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

中國汽車技術研究中心 天津市 300300

1 引言

相比對與傳統燃油，甲醇汽油、乙醇汽油具有高辛烷值、高抗暴性、蒸發排放物清潔、汽化潛熱大、經濟性高、生產原料豐富等優點，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燃油不同，這些特性對現有燃油箱的安全性能是否會產生影響，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，通過試驗及數據分析來驗證不同油品對現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 參考相關法規中試驗要求，將同款同批次4個油箱模擬裝車狀態固定，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，將此狀態的燃油箱保持在40℃溫度環境下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℃的環境中8周，并每周測量燃油箱重量并記錄。

2.2 試驗結果

2.3 試驗結果分析

由數據可以看出，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，從環保角度來說，乙醇汽油、甲醇汽油的推廣，是有利與環境保護的。

從數據中還可以看出，前四周油箱不密封處理的滲透量遠遠大于后8周模擬實車狀態密封的滲透量，可以看出甲醇汽油、乙醇汽油的揮發性均大于傳統汽油，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）和未經過老化試驗的5#燃油箱模擬實際裝車狀態安裝后并密封，分別向其中沖入水壓至2.5bar，維持壓力30s觀察樣件情況，如無泄漏則繼續加壓至油箱出現泄漏，并記錄泄漏時壓力數據。

3.2 試驗結果

通過此試驗得出數據，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 試驗結果分析

通過試驗結果可以得出，經過老化后的燃油箱的爆破壓力均發生變化，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、乙醇汽油相比傳統燃油，是在傳統燃油中加入一定量的甲醇或者乙醇和添加劑后通過相關工藝調配而成。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，并且他們的酸性高于傳統燃料燃燒產生物質的酸性，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。

通過數據處理可以看出，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 測量結束后計算斷裂標稱應變

4.1.2 試驗結果

4.1.3 試驗結果分析

通過統計試驗數據，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抗拉強度分布圖

圖3 不同油品浸泡后燃油箱材質斷裂標稱應變分布圖

從數據中可以看出，不同油品的腐蝕性對燃油箱材質的的抗拉強度影響不大，最大變化量僅為0.6%，而且經過12周老化試驗后的燃油箱的材料樣品，與未經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 調節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 試驗結果

4.2.3 試驗結果分析

通過統計試驗數據，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。

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

根據所統計的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據可以得出結論，即不同油品浸泡后燃油箱材質后，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，燃油箱材質的彎曲強度，不會因為油品浸泡的不同而影響到其材質的分布情況。

4.3 材料性能分析

從以上試驗數據可以得出，甲醇汽油的的腐蝕性大于乙醇汽油，大于傳統燃油，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的安全性造成影響。

4.4 試驗結論

通過試驗數據分析可以得出，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有汽車燃油箱的耐壓性能等方面產生了一定量的影響，但是影響很小，且遠遠高于燃油箱的在國內外標準中設定的安全數值要求，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、乙醇汽油后產生的蒸發排放物還會略低于傳統汽油，對環境保護起了推動作用。

圖4 不同油品浸泡后燃油箱材質彎曲強度分布圖

5 結論和建議

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保和節約的理念。 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，爭取在經濟環保的同時，確保安全系數的有效性。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據，從而分析了不同油品對現售汽車燃油箱的安全性能的影響，根據試驗結果得知，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。