楊情操，李紹鋒，朱 曉，呂傳志

(1.南京依維柯汽車有限公司，南京 210028；2.陸軍車船軍事代表局駐南京地區(qū)軍事代表室，南京 210037)

柴油車塑料油箱吸癟原因分析及優(yōu)化

楊情操1，李紹鋒2，朱 曉1，呂傳志1

(1.南京依維柯汽車有限公司，南京 210028；2.陸軍車船軍事代表局駐南京地區(qū)軍事代表室，南京 210037)

根據(jù)對某柴油車塑料油箱由于負壓產(chǎn)生吸癟現(xiàn)象進行分析，柴油車在使用一段時間后車內(nèi)燃油減少即會產(chǎn)生負壓，不同液面高度在相同時間內(nèi)壓力變化不同，對負壓調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)進行分析優(yōu)化，最后通過調(diào)整閥體與閥片接觸面，解決了該柴油車塑料油箱吸癟的現(xiàn)象，為后續(xù)類似問題的處理提供了借鑒。

柴油車；塑料油箱；吸癟；調(diào)節(jié)閥

隨著汽車數(shù)量的不斷增加，汽車的安全性越來越引發(fā)廣泛關(guān)注，特別是汽車燃油供給系統(tǒng)中的燃油箱，成為一個不可忽視的重要的安全部件[l]。油箱在使用過程中，有時會因內(nèi)部壓力過小而導(dǎo)致向內(nèi)凹陷變形，俗稱“油箱吸癟”?！坝拖湮T”不僅會造成油箱變形，導(dǎo)致油表不準；還會因內(nèi)部負壓過大，使發(fā)動機在汽車行駛時突然熄火，特別是在高速行駛中的突然熄火，極易造成交通事故，甚至還會因油箱變形過大而破裂，從而引發(fā)燃油泄漏甚至火災(zāi)爆炸等[2-3]。因此，對油箱“吸癟問題”進行細致的原因分析，并從根本上解決問題是十分必要的。這類問題在汽車售后市場上經(jīng)常發(fā)生，且多發(fā)于柴油車中[2]，本文以某柴油車“油箱吸癟”為例，對問題進行詳細分析。

1 柴油車燃油供給系統(tǒng)

某柴油車的燃油供給系統(tǒng)包括手動油泵、柴油濾清器、油水分離器、油量傳感器、帶雙向閥油箱蓋、供油油管、回油油管、塑料油箱以及發(fā)動機內(nèi)部的高壓油管、噴油器等組成，如圖1所示。

圖1 燃油供給系統(tǒng)示意圖

塑料油箱與金屬油箱相比，存在耐腐蝕、輕量化、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，故在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用。但塑料油箱通常采用吹塑工藝[4]，內(nèi)部無隔板，在形狀較為規(guī)整時，抗負壓能力較弱。

發(fā)動機工作時，塑料油箱內(nèi)燃油經(jīng)油水分離器、柴油濾清器、手動油泵及供油油路等輸送至發(fā)動機高壓油泵系統(tǒng)，高壓油泵系統(tǒng)多余燃油經(jīng)回油油路直接流回塑料油箱。經(jīng)過燃油消耗，塑料油箱內(nèi)氣壓會持續(xù)下降，造成內(nèi)部壓力小于外部大氣壓力。

在發(fā)動機熄火，環(huán)境溫度增加時，油箱內(nèi)燃油揮發(fā)，空氣膨脹，內(nèi)部氣壓增大[5]。

為防止油箱內(nèi)壓力和大氣壓力相差過大，在油箱蓋上設(shè)有一個雙向閥體來調(diào)節(jié)油箱內(nèi)外的氣壓，平衡燃油系統(tǒng)內(nèi)部壓力。

2 油箱內(nèi)氣壓變化分析

針對某柴油車出現(xiàn)的塑料油箱吸癟問題，從油箱內(nèi)氣壓降低進行分析。

該塑料油箱最大容積93L，油箱上部留有部分緩沖空間，按不同液面高度的油量使用情況進行分析，燃油容積分別為90L、80L、70L三種狀態(tài)。塑料油箱在內(nèi)外壓差超過5kPa時即可吸癟變形。

假定大氣壓為標準大氣壓p0=101.33kPa，油箱內(nèi)空氣溫度不變，車速為100km/h，油耗QS=10L/100km，每分鐘耗油1/6L，油箱內(nèi)空氣體積初始為V0，運行時間為t分鐘，t分鐘后體積變化為V1，壓強變化為p1，油箱內(nèi)外壓強差為Δp

根據(jù)壓強與體積的關(guān)系可知：

p0·V0=p1·V1

(1)

(2)

Δp=p1-p0

(3)

Δp如表1所示。圖2為運行t分鐘后油箱內(nèi)外壓力差對比圖。

表1 不同燃油容積消耗t時間后容積-壓力變化表

圖2 不同油量油箱內(nèi)外壓力差對比圖

從圖2可知，油箱越滿，燃油容積越多，則在同樣時間內(nèi)消耗燃油后造成的內(nèi)外壓力差越大，塑料油箱在消耗一定燃油后，如果向內(nèi)通氣閥未開啟或開啟流量不足，則會造成塑料油箱吸癟變形。

3 油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥基礎(chǔ)狀態(tài)分析

該油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥由控制彈簧、閥體和閥片組成。當(dāng)油箱內(nèi)燃油消耗，壓力降低到開啟壓力時，則閥片在內(nèi)外壓差作用下向下運動，壓縮控制彈簧，進氣通道沿紅線所示路徑進入油箱，使得內(nèi)外壓力趨于平衡；當(dāng)內(nèi)外壓力一致時，則閥片在控制彈簧作用下回到初始狀態(tài)，密封油路系統(tǒng)。具體如圖3所示。

圖3 油箱蓋負壓進氣圖

由油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥的工作原理可知內(nèi)外壓強與彈簧力相互關(guān)系，如式(4)所示。圖4為油箱蓋調(diào)節(jié)閥示意圖。

(4)

式中：k為彈簧剛度系數(shù)；x為彈簧的壓縮量；a為閥體與閥片接觸處直徑；b為閥片受壓面直徑。

圖4 油箱蓋調(diào)節(jié)閥示意圖

4 油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥問題分析及優(yōu)化改進

在實際中出現(xiàn)負壓調(diào)節(jié)閥不起作用導(dǎo)致油箱吸癟的問題，需要對油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥拆解分析，對零件拆解后發(fā)現(xiàn)問題所在。拆解后零件如圖5所示。

圖5 舊油箱蓋調(diào)節(jié)閥拆解圖

由于汽車在運動過程中油液晃動，會將燃油濺到油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥片上，燃油具有一定粘度，實際在使用中，閥體與閥片在分開前的時刻，內(nèi)外壓強平衡狀態(tài)符合公式(5)。

(5)

式中F為燃油粘結(jié)力。

在閥體與閥片完全分開后，內(nèi)外平衡應(yīng)為公式(6)。

(6)

因a、b相差較大，且有燃油粘結(jié)力存在，造成閥體與閥片分離時存在阻礙，在增大a同時調(diào)整k，形成新的內(nèi)外平衡；為降低燃油粘結(jié)力對閥體調(diào)節(jié)的影響，修改閥體與閥片接觸面輪廓，由弧面接觸改為銳角接觸，調(diào)節(jié)閥優(yōu)化后如圖6所示。

圖6 油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥優(yōu)化圖

對改進優(yōu)化后的油箱蓋負壓調(diào)節(jié)閥進行臺架試驗，內(nèi)外壓差開啟壓力由原件的6kPa降至1kPa時開啟，且流量大于1L/min，實車道路試驗再未出現(xiàn)塑料油箱吸癟故障。改進前后油箱在使用過程中的對比如圖7所示。

圖7 改進前后油箱使用過程對比圖

5 結(jié)束語

(1)油箱在實際使用中會由于燃油減少出現(xiàn)負壓，不同燃油容積在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的負壓不同，油箱內(nèi)燃油越多，負壓越大。

(2)油箱內(nèi)壓過低導(dǎo)致塑料油箱吸癟問題，通過加大閥片外壓受力面，減少閥體與閥片的接觸面積，降低了閥片與閥體分離時的突變及燃油粘結(jié)力造成的影響，解決了塑料油箱吸癟的故障，為后續(xù)類似問題的處理提供了借鑒。

[1]朱其文.汽車燃油箱安全性能檢測方法的研究[J].天津汽車，2005，23(5)：24-28.

[2]田峰，王文水，楊菲菲.基于FA的燃油箱吸癟問題分析及改進[J].汽車工程師，2014，55(7)：49-51.

[3]覃星翠，胡細平，康意誼，等.汽車燃油供給系統(tǒng)布置設(shè)計要素[J].裝備制造技術(shù)，2015(12)：88-92.

[4]王靈龍，朱其文，王陽，等.汽車燃油箱失效形式[J].汽車工程師，2012，33(9)：49-52.

[5]李盈盈，胡杰，劉聰聰，等.基于FLUENT的汽車燃油箱熱害分析及優(yōu)化[J].汽車實用技術(shù)，2016(3)：29-31.

(責(zé)任編輯：趙麗琴)

AnalysisofShrinkageofDieselPlasticTankanditsOptimization

YANG Qingcao1,LI Shaofeng2,ZHU Xiao1,LV Chuanzhi1

(1.NAVECO LTD，Nanjing 210028,China;2.Military Representative Office in nanjing,Military Representative Bureau of the Army，Nanjing 210037,China)

According to the shrunken phenomenon of plastic fuel tank in diesel vehicle,the shrunken caused by negative pressure has been analyzed.With the time goes,the fuel oil is reduced and the negative pressure came out.The pressure varied at different level of the liquid at the same time.The structure of negative pressure regulating valve is analyzed and optimized,the interface between valve body and valve plate is adjusted,so the diesel suction issue of plastic fuel tank is solved,which provides a referential solution subsequent similar problems.Keywordsdiesel;plastic fuel tank;suck flat;the regulator

2017-02-24

楊情操(1980—)，男，高級工程師，研究方向：汽車底盤系統(tǒng)及部件。

1003-1251(2017)04-0083-03

U463.1

A