汽车用塑料燃油箱试验台的设计

付正飞，仲银亮

(1.湖北文理学院机械与汽车工程学院，湖北襄阳 441053；2.澳洲科技有限公司，湖北襄阳 441004）

汽车用塑料燃油箱试验台的设计

付正飞1，仲银亮2

(1.湖北文理学院机械与汽车工程学院，湖北襄阳 441053；2.澳洲科技有限公司，湖北襄阳 441004）

阐释汽车塑料燃油箱现行主要标准的检验方法，给出了试验台设计的总体方案，设计了试验台的结构和控制电路，介绍了塑料燃油箱试验台的功能和操作过程，能够完成燃油箱盖的密封性试验、安全阀开启压力试验和耐压试验，能够模拟汽车燃油箱在实际使用时的工作状况。实际应用验证了试验台设计的正确性及其工作的稳定性，达到了预期的效果。

塑料燃油箱；试验台；密封性试验；开启压力；耐压试验

随着汽车轻量化要求和性能优异的树脂材料应用，汽车上广泛使用各种塑料件或钢塑复合件，在保证机械强度的前提下能够大幅减轻汽车的质量，达到有效节能的目的。汽车燃油系统大量应用塑料，燃油箱就是最典型的产品，它具有耐腐蚀、安全可靠、生产成本低等特点，在欧美市场塑料燃油箱占有率高达85%以上［1－2］，成为汽车生产技术水平和新材料应用的象征。

在我国汽车燃油箱近十多年的使用和大量试验结果中发现:塑料燃油箱的主要问题有箱盖的密封性、箱体的耐压性及耐火性等方面［3－4］。为了保证燃油箱使用过程中的安全性和可靠性，在生产时必须按照国家汽车燃油箱强制性标准GB18296-2001对塑料燃油箱的安全性能进行项目检验［5］。为此，作者专门设计了塑料燃油箱试验台以检测其产品质量，通过模拟燃油箱实际使用中可能遇到的使用环境，考核其设计与制造质量，达到减轻汽车事故中由于燃油箱的损坏、燃油泄漏而造成的人员伤亡和车辆损坏程度的目的。

1 试验的方法和总体方案

1.1 试验方法

国家标准《塑料燃油箱的安全性能要求和试验方法》包括9个方面的指标:额定容量、排气口、燃油箱盖的密封性、安全阀开启压力、振动耐久试验、耐压性能、低温耐冲击性、耐热性、耐火性，并规定了各项指标检测的试验方法和标准要求［5］。文中针对燃油箱盖的密封性、耐压性能、安全阀开启压力3个项目进行测试，并设计出综合测试试验台。

(1）塑料燃油箱的耐压试验方法是:模拟实际装车形式，将塑料燃油箱固定在试验台上，保持(53±2）℃的环境温度，向油箱中注入(53±2）℃额定容量的水，同样盖紧、密封好燃油箱，向其内施加30 kPa的压力并保持5 h。指标要求燃油箱无泄漏、无开裂。

(2）燃油箱盖的密封性试验方法是:向燃油箱内注入额定容量的水，盖紧燃油箱盖并密闭好所有进口和出口，使燃油箱翻转直至加注口部的中心线垂直于地面，等待燃油箱稳定15 s后，用量杯接水、用秒表计时，量取1 min的泄漏量。指标要求汽油箱盖不允许泄漏。

(3）安全阀开启压力试验方法是:以压力增长梯度为8 kPa/min的速率，往燃油箱内施加压缩空气，至箱内压力升高至55 kPa。指标要求安全阀开启压力为35～50 kPa。

1.2 总体方案

塑料燃油箱试验台设计方案如图1所示，试验用气压由气源通过油水分离器、减压阀降至0.1 MPa，并利用速度控制阀调节压力增长梯度，实现8 kPa/min的速率，通过压力传感器检测施加的压力是否达到规定值30 kPa和55 kPa，用二通电磁阀控制开启、闭合气路，设置安全电磁阀确保系统不发生意外，通过计时器控制系统的用时，整个系统由显示控制器进行显示、控制［6－8］。

图1 塑料燃油箱试验台的总体方案

各元件均选用日本SMC生产的，其具体型号和数量为:(1）显示控制器1个:PSE100-AC；(2）油水分离器1个:AFM30-F02BD-2R；(3）减压阀1个:AR25-F02BE-1N；(4）速度控制阀1个:AS1201FMM5- 06；(5）二通电磁阀2个:VCA21-5G-3-02F；(6）高精度压力传感器1个:PSE512- 01；(7）其他:24V电源1个、计时器1个、继电器4个、快换接头15个、气管若干。

2 试验台设计

试验台由台架、显示控制箱和气动单元组成，如图2所示。台架使用材料为铝合金骨架和不锈钢外壳薄板，外形尺寸为1 600 mm×500 mm×800 mm(长、宽、高），还安装1个油水分离器和1个注水管托架。

显示控制箱使用材料为薄钢板外壳和镀锌铝板控制面板，外形尺寸为550 mm×450 mm×500 mm(长、宽、高），显示控制箱上包括1个220 V交流电源输入口、1个工业气源输入口 (φ8 mm快换接头）、1个塑料油箱充气口 (φ8 mm快换接头）和1个安全排气口。

图2 试验台的组成

气动控制单元由铝合金安装板和各个气动元件组成。气动元件包括减压阀、速度控制阀、二通电磁阀、安全电磁阀、压力传感器、显示控制器和计时器。显示控制器可显示实时压力，精度0.1 kPa，最大量程100 kPa，响应频率100 Hz，并可设定控制压力；计时器精度0.1 s，量程8 h，有自动计时和普通秒表计时两种计时方式。

3 控制电路原理

塑料燃油箱试验台系统的控制电路原理如图3所示，系统主要由三部分构成:显示控制部分、充放气控制部分和保压控制部分。

图3试验台的控制电路

该系统实现的主要功能和操作过程如下［9－10］:

(1）塑料燃油箱耐压试验中的充气保压功能

打开总电源开关，总电源灯亮，设置显示控制器的保压压力范围为29.4～30.3 kPa；然后闭合保压控制开关，使二通电磁阀接通进行充气，充气灯亮，并可手动调节速度控制阀控制充气速度。

当达到保压压力上限后，显示控制器输出端OUT1输出信号，断开二通电磁阀，且继电器K1通电，常闭触点K1断开、停止充气、充气灯灭；而常开开关K1接通、保压灯亮，同时激活计时器开始计时，继电器K3通电、常开触点K3接通，保证保压线路开通；当压力传感器检测出压力下降到低于保压压力下限后，控制器接通二通电磁阀，继电器K1失电、常闭触点K1接通，进行补压充气、充气灯亮。

当计时器计时5 h后，保压开关打开，停止保压、保压灯熄灭，耐压试验完成。

(2）燃油箱盖的密封性试验中的计时功能

打开总电源开关，总电源灯亮，对计时器进行手动操作，使用普通秒表计时方式开始计时，量取1 min的泄漏量。

(3）安全阀开启压力试验中的充气功能

打开总电源开关，总电源灯亮，设定显示控制器压力上限为55 kPa。

打开保压开关进行充气，充气灯亮；手动调节速度控制阀，调节充气速度，使充气压力增长梯度为8 kPa/min，当压力达到55 kPa时自动停止充气，充气灯灭、保压灯亮。

(4）报警功能

在显示控制器中设置安全气压，当二通电磁阀故障不能有效停止供气、致使压力超过安全气压时，继电器K2通电、常开触点K2接通，继电器K4也通电、常开触点K4接通，这时报警灯亮，而安全电磁阀进行自动排气。

(5）手动排气

实验完毕或遇到特殊情况需要快速排气时，按下排气开关，使安全电磁阀接通，并进行自动排气。

4 结论

根据国家标准《塑料燃油箱的安全性能要求和试验方法》，设计了可对燃油箱盖的密封性、耐压性能、安全阀开启压力项目进行检测的试验台，给出了试验台设计的总体方案、结构形式和控制电路原理，试验台具有充气保压、手动计时/自动计时、过压报警和快速排气等功能，检测快捷，标准统一、一致性好，能够满足企业的汽车燃油箱检测的实际需求。

［1］刘亮.汽车塑料燃油箱发展趋势［J］.轻型汽车技术，2006(11）:39－40.

［2］雄戈.新一代混合动力汽车用塑料燃油箱［J］.国外塑料，2011(8）:68.

［3］王灵龙，朱其文.汽车燃油箱失效形式［J］.汽车工程师，2012(9）:49－52.

［4］朱其文，黄传义.汽车燃油箱安全性能测试方法的研究［J］.天津汽车，2005(5）:24-28.

［5］全国汽车标准化技术委员会.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.

［6］訾克明，刘兴德.汽车制动器多功能试验台设计［J］.机械设计与制造，2011(7）:44－45.

［7］张波，马城.汽车助力器耐久试验台运动控制系统设计［J］.微计算机信息，2007(29）:210-212.

［8］查宏民.真空助力器－制动主缸总成测试装置［J］.机床与液压，2005(1）:75－77.

［9］杨丽英.汽车制动器试验台飞轮组及其装卸系统设计［J］.组合机床与自动化加工技术，2008(10）:83－85.

［10］刘兴德.汽车制动器主缸的ABS疲劳性能测试的实现［J］.机械设计与制造，2007(9）:114－115.

Design of Test-bed for Automobile Plastic Fuel Oil Tank

FU Zhengfei1，ZHONG Yinliang2
(1.School of Mechanical＆ Automotive Engineering，Hubei University of Arts＆ Sciences，Xiangyang Hebei441053，China；2.Xiangyang Aozhou Technology Co.，Ltd.，Xiangyang Hebei441004，China）

The national standards aboutmain testingmethods for automobile fuel tank were explained.The overall scheme of the test-bed design was put forward，and the structure and control system of the test-bed were designed.The functions and the operation processes of the plastic fuel tank test-bed were introduced.The fuel tank cap seal test，opening pressure test of safety valve and pressure test could be completed，the test-bed could be used to simulate actualworking conditions of automobile fuel tank.The validity and reliability of the test-bed design are verified with practical project，and the test-bed attains the anticipative effect.

Plastic fuel oil tank；Test bed；Sealing test；Opening pressure；Pressure test

TH 12；U463.51

B

1001－3881(2014）10－054－3

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.016

2013－04－10

付正飞(1972—），男，讲师，研究方向为工程图学、机械设计。E－mail:619308722@qq.com。