不同油品對汽車燃油箱的安全性能影響研究

何雍奧 龐方超

中國汽車技術(shù)研究中心 天津市 300300

1 引言

相比對與傳統(tǒng)燃油，甲醇汽油、乙醇汽油具有高辛烷值、高抗暴性、蒸發(fā)排放物清潔、汽化潛熱大、經(jīng)濟性高、生產(chǎn)原料豐富等優(yōu)點，同時也有毒性強、腐蝕性強等問題。由于他們在溶脹性、燃燒性、動力性、腐蝕性等方面由于與傳統(tǒng)燃油不同，這些特性對現(xiàn)有燃油箱的安全性能是否會產(chǎn)生影響，就需要我們通過實驗來進行驗證。

作者選取國際市場上使用率最高的4種燃油，即95#汽油、E5乙醇汽油、E10乙醇汽油、M15甲醇汽油對同款油箱進行滲透率試驗、高壓爆破試驗、材料性能分析試驗等對比試驗，通過試驗及數(shù)據(jù)分析來驗證不同油品對現(xiàn)售汽車燃油箱的安全性能的影響。

2 滲透率試驗

2.1 試驗方案

2.1.1 參考相關(guān)法規(guī)中試驗要求，將同款同批次4個油箱模擬裝車狀態(tài)固定，分別將15L的95#、E5、E10、M15燃油注入1#、2#、3#、4#燃油箱中，燃油箱不封口，將此狀態(tài)的燃油箱保持在40℃溫度環(huán)境下4周，并每周測量燃油箱重量并記錄。

2.1.2 四周后，將燃油箱內(nèi)燃料清空，并重新注入15L新油品，將油箱密封后儲存在40℃的環(huán)境中8周，并每周測量燃油箱重量并記錄。

2.2 試驗結(jié)果

2.3 試驗結(jié)果分析

由數(shù)據(jù)可以看出，汽車燃油箱平均日滲透量95#汽油＞E5乙醇汽油＞E10乙醇汽油＞M15甲醇汽油，從環(huán)保角度來說，乙醇汽油、甲醇汽油的推廣，是有利與環(huán)境保護的。

從數(shù)據(jù)中還可以看出，前四周油箱不密封處理的滲透量遠遠大于后8周模擬實車狀態(tài)密封的滲透量，可以看出甲醇汽油、乙醇汽油的揮發(fā)性均大于傳統(tǒng)汽油，這就要求使用新型燃油必須滿足燃油箱有足夠的耐壓性能。

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圖1 同款燃油箱不同油品滲透量分布圖

3 高壓爆破試驗

3.1 試驗方案

將經(jīng)過滲透率試驗的1#（95#汽油）、2#（E5乙醇汽油）、3#（E10乙醇汽油）、4#（M15甲醇汽油）和未經(jīng)過老化試驗的5#燃油箱模擬實際裝車狀態(tài)安裝后并密封，分別向其中沖入水壓至2.5bar，維持壓力30s觀察樣件情況，如無泄漏則繼續(xù)加壓至油箱出現(xiàn)泄漏，并記錄泄漏時壓力數(shù)據(jù)。

3.2 試驗結(jié)果

通過此試驗得出數(shù)據(jù)，1#燃油箱爆破值為4.65 MPa，2#燃油箱爆破值為4.62 MPa，3#燃油箱爆破值為4.59 MPa，4#燃油箱爆破值為4.52 MPa，5#燃油箱爆破值為4.75 MPa。

3.3 試驗結(jié)果分析

通過試驗結(jié)果可以得出，經(jīng)過老化后的燃油箱的爆破壓力均發(fā)生變化，其中變化量為M15甲醇汽油＞ E10乙醇汽油＞ E5乙醇汽油＞95#汽油。

甲醇汽油、乙醇汽油相比傳統(tǒng)燃油，是在傳統(tǒng)燃油中加入一定量的甲醇或者乙醇和添加劑后通過相關(guān)工藝調(diào)配而成。從化學角度分析，由于甲醇和乙醇的均具有溶脹性和腐蝕性，而且甲醇汽油、乙醇汽油燃燒會生成甲酸、乙酸、硫化物等物質(zhì)，并且他們的酸性高于傳統(tǒng)燃料燃燒產(chǎn)生物質(zhì)的酸性，這些都會腐蝕燃油箱的箱體、軟管、加油管、油泵、密封圈等部件。

通過數(shù)據(jù)處理可以看出，雖然使用新型燃油浸泡后的燃油箱的爆破壓力降低了，但是變化量僅為2.8%，且由具有最強腐蝕性的甲醇汽油浸泡后的油箱的爆破壓力4.52 MPa也遠遠大于燃油箱的正常工作壓力（0.3MPa左右），顧不存在安全隱患。

4 材料性能分析試驗

4.1 材質(zhì)拉伸性能試驗

4.1.1 試驗方案

4.1.1.1 在老化后的燃油箱（1#、2#、3#、4#）和未經(jīng)過試驗的燃油箱（5#）上選取形相同位置的樣片（10片），制成標準形狀，同時確保樣件無扭曲、相鄰的平面間應相互垂直、表面和邊緣應無劃痕、空洞、凹陷和毛刺。

4.1.1.2 通過拉伸試驗機，沿試樣縱軸方向恒速拉伸，直到斷裂或應力（負荷）或應變（伸長）達到某一預定值，測量在這一過程中試樣所承受的負荷及伸長。

4.1.1.3 測量精度達到0.1mm

4.1.1.4 測量結(jié)束后計算斷裂標稱應變

4.1.2 試驗結(jié)果

4.1.3 試驗結(jié)果分析

通過統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)，1#燃油箱樣片的抗拉強度平均值為24.99 MPa，斷裂標稱應變量為181.88%；2#燃油箱樣片的抗拉強度平均值為24.94 MPa，斷裂標稱應變量為181.51%；3#燃油箱樣片的抗拉強度平均值為24.88 MPa，斷裂標稱應變量為181.08%；4#燃油箱樣片的抗拉強度平均值為24.84 MPa，斷裂標稱應變量為180.79%； 5#燃油箱樣片的抗拉強度平均值為25.07 MPa，斷裂標稱應變量為182.47%。

圖2 不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)抗拉強度分布圖

圖3 不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)斷裂標稱應變分布圖

從數(shù)據(jù)中可以看出，不同油品的腐蝕性對燃油箱材質(zhì)的的抗拉強度影響不大，最大變化量僅為0.6%，而且經(jīng)過12周老化試驗后的燃油箱的材料樣品，與未經(jīng)過老化試驗的燃油箱樣品也僅有3%的變化量，對整體汽車燃油箱的耐壓安全性能影響不大。

4.2 材質(zhì)彎曲性能試驗

4.2.1 試驗方案

4.2.1.1 在老化后上選取形相同位置的樣片（10片），制成標準形狀，同時確保樣件無扭曲、相鄰的平面間應相互垂直、表面和邊緣應無劃痕、空洞、凹陷和毛刺。

4.2.1.2 調(diào)節(jié)合適跨度并設置合適試驗速度。

4.2.1.2 將樣件對稱防止在兩個支座上，并與跨度中心施加力。

4.2.1.3 記錄試驗過程中施加的力與相應的撓度

4.2.2 試驗結(jié)果

4.2.3 試驗結(jié)果分析

通過統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)，1#燃油箱樣片的彎曲強度平均值為27.83 MPa；2#燃油箱樣片的彎曲強度平均值為27.81 MPa；3#燃油箱樣片的彎曲強度平均值為27.81 MPa；4#燃油箱樣片的彎曲強度平均值為27.73 MPa； 5#燃油箱樣片的彎曲強度平均值為27.94 MPa。

從數(shù)據(jù)中可以看出，不同油品的腐蝕性對燃油箱材質(zhì)的的彎曲強度同樣影響不大，最大變化量為0.36%，而且經(jīng)過12周老化試驗的后的燃油箱的材料樣品，與未經(jīng)過老化試驗的燃油箱樣品也僅有0.075%的變化量。

根據(jù)所統(tǒng)計的1#燃油箱樣片的彎曲強度平均值～5#燃油箱樣片的彎曲強度平均值試驗數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，即不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)后，彎曲強度分布所受到的影響非常微小，由此也可以在一定程度上說明，燃油箱材質(zhì)的彎曲強度，不會因為油品浸泡的不同而影響到其材質(zhì)的分布情況。

4.3 材料性能分析

從以上試驗數(shù)據(jù)可以得出，甲醇汽油的的腐蝕性大于乙醇汽油，大于傳統(tǒng)燃油，其中乙醇汽油中，乙醇含量高的油品的腐蝕性大于乙醇含量低的油品。雖然新型燃油具有一定的腐蝕性，但是腐蝕性不大，不足以對汽車燃油箱的制造材質(zhì)的安全性造成影響。

4.4 試驗結(jié)論

通過試驗數(shù)據(jù)分析可以得出，甲醇汽油由于其特有屬性，他的腐蝕性要高于乙醇汽油。同樣，乙醇含量高的乙醇汽油的腐蝕性也比乙醇含量低的乙醇汽油高。但是這些市售常用的甲醇汽油、乙醇汽油雖然對市場現(xiàn)有汽車燃油箱的耐壓性能等方面產(chǎn)生了一定量的影響，但是影響很小，且遠遠高于燃油箱的在國內(nèi)外標準中設定的安全數(shù)值要求，不存在安全隱患，故可以共通使用。而且試驗得出，燃油箱在使用甲醇汽油、乙醇汽油后產(chǎn)生的蒸發(fā)排放物還會略低于傳統(tǒng)汽油，對環(huán)境保護起了推動作用。

圖4 不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)彎曲強度分布圖

5 結(jié)論和建議

通過研究不同油品對汽車燃油箱的安全性能影響，認為因為在和要求相滿足的情況下，最大程度上使得經(jīng)濟性顯著提高。面對我國當前階段能源非常短缺的形勢，以及在治理環(huán)境過程中所形成的嚴峻局面，這都非常有必要讓我們有效的借鑒環(huán)保和節(jié)約的理念。 由此建議我們應該防止對有著較多不確定因素試驗方法的采用，爭取在經(jīng)濟環(huán)保的同時，確保安全系數(shù)的有效性。而針對燃油箱，本文選取國際市場上使用率最高的4種燃油，即95#汽油、E5乙醇汽油、E10乙醇汽油、M15甲醇汽油對同款油箱進行滲透率試驗、高壓爆破試驗、材料性能分析試驗等對比試驗，通過分析試驗還有數(shù)據(jù)，從而分析了不同油品對現(xiàn)售汽車燃油箱的安全性能的影響，根據(jù)試驗結(jié)果得知，甲醇汽油、乙醇汽油可以共通使用，建議在研究部燃油箱的安全性能上，對所采取的試驗方法和評價指標進行及時的更新。