汽車燃油系統(tǒng)密封測(cè)試不合格因素分析

保千林

關(guān)鍵詞：汽車燃油系統(tǒng)；密封測(cè)試；泄漏

0 前言

汽車燃料儲(chǔ)存在油箱中，并通過燃油泵、燃油管道和其他部件輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)除了能給汽車提供所需的燃料之外，還能對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行冷卻，因此一旦燃油系統(tǒng)出現(xiàn)了泄漏，不僅會(huì)造成汽車受損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致失火、爆炸等事故，其后果是災(zāi)難性的。為了確保汽車在行駛過程中的安全，減少燃油蒸汽對(duì)環(huán)境的污染，本文重點(diǎn)討論燃油系統(tǒng)的密封性和流動(dòng)性，并分析了故障因素。

1 燃油系統(tǒng)的組成及工作原理

1. 1 燃油系統(tǒng)的組成

燃油系統(tǒng)有2 個(gè)主要系統(tǒng)：燃油輸送系統(tǒng)和蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)的主要功能是根據(jù)需要向發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃油，而不受汽車狀況的影響。燃油系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包括油箱、燃油泵、燃油過濾器和燃油導(dǎo)軌。

1. 2 燃油系統(tǒng)的工作原理

1. 2. 1 燃油輸送系統(tǒng)

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，燃油泵從油箱中吸取燃油并增加壓力。燃料通過燃料過濾器過濾，以保持其在被送到燃料分配器之前的清潔。在燃油分配器中，通過燃油壓力調(diào)節(jié)器平衡壓力，多余的油通過回油管返回油箱，如圖1 所示。

1. 2. 2 燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)

在汽車運(yùn)行過程中，隨著溫度的升高，油箱中的燃油形成蒸汽，通過管道被帶到活性炭罐中，被活性炭顆粒吸附。在發(fā)射器的正常運(yùn)行過程中，必須利用進(jìn)氣管的真空功能打開活性炭罐中的電磁閥；新鮮空氣被吸入活性炭罐，洗去附著在活性炭顆粒上的蒸汽，隨后燃油和氣體被吸入氣缸進(jìn)行燃燒。

2 燃油系統(tǒng)密封測(cè)試原理

2. 1 密封測(cè)試區(qū)域

由于燃油泵開啟壓力過高，因此燃油系統(tǒng)密封測(cè)試試驗(yàn)車處于貧油狀態(tài)；測(cè)試中無法打開燃油泵，導(dǎo)致從燃油泵到發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓油管回路無法測(cè)試。而燃油系統(tǒng)密封測(cè)試的重點(diǎn)是管道密封，主要測(cè)試區(qū)域有燃油加注實(shí)線及加注軟管、活性炭罐及通風(fēng)管、油箱和汽化控制閥。

2. 2 燃油密封測(cè)試原理

2. 2. 1 密封測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

在密封油箱開口和燃油系統(tǒng)的炭罐后，施加3.63 kPa 的壓縮空氣；當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的壓降不超過490 Pa 時(shí)，保持壓力5 min。

2. 2. 2 流量測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

在關(guān)閉油箱通風(fēng)口和炭罐至3.63 kPa 并釋放木炭罐通風(fēng)口后，在0.5～2.0 min 內(nèi)系統(tǒng)中的殘余壓力不得超過0.98 kPa。燃油系統(tǒng)密封測(cè)試設(shè)備必須將燃油密封參數(shù)轉(zhuǎn)換為等效參數(shù)，以確保生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。密封測(cè)試要求填充壓力為（6.0±0.3） kPa，3 s 內(nèi)壓力下降小于30 Pa，而平穩(wěn)性測(cè)試要求6 s 內(nèi)壓力下降大于1 000 Pa。

2. 2. 3 密封測(cè)試

用木炭棒密封木炭罐的通風(fēng)管，用壓縮空氣填充油管的裝置，要求經(jīng)過3 s 的壓降試驗(yàn)，系統(tǒng)壓力達(dá)到（6.0±0.3） kPa 的穩(wěn)定壓力，3 s 內(nèi)系統(tǒng)的壓降不得超過30 Pa。

2. 2. 4 平穩(wěn)性測(cè)試

通過密封測(cè)試后，將木炭棒從炭缸的通風(fēng)管中取出，進(jìn)行6 s 的壓降試驗(yàn)，6 s 內(nèi)系統(tǒng)的壓降必須小于1 000 Pa。

2. 3 密封不合格原因

通過對(duì)燃油系統(tǒng)各部分的零件性能進(jìn)行分析，可以得出對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的路線為加油口—油箱—蒸汽單向閥—燃油回油管—炭罐—炭罐通氣管。同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)共有3 處故障導(dǎo)致測(cè)試不通過：燃油密封測(cè)試轉(zhuǎn)換接頭未擰緊造成泄漏；加油硬管、通氣管卡箍未打緊，裝配不符合工藝要求造成泄漏；炭罐通氣管堵頭未堵緊造成泄漏。

3 燃油系統(tǒng)密封測(cè)試不合格案例

3. 1 燃油密封圈的密封性失效

某次燃油系統(tǒng)密封測(cè)試期間，有8 輛汽車連續(xù)沒有通過燃油密封性測(cè)試，必須壓縮幾次才能進(jìn)行測(cè)試。燃油系統(tǒng)密封測(cè)試在反復(fù)壓縮后通過，說明整個(gè)汽車的管道沒有問題。分析測(cè)試數(shù)據(jù)可知，測(cè)試壓力無法穩(wěn)定在（6.0±0.3） kPa，密封測(cè)試的壓降也無法保證在3 s 內(nèi)小于30 Pa。因此懷疑燃料系統(tǒng)管道連接處空氣密度低，要么管道損壞，要么炭棒密封不嚴(yán)。

由于長(zhǎng)期磨損后的常見故障是設(shè)備管線連接處的密封圈故障，所以先將燃油系統(tǒng)密封測(cè)試設(shè)備適配器更換為內(nèi)部密封圈。更換密封圈后，故障頻率下降，但在跟蹤的8 輛汽車中仍有2 輛故障車。對(duì)炭棒的檢查發(fā)現(xiàn)炭棒表面有許多凹坑，凹坑和通風(fēng)口的密封性能受到炭棒與通風(fēng)管連接的影響，更換炭棒后，對(duì)8 輛汽車進(jìn)行了測(cè)試，問題得到了糾正。

3. 2 燃油系統(tǒng)泄漏和炭罐問題

某次燃油系統(tǒng)密封炭罐測(cè)試期間，4 輛汽車相繼沒有通過燃油系統(tǒng)密封測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示密封失效及泄漏，當(dāng)天共有6 輛汽車的燃油系統(tǒng)密封測(cè)試不合格。分析測(cè)試數(shù)據(jù)可知，測(cè)試壓力沒有達(dá)到（6.0±0.3） kPa，僅為5.6 kPa，而其他汽車測(cè)試正常，說明測(cè)試設(shè)備和附件沒有問題，包括適配器、炭棒、墊片等。燃油系統(tǒng)密封測(cè)試失敗，表明燃油系統(tǒng)有泄漏。對(duì)管道進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)管道有扭結(jié)現(xiàn)象，連接也很可靠。

對(duì)塑料件炭罐從不同材質(zhì)的零件進(jìn)行分類排查。拆開炭罐，發(fā)現(xiàn)炭罐底部有裂紋。更換炭罐后，汽車燃油系統(tǒng)通過了密封測(cè)試。對(duì)其余5 個(gè)炭罐進(jìn)行拆解，問題一致。追溯原因發(fā)現(xiàn)在材料運(yùn)輸過程中，有一箱材料掉落，未對(duì)異常部件進(jìn)行檢查并送至生產(chǎn)線，導(dǎo)致所生產(chǎn)的炭罐底部有裂紋，引發(fā)燃油系統(tǒng)泄漏［3］。

4 燃油系統(tǒng)密封測(cè)試不合格的影響因素及改進(jìn)措施

4. 1 燃油系統(tǒng)密封測(cè)試不合格的影響因素

燃油系統(tǒng)密封圈的功能是防止密封面的間隙造成泄漏，密封圈泄漏是由密封面兩端的壓力差造成的。

炭罐是汽車蒸汽控制系統(tǒng)的一部分，可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后燃油蒸汽逸入大氣。炭罐管路破損，燃油蒸汽就會(huì)沿著破損處直接排入大氣中，造成車內(nèi)油味大，也可能會(huì)導(dǎo)致不定時(shí)唑車現(xiàn)象。

4. 2 改進(jìn)措施

（1） 檢查發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、頂蓋和氣體密封連接表面。

當(dāng)汽車燃料系統(tǒng)的排氣閥處于工作狀態(tài)時(shí)，密封環(huán)必須靜止在帶有止動(dòng)邊緣的閥蓋配合面，并且密封環(huán)和頂蓋圓柱體內(nèi)表面之間不能有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在使用一段時(shí)間后，閥蓋和頂蓋各自配合面的變形會(huì)直接影響排氣閥的密封性。測(cè)量尺寸和形狀公差，發(fā)現(xiàn)任何差異應(yīng)予以糾正或更換為新產(chǎn)品。

（2） 檢查壓縮環(huán)、支撐彈簧、彈性墊的剛性及彈性。

必須對(duì)壓縮環(huán)、支撐彈簧和彈性墊的壓縮和支撐作用進(jìn)行充分性稱重和分析。在20 多次稱重測(cè)試中，壓縮環(huán)和彈性墊基本上沒有變形，重新審查發(fā)現(xiàn)，測(cè)試對(duì)密封性能存在一些影響。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，更換支撐彈簧后，未能關(guān)閉的排氣閥性能得到改善。因此，在維修過程中應(yīng)檢查支撐彈簧的情況。如果支撐彈簧變形嚴(yán)重，應(yīng)該用新的產(chǎn)品進(jìn)行更換，第二次維修可以對(duì)照舊的測(cè)試進(jìn)行評(píng)估，以確定是否需要更換。

（3） 密封環(huán)的改進(jìn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證。

經(jīng)過反復(fù)測(cè)試和分析發(fā)現(xiàn)主要發(fā)揮密封作用的是由聚四氟乙烯制成的密封環(huán)。聚四氟乙烯的缺點(diǎn)是力學(xué)性能低、剛度低、熱膨脹系數(shù)高，該材料在航空航天領(lǐng)域被用作耐高溫和耐腐蝕的襯里和密封件。

影響燃油系統(tǒng)密封性能的主要因素是頂蓋內(nèi)腔和密封環(huán)配合面之間的接觸環(huán)帶寬度。如果密封環(huán)的外徑保持不變，當(dāng)線膨脹系數(shù)的角度減小時(shí)，頂蓋內(nèi)腔和密封環(huán)配合面之間的接觸帶寬度增加。經(jīng)過幾次設(shè)計(jì)改進(jìn)，將線膨脹系數(shù)的角度從10°調(diào)整到6°，頂蓋內(nèi)腔和密封環(huán)配合面之間的接觸帶寬度從約3.8 mm 增加到約4.8 mm；同時(shí)減小面膨脹系數(shù)的角度，并相應(yīng)調(diào)整密封環(huán)外徑，則密封環(huán)的厚度保持不變，靈活性和強(qiáng)度可以得到保證。改進(jìn)后密封環(huán)的密封效果較為理想。

經(jīng)過以上分析，根據(jù)氣體釋放閥的密封測(cè)試要求，有針對(duì)性地研究和改進(jìn)了附在氣體釋放閥上的先進(jìn)密封環(huán)。密封測(cè)試時(shí)，氣缸壓力從94 kPa 到45 kPa 應(yīng)不少于150 s，以檢查密封環(huán)的密封性能。為保證測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性，將測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)到200 s，測(cè)試合格率達(dá)到100%。

（4） 采用目視檢查法和壓力法測(cè)試密封性能。

目視檢查法是測(cè)試密封性能最常用的方法之一，通常加以醒目的顏色，如熒光漆或氣泡，使泄漏表面更明顯，更容易讓診斷者評(píng)估，提高診斷的準(zhǔn)確性。這種方法需要一定的經(jīng)驗(yàn)和仔細(xì)徹底的方法。

壓力法則可以準(zhǔn)確地指出泄漏的確切位置。該方法是在泄漏的浮油周圍放置一個(gè)適當(dāng)?shù)膲毫φ郑谌萜鞯倪m當(dāng)位置涂抹發(fā)泡劑，對(duì)空氣施加壓力，觀察里面是否出現(xiàn)氣泡，如果出現(xiàn)氣泡，則對(duì)氣泡進(jìn)行定位。可以在油罐中加入壓縮空氣，但這主要適用于新處理或新修復(fù)的油罐。

（5） 采用染色法和加壓器增強(qiáng)密封效果。

染色法是將染色劑與油溶液混合，涂抹在油罐的內(nèi)部，然后將油罐內(nèi)的空氣吹出。將油溶液涂抹在泄漏區(qū)域的外面，即使在黑暗的地方也能看到泄漏區(qū)域，進(jìn)一步提高檢查效率。如果泄漏不嚴(yán)重，可以在清潔好的地方涂抹密封膠。如果出現(xiàn)比較嚴(yán)重的滲漏問題，應(yīng)該把已經(jīng)密封的結(jié)構(gòu)分開，通過重新涂抹密封劑來加固。另外，也可以使用專用的加壓器將密封膠從結(jié)構(gòu)外部注入到泄漏點(diǎn)周圍的縫隙中，這2 種方法都可以用來加強(qiáng)密封效果。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，檢查燃油系統(tǒng)是否泄漏是一項(xiàng)極其重要的工作。如果發(fā)生燃料泄漏，汽車可能會(huì)燃燒或爆炸，影響汽車安全并危及人員和財(cái)產(chǎn)安全。通過對(duì)燃油系統(tǒng)的分析，了解燃油密封系統(tǒng)的組成及密封測(cè)試的原理，識(shí)別燃油密封測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行控制，提高生產(chǎn)效率及汽車可靠性。對(duì)汽車燃油系統(tǒng)密封性問題進(jìn)行綜合考慮，優(yōu)化汽車燃油系統(tǒng)泄漏檢測(cè)缺陷消除的設(shè)計(jì)，保證缺陷消除，讓系統(tǒng)順利運(yùn)行，有效控制各類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，使得汽車在行駛中更加安全。