何雍奧 龐方超

中國(guó)汽車技術(shù)研究中心 天津市 300300

1 引言

相比對(duì)與傳統(tǒng)燃油，甲醇汽油、乙醇汽油具有高辛烷值、高抗暴性、蒸發(fā)排放物清潔、汽化潛熱大、經(jīng)濟(jì)性高、生產(chǎn)原料豐富等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有毒性強(qiáng)、腐蝕性強(qiáng)等問(wèn)題。由于他們?cè)谌苊浶浴⑷紵浴?dòng)力性、腐蝕性等方面由于與傳統(tǒng)燃油不同，這些特性對(duì)現(xiàn)有燃油箱的安全性能是否會(huì)產(chǎn)生影響，就需要我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

作者選取國(guó)際市場(chǎng)上使用率最高的4種燃油，即95#汽油、E5乙醇汽油、E10乙醇汽油、M15甲醇汽油對(duì)同款油箱進(jìn)行滲透率試驗(yàn)、高壓爆破試驗(yàn)、材料性能分析試驗(yàn)等對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析來(lái)驗(yàn)證不同油品對(duì)現(xiàn)售汽車燃油箱的安全性能的影響。

2 滲透率試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

2.1.1 參考相關(guān)法規(guī)中試驗(yàn)要求，將同款同批次4個(gè)油箱模擬裝車狀態(tài)固定，分別將15L的95#、E5、E10、M15燃油注入1#、2#、3#、4#燃油箱中，燃油箱不封口，將此狀態(tài)的燃油箱保持在40℃溫度環(huán)境下4周，并每周測(cè)量燃油箱重量并記錄。

2.1.2 四周后，將燃油箱內(nèi)燃料清空，并重新注入15L新油品，將油箱密封后儲(chǔ)存在40℃的環(huán)境中8周，并每周測(cè)量燃油箱重量并記錄。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由數(shù)據(jù)可以看出，汽車燃油箱平均日滲透量95#汽油＞E5乙醇汽油＞E10乙醇汽油＞M15甲醇汽油，從環(huán)保角度來(lái)說(shuō)，乙醇汽油、甲醇汽油的推廣，是有利與環(huán)境保護(hù)的。

從數(shù)據(jù)中還可以看出，前四周油箱不密封處理的滲透量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后8周模擬實(shí)車狀態(tài)密封的滲透量，可以看出甲醇汽油、乙醇汽油的揮發(fā)性均大于傳統(tǒng)汽油，這就要求使用新型燃油必須滿足燃油箱有足夠的耐壓性能。

1）傳統(tǒng)班級(jí)授課講授教學(xué)設(shè)計(jì)。醫(yī)用電子儀器基礎(chǔ)理論知識(shí)部分內(nèi)容系統(tǒng)性強(qiáng)，內(nèi)容銜接緊密。作為學(xué)科知識(shí)體系基礎(chǔ)，采用班級(jí)講授方式，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的思考和理論擴(kuò)展，指出學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。同時(shí)，借助教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、教學(xué)視頻等合作學(xué)習(xí)，討論解決問(wèn)題。在教師主導(dǎo)的同時(shí)，注重發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。

圖1 同款燃油箱不同油品滲透量分布圖

3 高壓爆破試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

將經(jīng)過(guò)滲透率試驗(yàn)的1#（95#汽油）、2#（E5乙醇汽油）、3#（E10乙醇汽油）、4#（M15甲醇汽油）和未經(jīng)過(guò)老化試驗(yàn)的5#燃油箱模擬實(shí)際裝車狀態(tài)安裝后并密封，分別向其中沖入水壓至2.5bar，維持壓力30s觀察樣件情況，如無(wú)泄漏則繼續(xù)加壓至油箱出現(xiàn)泄漏，并記錄泄漏時(shí)壓力數(shù)據(jù)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)此試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，1#燃油箱爆破值為4.65 MPa，2#燃油箱爆破值為4.62 MPa，3#燃油箱爆破值為4.59 MPa，4#燃油箱爆破值為4.52 MPa，5#燃油箱爆破值為4.75 MPa。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以得出，經(jīng)過(guò)老化后的燃油箱的爆破壓力均發(fā)生變化，其中變化量為M15甲醇汽油＞ E10乙醇汽油＞ E5乙醇汽油＞95#汽油。

甲醇汽油、乙醇汽油相比傳統(tǒng)燃油，是在傳統(tǒng)燃油中加入一定量的甲醇或者乙醇和添加劑后通過(guò)相關(guān)工藝調(diào)配而成。從化學(xué)角度分析，由于甲醇和乙醇的均具有溶脹性和腐蝕性，而且甲醇汽油、乙醇汽油燃燒會(huì)生成甲酸、乙酸、硫化物等物質(zhì)，并且他們的酸性高于傳統(tǒng)燃料燃燒產(chǎn)生物質(zhì)的酸性，這些都會(huì)腐蝕燃油箱的箱體、軟管、加油管、油泵、密封圈等部件。

通過(guò)數(shù)據(jù)處理可以看出，雖然使用新型燃油浸泡后的燃油箱的爆破壓力降低了，但是變化量?jī)H為2.8%，且由具有最強(qiáng)腐蝕性的甲醇汽油浸泡后的油箱的爆破壓力4.52 MPa也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燃油箱的正常工作壓力（0.3MPa左右），顧不存在安全隱患。

4 材料性能分析試驗(yàn)

4.1 材質(zhì)拉伸性能試驗(yàn)

4.1.1 試驗(yàn)方案

4.1.1.1 在老化后的燃油箱（1#、2#、3#、4#）和未經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的燃油箱（5#）上選取形相同位置的樣片（10片），制成標(biāo)準(zhǔn)形狀，同時(shí)確保樣件無(wú)扭曲、相鄰的平面間應(yīng)相互垂直、表面和邊緣應(yīng)無(wú)劃痕、空洞、凹陷和毛刺。

4.1.1.2 通過(guò)拉伸試驗(yàn)機(jī)，沿試樣縱軸方向恒速拉伸，直到斷裂或應(yīng)力（負(fù)荷）或應(yīng)變（伸長(zhǎng)）達(dá)到某一預(yù)定值，測(cè)量在這一過(guò)程中試樣所承受的負(fù)荷及伸長(zhǎng)。

4.1.1.3 測(cè)量精度達(dá)到0.1mm

4.1.1.4 測(cè)量結(jié)束后計(jì)算斷裂標(biāo)稱應(yīng)變

4.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

4.1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，1#燃油箱樣片的抗拉強(qiáng)度平均值為24.99 MPa，斷裂標(biāo)稱應(yīng)變量為181.88%；2#燃油箱樣片的抗拉強(qiáng)度平均值為24.94 MPa，斷裂標(biāo)稱應(yīng)變量為181.51%；3#燃油箱樣片的抗拉強(qiáng)度平均值為24.88 MPa，斷裂標(biāo)稱應(yīng)變量為181.08%；4#燃油箱樣片的抗拉強(qiáng)度平均值為24.84 MPa，斷裂標(biāo)稱應(yīng)變量為180.79%； 5#燃油箱樣片的抗拉強(qiáng)度平均值為25.07 MPa，斷裂標(biāo)稱應(yīng)變量為182.47%。

圖2 不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)抗拉強(qiáng)度分布圖

圖3 不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)斷裂標(biāo)稱應(yīng)變分布圖

從數(shù)據(jù)中可以看出，不同油品的腐蝕性對(duì)燃油箱材質(zhì)的的抗拉強(qiáng)度影響不大，最大變化量?jī)H為0.6%，而且經(jīng)過(guò)12周老化試驗(yàn)后的燃油箱的材料樣品，與未經(jīng)過(guò)老化試驗(yàn)的燃油箱樣品也僅有3%的變化量，對(duì)整體汽車燃油箱的耐壓安全性能影響不大。

4.2 材質(zhì)彎曲性能試驗(yàn)

4.2.1 試驗(yàn)方案

4.2.1.1 在老化后上選取形相同位置的樣片（10片），制成標(biāo)準(zhǔn)形狀，同時(shí)確保樣件無(wú)扭曲、相鄰的平面間應(yīng)相互垂直、表面和邊緣應(yīng)無(wú)劃痕、空洞、凹陷和毛刺。

4.2.1.2 調(diào)節(jié)合適跨度并設(shè)置合適試驗(yàn)速度。

4.2.1.2 將樣件對(duì)稱防止在兩個(gè)支座上，并與跨度中心施加力。

4.2.1.3 記錄試驗(yàn)過(guò)程中施加的力與相應(yīng)的撓度

4.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

4.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，1#燃油箱樣片的彎曲強(qiáng)度平均值為27.83 MPa；2#燃油箱樣片的彎曲強(qiáng)度平均值為27.81 MPa；3#燃油箱樣片的彎曲強(qiáng)度平均值為27.81 MPa；4#燃油箱樣片的彎曲強(qiáng)度平均值為27.73 MPa； 5#燃油箱樣片的彎曲強(qiáng)度平均值為27.94 MPa。

從數(shù)據(jù)中可以看出，不同油品的腐蝕性對(duì)燃油箱材質(zhì)的的彎曲強(qiáng)度同樣影響不大，最大變化量為0.36%，而且經(jīng)過(guò)12周老化試驗(yàn)的后的燃油箱的材料樣品，與未經(jīng)過(guò)老化試驗(yàn)的燃油箱樣品也僅有0.075%的變化量。

根據(jù)所統(tǒng)計(jì)的1#燃油箱樣片的彎曲強(qiáng)度平均值～5#燃油箱樣片的彎曲強(qiáng)度平均值試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，即不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)后，彎曲強(qiáng)度分布所受到的影響非常微小，由此也可以在一定程度上說(shuō)明，燃油箱材質(zhì)的彎曲強(qiáng)度，不會(huì)因?yàn)橛推方莸牟煌绊懙狡洳馁|(zhì)的分布情況。

4.3 材料性能分析

從以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，甲醇汽油的的腐蝕性大于乙醇汽油，大于傳統(tǒng)燃油，其中乙醇汽油中，乙醇含量高的油品的腐蝕性大于乙醇含量低的油品。雖然新型燃油具有一定的腐蝕性，但是腐蝕性不大，不足以對(duì)汽車燃油箱的制造材質(zhì)的安全性造成影響。

4.4 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得出，甲醇汽油由于其特有屬性，他的腐蝕性要高于乙醇汽油。同樣，乙醇含量高的乙醇汽油的腐蝕性也比乙醇含量低的乙醇汽油高。但是這些市售常用的甲醇汽油、乙醇汽油雖然對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有汽車燃油箱的耐壓性能等方面產(chǎn)生了一定量的影響，但是影響很小，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃油箱的在國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定的安全數(shù)值要求，不存在安全隱患，故可以共通使用。而且試驗(yàn)得出，燃油箱在使用甲醇汽油、乙醇汽油后產(chǎn)生的蒸發(fā)排放物還會(huì)略低于傳統(tǒng)汽油，對(duì)環(huán)境保護(hù)起了推動(dòng)作用。

圖4 不同油品浸泡后燃油箱材質(zhì)彎曲強(qiáng)度分布圖

5 結(jié)論和建議

通過(guò)研究不同油品對(duì)汽車燃油箱的安全性能影響，認(rèn)為因?yàn)樵诤鸵笙酀M足的情況下，最大程度上使得經(jīng)濟(jì)性顯著提高。面對(duì)我國(guó)當(dāng)前階段能源非常短缺的形勢(shì)，以及在治理環(huán)境過(guò)程中所形成的嚴(yán)峻局面，這都非常有必要讓我們有效的借鑒環(huán)保和節(jié)約的理念。 由此建議我們應(yīng)該防止對(duì)有著較多不確定因素試驗(yàn)方法的采用，爭(zhēng)取在經(jīng)濟(jì)環(huán)保的同時(shí)，確保安全系數(shù)的有效性。而針對(duì)燃油箱，本文選取國(guó)際市場(chǎng)上使用率最高的4種燃油，即95#汽油、E5乙醇汽油、E10乙醇汽油、M15甲醇汽油對(duì)同款油箱進(jìn)行滲透率試驗(yàn)、高壓爆破試驗(yàn)、材料性能分析試驗(yàn)等對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)分析試驗(yàn)還有數(shù)據(jù)，從而分析了不同油品對(duì)現(xiàn)售汽車燃油箱的安全性能的影響，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得知，甲醇汽油、乙醇汽油可以共通使用，建議在研究部燃油箱的安全性能上，對(duì)所采取的試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行及時(shí)的更新。