塑料燃油箱安全性能标准和试验方法

柳立志，宁宾华

（东风汽车公司技术中心 国家汽车质量监督检验中心（襄樊），湖北 襄樊 441004）

塑料燃油箱安全性能标准和试验方法

柳立志，宁宾华

（东风汽车公司技术中心 国家汽车质量监督检验中心（襄樊），湖北 襄樊 441004）

总结在国标中油箱试验中的关键点，以便于更好地理解和执行国标；阐释塑料油箱现行国外主要标准的检验方法;比较中欧塑料燃油箱标准的差异；提出对现行塑料燃油箱国标修订的具体建议。

塑料燃油箱；GB18296-2001；ECE R34法规；EEC 70/221指令

早先的汽车燃油箱大都是金属燃油箱，但由于金属加工的特殊性，焊接缝隙处的强度较低，在环保、安全性能等方面存在着缺陷，且由于车辆着火时容易迅速升温而发生爆炸。随着科技的发展，后来出现了塑料燃油箱[1]，与金属燃油箱相比，它具有诸多优点：重量轻、造型随意、不易爆炸等。正因为塑料燃油箱的这些优点，其产量逐年上升，可以预见在不久的将来，会逐步取代金属燃油箱[2]。为了控制塑料燃油箱的产品质量，国家制定了标准GB18296-2001《汽车燃油箱安全性能要求和试验方法》[3]。

1 塑料燃油箱检验标准分析

1.1 国家标准GB18296-2001

国家标准对塑料燃油箱的安全性能要求和试验方法包括以下九个方面。

1.1.1 额定容量

试验方法：称取油箱装满水的质量M1，并通过计算得到体积L1。用厂家提供的额定容量L2除以油箱装满水的体积L1。

标准要求：额定容量应控制在燃油箱最大液体容量的95%。

存在问题：该项目试验可以进行，但对于判定说得比较模糊，只有一句话，也没有说明具体的误差范围，不知道怎么来判定送检样品的合格与否，在试验中一般理解成不超过最大液体容量的95%。

1.1.2 排气口

试验方法：标准中无明确试验方法。一般操作是油箱盛满水，通过加油口通氮气，观察气体能否正常地从上方的排气口排出。

标准要求：配备燃油蒸发排放系统的汽油箱必须有一个排气口，此排气口应在汽油箱充满时位于油面的上方。

1.1.3 燃油箱盖的密封性

试验方法：在燃油箱内加入额定容量的水,盖好燃油箱盖,密闭好其它所有进出口，翻转燃油箱至加注口部中心线垂直于地面,待燃油箱稳定15 s后,用量杯接水，量取1 min的泄漏量。

标准要求：汽油箱盖不允许泄漏，柴油箱盖的最大泄漏量是30 g/min。

存在问题：检测时需要注意确保加油口与燃油箱本体间空间的相对位置保持与实车一致。大量试验结果表明，油箱盖的密封性是大型柴油塑料燃油箱最不容易合格的一个项目。其原因主要是结构上的不同：大部分轿车所用的油箱盖带有压力补偿的功能，当油箱内部压力升高或降低时，都能与外界取得补偿，可以很好地满足标准要求；而大货车或大型客车上所使用的油箱盖，由于其结构或厂家的制造工艺所限，在泄漏试验中时常超限。

1.1.4 安全阀开启压力

试验方法：盖好燃油箱盖，密封好燃油箱其他所有进出口，向燃油箱内施加压缩空气，使燃油箱内压力增长梯度以8 kPa/min的速率升高至55 kPa/min。记录安全阀的开启压力及安全阀开启后燃油箱内的压力。

标准要求：额定容量在95 L以上的汽油箱必须得装有安全阀装置，安全阀的开启压力为35～50 kPa。安全阀开启后，燃油箱内压力不得比安全阀开启压力高出5 kPa以上。

1.1.5 振动耐久试验

试验方法：将燃油箱模拟装车形式固定在振动试验台上，往燃油箱内加入额定容量的水,盖上燃油箱盖,密封好所有进、出口，按下列条件进行振动试验。振动加速度：30 m/s2；振动频率：30 Hz；振动时间：上下 4 h；左右 2 h；前后2 h；装水量：额定容量的1/2。

标准要求：燃油箱无泄漏。

存在问题：标准中对振动加速度的大小和方向作了规定，但是并没有明确说明振动加速度测量点的布置，而实际上加速度测量点的选择对测量结果有很大的影响。主要有两个选择：一种是将测量点布置在油箱的底部；另一种是将测量点布置在靠近燃油箱的夹具上。通过试验证明，测量点在油箱底部，对于不同油箱，由于结构的不同，受到的振动激励大小会不同。另外，对于同一样品，测量布置点不同，样品各个部分受到的振动激励也不相同。可见，加速度传感器的布置点对结果影响很大，它会导致不同的测试条件。现在行业内普遍施行的是研讨会确定的统一要求，即加速度测量点应尽可能地选在夹具上、靠近燃油箱与夹具连接点处，同时要保证夹具有足够的刚度[4]。

1.1.6 耐压性能

试验方法：燃油箱模拟装车形式固定在试验装置上，保持53℃±2℃的环境温度，往燃油箱中加入53℃±2℃额定容量的水，盖好燃油箱盖，密封好所有进、出口，向燃油箱内施加30 kPa的压力，保持5 h。

标准要求：燃油箱无泄漏、开裂，但可以有永久变形。

1.1.7 低温耐冲击性

试验方法：燃油箱模拟装车形式固定在试验装置上，在燃油箱中加入额定容量的水和乙二醇的混合液，待燃油箱内液体温度降至-40℃±2℃时，用角锤顶点以30 J的冲击能量撞击易损伤部位。

标准要求：燃油箱无泄漏。

存在问题：额定容量的水和乙二醇的混合液，要保证在-40℃时，混合溶液不能够凝结成固体，乙二醇占混合液质量的55%时的效果较好。每次冲击时，选用不同的新塑料燃油箱来试验，标准没有具体说用多少个样品冲击多少个点；试验时，至少选取2个易损伤部位进行试验[4]。

1.1.8 耐热性

试验方法：燃油箱模拟装车形式固定在试验装置上，向燃油箱内加入1/2额定容量的20℃±2℃的水,在95℃±2℃的环境温度下放置1h。

标准要求：燃油箱无泄漏。

1.1.9 耐火性

试验方法：将燃油箱按实际装车状态固定在试验装置上，如果车辆上配置有影响火路蔓延的部件，试验装置也应安装。在燃油箱中，加入1/2额定容量的与发动机燃油同牌号的燃油，在试验过程中，所有开口封闭，但通气装置正常工作。不受风的影响，试验分四个阶段进行：

1）预燃烧阶段。将盛油槽放在距离燃油箱3 m外燃烧60 s。

2）直接接触火焰阶段。将燃油箱暴露在火焰中60 s（液面离箱底的高度与空车状态下箱底离地面的高度相同）。

3）间接接触火焰阶段。立即用隔棚盖住盛液器，并持续60 s。

4）试验结束。立即将燃烧着的盛油槽及隔棚一起撤离。

标准要求：燃油箱无泄漏。

存在问题：耐火试验是塑料燃油箱中最容易不合格的项目，也是最容易失败的一个项目。该项目具有一定的危险性，每次试验都要精心组织，同时要注意人的安全。每次试验开始前，尤其是在加油不久后，不要立即点火，要等油箱盖及加油管周围的燃油挥发完毕以后才能开始进行燃烧试验。在试验时，要尽量减少风的影响。油箱样品在120 s与火焰接触试验结束后，要尽可能快地灭掉油箱四周的火焰，并检查有无泄漏。只要在120 s期间没有泄漏就可以，即使以后的时间再泄漏，也认为是合格的。毕竟塑料燃油箱材料是塑料，其熔点较低。在有燃油燃烧时的条件下，里面的燃油泄漏只是一个时间长短的问题。目前一些汽车上做得较好的结构就是在塑料燃油箱底部加装一个同油箱底部形状类似的保护底壳（铝合金材料或者复合塑料），这种措施使得塑料油箱在耐火试验中可以起到非常好的效果，值得借鉴。

1.2 ECE R34法规及EEC 70/221指令解析

欧洲及相关地区主要有ECE法规及EEC指令两套标准并行使用。塑料燃油箱主要依据ECE R34法规《关于车辆火灾预防措施认证的统一规定》[5]和EEC70/221指令《油箱及后保护装置》[6]，两者的要求基本相同。从标准内容上看，比国家标准GB18296-2001更加翔实，对试验方法及使用中可能遇到的情况考虑得更严密。ECE R34及EEC 70/221对汽车塑料燃油箱的试验方法和要求有七个方面。

1.2.1 耐压性能

试验方法和标准要求与国标相同。

1.2.2 翻转性能

试验方法：装备油箱正常使用时的所有附件，包括压力补偿装置。然后模拟实际安装状态将样品安装在试验装置上（该装置能在一个围绕其中心轴360°旋转，转轴的方向平行于车身的方向）。在油箱内分别填充额定容量的90%和30%的水，分两次进行试验。测量时，转动油箱装置先向一个方向旋转90°，保持5 min；继续旋转直到回到初始状态；用量杯量取每一次的泄漏量。然后，用同样的方法测试相反的方向。该项测试模仿了油箱在翻车时各种可能出现的情况，以保证整车在侧翻试验时的泄漏量在标准规定内。

标准要求：泄漏量不得超过30 g/min。

1.2.3 燃油的渗透性能

试验方法：在进行渗透性试验前，将燃油注入油箱（优质商业燃油），达到其额定容量的50%，不密封，将其暴露在环境温度为40℃±2℃下，一直到燃油在单位时间内挥发量达到稳定，但最好不要超过4个星期。随后清空油箱，重新将燃油注入油箱，达到其额定容量的50%，进行密封，并将其储存在环境温度为40℃±2℃下。当油箱的内部温度达到试验温度时，适当调整油箱内部压力。为期8个星期的试验时间，可以确定燃油因扩散作用而产生的流失量。需要注意的是，如果因挥发作用而流失的燃油量超过20 g/24 h的要求，可以重新试验：在同一油箱上、环境温度为23℃±2℃下，其它条件不变。在该试验中，测量到的流失量不应超过10 g/h。

标准要求：最大平均泄漏量不超过20 g/24 h。

1.2.4 耐燃油腐蚀性能

试验方法：按照上述1.2.3的试验方法做完渗透性试验后，再按照1.2.5进行低温冲击试验及按照1.2.1进行耐压性能的试验。

标准要求：油箱无泄漏。

1.2.5 低温冲击

标准要求及试验方法与国标基本一致，但其规定的冲击方式比较具体。碰撞方式明确为摆锤式：摆锤的中心与角锥的重心相互重合，与摆锤回转距离为1 m。

1.2.6 耐高温性能

试验方法和标准要求与国标无差异。

1.2.7 耐火性能

试验方法和标准要求与国标基本一致。不同的地方有：耐火试验中隔棚的尺寸和方式不同（国标要求方孔，而欧标为圆孔）；国标要求盛油槽中盛放的是与发动机使用的同型号燃油，而欧标中规定的是高标号汽油。

1.3 国标和ECE R34法规及EEC 70/221指令对比分析

1）检验项目有很多相同或相近的条款，例如：耐压性、耐火性、低温冲击性、耐高温性。

2）国标中没有关于燃油渗透性的试验方法和标准要求，但是欧标却有十分明确的规定。

3）国标有振动方面的试验项目和标准要求；而欧标在振动方面却没有要求。

4）国标中没有对油箱盖的设计和安装提出具体要求；而欧标却明确提出了油箱盖必须安装在加油口上，且不能高出相邻车身的表面。本条款主要是提醒防止忘记加盖油箱盖，造成燃油的蒸发与泄漏。其实国内很多制造商采用的是油箱盖和点火开关同一把钥匙，以此来提醒锁紧油箱盖，防止燃油泄漏。

5）国标对安全阀开启压力有要求，配备燃油蒸发排放系统的必须有一个排气口；欧标没有这方面的要求，但引入了压力补偿机制来平衡油箱内外的压力。

6）国标关于油箱在整车上的安装没有明确的要求；而欧标在这方面有很多的要求，但基本都是主观评价方面的内容。

总之，关于塑料燃油箱试验的国家标准内容比较简单，几乎每一个项目的要求都是一句话，而每一个项目的试验方法除了耐火试验详细些，其它的项目也是寥寥数语，这对标准的执行带来了很大的不确定性。然而，欧标的内容和项目都非常的翔实，甚至于对油箱在车辆上的安装要求都作了非常多的阐述。

2 对现行国家标准的建议

1）取消国标中“3.4安全阀开启压力”的要求，而引入压力补偿机制。关于安全阀，国标中要求其开启压力为35～50 kPa，而北美标准规定是35 kPa以下，在欧洲和日本的标准中根本就没有安全阀开启压力的要求。该国标参考的是日本70年代的标准，而现在日本的标准早就变更了。另外，该开启压力在使用中没有实际意义，因为油箱一般都有排气装置；在试验中也不好执行，如某厂家的开启压力设计值在35 kPa以下，塑料燃油箱生产厂家给出解释说此阀并非国家标准中定义的安全阀，而叫多功能阀或呼吸阀，也不好据此来评判该油箱为不合格产品。所以为了避免这类情形，也便于同国际接轨，最好是直接取消该规定。

2）取消国标中“3.5振动试验”的要求。通过试验室大量油箱振动试验的数据表明，油箱的振动不合格的情况主要出现在金属燃油箱上面。到目前为止，还没有出现塑料燃油箱在振动中损坏的现象，这与塑料和金属各自的特性有关，而这一结论与天津汽车技术研究中心的数据结论是一致的[7]。另外，关于振动试验的项目，ECE R34法规和EEC70/221指令中都没有提及。

3）取消国标中4.6项的“低温冲击试验时，不同部位的试验应使用新的燃油箱样品”这句话。在ECE R34法规中就明确指出了应油箱制造商的要求，可在同一塑料油箱上进行所有的撞击试验，也可在不同的塑料油箱上进行所有的撞击试验。相比之下，国标容易操作，但浪费试验资源。试验可在同一油箱样品上进行，当需要就该项目进行仲裁试验或出现一个不合格的试验结果时，可考虑更换另一个油箱样品进行试验。修改该标准时，可参考ECE R34法规的要求。

4）更改国标4.8中“关于耐火试验中隔棚开孔形状和尺寸”的要求。国标的要求是方孔尺寸，而ECER34法规和EEC70/221指令中的要求是圆孔尺寸要求。国标方孔的面积相当于总面积的60%，但是方孔在加工上很费劲，同时给油箱制造厂商在整车或汽车零部件产品出口认证时增加了检测负担，因为出口到欧洲及其相关地区的汽车燃油箱必须满足ECER34法规和EEC70/221指令。统一耐火试验中隔棚的形状和尺寸标准在不降低标准要求的前提下，对试验室和油箱制造商都十分有利。

5）增加塑料燃油箱渗透性能的要求。当今环保要求越来越受到人们的重视，低渗透性是燃油箱的发展趋势[8]。但由于其材料毕竟是高分子材料，所以渗透必不可少。ECE R34法规要求整车燃油箱总成的燃油渗漏量平均每日不超过20 g，而北美的标准对此规定更为严格[9]。目前国标对于该项目没有要求，希望在以后的标准修订中增加该项目的检验和考核。

3 结束语

论述了塑料燃油箱的检验标准和试验方法，尤其是在施行现行国际的情况下，如何更好地去执行和把握该标准；对该标准中值得商榷的地方，通过试验数据提出了自己的见解和意见；针对试验中容易不合格的地方提出了相应的产品改进措施；详细地对比了国标和欧标的相同点和不同点。为燃油箱标准的再次修订，提出了自己的、详细的更改措施和建议，以便更好地促进塑料燃油箱质量的提高和技术的革新。

[1]刘亮.汽车塑料燃油箱发展概况[J].轻型汽车技术，2006，（11）

[2]胡刚，史永红，林一波，等.多层吹塑汽车燃油箱的应用与发展[J].广东塑料，2004，（3）

[3]GB18296-2001，汽车燃油箱安全性能要求和试验方法[S].北京：中国标准出版社，2001.

[4]谭志诚，沈惠华，陈淑霞.乙二醇及其水溶液二元体系理化性能数据的测定[J].化学工程，1983，（1）

[5]ECE R34法规，关于车辆火灾预防措施认证的统一规定[S].

[6]EEC70/221指令，油箱及后保护装置[S].

[7]朱其文，杜天强，黄传义.汽车燃油箱安全性能测试方法的研究[J].汽车工程师，2005，（5）

[8]兰小蓉.塑料在汽车油箱中的应用现状与发展趋势[J].技术与应用，2007，（7）

[9]王元明.汽车塑料燃油箱阻隔性能的检测[J].汽车工艺与材料，2005，（8）

修改稿日期：2012-04-26

Safety Performance Standard and Testing Method about Plastic Fuel Tank

LIU Li-zhi,NING Bing-hua
(Dong feng Motor Corporation Technical Center,National Automobile Quality Test Center(Xiangfan),Xiangfan 441004,China)

The authors summarize the key parts in carrying out GB18296-2001 in order to understand and execute better at present.They elaborate the main testing methods abroad and compare differences between national and European standards.Last they put forward some revising suggestions about GB18296-2001.

plastic fuel tank;GB18296-2001;ECE R34 Regulation;EEC70/221 Directive

U467.3

B

1006-3331（2012）04-0053-04

作者介绍：柳立志（1964-），男，研究员级高工；安全试验室主任；研究方向：非金属材料试验与研究。