即快速充 气时的压力必然大于PT而在完成气1后,油箱内的压力可达到比PT值高20 %左右的水平,然后在检漏仪 的控制下,关闭旁路充气,转入 “充气2” 时段严格来 讲,此时并不是充气,而是放气,即通过油箱中压缩空 气的回流,使气压渐渐下降。