Des exigences plus strictes dans la production automobile

L'importance croissante des tests d'étanchéité dans l'ingénierie automobile s'explique notamment par les exigences résultant de l'objectif de réduction des émissions des réservoirs et des conduites de carburant. Les échangeurs de chaleur des systèmes de recirculation des gaz d'échappement pour la réduction des oxydes d'azote doivent également être testés pour détecter les fuites pendant la production. De même, les nouveaux fluides frigorigènes qui ne sont pas nocifs pour le climat mais qui sont hautement inflammables, comme le R1234yf, entraînent des exigences plus élevées en matière d'étanchéité. L'étanchéité des composants joue également un rôle important dans les technologies visant à augmenter le rendement des moteurs à combustion, qu'il s'agisse du refroidisseur intermédiaire des moteurs turbo ou des systèmes d'injection de carburant. Les systèmes diesel modernes à rampe commune, par exemple, doivent être étanches à des pressions allant jusqu'à 3 000 bars. Bien entendu, l'assurance qualité s'étend également aux composants directement liés à la sécurité, tels que les amplificateurs de freinage ou les générateurs de gaz des airbags. La raison des millions de rappels d'airbags qui ont lieu depuis plusieurs années maintenant : Aucune humidité de l'air ne doit pénétrer dans les générateurs de gaz pyrotechniques pendant leur cycle de vie.

Exemple 1 : échangeur de chaleur
Le problème du test des refroidisseurs et des échangeurs de chaleur est d'une part leur sensibilité à la température liée à la fonction et d'autre part leur géométrie complexe. Les résultats d'un test au bain-marie se maintiennent et tombent de toute façon avec l'attention du testeur humain. Si, en outre, la structure complexe des nervures de la pièce à tester fait que les bulles d'eau peuvent s'échapper d'une fuite mais ne peuvent pas remonter parce qu'elles sont coincées entre les nervures, l'essai au bain-marie est bien sûr vain. Les tests de chute de pression atteignent également leurs limites dans le contexte des échangeurs de chaleur. Les plus petits taux de fuite qui peuvent idéalement être déterminés par un test de chute de pression sont de l'ordre de 10-3 mbar∙l/s. Mais même les plus petits changements de température peuvent entraîner des fuites. Mais même les plus petits changements de température modifient les différences de pression qui peuvent être mesurées. En effet, si la température augmente pendant le test, les fuites ne sont pas détectées ; si la température baisse, le test de chute de pression détecte des fuites fantômes. Un exemple : Si la température dans une pièce d'essai d'un volume de 3 litres et d'une pression d'air de 2,5 bars n'augmente que de 0,1 degré pendant un intervalle de mesure de 20 secondes, cela fait passer la pression interne à 2,50085 bars. Cela signifie que tout taux de fuite apparaîtra comme étant de 0,13 mbar∙l/s (=^ 8 sccm) inférieur à ce qu'il est en réalité. La différence de température de 0,1 °C entraîne donc une erreur de mesure dans le test de chute de pression qui est cent fois supérieure au taux de fuite limite de la méthode.

Pour pouvoir tester de manière fiable les échangeurs de chaleur et les refroidisseurs aujourd'hui, on utilise des méthodes de gaz d'essai. Les gaz d'essai utilisés sont généralement de l'hélium ou le gaz de formation disponible dans le commerce, un mélange ininflammable de 5 % d'hydrogène et de 95 % d'azote. Les équipementiers automobiles du monde entier effectuent déjà plus de 800 millions de tests d'étanchéité sur les systèmes d'échangeurs de chaleur chaque année - des refroidisseurs d'huile moteur et de recirculation des gaz d'échappement aux radiateurs. En particulier pour les pièces de petite et moyenne taille qui doivent seulement être testées contre d'éventuelles fuites d'huile ou d'eau, il est recommandé d'effectuer les tests dans la chambre d'accumulation, simple et rentable. Il s'agit de mesurer la quantité de gaz d'essai qui s'échappe du refroidisseur d'huile, d'eau ou d'air de suralimentation et s'accumule dans la chambre d'accumulation sur un intervalle de temps spécifique. En pratique, les essais en hélicoptère dans la chambre d'accumulation déterminent des taux de fuite allant jusqu'à 1∙10-4 mbar∙l/s. De cette manière, l'étanchéité à l'eau (taux de fuite inférieur à 10-2 mbar∙l/s) et à l'huile (taux de fuite inférieur à 10-3 mbar∙l/s) peut être garantie.

Exemple 2 : Le climatiseur
Les changements dans le domaine des systèmes de climatisation utilisés dans les voitures renforcent également les exigences en matière d'étanchéité. En effet, les gaz à effet de serre fluorés très nocifs pour le climat, tels que le R134a, sont sur le point d'être éliminés progressivement et définitivement. À partir de janvier 2017, aucune voiture nouvellement produite dans l'UE ne sera autorisée à utiliser le R134a comme réfrigérant dans son système de climatisation. Cependant, les solutions alternatives telles que le réfrigérant R1234yf sont inflammables même à basse température et peuvent réagir pour former de l'acide fluorhydrique hautement corrosif lorsqu'elles sont exposées à la chaleur. Le R1234yf étant plus cher que le R134a, les fabricants aiment également calculer avec une réserve de réfrigérant plus faible pour leur système, ce qui augmente également les exigences d'étanchéité. Le R1234yf est actuellement privilégié par les constructeurs automobiles en Asie et aux États-Unis, tandis que le dioxyde de carbone (CO2) est une alternative populaire parmi les constructeurs automobiles allemands. Cependant, le CO2 impose des exigences techniques particulières à un système de climatisation, car il est utilisé à une pression de fonctionnement nettement plus élevée, pouvant atteindre 120 bars. Quoi qu'il en soit, les exigences en matière d'étanchéité des systèmes de climatisation et de leurs composants augmentent. L'ancienne règle empirique de 5 g de R134a, qui peut fuir par an et par point de raccordement, est obsolète en raison des nouveaux réfrigérants.

Une perte de réfrigérant de 5 g/a correspond à un taux de fuite d'hélium de 4∙10-5 mbar∙l/s. Actuellement, la plupart des composants de climatisation - qu'il s'agisse des évaporateurs, des condenseurs ou des vannes de charge - sont encore testés contre des taux de fuite de l'ordre de 10-4 à 10-5 mbar∙l/s. Pour les tuyaux de climatisation, par exemple, un test à l'hélium est utilisé dans la chambre à vide. Le test à l'hélium dans la chambre à vide à haute densité mesure la quantité d'hélium qui s'échappe de la pièce à tester dans le vide de la chambre par une fuite. Par rapport à l'essai dans la chambre à accumulation simple, l'essai dans la chambre à vide complexe présente l'avantage d'une durée de cycle plus courte. La sensibilité est également plus élevée - dans des conditions optimales, il est possible de déterminer des taux de fuite allant jusqu'à 1∙10-12 mbar∙l/s en utilisant la méthode du vide.

Bien que les constructeurs automobiles attendent du fournisseur qu'il effectue un contrôle de qualité et qu'il vérifie l'étanchéité, un test d'étanchéité est toujours nécessaire après l'installation du système de climatisation aux trois à six points de connexion du système de climatisation que le constructeur automobile a lui-même installés. Les constructeurs automobiles sont donc soucieux de maintenir le nombre de ces joints aussi bas que possible, d'autant plus que ces points sont difficiles d'accès, notamment dans le cas de véhicules plus coûteux dont l'habitacle est plus élaboré. Le test d'étanchéité des joints est alors généralement effectué lors du montage final avec un détecteur de fuites à renifleur. Dans le passé, on utilisait de l'hélium ou du gaz de formation comme gaz de test, mais aujourd'hui, les détecteurs de fuites renifleurs détectent souvent directement les réfrigérants respectifs en mesurant les traces de fuite de R134a, R1234yf ou CO2.

Exemple 3 : Composants du carburant et systèmes d'injection
En général, les systèmes de carburant, les réservoirs et les conduites de carburant sont soumis à des exigences d'étanchéité de plus en plus strictes. L'un des moteurs de cette évolution est la réglementation stricte des États-Unis et surtout de la Californie en matière de prévention des émissions d'hydrocarbures. Cela rend également problématique l'utilisation de plastiques perméables. Les réservoirs et les conduites de carburant sont donc testés aujourd'hui par de nombreux fabricants contre des taux de fuite de 10-4 à 10-6 mbar∙l/s - ce qui rend nécessaire un test d'étanchéité intégral avec des ga-ses de test. Pour les petites pièces telles que les injecteurs de carburant ou les réservoirs de motos, le test à l'hélium dans la chambre d'accumulation est un bon choix. Cependant, comme la limite de détection de la méthode d'accumulation dépend du volume libre de la chambre d'essai, de très grandes pièces sont testées à l'aide de la méthode du vide.

Les injecteurs et les pompes à essence, par exemple, sont testés avec de l'hélium dans la chambre d'accumulation contre des taux de fuite de l'ordre de 10-4 à 10-5 mbar∙l/s. Mais les systèmes d'injection modernes à rampe commune ont souvent des exigences de fuite encore plus élevées en raison des pressions particulièrement élevées auxquelles ils sont exploités - les taux de fuite limites vont ici jusqu'à 10-6 mbar∙l/s.

Exemple 4 : Airbags
C'est bien connu : Les problèmes de qualité des générateurs de gaz des airbags ont récemment conduit à plusieurs rappels de véhicules - qui n'en finissent plus. Aujourd'hui, si les fournisseurs veulent exclure la possibilité que l'humidité pénètre dans les générateurs de gaz pyrotechniques, ils effectuent généralement des tests contre un taux de fuite de 10-6 mbar∙l/s. Souvent, une méthode spéciale de gaz d'essai est utilisée à cette fin. Souvent, une méthode spéciale de gaz d'essai est utilisée à cet effet : le "bombardement". Dans la méthode de bombardement, le détonateur est d'abord soumis à une surpression d'hélium dans une chambre de pression, de sorte que le gaz d'essai pénètre par les fuites éventuelles à l'intérieur de la pièce d'essai. Le détonateur est ensuite placé dans une chambre à vide. Après évacuation de la chambre à vide, l'hélium qui a pénétré dans la pièce à tester peut s'échapper dans la chambre et y être mesuré par des spectromètres de masse. Les exigences d'étanchéité des générateurs de gaz froid pour les airbags sont un peu plus élevées que celles des générateurs pyrotechniques. Ils contiennent généralement un mélange d'hélium et d'argon. Pour que ce mélange de gaz puisse gonfler l'airbag lors de son déclenchement, il est soumis à une pression élevée qui doit être maintenue pendant au moins dix ans - certains fabricants calculent même plus de 15 ans. L'étanchéité des générateurs de gaz froid est donc également testée dans la chambre à vide, souvent contre un taux de fuite de 10-7 mbar∙l/s. Ici, bien sûr, la teneur en hélium du mélange hélium-argon qui s'échappe peut être détectée directement, sans détour par un bombardement.

Les méthodes de gaz d'essai restent indispensables
Qu'il s'agisse de la réduction des émissions, de l'augmentation de l'efficacité des moteurs à combustion ou de la sécurité des véhicules, de nombreuses raisons expliquent l'importance croissante des tests d'étanchéité dans l'ingénierie automobile. Pour les fournisseurs et les constructeurs automobiles, il n'y a aucun moyen de contourner les méthodes modernes basées sur les gaz d'essai. Les moteurs de l'avenir ne changeront pas cela de manière décisive. Les tests d'étanchéité sont également nécessaires à tous les stades de la production des batteries pour les véhicules EV/HEV. Chaque cellule de batterie - qui est ensuite assemblée en modules de batterie, puis en packs de batteries - doit être protégée de manière fiable contre la pénétration de l'air et de l'humidité. C'est pourquoi les différents éléments de la batterie sont déjà testés contre des taux de fuite limites de 10-5 à 10-6 mbar∙l/s dans la chambre à vide. Ainsi, les tests d'étanchéité avec des gaz d'essai pour la production automobile restent probablement
continueront à être indispensables à l'avenir.