金屬燃油箱的設(shè)計(jì)開發(fā)概述

王韋

摘 要：本文闡述了金屬燃油箱的性能要求，并結(jié)合實(shí)踐詳述了油箱開發(fā)流程，以及油箱材質(zhì)及防腐處理的要求。

關(guān)鍵詞：金屬燃油箱；設(shè)計(jì)方法；表面鍍層

隨著國家法規(guī)對(duì)環(huán)保要求的日益提升，降低燃油蒸發(fā)排放的首要功能件燃油箱的設(shè)計(jì)變得尤為關(guān)鍵，在國內(nèi)金屬燃油箱較之塑料燃油箱在混和動(dòng)力車和低蒸發(fā)排放量領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)顯而易見。

1 金屬燃油箱的性能要求

1.1 燃油箱外觀

焊接部位應(yīng)光滑，兩端蓋與本體如采用咬接工藝應(yīng)無鼓包、毛刺等缺陷。

1.2 燃油箱材料

1.3

燃油箱體所用的材料一般要求按 YB/T 5130，也可用滿足要求的熱鍍鋅或電鍍鋅板，用其它方法處理的鋼板其耐腐蝕性能不得低于以上兩類材料的要求。燃油箱的密封性燃油箱內(nèi)承受 30 kPa的壓縮空氣，不允許漏氣（不包括柴油箱蓋通氣孔）。[1]

1.4

燃油箱內(nèi)清潔度為每升容量的雜質(zhì)按質(zhì)量計(jì)不大于1.5mg。

1.5

在裝有進(jìn)氣閥的燃油箱的同時(shí)，其安裝位置應(yīng)該是在燃油箱，并且是在充滿燃油時(shí)燃油面的上正上方，進(jìn)氣閥的開啟壓力必須滿足與燃油箱配套使用的發(fā)動(dòng)機(jī)在最大供油時(shí)正常工作，且燃油箱不得被吸凹。[2]

1.6 燃油箱的牢固性

燃油箱的箱體本身，和整體部件應(yīng)能承受80kPa壓力，在這期間是不允許出現(xiàn)滲（如表1所示）。

1.7

燃油箱箱體與螺母焊接的抗扭強(qiáng)度應(yīng)符合表1的要求。

1.8

振動(dòng)耐久性：燃油箱模擬裝車形式固定在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，往燃油箱內(nèi)加入額定容量的水，蓋上燃油箱蓋，密封好所有進(jìn)出口，按表2的規(guī)定進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)；不允許燃油有泄漏的現(xiàn)象。[3]

1.9 金屬燃油箱的耐壓性能

金屬燃油箱模擬裝車，這一形式固定在試驗(yàn)裝置上，密封好所有進(jìn)、出口，向燃油箱內(nèi)施加80Kpa的壓力，保持30s。

1.10 燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)的汽油箱必須有一個(gè)排氣口，此排氣口應(yīng)在汽油箱充滿時(shí)位于油面的上方，保證蒸發(fā)排放物能隨時(shí)排出汽油箱。[4]

1.11 安全閥的開啟壓力

裝有安全閥裝置的燃油箱，安全閥的開啟壓力為35～50kPa，安全閥開啟后，燃油箱內(nèi)壓力不得比安全閥開啟壓力高出 5kPa以上。

2 燃油箱的設(shè)計(jì)方法

燃油箱開發(fā)流程圖（如圖1所示）。

開發(fā)流程詳解：

2.1 油箱容積的確定

（1）燃油箱額定容積計(jì)算：在整車設(shè)計(jì)匹配計(jì)算中，需根據(jù)整車提供的百公里綜合工況油耗、整車最大續(xù)航里程和最小吸油量計(jì)算出燃油箱的額定容積。如百公里綜合工況油耗為 a （L/100km），要求整車最大續(xù)航里程為b（Km），最小吸油量為c（L），則油箱額定容積（L）V=（b*a）/100+c；

（2）燃油箱最大容積：因燃油吸熱而產(chǎn)生的體積膨脹，其膨脹空間應(yīng)大于總?cè)莘e的 5%，以避免而使燃油溢出，故油箱最大容積為標(biāo)定的額定容積除以95%。

2.2 確定油箱材質(zhì)

金屬油箱是拉延模，對(duì)油箱外型的要求較高，但其耐壓性能較好；塑料油箱由于是注塑成型，故可滿足復(fù)雜的形狀要求，由于塑料質(zhì)量輕，滿足輕量化要求，且六層級(jí)的塑料油箱的耐滲透性較好。在金屬與塑料兩者都能滿足的情況下，應(yīng)以成本方面做考慮，優(yōu)先選擇金屬油箱。

2.3 確定油箱的外形尺寸

根據(jù)總體布置的油箱位置要求，結(jié)合油箱容積，確定油箱的外形尺寸：

油箱的高度必須大于中央通過角，總體布置空間限定了油箱的長寬。

3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 油箱的吸油管口布置于油箱中部且離燃油箱底部10mm～15mm處，具體應(yīng)滿足油箱的最小吸油量，最小吸油量一般為燃油箱額定容積的5%左右。同時(shí)底部需設(shè)置粗濾器，以防止吸入燃油箱內(nèi)沉淀的雜質(zhì)。

3.2

燃油箱應(yīng)設(shè)置呼吸孔，呼吸孔的位置設(shè)在油箱的最高面，保證燃油在額定容積時(shí)能滿足通氣性能。柴油箱呼吸孔連接雙向閥，閥體控制油箱內(nèi)部氣壓平衡，滿足油箱的安全性。汽油箱呼吸孔處一般為防翻轉(zhuǎn)閥——連碳罐，碳罐收集油蒸汽，滿足排放法規(guī)要求。

3.3

隔板：油箱的橫向尺寸大于700mm時(shí)，應(yīng)考慮在油箱的上箱體加焊隔板，隔板的三個(gè)面焊接在上箱體上；隔板視油箱尺寸長度可設(shè)計(jì)多個(gè)，隔板之間一般間隔 300～500mm以上。

隔板上通常開有一些孔，便于油液能在油箱中均勻遷移，可減緩油箱在車輛行駛過程中所承載的燃油沖擊和減小燃油沖擊噪聲。

3.4

燃油箱下箱體底部面積較大時(shí)，需在油箱中部設(shè)置儲(chǔ)油槽，保證少油時(shí)吸油的穩(wěn)定性。

3.5 燃油泵：維持系統(tǒng)壓力，向發(fā)動(dòng)機(jī)

提供所需特定數(shù)量的燃油，用于汽油箱。燃油泵的布置和選擇：燃油泵總成安裝在油箱的上部或者油箱

內(nèi)部。通常燃油泵中有一個(gè)燃油油位高度傳感單元，傳感單元中有一個(gè)吸油管和一個(gè)浮動(dòng)油表。

泵上帶有進(jìn)、出油口，按照整車標(biāo)定選取相應(yīng)電子燃油泵，根據(jù)電子燃油泵廠家提

供的油泵安裝數(shù)據(jù)（安裝尺寸，公差配合）來確定油箱上的安裝方式和尺寸燃油泵的裝配結(jié)構(gòu)：油泵和油箱是卡式和螺式的兩種裝配結(jié)構(gòu)。

3.6 防翻轉(zhuǎn)閥：

在正置的常態(tài)下，防翻轉(zhuǎn)閥處于常開狀態(tài)形成通路，起到平衡油箱內(nèi)外空氣壓力的作用；在油箱處于翻置狀態(tài)時(shí)，由于自重使閥門關(guān)閉防止燃油泄漏發(fā)生火災(zāi)，用于汽油箱。

3.7 油箱的固定方式大致有兩種：

a有托盤結(jié)構(gòu)，箍帶抱緊，托盤與油箱本體間有橡膠緩沖塊；b無托盤結(jié)構(gòu)，焊接翻邊固定，底部噴塑。有托盤結(jié)構(gòu)多用于非承載式車身，無托盤結(jié)構(gòu)多用于承載式車身，具體與燃油箱的大小和布置方式有關(guān)。

3.8 工藝分析及初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

將油箱的數(shù)模進(jìn)行制造工藝分析，完善上下箱體的裝配方式，并對(duì)箱體增加加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)，選擇合適的燃油泵、翻車閥或者雙向閥。

3.9 D狀態(tài)圖紙及數(shù)模發(fā)布。

完成D狀態(tài)圖紙的設(shè)計(jì)發(fā)布。2D圖紙上有：零件結(jié)構(gòu)清晰、BOM清單、材料、裝配、關(guān)鍵尺寸、尺寸公差表、技術(shù)要求等。

3.10 模具開發(fā)，試模件性能測試。

根據(jù)D狀態(tài)圖紙及數(shù)模開發(fā)模具，并按照 GB 18296-2001 對(duì)汽車燃油箱進(jìn)行測試，提交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)審。

3.11 裝車路試驗(yàn)證評(píng)審搭載路試車輛進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)審。

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3.12 V、P狀態(tài)圖紙發(fā)布。發(fā)布V、P狀態(tài)圖紙，設(shè)計(jì)完成。

3 箱體的材料

板材為沖壓用薄板，一般金屬油箱用材料為ST12與ST14，也可用同等性能不同牌號(hào)的金屬?zèng)_壓薄鋼板，如DC與SPCC，牌號(hào)等級(jí)具體因形狀復(fù)雜程度來選取，油箱板材、板厚依據(jù)外形與吊裝方式來選取。

4 箱體內(nèi)表面鍍層

金屬油箱內(nèi)表面需進(jìn)行相應(yīng)鍍層處理，按滿足要求《GB/T1839》的熱度鋅板或電鍍鋅板執(zhí)行；

5 箱體外表面油漆層

外表面需有油漆涂層，涂層應(yīng)滿足：

a漆膜厚度不低于30um，

b機(jī)械強(qiáng)度：耐沖擊 50kg.cm，彈性 1mm；硬度≥0.5，

c耐水性：浸在100℃沸水中，10h無變化，

d耐汽油性：浸在80℃的RQ-70號(hào)汽油中48h無變化，耐中性鹽霧試驗(yàn)要求不小于 150h。

6 結(jié)束語

以上為金屬燃油箱的開發(fā)設(shè)計(jì)流程及方法的應(yīng)用，金屬燃油箱作為供油系統(tǒng)的主要功能件，在國內(nèi)混合動(dòng)力車的應(yīng)用和燃油儲(chǔ)存安全性方面發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 18296-2001《汽車燃油箱安全性能要求和試驗(yàn)方法》 2001.01.01發(fā)布 .

[2]QC/T 644-2014汽車金屬燃油箱技術(shù)條件2014.07.07 發(fā)布 .

[3]柳廣鳳，徐愛平 . 轎車燃油箱設(shè)計(jì) [J]. 機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2012，08：23-27.

[4]趙帥 . 金屬油箱關(guān)鍵設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究 [D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013.