失效问题分析和解决
康娜王平安戴维齐骥
（北京奔驰汽车有限公司，北京100176）
摘要：针对发动机装配过程中出现的火花塞孔密封性失效问题，开展系统的根本原因分析，结合火花塞装配拧紧过程及失效发动机拧紧过程信息，确认了火花塞拧紧过程出现的垫片卡滞与火花塞孔密封性
失效的因果关系。同时基于该根本原因分析结果和装配过程节拍需求，综合完成火花塞拧紧三阶段
过程的拧紧参数优化，系统有效地预防了火花塞垫片卡滞情况的发生，解决了火花塞孔密封性失效
的问题，在降低生产线返工成本的同时，提高了发动机装配一次性合格率。
关键词：火花塞孔密封性失效；火花塞垫片卡滞；拧紧参数优化
中图分类号:TB492文献标识码:B
DOI：10.19287/jki.1005-2402.2019.11.032
Problem solving process of spark plug hole sealing leakage during engine assembly process
KANG Na,WANG Pingan,DAI Wei,QI Ji
(Beijing Benz Automotive Co.,Ltd.,Beijing100176,CHN)
Abstrct:In terms of the spark plug hole sealing leakage in engine assembly process,root cause has been deeply dived combined with spark plug tightening process and all failure engines tightening information.Finally
the connection between the deformed spark plug sealing ring during tightening process and spark plug
leakage has been confirmed as root cause.At the same time,in order to solve this issue,the3phase tight
ening parameters has been optimized to prevent more deformed sealing ring failure and leakage rate.
Finally the issue has been solved to reduce the cost and the efficiency has also been improved.
Keyword:spark plug hole sealing leakage；spark plug sealing ring deformed；tightening parameter optimization
发动机是汽车的动力来源，为汽车行驶提供源源不断的动力。发动机实现稳定能源供应的前提是发动机能够在密闭的燃烧室容积内稳定的释放能量。如果发动机燃烧室内、油路、气路系统出现泄漏问题，会导致发动机短期或长期动力输出波动，不能稳定工作。在发动机生产制造过程中，为保证发动机的密封特性满足发动机长短期运行的要求，需要在发动机完成重要零部件的装配后，进行整机的密封性测试—
—对发动机润滑、燃油、冷却等重要系统进行密封性检测。因此在大型发动机装配制造工艺中，发动机整机密封性测试也成为发动机最重要的质量测试工位之一E。
发动机火花塞作为发动机点火系统和燃油系统正常工作最重要的零件，对于保证发动机正常动力输出有重要影响。如火花塞与缸盖结合面密封不严，发动机将不能正常工作，甚至有引燃泄漏混合气的风险，造成发动机机外燃烧，直接影响整机运行安全。在北京奔驰发动机装配过程中，为了确保火花塞100%的密封性要求，会对发动机的油道密封性，其中包括火花塞与缸盖密封面进行泄漏测试。本文结合北京奔驰发动机装配生产线整机密封性测试Top问题之------火花塞密封性测试失效问题，通过对火花
塞密封性失效根本原因的分析和问题解决过程，进一步提升发动机整机一次性合格率的提升，减少由于发动机测试不良造成的返工工时和成本的增加，进一步实现装配过程的降本增效。
1火花塞孔密封性失效模式
北京奔驰发动机装配生产线为保证发动机整机质量，特别设置发动机整机密封性测试工位，对发动机水道和油道泄漏值进行密封性测试，如图1所示。
图］
发动机装配生产线整机密封性测试工位
2019年第「期
Auto Manufacturing Technology
汽车制造技术以发动机油道系统为例，如图2所示，对试漏工位油
道测试路径进行介绍。试漏设备中的加压空气由油底壳
曲轴通风系统，穿流至机油冷却器、机油滤清器进而分别
进入发动机缸体主油道和缸盖等润滑油道系统。
图2发动机油路系统循环示意图
装配线1装配线2装配线3图5发动机火花塞泄漏后接触表面状态
密封的压缩空气在曲轴箱内时，由于活塞装配完成后与缸筒之间有一定缝隙，在发动机燃烧室中仍然会有一部分测试空气。而燃烧室在试漏工位与外界直接的密封性则依靠火花塞与缸盖之间的拧紧面保证。如火花塞与缸盖之间的贴合面发生泄漏，发动机缸筒内的压缩空气则向夕卜部泄漏，当泄漏数值
超过上限时，发动机整机油道泄漏测试不合格。发动机失效形式如图3所示。
图3发动机火花塞密封失效示意图
拆检发动机火花塞后，观察缸盖与火花塞接触面，如图4所示，缸盖与火花塞在相应的贴合位置均有堆积铝屑硝伤痕迹，造成压缩空气从贴合缺陷处泄漏，导致整机密封性测试不合格。
图4发动机火花塞泄漏后接触表面状态
北京奔驰发动机装配线采用100%相同的装配工艺。每日装配线由于火花塞孔密封性失效导致的发动机整机一次性不合格率一直为制约提升发动机质量合格率的关键因素之一。
而从图5中可以看出，火花塞密封性测试失效的比例三条装配线基本都保持一致，与不同装配生产线的物理地址并无直接联系。为此，本文结合装配的具体过程，以失效模式为基础，开展问题根本原因分析，并采取优化过程的措施，解决发动机火花塞密封性测试失效的问题。
2火花塞孔密封性失效模式根本原因分析
2.1发动机整机密封性测试工位准确性验证
火花塞孔密封性失效导致发动机整机密封性失效开展问题分析的前提是发动机整机密封性测试工位能提供准确的判定结果。为此本文首先对整机密封性测试工位测量系统准确性进行了验证。
本文采用了典型的测量系统分析方法（MSA方法），采用样机开展MSA-Typel&Type3的测量，测量系统的Cg均大于1.33，证实整机密封性测试工位测量数据可信，可为后期火花塞密封性失效分析提供真实的数据。
2.2火花塞装配及拧紧过程分析
在整机密封性测试结果准确的基础上，
本文重点对火花塞的装配过程以及拧紧过程进行了分析。如图6所示，操作员工按照标准作业指导书规定在完成火花塞的来件检查后，用套筒扳手将其预紧至缸盖，然后用电动拧紧按照标准力矩要求对火花塞进行最终拧紧，在达到合格扭矩后，放行发动机，直至发动机进入整机密封性测试工位，如出现火花塞密封性失效问题，则开展发动机正常返工操作，直至再次满足质量要求。
图6发动机火花塞拧紧装配过程
综合火花塞的装配过程，唯一可能对火花塞与缸盖贴合表面带来影响的过程为火花塞拧紧工位。为此
汽轴I造技术Aulo Manufacturing Technology2019年第"期
本文首先对火花塞密封性失效的发动机火花塞拧紧数据进行检查，发现如图7和图8所示的规律。
图8火花塞拧紧失效过程的拧紧曲线变化
通过研究火花塞拧紧过程曲线，发现火花塞在拧紧过程中第三个火花塞拧紧爆红（错误代码为WI），报错原因是发动机火花塞在刚刚完成第二阶段拧紧之后，扭矩突然下滑，无法满足第三阶段继续拧紧，即扭矩继续增加的要求，不能继续拧紧过程。此时拆检该扭矩爆红的火花塞，发现火花塞的铜垫片卡滞在螺纹扣上，如图9所示。后续由工人手动推回火花塞铜垫片至来件灵活状态后，继续拧紧。后续发动机在密封性测试工位发生火花塞孔泄漏情况。基于上述研究调查结果，本文对所有出现火花塞密封性失效的发动机进行了拧紧过程的检查，研究发现火花塞密封性失效的发动机100%均出现了火花塞孔拧紧报错的情况，为此本文针对火花塞孔密封性失效与拧紧报错之间的关系进行进一步的分析。
图9火花塞拧紧爆红后拆检发现铜垫片卡滞
2.3火花塞密封性失效根本原因分析
基于上述结果，本文首先对现有的火花塞拧紧过程参数进行详细的研究。火花塞拧紧过程中共有三个阶段，如图10至图12所示：
如图10所示，第一阶段为拧紧扭矩监控：火花塞在0〜6000。拧紧过程中时，电动拧紧转速为400r/ min，为探测过程中可能出现的螺纹损伤、杂质和异物，拧紧力扭矩不能超过5N・m o
图10火花塞拧紧第一阶段要求
如图11所示，第二阶段为拧紧角度监控，拧紧转速为150r/min，为监控扭矩以正常速率递增，当火花塞与缸盖贴合初期力矩达到1.2N・ni左右时，角度变化范围应在650。以内。
图11火花塞拧紧第二阶段要求
如图12所示，第三阶段为火花塞与缸盖最后贴合阶段，拧紧转速为10r/min，扭矩递增至最终扭矩要求22.5N・m后电动拧紧停止转动。
图12火花塞拧紧第三阶段要求
综合所有火花塞密封性失效过程发现95%的火花塞在第一次拧紧过程中都出现了第_阶段或第二阶段初始报警情况。同时综合报警后拆检火花塞铜片卡滞的状态，对卡滞的原因进行了初步的分析，如图13所示。
图13火花塞拧紧过程中铜垫片卡滞示意图
火花塞在第一阶段拧紧过程中，由于拧紧转速较高，同时火花塞和套筒之间有配合框量，由于高速旋转惯性，火花塞铜垫片卡滞在螺纹扣上。部分火花塞铜垫片卡滞力矩大于5N・m，自动进行第二阶段拧紧过程。还有部分第一阶段报警后，操作工手动拆检并推回垫片后,
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发动机密封Aulo Manufacturing Technology
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继续重新装配。而两种情况下，铜垫片在微观形态上已经发生了形状变形，在与缸盖贴合过程中，即产生斜面贴合，造成缸盖表面产生铝屑斜切，在后续第二三阶段力矩增长过程中铝屑持续堆积，造成接触表面不平，后续火花塞密封性测试泄漏不合格，整体原理如图14所示。
图14火花塞垫片变形后与缸盖表面斜切
3火花塞孔密封性失效问题解决
为进一步验证失效的根本原因，同时将拧紧参数优化作为问题解决的措施，本文结合拧紧过程特点，对火花塞的拧紧策略进行优化。
首先为解决第一阶段由于高速旋转惯性导致的火花塞垫片卡滞的问题，降低拧紧运行转速。但降低转速时，会增加该工位的工时（发动机共有四个火花塞孔，转速降低工时成4倍效应，无法满足生产节拍）。为此综合工时和质量要求，对火花塞垫片可能发生卡滞的极限位置即螺纹卡滞的圈数即拧紧角度进行优化。优化的拧紧参数如下，如图15〜17所示。
图16优化后的火花塞拧紧第二阶段参数
如图15所示，结合火花塞垫片卡滞的极限圈数角度（火花塞倒数3圈螺纹扣），将第一阶段高速旋转的角度范围从6000。减小至5500。，扭矩不超过5N・叫有效避开火花塞垫片可能卡滞的角度区间，同时满足工时要求。
如图16所示，火花塞拧紧第二阶段区间由于第一阶段的调整，由原有6000°开始变为5500。开始，而降低该阶段关键影响因素—
—运行转速由650r/min变为80r/min，最大程度消除火花塞垫片可卡滞区域内（火花塞倒数3圈螺纹扣）由于高速旋转带来的卡滞风险，避免火花塞垫片卡滞引发的变形。
图17优化后的火花塞拧紧第三阶段参数
如图17所示，在火花塞拧紧的第三阶段，由于火花塞已与缸盖完全贴合，为压缩拧紧工时，提高生产效率，将第三阶段转速提高至15r/min，直至跳到达22.5N・m o 完成上述火花塞拧紧过程的三阶段拧紧参数调整后，以发动机三条装配线火花塞密封性测试结果来验证根本原因分析的正确性和措施的有效性。在上述拧紧参数调整后，火花塞再次发生密封性失效的比例降低至0，该问题得到了彻底解决，同时也验证了火花塞孔与缸盖铝屑堆积导致密封性失效与火花塞垫片拧紧过程中爆红卡滞变形的必然联系，为该问题的解决提供了依据。
4结语
本文针对发动机装配过程中火花塞孔密封性失效的问题，开展了系统的问题根本原因分析，探讨了火花塞孔密封性失效与火花塞拧紧过程异常之间的因果关系，并基于该原因的推理，制定并优化形成措施，针对火花塞拧紧过程，优化了拧紧三阶段的扭矩参数，有效避免了拧紧过程中可能发生的卡滞导致的火花塞孔密封性失效。
该问题解决后在满足发动机火花塞拧紧扭矩特性及生产节拍的要求下，显著降低生产线返修成本约138000元人民币，同时明显提高了生产线发动机整机质量一次性合格率和管理人员的管理效率。
参考文献
[1]袁顺，邢韬.火花塞装配过程失效分析[J].汽车工艺师,2018（1）：
46-48.
第一作者：康娜，女,1990年生，硕士，工程师，主要从事汽车发动机装配线质量管理工作。
（编辑高扬）
（收稿日期:2019-07-28）
文章编号：191136
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