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        不同油品對(duì)汽車燃油箱的安全性能影響研究

        2018-06-01 03:55:30何雍奧龐方超
        時(shí)代汽車 2018年3期
        關(guān)鍵詞:乙醇汽油燃油箱樣片

        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)等問題。由于他們?cè)谌苊浶?、燃燒性、?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,就需要我們通過實(shí)驗(yàn)來進(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),通過試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析來驗(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)保角度來說,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

        通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出,經(jīng)過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)確保樣件無扭曲、相鄰的平面間應(yīng)相互垂直、表面和邊緣應(yīng)無劃痕、空洞、凹陷和毛刺。

        4.1.1.2 通過拉伸試驗(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12周老化試驗(yàn)后的燃油箱的材料樣品,與未經(jīng)過老化試驗(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)確保樣件無扭曲、相鄰的平面間應(yīng)相互垂直、表面和邊緣應(yīng)無劃痕、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12周老化試驗(yàn)的后的燃油箱的材料樣品,與未經(jīng)過老化試驗(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。

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