汽車燃油系統(tǒng)靜電荷釋放措施

翁益明 胡正云

摘 要：本文首先概述了汽車在加油過(guò)程與非加油過(guò)程中，靜電荷產(chǎn)生的原理，及其危害;其次分析了釋放不同級(jí)別的靜電荷對(duì)燃油系統(tǒng)的要求;最后，重點(diǎn)研究了燃油系統(tǒng)中塑料加油管靜電荷釋放對(duì)結(jié)構(gòu)和材料的要求，且提供了將加油過(guò)程中所產(chǎn)生的靜電荷接地釋放的措施。

關(guān)鍵詞：燃油系統(tǒng) 靜電荷產(chǎn)生機(jī)理 靜電荷釋放措施

隨著汽車在日常生活中的普及，汽車燃油系統(tǒng)的安全性能越來(lái)越受到關(guān)注，其中燃油系統(tǒng)的靜電防護(hù)是其中重要的一個(gè)方面。靜電荷如果不及時(shí)從車身上轉(zhuǎn)移出去，積累到一定程度后，如果遇到帶等量異性電荷實(shí)體，他們之間就構(gòu)成了電容的兩個(gè)極，將放電產(chǎn)生的大能量火花[1]。

燃油系統(tǒng)局部靜電荷積累到一定程度就有可能導(dǎo)致燃油、零部件之間的放電。特別是在加油過(guò)程中，放電現(xiàn)象極有可能點(diǎn)燃油箱內(nèi)的油氣，導(dǎo)致爆燃事故，如圖1。

1 靜電荷的產(chǎn)生機(jī)理

1.1 加油過(guò)程中靜電荷的產(chǎn)生

在加油過(guò)程中，高速流動(dòng)的燃油和燃油系統(tǒng)的加油管、加油槍劇烈摩擦，加油管、加油槍和注入的燃油產(chǎn)生大量電荷。注入油箱的燃油攜帶正電荷，加油管攜帶負(fù)電荷，如圖2所示。

1.2 非加油過(guò)程中靜電荷的產(chǎn)生

除了加油過(guò)程燃油與箱體的摩擦能夠產(chǎn)生電荷之外，在飛加油過(guò)程中，整個(gè)燃油系統(tǒng)或是整車都能夠產(chǎn)生靜電荷。主要分為以下兩個(gè)部分。

第一，燃油系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)零部件目前普遍采用非金屬材料 （如塑料、橡膠），汽車運(yùn)行過(guò)程中燃油和油箱殼體、燃油管、加油管之間產(chǎn)生劇烈摩擦，產(chǎn)生大量靜電荷并出現(xiàn)靜電荷的局部積累現(xiàn)象。

第二，其它部位。尤其在干燥氣候條件下高速行駛的車輛與空氣劇烈摩擦，會(huì)在車身上積累大量的正電荷;另外，汽車駕乘人員的衣物與車內(nèi)座椅等接觸摩擦后，也會(huì)讓車身上積累靜電荷。

2 靜電荷釋放的理論分析

根據(jù)導(dǎo)電性的常識(shí)[2]，如圖3所示，通常電阻在小于1×108Ω時(shí)，靜電荷就沿著物體表面轉(zhuǎn)移出去。燃油系統(tǒng)加油時(shí)，需要更加靈敏的導(dǎo)電性，且當(dāng)物體的電阻小于1×106Ω時(shí)，靜電荷就可以更加順暢地通導(dǎo)轉(zhuǎn)移，所以要求相應(yīng)靜電荷轉(zhuǎn)移通路電阻小于1×106Ω。

3 燃油系統(tǒng)靜電荷釋放要求

3.1 要求一

車身非加油過(guò)程中產(chǎn)生的靜電荷，在加油過(guò)程中通過(guò)加油槍傳導(dǎo)接地。加油槍和加油管總成之間的接觸點(diǎn)（鎖支撐處），與車身接地點(diǎn)之間的電阻值小于1×106Ω，如圖4。測(cè)量點(diǎn)1：鎖支撐;測(cè)量點(diǎn)2：車身接地點(diǎn)。

3.2 要求二

加油過(guò)程中，加油管總成產(chǎn)生的靜電荷通過(guò)加油槍傳導(dǎo)接地，與燃油接觸的整個(gè)加油管加油通道，和車身接地點(diǎn)之間的電阻值小于1×106Ω，如圖5。測(cè)量點(diǎn)1：加油管內(nèi)壁末端;測(cè)量點(diǎn)2：車身接地點(diǎn)。

基于上述兩種靜電荷釋放功能，建議對(duì)于高端車型，要求整個(gè)加油管加油通道導(dǎo)電，即滿足要求一和要求二，使車身積累的靜電荷和加油過(guò)程中產(chǎn)生的靜電荷，在加油過(guò)程中同時(shí)接地釋放。

建議對(duì)于普通車型，通常只要求加油管口部導(dǎo)電，僅滿足要求一，在加油過(guò)程中，只將車身積累靜電荷接地釋放。

4 滿足功能的方案措施

根據(jù)導(dǎo)電通道系統(tǒng)的電阻小于1×106Ω的要求，推薦相關(guān)零部件的材料選擇為：金屬、含碳粉塑料、碳纖塑料、鋼纖塑料等。如果是金屬零部件，靜電荷能輕易通導(dǎo);如果為導(dǎo)電塑料件，導(dǎo)電零部件的表面電阻率必須符合一定的要求，通?！?05Ω。

4.1 加油管總成結(jié)構(gòu)

4.1.1 普通靜電荷釋放要求（滿足要求一）

對(duì)一些塑料加油管總成，加油管本體不作導(dǎo)電性要求，金屬鎖支撐和車身導(dǎo)通連接[4]。這樣，鎖支撐導(dǎo)電其實(shí)只將車身積累的靜電荷通過(guò)加油槍釋放，并不能釋放加油過(guò)程中產(chǎn)生的靜電荷。

滿足功能一：車身非加油過(guò)程中產(chǎn)生的靜電荷，在加油過(guò)程中通過(guò)加油槍釋放路徑： 車身→接地線→鎖支撐→加油槍→接地，如圖6所示。由于整個(gè)靜電荷釋放路徑都是金屬配件，所以釋放路徑電阻定義為小于50Ω，主要考察導(dǎo)電的連續(xù)性。普通車型對(duì)加油管靜電荷釋放性能要求不高，推薦使用此結(jié)構(gòu)。

4.1.2 高端靜電荷釋放要求的加油管總成（滿足要求一和要求二）

為滿足較高的靜電荷釋放要求，推薦將塑料加油管本體設(shè)計(jì)成7層吹塑結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)層為導(dǎo)電高密度聚乙烯， 加油管本體和鎖支撐之間的漏斗材料為導(dǎo)電聚甲醛[5]。從加油管總成的口部鎖支撐，到加油管總成的末端，形成了完整的通導(dǎo)路徑，如圖7所示。此結(jié)構(gòu)同時(shí)滿足上述兩個(gè)要求。

第一：車身非加油過(guò)程中產(chǎn)生的靜電荷，在加油過(guò)程中通過(guò)加油槍釋放路徑： 車身→接地線→鎖支撐→加油槍→接地。

第二：加油過(guò)程中，加油管總成產(chǎn)生的靜電荷通過(guò)加油槍釋放路徑：加油管內(nèi)壁→漏斗→鎖支撐→加油槍→接地。

4.2 靜電荷釋放的影響因素分析

上述加油管總成靜電荷釋放的影響因素，主要有以下三個(gè)方面。

第一，導(dǎo)電材料的選擇。在滿足其它性能要求的前提下，選擇導(dǎo)電塑料重點(diǎn)考慮表面電阻率。

第二，零部件導(dǎo)電的連續(xù)性。每個(gè)零部件都需要擁有良好的導(dǎo)電性，特別對(duì)于塑料加油管，由于內(nèi)層導(dǎo)電層相對(duì)偏薄（一般導(dǎo)電層厚度為管體壁厚的15%，0.5mm左右）， 對(duì)于壁厚更小的區(qū)域，吹塑過(guò)程中容易形成導(dǎo)電層斷層，對(duì)導(dǎo)電性質(zhì)不利。

第三，系統(tǒng)的導(dǎo)電連續(xù)性：形成導(dǎo)電系統(tǒng)的相鄰零部件之間，導(dǎo)電零部件之間材料需要相互接觸，形成良好的導(dǎo)電連續(xù)性。

5 結(jié)論

本文論述了汽車燃油系統(tǒng)靜電荷產(chǎn)生的原理、燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及釋放靜電的措施。對(duì)于塑料加油管在內(nèi)層增加了導(dǎo)電高密度聚乙烯，增強(qiáng)了燃油系統(tǒng)的導(dǎo)電性能。加油管的接地線與車身相連，保證了車身的靜電可經(jīng)加油槍釋放。汽車燃油系統(tǒng)塑料加油管總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，使在汽車加油過(guò)程中，釋放其產(chǎn)生和累積的靜電荷。

參考文獻(xiàn)：

[1]王保衛(wèi)，全仕琪. 夏季機(jī)動(dòng)車加油要預(yù)防油料爆燃[J]. 浙江消防，1998（6）：38-38.

[2]宋興堂， 孫俊玲， 李義鵬. 靜電危險(xiǎn)場(chǎng)所防靜電材料選用方法研究[J]. 安全、健康和環(huán)境， 2014，14（6）：36-37.

[3]劉堅(jiān)， 牛勝福， 劉新亮. 汽車油箱防靜電放電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 上海汽車，2009（5）：11-15.

[4]楊有為. 油箱使用新概念[J]. 實(shí)用汽車技術(shù)， 2004（2）：21-21.

[5]杜仕國(guó). 聚合物抗靜電材料的研究與發(fā)展[J]. 工程塑料應(yīng)用， 1998（10）：31-34.