不同油品对汽车燃油箱的安全性能影响研究

何雍奥 庞方超

中国汽车技术研究中心 天津市 300300

1 引言

相比对与传统燃油，甲醇汽油、乙醇汽油具有高辛烷值、高抗暴性、蒸发排放物清洁、汽化潜热大、经济性高、生产原料丰富等优点，同时也有毒性强、腐蚀性强等问题。由于他们在溶胀性、燃烧性、动力性、腐蚀性等方面由于与传统燃油不同，这些特性对现有燃油箱的安全性能是否会产生影响，就需要我们通过实验来进行验证。

作者选取国际市场上使用率最高的4种燃油，即95#汽油、E5乙醇汽油、E10乙醇汽油、M15甲醇汽油对同款油箱进行渗透率试验、高压爆破试验、材料性能分析试验等对比试验，通过试验及数据分析来验证不同油品对现售汽车燃油箱的安全性能的影响。

2 渗透率试验

2.1 试验方案

2.1.1 参考相关法规中试验要求，将同款同批次4个油箱模拟装车状态固定，分别将15L的95#、E5、E10、M15燃油注入1#、2#、3#、4#燃油箱中，燃油箱不封口，将此状态的燃油箱保持在40℃温度环境下4周，并每周测量燃油箱重量并记录。

2.1.2 四周后，将燃油箱内燃料清空，并重新注入15L新油品，将油箱密封后储存在40℃的环境中8周，并每周测量燃油箱重量并记录。

2.2 试验结果

2.3 试验结果分析

由数据可以看出，汽车燃油箱平均日渗透量95#汽油＞E5乙醇汽油＞E10乙醇汽油＞M15甲醇汽油，从环保角度来说，乙醇汽油、甲醇汽油的推广，是有利与环境保护的。

从数据中还可以看出，前四周油箱不密封处理的渗透量远远大于后8周模拟实车状态密封的渗透量，可以看出甲醇汽油、乙醇汽油的挥发性均大于传统汽油，这就要求使用新型燃油必须满足燃油箱有足够的耐压性能。

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图1 同款燃油箱不同油品渗透量分布图

3 高压爆破试验

3.1 试验方案

将经过渗透率试验的1#（95#汽油）、2#（E5乙醇汽油）、3#（E10乙醇汽油）、4#（M15甲醇汽油）和未经过老化试验的5#燃油箱模拟实际装车状态安装后并密封，分别向其中冲入水压至2.5bar，维持压力30s观察样件情况，如无泄漏则继续加压至油箱出现泄漏，并记录泄漏时压力数据。

3.2 试验结果

通过此试验得出数据，1#燃油箱爆破值为4.65 MPa，2#燃油箱爆破值为4.62 MPa，3#燃油箱爆破值为4.59 MPa，4#燃油箱爆破值为4.52 MPa，5#燃油箱爆破值为4.75 MPa。

3.3 试验结果分析

通过试验结果可以得出，经过老化后的燃油箱的爆破压力均发生变化，其中变化量为M15甲醇汽油＞ E10乙醇汽油＞ E5乙醇汽油＞95#汽油。

甲醇汽油、乙醇汽油相比传统燃油，是在传统燃油中加入一定量的甲醇或者乙醇和添加剂后通过相关工艺调配而成。从化学角度分析，由于甲醇和乙醇的均具有溶胀性和腐蚀性，而且甲醇汽油、乙醇汽油燃烧会生成甲酸、乙酸、硫化物等物质，并且他们的酸性高于传统燃料燃烧产生物质的酸性，这些都会腐蚀燃油箱的箱体、软管、加油管、油泵、密封圈等部件。

通过数据处理可以看出，虽然使用新型燃油浸泡后的燃油箱的爆破压力降低了，但是变化量仅为2.8%，且由具有最强腐蚀性的甲醇汽油浸泡后的油箱的爆破压力4.52 MPa也远远大于燃油箱的正常工作压力（0.3MPa左右），顾不存在安全隐患。

4 材料性能分析试验

4.1 材质拉伸性能试验

4.1.1 试验方案

4.1.1.1 在老化后的燃油箱（1#、2#、3#、4#）和未经过试验的燃油箱（5#）上选取形相同位置的样片（10片），制成标准形状，同时确保样件无扭曲、相邻的平面间应相互垂直、表面和边缘应无划痕、空洞、凹陷和毛刺。

4.1.1.2 通过拉伸试验机，沿试样纵轴方向恒速拉伸，直到断裂或应力（负荷）或应变（伸长）达到某一预定值，测量在这一过程中试样所承受的负荷及伸长。

4.1.1.3 测量精度达到0.1mm

4.1.1.4 测量结束后计算断裂标称应变

4.1.2 试验结果

4.1.3 试验结果分析

通过统计试验数据，1#燃油箱样片的抗拉强度平均值为24.99 MPa，断裂标称应变量为181.88%；2#燃油箱样片的抗拉强度平均值为24.94 MPa，断裂标称应变量为181.51%；3#燃油箱样片的抗拉强度平均值为24.88 MPa，断裂标称应变量为181.08%；4#燃油箱样片的抗拉强度平均值为24.84 MPa，断裂标称应变量为180.79%； 5#燃油箱样片的抗拉强度平均值为25.07 MPa，断裂标称应变量为182.47%。

图2 不同油品浸泡后燃油箱材质抗拉强度分布图

图3 不同油品浸泡后燃油箱材质断裂标称应变分布图

从数据中可以看出，不同油品的腐蚀性对燃油箱材质的的抗拉强度影响不大，最大变化量仅为0.6%，而且经过12周老化试验后的燃油箱的材料样品，与未经过老化试验的燃油箱样品也仅有3%的变化量，对整体汽车燃油箱的耐压安全性能影响不大。

4.2 材质弯曲性能试验

4.2.1 试验方案

4.2.1.1 在老化后上选取形相同位置的样片（10片），制成标准形状，同时确保样件无扭曲、相邻的平面间应相互垂直、表面和边缘应无划痕、空洞、凹陷和毛刺。

4.2.1.2 调节合适跨度并设置合适试验速度。

4.2.1.2 将样件对称防止在两个支座上，并与跨度中心施加力。

4.2.1.3 记录试验过程中施加的力与相应的挠度

4.2.2 试验结果

4.2.3 试验结果分析

通过统计试验数据，1#燃油箱样片的弯曲强度平均值为27.83 MPa；2#燃油箱样片的弯曲强度平均值为27.81 MPa；3#燃油箱样片的弯曲强度平均值为27.81 MPa；4#燃油箱样片的弯曲强度平均值为27.73 MPa； 5#燃油箱样片的弯曲强度平均值为27.94 MPa。

从数据中可以看出，不同油品的腐蚀性对燃油箱材质的的弯曲强度同样影响不大，最大变化量为0.36%，而且经过12周老化试验的后的燃油箱的材料样品，与未经过老化试验的燃油箱样品也仅有0.075%的变化量。

根据所统计的1#燃油箱样片的弯曲强度平均值～5#燃油箱样片的弯曲强度平均值试验数据可以得出结论，即不同油品浸泡后燃油箱材质后，弯曲强度分布所受到的影响非常微小，由此也可以在一定程度上说明，燃油箱材质的弯曲强度，不会因为油品浸泡的不同而影响到其材质的分布情况。

4.3 材料性能分析

从以上试验数据可以得出，甲醇汽油的的腐蚀性大于乙醇汽油，大于传统燃油，其中乙醇汽油中，乙醇含量高的油品的腐蚀性大于乙醇含量低的油品。虽然新型燃油具有一定的腐蚀性，但是腐蚀性不大，不足以对汽车燃油箱的制造材质的安全性造成影响。

4.4 试验结论

通过试验数据分析可以得出，甲醇汽油由于其特有属性，他的腐蚀性要高于乙醇汽油。同样，乙醇含量高的乙醇汽油的腐蚀性也比乙醇含量低的乙醇汽油高。但是这些市售常用的甲醇汽油、乙醇汽油虽然对市场现有汽车燃油箱的耐压性能等方面产生了一定量的影响，但是影响很小，且远远高于燃油箱的在国内外标准中设定的安全数值要求，不存在安全隐患，故可以共通使用。而且试验得出，燃油箱在使用甲醇汽油、乙醇汽油后产生的蒸发排放物还会略低于传统汽油，对环境保护起了推动作用。

图4 不同油品浸泡后燃油箱材质弯曲强度分布图

5 结论和建议

通过研究不同油品对汽车燃油箱的安全性能影响，认为因为在和要求相满足的情况下，最大程度上使得经济性显著提高。面对我国当前阶段能源非常短缺的形势，以及在治理环境过程中所形成的严峻局面，这都非常有必要让我们有效的借鉴环保和节约的理念。 由此建议我们应该防止对有着较多不确定因素试验方法的采用，争取在经济环保的同时，确保安全系数的有效性。而针对燃油箱，本文选取国际市场上使用率最高的4种燃油，即95#汽油、E5乙醇汽油、E10乙醇汽油、M15甲醇汽油对同款油箱进行渗透率试验、高压爆破试验、材料性能分析试验等对比试验，通过分析试验还有数据，从而分析了不同油品对现售汽车燃油箱的安全性能的影响，根据试验结果得知，甲醇汽油、乙醇汽油可以共通使用，建议在研究部燃油箱的安全性能上，对所采取的试验方法和评价指标进行及时的更新。