汽车燃油系统密封测试不合格因素分析

保千林

关键词：汽车燃油系统；密封测试；泄漏

0 前言

汽车燃料储存在油箱中，并通过燃油泵、燃油管道和其他部件输送到发动机中进行燃烧。发动机燃油系统除了能给汽车提供所需的燃料之外，还能对其他设备进行冷却，因此一旦燃油系统出现了泄漏，不仅会造成汽车受损，严重时还会导致失火、爆炸等事故，其后果是灾难性的。为了确保汽车在行驶过程中的安全，减少燃油蒸汽对环境的污染，本文重点讨论燃油系统的密封性和流动性，并分析了故障因素。

1 燃油系统的组成及工作原理

1. 1 燃油系统的组成

燃油系统有2 个主要系统：燃油输送系统和蒸发排放控制系统。燃油系统的主要功能是根据需要向发动机提供燃油，而不受汽车状况的影响。燃油系统的主要结构包括油箱、燃油泵、燃油过滤器和燃油导轨。

1. 2 燃油系统的工作原理

1. 2. 1 燃油输送系统

随着发动机的转速，燃油泵从油箱中吸取燃油并增加压力。燃料通过燃料过滤器过滤，以保持其在被送到燃料分配器之前的清洁。在燃油分配器中，通过燃油压力调节器平衡压力，多余的油通过回油管返回油箱，如图1 所示。

1. 2. 2 燃油蒸发排放控制系统

在汽车运行过程中，随着温度的升高，油箱中的燃油形成蒸汽，通过管道被带到活性炭罐中，被活性炭颗粒吸附。在发射器的正常运行过程中，必须利用进气管的真空功能打开活性炭罐中的电磁阀；新鲜空气被吸入活性炭罐，洗去附着在活性炭颗粒上的蒸汽，随后燃油和气体被吸入气缸进行燃烧。

2 燃油系统密封测试原理

2. 1 密封测试区域

由于燃油泵开启压力过高，因此燃油系统密封测试试验车处于贫油状态；测试中无法打开燃油泵，导致从燃油泵到发动机的高压油管回路无法测试。而燃油系统密封测试的重点是管道密封，主要测试区域有燃油加注实线及加注软管、活性炭罐及通风管、油箱和汽化控制阀。

2. 2 燃油密封测试原理

2. 2. 1 密封测试标准

在密封油箱开口和燃油系统的炭罐后，施加3.63 kPa 的压缩空气；当整个系统的压降不超过490 Pa 时，保持压力5 min。

2. 2. 2 流量测试标准

在关闭油箱通风口和炭罐至3.63 kPa 并释放木炭罐通风口后，在0.5～2.0 min 内系统中的残余压力不得超过0.98 kPa。燃油系统密封测试设备必须将燃油密封参数转换为等效参数，以确保生产线的正常运行。密封测试要求填充压力为（6.0±0.3） kPa，3 s 内压力下降小于30 Pa，而平稳性测试要求6 s 内压力下降大于1 000 Pa。

2. 2. 3 密封测试

用木炭棒密封木炭罐的通风管，用压缩空气填充油管的装置，要求经过3 s 的压降试验，系统压力达到（6.0±0.3） kPa 的稳定压力，3 s 内系统的压降不得超过30 Pa。

2. 2. 4 平稳性测试

通过密封测试后，将木炭棒从炭缸的通风管中取出，进行6 s 的压降试验，6 s 内系统的压降必须小于1 000 Pa。

2. 3 密封不合格原因

通过对燃油系统各部分的零件性能进行分析，可以得出对燃油系统进行测试的路线为加油口—油箱—蒸汽单向阀—燃油回油管—炭罐—炭罐通气管。同时，可以发现共有3 处故障导致测试不通过：燃油密封测试转换接头未拧紧造成泄漏；加油硬管、通气管卡箍未打紧，装配不符合工艺要求造成泄漏；炭罐通气管堵头未堵紧造成泄漏。

3 燃油系统密封测试不合格案例

3. 1 燃油密封圈的密封性失效

某次燃油系统密封测试期间，有8 辆汽车连续没有通过燃油密封性测试，必须压缩几次才能进行测试。燃油系统密封测试在反复压缩后通过，说明整个汽车的管道没有问题。分析测试数据可知，测试压力无法稳定在（6.0±0.3） kPa，密封测试的压降也无法保证在3 s 内小于30 Pa。因此怀疑燃料系统管道连接处空气密度低，要么管道损坏，要么炭棒密封不严。

由于长期磨损后的常见故障是设备管线连接处的密封圈故障，所以先将燃油系统密封测试设备适配器更换为内部密封圈。更换密封圈后，故障频率下降，但在跟踪的8 辆汽车中仍有2 辆故障车。对炭棒的检查发现炭棒表面有许多凹坑，凹坑和通风口的密封性能受到炭棒与通风管连接的影响，更换炭棒后，对8 辆汽车进行了测试，问题得到了纠正。

3. 2 燃油系统泄漏和炭罐问题

某次燃油系统密封炭罐测试期间，4 辆汽车相继没有通过燃油系统密封测试。测试结果显示密封失效及泄漏，当天共有6 辆汽车的燃油系统密封测试不合格。分析测试数据可知，测试压力没有达到（6.0±0.3） kPa，仅为5.6 kPa，而其他汽车测试正常，说明测试设备和附件没有问题，包括适配器、炭棒、垫片等。燃油系统密封测试失败，表明燃油系统有泄漏。对管道进行了检查，没有发现管道有扭結现象，连接也很可靠。

对塑料件炭罐从不同材质的零件进行分类排查。拆开炭罐，发现炭罐底部有裂纹。更换炭罐后，汽车燃油系统通过了密封测试。对其余5 个炭罐进行拆解，问题一致。追溯原因发现在材料运输过程中，有一箱材料掉落，未对异常部件进行检查并送至生产线，导致所生产的炭罐底部有裂纹，引发燃油系统泄漏［3］。

4 燃油系统密封测试不合格的影响因素及改进措施

4. 1 燃油系统密封测试不合格的影响因素

燃油系统密封圈的功能是防止密封面的间隙造成泄漏，密封圈泄漏是由密封面两端的压力差造成的。

炭罐是汽车蒸汽控制系统的一部分，可以避免发动机停止运转后燃油蒸汽逸入大气。炭罐管路破损，燃油蒸汽就会沿着破损处直接排入大气中，造成车内油味大，也可能会导致不定时唑车现象。

4. 2 改进措施

（1） 检查发动机盖、顶盖和气体密封连接表面。

当汽车燃料系统的排气阀处于工作状态时，密封环必须静止在带有止动边缘的阀盖配合面，并且密封环和顶盖圆柱体内表面之间不能有相对运动。在使用一段时间后，阀盖和顶盖各自配合面的变形会直接影响排气阀的密封性。测量尺寸和形状公差，发现任何差异应予以纠正或更换为新产品。

（2） 检查压缩环、支撑弹簧、弹性垫的刚性及弹性。

必须对压缩环、支撑弹簧和弹性垫的压缩和支撑作用进行充分性称重和分析。在20 多次称重测试中，压缩环和弹性垫基本上没有变形，重新审查发现，测试对密封性能存在一些影响。测试发现，更换支撑弹簧后，未能关闭的排气阀性能得到改善。因此，在维修过程中应檢查支撑弹簧的情况。如果支撑弹簧变形严重，应该用新的产品进行更换，第二次维修可以对照旧的测试进行评估，以确定是否需要更换。

（3） 密封环的改进设计及试验验证。

经过反复测试和分析发现主要发挥密封作用的是由聚四氟乙烯制成的密封环。聚四氟乙烯的缺点是力学性能低、刚度低、热膨胀系数高，该材料在航空航天领域被用作耐高温和耐腐蚀的衬里和密封件。

影响燃油系统密封性能的主要因素是顶盖内腔和密封环配合面之间的接触环带宽度。如果密封环的外径保持不变，当线膨胀系数的角度减小时，顶盖内腔和密封环配合面之间的接触带宽度增加。经过几次设计改进，将线膨胀系数的角度从10°调整到6°，顶盖内腔和密封环配合面之间的接触带宽度从约3.8 mm 增加到约4.8 mm；同时减小面膨胀系数的角度，并相应调整密封环外径，则密封环的厚度保持不变，灵活性和强度可以得到保证。改进后密封环的密封效果较为理想。

经过以上分析，根据气体释放阀的密封测试要求，有针对性地研究和改进了附在气体释放阀上的先进密封环。密封测试时，气缸压力从94 kPa 到45 kPa 应不少于150 s，以检查密封环的密封性能。为保证测试的准确性和可靠性，将测试时间延长到200 s，测试合格率达到100%。

（4） 采用目视检查法和压力法测试密封性能。

目视检查法是测试密封性能最常用的方法之一，通常加以醒目的颜色，如荧光漆或气泡，使泄漏表面更明显，更容易让诊断者评估，提高诊断的准确性。这种方法需要一定的经验和仔细彻底的方法。

压力法则可以准确地指出泄漏的确切位置。该方法是在泄漏的浮油周围放置一个适当的压力罩，在容器的适当位置涂抹发泡剂，对空气施加压力，观察里面是否出现气泡，如果出现气泡，则对气泡进行定位。可以在油罐中加入压缩空气，但这主要适用于新处理或新修复的油罐。

（5） 采用染色法和加压器增强密封效果。

染色法是将染色剂与油溶液混合，涂抹在油罐的内部，然后将油罐内的空气吹出。将油溶液涂抹在泄漏区域的外面，即使在黑暗的地方也能看到泄漏区域，进一步提高检查效率。如果泄漏不严重，可以在清洁好的地方涂抹密封胶。如果出现比较严重的渗漏问题，应该把已经密封的结构分开，通过重新涂抹密封剂来加固。另外，也可以使用专用的加压器将密封胶从结构外部注入到泄漏点周围的缝隙中，这2 种方法都可以用来加强密封效果。

5 结语

综上所述，检查燃油系统是否泄漏是一项极其重要的工作。如果发生燃料泄漏，汽车可能会燃烧或爆炸，影响汽车安全并危及人员和财产安全。通过对燃油系统的分析，了解燃油密封系统的组成及密封测试的原理，识别燃油密封测试风险点，对风险点进行控制，提高生产效率及汽车可靠性。对汽车燃油系统密封性问题进行综合考虑，优化汽车燃油系统泄漏检测缺陷消除的设计，保证缺陷消除，让系统顺利运行，有效控制各类风险的发生，使得汽车在行驶中更加安全。