金属燃油箱的设计开发概述

王韦

摘 要：本文阐述了金属燃油箱的性能要求，并结合实践详述了油箱开发流程，以及油箱材质及防腐处理的要求。

关键词：金属燃油箱；设计方法；表面镀层

随着国家法规对环保要求的日益提升，降低燃油蒸发排放的首要功能件燃油箱的设计变得尤为关键，在国内金属燃油箱较之塑料燃油箱在混和动力车和低蒸发排放量领域的优势显而易见。

1 金属燃油箱的性能要求

1.1 燃油箱外观

焊接部位应光滑，两端盖与本体如采用咬接工艺应无鼓包、毛刺等缺陷。

1.2 燃油箱材料

1.3

燃油箱体所用的材料一般要求按 YB/T 5130，也可用满足要求的热镀锌或电镀锌板，用其它方法处理的钢板其耐腐蚀性能不得低于以上两类材料的要求。燃油箱的密封性燃油箱内承受 30 kPa的压缩空气，不允许漏气（不包括柴油箱盖通气孔）。[1]

1.4

燃油箱内清洁度为每升容量的杂质按质量计不大于1.5mg。

1.5

在装有进气阀的燃油箱的同时，其安装位置应该是在燃油箱，并且是在充满燃油时燃油面的上正上方，进气阀的开启压力必须满足与燃油箱配套使用的发动机在最大供油时正常工作，且燃油箱不得被吸凹。[2]

1.6 燃油箱的牢固性

燃油箱的箱体本身，和整体部件应能承受80kPa压力，在这期间是不允许出现渗（如表1所示）。

1.7

燃油箱箱体与螺母焊接的抗扭强度应符合表1的要求。

1.8

振动耐久性：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，按表2的规定进行振动试验；不允许燃油有泄漏的现象。[3]

1.9 金属燃油箱的耐压性能

金属燃油箱模拟裝车，这一形式固定在试验装置上，密封好所有进、出口，向燃油箱内施加80Kpa的压力，保持30s。

1.10 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，保证蒸发排放物能随时排出汽油箱。[4]

1.11 安全阀的开启压力

装有安全阀装置的燃油箱，安全阀的开启压力为35～50kPa，安全阀开启后，燃油箱内压力不得比安全阀开启压力高出 5kPa以上。

2 燃油箱的设计方法

燃油箱开发流程图（如图1所示）。

开发流程详解：

2.1 油箱容积的确定

（1）燃油箱额定容积计算：在整车设计匹配计算中，需根据整车提供的百公里综合工况油耗、整车最大续航里程和最小吸油量计算出燃油箱的额定容积。如百公里综合工况油耗为 a （L/100km），要求整车最大续航里程为b（Km），最小吸油量为c（L），则油箱额定容积（L）V=（b*a）/100+c；

（2）燃油箱最大容积：因燃油吸热而产生的体积膨胀，其膨胀空间应大于总容积的 5%，以避免而使燃油溢出，故油箱最大容积为标定的额定容积除以95%。

2.2 确定油箱材质

金属油箱是拉延模，对油箱外型的要求较高，但其耐压性能较好；塑料油箱由于是注塑成型，故可满足复杂的形状要求，由于塑料质量轻，满足轻量化要求，且六层级的塑料油箱的耐渗透性较好。在金属与塑料两者都能满足的情况下，应以成本方面做考虑，优先选择金属油箱。

2.3 确定油箱的外形尺寸

根据总体布置的油箱位置要求，结合油箱容积，确定油箱的外形尺寸：

油箱的高度必须大于中央通过角，总体布置空间限定了油箱的长宽。

3 内部结构设计

3.1 油箱的吸油管口布置于油箱中部且离燃油箱底部10mm～15mm处，具体应满足油箱的最小吸油量，最小吸油量一般为燃油箱额定容积的5%左右。同时底部需设置粗滤器，以防止吸入燃油箱内沉淀的杂质。

3.2

燃油箱应设置呼吸孔，呼吸孔的位置设在油箱的最高面，保证燃油在额定容积时能满足通气性能。柴油箱呼吸孔连接双向阀，阀体控制油箱内部气压平衡，满足油箱的安全性。汽油箱呼吸孔处一般为防翻转阀——连碳罐，碳罐收集油蒸汽，满足排放法规要求。

3.3

隔板：油箱的横向尺寸大于700mm时，应考虑在油箱的上箱体加焊隔板，隔板的三个面焊接在上箱体上；隔板视油箱尺寸长度可设计多个，隔板之间一般间隔 300～500mm以上。

隔板上通常开有一些孔，便于油液能在油箱中均匀迁移，可减缓油箱在车辆行驶过程中所承载的燃油冲击和减小燃油冲击噪声。

3.4

燃油箱下箱体底部面积较大时，需在油箱中部设置储油槽，保证少油时吸油的稳定性。

3.5 燃油泵：维持系统压力，向发动机

提供所需特定数量的燃油，用于汽油箱。燃油泵的布置和选择：燃油泵总成安装在油箱的上部或者油箱

内部。通常燃油泵中有一个燃油油位高度传感单元，传感单元中有一个吸油管和一个浮动油表。

泵上带有进、出油口，按照整车标定选取相应电子燃油泵，根据电子燃油泵厂家提

供的油泵安装数据（安装尺寸，公差配合）来确定油箱上的安装方式和尺寸燃油泵的装配结构：油泵和油箱是卡式和螺式的两种装配结构。

3.6 防翻转阀：

在正置的常态下，防翻转阀处于常开状态形成通路，起到平衡油箱内外空气压力的作用；在油箱处于翻置状态时，由于自重使阀门关闭防止燃油泄漏发生火灾，用于汽油箱。

3.7 油箱的固定方式大致有两种：

a有托盘结构，箍带抱紧，托盘与油箱本体间有橡胶缓冲块；b无托盘结构，焊接翻边固定，底部喷塑。有托盘结构多用于非承载式车身，无托盘结构多用于承载式车身，具体与燃油箱的大小和布置方式有关。

3.8 工艺分析及初步结构设计。

将油箱的数模进行制造工艺分析，完善上下箱体的装配方式，并对箱体增加加强筋等结构，选择合适的燃油泵、翻车阀或者双向阀。

3.9 D状态图纸及数模发布。

完成D状态图纸的设计发布。2D图纸上有：零件结构清晰、BOM清单、材料、装配、关键尺寸、尺寸公差表、技术要求等。

3.10 模具开发，试模件性能测试。

根据D状态图纸及数模开发模具，并按照 GB 18296-2001 对汽车燃油箱进行测试，提交试验结果进行评审。

3.11 装车路试验证评审搭载路试车辆进行耐久性试验，并对试验结果进行评审。

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3.12 V、P狀态图纸发布。发布V、P状态图纸，设计完成。

3 箱体的材料

板材为冲压用薄板，一般金属油箱用材料为ST12与ST14，也可用同等性能不同牌号的金属冲压薄钢板，如DC与SPCC，牌号等级具体因形状复杂程度来选取，油箱板材、板厚依据外形与吊装方式来选取。

4 箱体内表面镀层

金属油箱内表面需进行相应镀层处理，按满足要求《GB/T1839》的热度锌板或电镀锌板执行；

5 箱体外表面油漆层

外表面需有油漆涂层，涂层应满足：

a漆膜厚度不低于30um，

b机械强度：耐冲击 50kg.cm，弹性 1mm；硬度≥0.5，

c耐水性：浸在100℃沸水中，10h无变化，

d耐汽油性：浸在80℃的RQ-70号汽油中48h无变化，耐中性盐雾试验要求不小于 150h。

6 结束语

以上为金属燃油箱的开发设计流程及方法的应用，金属燃油箱作为供油系统的主要功能件，在国内混合动力车的应用和燃油储存安全性方面发挥着重要的作用。

参考文献：

[1]GB/T 18296-2001《汽车燃油箱安全性能要求和试验方法》 2001.01.01发布 .

[2]QC/T 644-2014汽车金属燃油箱技术条件2014.07.07 发布 .

[3]柳广凤，徐爱平 . 轿车燃油箱设计 [J]. 机械工业标准化与质量，2012，08：23-27.

[4]赵帅 . 金属油箱关键设备控制系统设计与研究 [D].合肥工业大学，2013.