汽车燃油系统静电荷释放措施

翁益明 胡正云

摘 要：本文首先概述了汽车在加油过程与非加油过程中，静电荷产生的原理，及其危害;其次分析了释放不同级别的静电荷对燃油系统的要求;最后，重点研究了燃油系统中塑料加油管静电荷释放对结构和材料的要求，且提供了将加油过程中所产生的静电荷接地释放的措施。

关键词：燃油系统 静电荷产生机理 静电荷释放措施

随着汽车在日常生活中的普及，汽车燃油系统的安全性能越来越受到关注，其中燃油系统的静电防护是其中重要的一个方面。静电荷如果不及时从车身上转移出去，积累到一定程度后，如果遇到带等量异性电荷实体，他们之间就构成了电容的两个极，将放电产生的大能量火花[1]。

燃油系统局部静电荷积累到一定程度就有可能导致燃油、零部件之间的放电。特别是在加油过程中，放电现象极有可能点燃油箱内的油气，导致爆燃事故，如图1。

1 静电荷的产生机理

1.1 加油过程中静电荷的产生

在加油过程中，高速流动的燃油和燃油系统的加油管、加油枪剧烈摩擦，加油管、加油枪和注入的燃油产生大量电荷。注入油箱的燃油携带正电荷，加油管携带负电荷，如图2所示。

1.2 非加油过程中静电荷的产生

除了加油过程燃油与箱体的摩擦能够产生电荷之外，在飞加油过程中，整个燃油系统或是整车都能够产生静电荷。主要分为以下两个部分。

第一，燃油系统。燃油系统零部件目前普遍采用非金属材料 （如塑料、橡胶），汽车运行过程中燃油和油箱壳体、燃油管、加油管之间产生剧烈摩擦，产生大量静电荷并出现静电荷的局部积累现象。

第二，其它部位。尤其在干燥气候条件下高速行驶的车辆与空气剧烈摩擦，会在车身上积累大量的正电荷;另外，汽车驾乘人员的衣物与车内座椅等接触摩擦后，也会让车身上积累静电荷。

2 静电荷释放的理论分析

根据导电性的常识[2]，如图3所示，通常电阻在小于1×108Ω时，静电荷就沿着物体表面转移出去。燃油系统加油时，需要更加灵敏的导电性，且当物体的电阻小于1×106Ω时，静电荷就可以更加顺畅地通导转移，所以要求相应静电荷转移通路电阻小于1×106Ω。

3 燃油系统静电荷释放要求

3.1 要求一

车身非加油过程中产生的静电荷，在加油过程中通过加油枪传导接地。加油枪和加油管总成之间的接触点（锁支撑处），与车身接地点之间的电阻值小于1×106Ω，如图4。测量点1：锁支撑;测量点2：车身接地点。

3.2 要求二

加油过程中，加油管总成产生的静电荷通过加油枪传导接地，与燃油接触的整个加油管加油通道，和车身接地点之间的电阻值小于1×106Ω，如图5。测量点1：加油管内壁末端;测量点2：车身接地点。

基于上述两种静电荷释放功能，建议对于高端车型，要求整个加油管加油通道导电，即满足要求一和要求二，使车身积累的静电荷和加油过程中产生的静电荷，在加油过程中同时接地释放。

建议对于普通车型，通常只要求加油管口部导电，仅满足要求一，在加油过程中，只将车身积累静电荷接地释放。

4 满足功能的方案措施

根据导电通道系统的电阻小于1×106Ω的要求，推荐相关零部件的材料选择为：金属、含碳粉塑料、碳纤塑料、钢纤塑料等。如果是金属零部件，静电荷能轻易通导;如果为导电塑料件，导电零部件的表面电阻率必须符合一定的要求，通常≤105Ω。

4.1 加油管总成结构

4.1.1 普通静电荷释放要求（满足要求一）

对一些塑料加油管总成，加油管本体不作导电性要求，金属锁支撑和车身导通连接[4]。这样，锁支撑导电其实只将车身积累的静电荷通过加油枪释放，并不能释放加油过程中产生的静电荷。

满足功能一：车身非加油过程中产生的静电荷，在加油过程中通过加油枪释放路径： 车身→接地线→锁支撑→加油枪→接地，如图6所示。由于整个静电荷释放路径都是金属配件，所以释放路径电阻定义为小于50Ω，主要考察导电的连续性。普通车型对加油管静电荷释放性能要求不高，推荐使用此结构。

4.1.2 高端静电荷释放要求的加油管总成（满足要求一和要求二）

为满足较高的静电荷释放要求，推荐将塑料加油管本体设计成7层吹塑结构，其中内层为导电高密度聚乙烯， 加油管本体和锁支撑之间的漏斗材料为导电聚甲醛[5]。从加油管总成的口部锁支撑，到加油管总成的末端，形成了完整的通导路径，如图7所示。此结构同时满足上述两个要求。

第一：车身非加油过程中产生的静电荷，在加油过程中通过加油枪释放路径： 车身→接地线→锁支撑→加油枪→接地。

第二：加油过程中，加油管总成产生的静电荷通过加油枪释放路径：加油管内壁→漏斗→锁支撑→加油枪→接地。

4.2 静电荷释放的影响因素分析

上述加油管总成静电荷释放的影响因素，主要有以下三个方面。

第一，导电材料的选择。在满足其它性能要求的前提下，选择导电塑料重点考虑表面电阻率。

第二，零部件导电的连续性。每个零部件都需要拥有良好的导电性，特别对于塑料加油管，由于内层导电层相对偏薄（一般导电层厚度为管体壁厚的15%，0.5mm左右）， 对于壁厚更小的区域，吹塑过程中容易形成导电层断层，对导电性质不利。

第三，系统的导电连续性：形成导电系统的相邻零部件之间，导电零部件之间材料需要相互接触，形成良好的导电连续性。

5 结论

本文论述了汽车燃油系统静电荷产生的原理、燃油系统的设计要求以及释放静电的措施。对于塑料加油管在内层增加了导电高密度聚乙烯，增强了燃油系统的导电性能。加油管的接地线与车身相连，保证了车身的静电可经加油枪释放。汽车燃油系统塑料加油管总成的结构设计方案，使在汽车加油过程中，释放其产生和累积的静电荷。

参考文献：

[1]王保卫，全仕琪. 夏季机动车加油要预防油料爆燃[J]. 浙江消防，1998（6）：38-38.

[2]宋兴堂， 孙俊玲， 李义鹏. 静电危险场所防静电材料选用方法研究[J]. 安全、健康和环境， 2014，14（6）：36-37.

[3]刘坚， 牛胜福， 刘新亮. 汽车油箱防静电放电结构设计[J]. 上海汽车，2009（5）：11-15.

[4]杨有为. 油箱使用新概念[J]. 實用汽车技术， 2004（2）：21-21.

[5]杜仕国. 聚合物抗静电材料的研究与发展[J]. 工程塑料应用， 1998（10）：31-34.