柴油车塑料油箱吸瘪原因分析及优化

杨情操，李绍锋，朱 晓，吕传志

(1.南京依维柯汽车有限公司，南京 210028；2.陆军车船军事代表局驻南京地区军事代表室，南京 210037)

柴油车塑料油箱吸瘪原因分析及优化

杨情操1，李绍锋2，朱 晓1，吕传志1

(1.南京依维柯汽车有限公司，南京 210028；2.陆军车船军事代表局驻南京地区军事代表室，南京 210037)

根据对某柴油车塑料油箱由于负压产生吸瘪现象进行分析，柴油车在使用一段时间后车内燃油减少即会产生负压，不同液面高度在相同时间内压力变化不同，对负压调节阀的结构进行分析优化，最后通过调整阀体与阀片接触面，解决了该柴油车塑料油箱吸瘪的现象，为后续类似问题的处理提供了借鉴。

柴油车；塑料油箱；吸瘪；调节阀

随着汽车数量的不断增加，汽车的安全性越来越引发广泛关注，特别是汽车燃油供给系统中的燃油箱，成为一个不可忽视的重要的安全部件[l]。油箱在使用过程中，有时会因内部压力过小而导致向内凹陷变形，俗称“油箱吸瘪”。“油箱吸瘪”不仅会造成油箱变形，导致油表不准；还会因内部负压过大，使发动机在汽车行驶时突然熄火，特别是在高速行驶中的突然熄火，极易造成交通事故，甚至还会因油箱变形过大而破裂，从而引发燃油泄漏甚至火灾爆炸等[2-3]。因此，对油箱“吸瘪问题”进行细致的原因分析，并从根本上解决问题是十分必要的。这类问题在汽车售后市场上经常发生，且多发于柴油车中[2]，本文以某柴油车“油箱吸瘪”为例，对问题进行详细分析。

1 柴油车燃油供给系统

某柴油车的燃油供给系统包括手动油泵、柴油滤清器、油水分离器、油量传感器、带双向阀油箱盖、供油油管、回油油管、塑料油箱以及发动机内部的高压油管、喷油器等组成，如图1所示。

图1 燃油供给系统示意图

塑料油箱与金属油箱相比，存在耐腐蚀、轻量化、结构紧凑等优点，故在汽车行业广泛应用。但塑料油箱通常采用吹塑工艺[4]，内部无隔板，在形状较为规整时，抗负压能力较弱。

发动机工作时，塑料油箱内燃油经油水分离器、柴油滤清器、手动油泵及供油油路等输送至发动机高压油泵系统，高压油泵系统多余燃油经回油油路直接流回塑料油箱。经过燃油消耗，塑料油箱内气压会持续下降，造成内部压力小于外部大气压力。

在发动机熄火，环境温度增加时，油箱内燃油挥发，空气膨胀，内部气压增大[5]。

为防止油箱内压力和大气压力相差过大，在油箱盖上设有一个双向阀体来调节油箱内外的气压，平衡燃油系统内部压力。

2 油箱内气压变化分析

针对某柴油车出现的塑料油箱吸瘪问题，从油箱内气压降低进行分析。

该塑料油箱最大容积93L，油箱上部留有部分缓冲空间，按不同液面高度的油量使用情况进行分析，燃油容积分别为90L、80L、70L三种状态。塑料油箱在内外压差超过5kPa时即可吸瘪变形。

假定大气压为标准大气压p0=101.33kPa，油箱内空气温度不变，车速为100km/h，油耗QS=10L/100km，每分钟耗油1/6L，油箱内空气体积初始为V0，运行时间为t分钟，t分钟后体积变化为V1，压强变化为p1，油箱内外压强差为Δp

根据压强与体积的关系可知：

p0·V0=p1·V1

(1)

(2)

Δp=p1-p0

(3)

Δp如表1所示。图2为运行t分钟后油箱内外压力差对比图。

表1 不同燃油容积消耗t时间后容积-压力变化表

图2 不同油量油箱内外压力差对比图

从图2可知，油箱越满，燃油容积越多，则在同样时间内消耗燃油后造成的内外压力差越大，塑料油箱在消耗一定燃油后，如果向内通气阀未开启或开启流量不足，则会造成塑料油箱吸瘪变形。

3 油箱盖负压调节阀基础状态分析

该油箱盖负压调节阀由控制弹簧、阀体和阀片组成。当油箱内燃油消耗，压力降低到开启压力时，则阀片在内外压差作用下向下运动，压缩控制弹簧，进气通道沿红线所示路径进入油箱，使得内外压力趋于平衡；当内外压力一致时，则阀片在控制弹簧作用下回到初始状态，密封油路系统。具体如图3所示。

图3 油箱盖负压进气图

由油箱盖负压调节阀的工作原理可知内外压强与弹簧力相互关系，如式(4)所示。图4为油箱盖调节阀示意图。

(4)

式中：k为弹簧刚度系数；x为弹簧的压缩量；a为阀体与阀片接触处直径；b为阀片受压面直径。

图4 油箱盖调节阀示意图

4 油箱盖负压调节阀问题分析及优化改进

在实际中出现负压调节阀不起作用导致油箱吸瘪的问题，需要对油箱盖负压调节阀拆解分析，对零件拆解后发现问题所在。拆解后零件如图5所示。

图5 旧油箱盖调节阀拆解图

由于汽车在运动过程中油液晃动，会将燃油溅到油箱盖负压调节阀片上，燃油具有一定粘度，实际在使用中，阀体与阀片在分开前的时刻，内外压强平衡状态符合公式(5)。

(5)

式中F为燃油粘结力。

在阀体与阀片完全分开后，内外平衡应为公式(6)。

(6)

因a、b相差较大，且有燃油粘结力存在，造成阀体与阀片分离时存在阻碍，在增大a同时调整k，形成新的内外平衡；为降低燃油粘结力对阀体调节的影响，修改阀体与阀片接触面轮廓，由弧面接触改为锐角接触，调节阀优化后如图6所示。

图6 油箱盖负压调节阀优化图

对改进优化后的油箱盖负压调节阀进行台架试验，内外压差开启压力由原件的6kPa降至1kPa时开启，且流量大于1L/min，实车道路试验再未出现塑料油箱吸瘪故障。改进前后油箱在使用过程中的对比如图7所示。

图7 改进前后油箱使用过程对比图

5 结束语

(1)油箱在实际使用中会由于燃油减少出现负压，不同燃油容积在相同时间内产生的负压不同，油箱内燃油越多，负压越大。

(2)油箱内压过低导致塑料油箱吸瘪问题，通过加大阀片外压受力面，减少阀体与阀片的接触面积，降低了阀片与阀体分离时的突变及燃油粘结力造成的影响，解决了塑料油箱吸瘪的故障，为后续类似问题的处理提供了借鉴。

[1]朱其文.汽车燃油箱安全性能检测方法的研究[J].天津汽车，2005，23(5)：24-28.

[2]田峰，王文水，杨菲菲.基于FA的燃油箱吸瘪问题分析及改进[J].汽车工程师，2014，55(7)：49-51.

[3]覃星翠，胡细平，康意谊，等.汽车燃油供给系统布置设计要素[J].装备制造技术，2015(12)：88-92.

[4]王灵龙，朱其文，王阳，等.汽车燃油箱失效形式[J].汽车工程师，2012，33(9)：49-52.

[5]李盈盈，胡杰，刘聪聪，等.基于FLUENT的汽车燃油箱热害分析及优化[J].汽车实用技术，2016(3)：29-31.

(责任编辑：赵丽琴)

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

杨情操(1980—)，男，高级工程师，研究方向：汽车底盘系统及部件。

1003-1251(2017)04-0083-03

U463.1

A