塑料燃油箱安全性能標準和試驗方法

柳立志，寧賓華

（東風汽車公司技術中心 國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心（襄樊），湖北 襄樊 441004）

塑料燃油箱安全性能標準和試驗方法

柳立志，寧賓華

（東風汽車公司技術中心 國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心（襄樊），湖北 襄樊 441004）

總結在國標中油箱試驗中的關鍵點，以便于更好地理解和執(zhí)行國標；闡釋塑料油箱現(xiàn)行國外主要標準的檢驗方法;比較中歐塑料燃油箱標準的差異；提出對現(xiàn)行塑料燃油箱國標修訂的具體建議。

塑料燃油箱；GB18296-2001；ECE R34法規(guī)；EEC 70/221指令

早先的汽車燃油箱大都是金屬燃油箱，但由于金屬加工的特殊性，焊接縫隙處的強度較低，在環(huán)保、安全性能等方面存在著缺陷，且由于車輛著火時容易迅速升溫而發(fā)生爆炸。隨著科技的發(fā)展，后來出現(xiàn)了塑料燃油箱[1]，與金屬燃油箱相比，它具有諸多優(yōu)點：重量輕、造型隨意、不易爆炸等。正因為塑料燃油箱的這些優(yōu)點，其產量逐年上升，可以預見在不久的將來，會逐步取代金屬燃油箱[2]。為了控制塑料燃油箱的產品質量，國家制定了標準GB18296-2001《汽車燃油箱安全性能要求和試驗方法》[3]。

1 塑料燃油箱檢驗標準分析

1.1 國家標準GB18296-2001

國家標準對塑料燃油箱的安全性能要求和試驗方法包括以下九個方面。

1.1.1 額定容量

試驗方法：稱取油箱裝滿水的質量M1，并通過計算得到體積L1。用廠家提供的額定容量L2除以油箱裝滿水的體積L1。

標準要求：額定容量應控制在燃油箱最大液體容量的95%。

存在問題：該項目試驗可以進行，但對于判定說得比較模糊，只有一句話，也沒有說明具體的誤差范圍，不知道怎么來判定送檢樣品的合格與否，在試驗中一般理解成不超過最大液體容量的95%。

1.1.2 排氣口

試驗方法：標準中無明確試驗方法。一般操作是油箱盛滿水，通過加油口通氮氣，觀察氣體能否正常地從上方的排氣口排出。

標準要求：配備燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)的汽油箱必須有一個排氣口，此排氣口應在汽油箱充滿時位于油面的上方。

1.1.3 燃油箱蓋的密封性

試驗方法：在燃油箱內加入額定容量的水,蓋好燃油箱蓋,密閉好其它所有進出口，翻轉燃油箱至加注口部中心線垂直于地面,待燃油箱穩(wěn)定15 s后,用量杯接水，量取1 min的泄漏量。

標準要求：汽油箱蓋不允許泄漏，柴油箱蓋的最大泄漏量是30 g/min。

存在問題：檢測時需要注意確保加油口與燃油箱本體間空間的相對位置保持與實車一致。大量試驗結果表明，油箱蓋的密封性是大型柴油塑料燃油箱最不容易合格的一個項目。其原因主要是結構上的不同：大部分轎車所用的油箱蓋帶有壓力補償?shù)墓δ埽斢拖鋬炔繅毫ι呋蚪档蜁r，都能與外界取得補償，可以很好地滿足標準要求；而大貨車或大型客車上所使用的油箱蓋，由于其結構或廠家的制造工藝所限，在泄漏試驗中時常超限。

1.1.4 安全閥開啟壓力

試驗方法：蓋好燃油箱蓋，密封好燃油箱其他所有進出口，向燃油箱內施加壓縮空氣，使燃油箱內壓力增長梯度以8 kPa/min的速率升高至55 kPa/min。記錄安全閥的開啟壓力及安全閥開啟后燃油箱內的壓力。

標準要求：額定容量在95 L以上的汽油箱必須得裝有安全閥裝置，安全閥的開啟壓力為35～50 kPa。安全閥開啟后，燃油箱內壓力不得比安全閥開啟壓力高出5 kPa以上。

1.1.5 振動耐久試驗

試驗方法：將燃油箱模擬裝車形式固定在振動試驗臺上，往燃油箱內加入額定容量的水,蓋上燃油箱蓋,密封好所有進、出口，按下列條件進行振動試驗。振動加速度：30 m/s2；振動頻率：30 Hz；振動時間：上下 4 h；左右 2 h；前后2 h；裝水量：額定容量的1/2。

標準要求：燃油箱無泄漏。

存在問題：標準中對振動加速度的大小和方向作了規(guī)定，但是并沒有明確說明振動加速度測量點的布置，而實際上加速度測量點的選擇對測量結果有很大的影響。主要有兩個選擇：一種是將測量點布置在油箱的底部；另一種是將測量點布置在靠近燃油箱的夾具上。通過試驗證明，測量點在油箱底部，對于不同油箱，由于結構的不同，受到的振動激勵大小會不同。另外，對于同一樣品，測量布置點不同，樣品各個部分受到的振動激勵也不相同。可見，加速度傳感器的布置點對結果影響很大，它會導致不同的測試條件。現(xiàn)在行業(yè)內普遍施行的是研討會確定的統(tǒng)一要求，即加速度測量點應盡可能地選在夾具上、靠近燃油箱與夾具連接點處，同時要保證夾具有足夠的剛度[4]。

1.1.6 耐壓性能

試驗方法：燃油箱模擬裝車形式固定在試驗裝置上，保持53℃±2℃的環(huán)境溫度，往燃油箱中加入53℃±2℃額定容量的水，蓋好燃油箱蓋，密封好所有進、出口，向燃油箱內施加30 kPa的壓力，保持5 h。

標準要求：燃油箱無泄漏、開裂，但可以有永久變形。

1.1.7 低溫耐沖擊性

試驗方法：燃油箱模擬裝車形式固定在試驗裝置上，在燃油箱中加入額定容量的水和乙二醇的混合液，待燃油箱內液體溫度降至-40℃±2℃時，用角錘頂點以30 J的沖擊能量撞擊易損傷部位。

標準要求：燃油箱無泄漏。

存在問題：額定容量的水和乙二醇的混合液，要保證在-40℃時，混合溶液不能夠凝結成固體，乙二醇占混合液質量的55%時的效果較好。每次沖擊時，選用不同的新塑料燃油箱來試驗，標準沒有具體說用多少個樣品沖擊多少個點；試驗時，至少選取2個易損傷部位進行試驗[4]。

1.1.8 耐熱性

試驗方法：燃油箱模擬裝車形式固定在試驗裝置上，向燃油箱內加入1/2額定容量的20℃±2℃的水,在95℃±2℃的環(huán)境溫度下放置1h。

標準要求：燃油箱無泄漏。

1.1.9 耐火性

試驗方法：將燃油箱按實際裝車狀態(tài)固定在試驗裝置上，如果車輛上配置有影響火路蔓延的部件，試驗裝置也應安裝。在燃油箱中，加入1/2額定容量的與發(fā)動機燃油同牌號的燃油，在試驗過程中，所有開口封閉，但通氣裝置正常工作。不受風的影響，試驗分四個階段進行：

1）預燃燒階段。將盛油槽放在距離燃油箱3 m外燃燒60 s。

2）直接接觸火焰階段。將燃油箱暴露在火焰中60 s（液面離箱底的高度與空車狀態(tài)下箱底離地面的高度相同）。

3）間接接觸火焰階段。立即用隔棚蓋住盛液器，并持續(xù)60 s。

4）試驗結束。立即將燃燒著的盛油槽及隔棚一起撤離。

標準要求：燃油箱無泄漏。

存在問題：耐火試驗是塑料燃油箱中最容易不合格的項目，也是最容易失敗的一個項目。該項目具有一定的危險性，每次試驗都要精心組織，同時要注意人的安全。每次試驗開始前，尤其是在加油不久后，不要立即點火，要等油箱蓋及加油管周圍的燃油揮發(fā)完畢以后才能開始進行燃燒試驗。在試驗時，要盡量減少風的影響。油箱樣品在120 s與火焰接觸試驗結束后，要盡可能快地滅掉油箱四周的火焰，并檢查有無泄漏。只要在120 s期間沒有泄漏就可以，即使以后的時間再泄漏，也認為是合格的。畢竟塑料燃油箱材料是塑料，其熔點較低。在有燃油燃燒時的條件下，里面的燃油泄漏只是一個時間長短的問題。目前一些汽車上做得較好的結構就是在塑料燃油箱底部加裝一個同油箱底部形狀類似的保護底殼（鋁合金材料或者復合塑料），這種措施使得塑料油箱在耐火試驗中可以起到非常好的效果，值得借鑒。

1.2 ECE R34法規(guī)及EEC 70/221指令解析

歐洲及相關地區(qū)主要有ECE法規(guī)及EEC指令兩套標準并行使用。塑料燃油箱主要依據(jù)ECE R34法規(guī)《關于車輛火災預防措施認證的統(tǒng)一規(guī)定》[5]和EEC70/221指令《油箱及后保護裝置》[6]，兩者的要求基本相同。從標準內容上看，比國家標準GB18296-2001更加翔實，對試驗方法及使用中可能遇到的情況考慮得更嚴密。ECE R34及EEC 70/221對汽車塑料燃油箱的試驗方法和要求有七個方面。

1.2.1 耐壓性能

試驗方法和標準要求與國標相同。

1.2.2 翻轉性能

試驗方法：裝備油箱正常使用時的所有附件，包括壓力補償裝置。然后模擬實際安裝狀態(tài)將樣品安裝在試驗裝置上（該裝置能在一個圍繞其中心軸360°旋轉，轉軸的方向平行于車身的方向）。在油箱內分別填充額定容量的90%和30%的水，分兩次進行試驗。測量時，轉動油箱裝置先向一個方向旋轉90°，保持5 min；繼續(xù)旋轉直到回到初始狀態(tài)；用量杯量取每一次的泄漏量。然后，用同樣的方法測試相反的方向。該項測試模仿了油箱在翻車時各種可能出現(xiàn)的情況，以保證整車在側翻試驗時的泄漏量在標準規(guī)定內。

標準要求：泄漏量不得超過30 g/min。

1.2.3 燃油的滲透性能

試驗方法：在進行滲透性試驗前，將燃油注入油箱（優(yōu)質商業(yè)燃油），達到其額定容量的50%，不密封，將其暴露在環(huán)境溫度為40℃±2℃下，一直到燃油在單位時間內揮發(fā)量達到穩(wěn)定，但最好不要超過4個星期。隨后清空油箱，重新將燃油注入油箱，達到其額定容量的50%，進行密封，并將其儲存在環(huán)境溫度為40℃±2℃下。當油箱的內部溫度達到試驗溫度時，適當調整油箱內部壓力。為期8個星期的試驗時間，可以確定燃油因擴散作用而產生的流失量。需要注意的是，如果因揮發(fā)作用而流失的燃油量超過20 g/24 h的要求，可以重新試驗：在同一油箱上、環(huán)境溫度為23℃±2℃下，其它條件不變。在該試驗中，測量到的流失量不應超過10 g/h。

標準要求：最大平均泄漏量不超過20 g/24 h。

1.2.4 耐燃油腐蝕性能

試驗方法：按照上述1.2.3的試驗方法做完滲透性試驗后，再按照1.2.5進行低溫沖擊試驗及按照1.2.1進行耐壓性能的試驗。

標準要求：油箱無泄漏。

1.2.5 低溫沖擊

標準要求及試驗方法與國標基本一致，但其規(guī)定的沖擊方式比較具體。碰撞方式明確為擺錘式：擺錘的中心與角錐的重心相互重合，與擺錘回轉距離為1 m。

1.2.6 耐高溫性能

試驗方法和標準要求與國標無差異。

1.2.7 耐火性能

試驗方法和標準要求與國標基本一致。不同的地方有：耐火試驗中隔棚的尺寸和方式不同（國標要求方孔，而歐標為圓孔）；國標要求盛油槽中盛放的是與發(fā)動機使用的同型號燃油，而歐標中規(guī)定的是高標號汽油。

1.3 國標和ECE R34法規(guī)及EEC 70/221指令對比分析

1）檢驗項目有很多相同或相近的條款，例如：耐壓性、耐火性、低溫沖擊性、耐高溫性。

2）國標中沒有關于燃油滲透性的試驗方法和標準要求，但是歐標卻有十分明確的規(guī)定。

3）國標有振動方面的試驗項目和標準要求；而歐標在振動方面卻沒有要求。

4）國標中沒有對油箱蓋的設計和安裝提出具體要求；而歐標卻明確提出了油箱蓋必須安裝在加油口上，且不能高出相鄰車身的表面。本條款主要是提醒防止忘記加蓋油箱蓋，造成燃油的蒸發(fā)與泄漏。其實國內很多制造商采用的是油箱蓋和點火開關同一把鑰匙，以此來提醒鎖緊油箱蓋，防止燃油泄漏。

5）國標對安全閥開啟壓力有要求，配備燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)的必須有一個排氣口；歐標沒有這方面的要求，但引入了壓力補償機制來平衡油箱內外的壓力。

6）國標關于油箱在整車上的安裝沒有明確的要求；而歐標在這方面有很多的要求，但基本都是主觀評價方面的內容。

總之，關于塑料燃油箱試驗的國家標準內容比較簡單，幾乎每一個項目的要求都是一句話，而每一個項目的試驗方法除了耐火試驗詳細些，其它的項目也是寥寥數(shù)語，這對標準的執(zhí)行帶來了很大的不確定性。然而，歐標的內容和項目都非常的翔實，甚至于對油箱在車輛上的安裝要求都作了非常多的闡述。

2 對現(xiàn)行國家標準的建議

1）取消國標中“3.4安全閥開啟壓力”的要求，而引入壓力補償機制。關于安全閥，國標中要求其開啟壓力為35～50 kPa，而北美標準規(guī)定是35 kPa以下，在歐洲和日本的標準中根本就沒有安全閥開啟壓力的要求。該國標參考的是日本70年代的標準，而現(xiàn)在日本的標準早就變更了。另外，該開啟壓力在使用中沒有實際意義，因為油箱一般都有排氣裝置；在試驗中也不好執(zhí)行，如某廠家的開啟壓力設計值在35 kPa以下，塑料燃油箱生產廠家給出解釋說此閥并非國家標準中定義的安全閥，而叫多功能閥或呼吸閥，也不好據(jù)此來評判該油箱為不合格產品。所以為了避免這類情形，也便于同國際接軌，最好是直接取消該規(guī)定。

2）取消國標中“3.5振動試驗”的要求。通過試驗室大量油箱振動試驗的數(shù)據(jù)表明，油箱的振動不合格的情況主要出現(xiàn)在金屬燃油箱上面。到目前為止，還沒有出現(xiàn)塑料燃油箱在振動中損壞的現(xiàn)象，這與塑料和金屬各自的特性有關，而這一結論與天津汽車技術研究中心的數(shù)據(jù)結論是一致的[7]。另外，關于振動試驗的項目，ECE R34法規(guī)和EEC70/221指令中都沒有提及。

3）取消國標中4.6項的“低溫沖擊試驗時，不同部位的試驗應使用新的燃油箱樣品”這句話。在ECE R34法規(guī)中就明確指出了應油箱制造商的要求，可在同一塑料油箱上進行所有的撞擊試驗，也可在不同的塑料油箱上進行所有的撞擊試驗。相比之下，國標容易操作，但浪費試驗資源。試驗可在同一油箱樣品上進行，當需要就該項目進行仲裁試驗或出現(xiàn)一個不合格的試驗結果時，可考慮更換另一個油箱樣品進行試驗。修改該標準時，可參考ECE R34法規(guī)的要求。

4）更改國標4.8中“關于耐火試驗中隔棚開孔形狀和尺寸”的要求。國標的要求是方孔尺寸，而ECER34法規(guī)和EEC70/221指令中的要求是圓孔尺寸要求。國標方孔的面積相當于總面積的60%，但是方孔在加工上很費勁，同時給油箱制造廠商在整車或汽車零部件產品出口認證時增加了檢測負擔，因為出口到歐洲及其相關地區(qū)的汽車燃油箱必須滿足ECER34法規(guī)和EEC70/221指令。統(tǒng)一耐火試驗中隔棚的形狀和尺寸標準在不降低標準要求的前提下，對試驗室和油箱制造商都十分有利。

5）增加塑料燃油箱滲透性能的要求。當今環(huán)保要求越來越受到人們的重視，低滲透性是燃油箱的發(fā)展趨勢[8]。但由于其材料畢竟是高分子材料，所以滲透必不可少。ECE R34法規(guī)要求整車燃油箱總成的燃油滲漏量平均每日不超過20 g，而北美的標準對此規(guī)定更為嚴格[9]。目前國標對于該項目沒有要求，希望在以后的標準修訂中增加該項目的檢驗和考核。

3 結束語

論述了塑料燃油箱的檢驗標準和試驗方法，尤其是在施行現(xiàn)行國際的情況下，如何更好地去執(zhí)行和把握該標準；對該標準中值得商榷的地方，通過試驗數(shù)據(jù)提出了自己的見解和意見；針對試驗中容易不合格的地方提出了相應的產品改進措施；詳細地對比了國標和歐標的相同點和不同點。為燃油箱標準的再次修訂，提出了自己的、詳細的更改措施和建議，以便更好地促進塑料燃油箱質量的提高和技術的革新。

[1]劉亮.汽車塑料燃油箱發(fā)展概況[J].輕型汽車技術，2006，（11）

[2]胡剛，史永紅，林一波，等.多層吹塑汽車燃油箱的應用與發(fā)展[J].廣東塑料，2004，（3）

[3]GB18296-2001，汽車燃油箱安全性能要求和試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2001.

[4]譚志誠，沈惠華，陳淑霞.乙二醇及其水溶液二元體系理化性能數(shù)據(jù)的測定[J].化學工程，1983，（1）

[5]ECE R34法規(guī)，關于車輛火災預防措施認證的統(tǒng)一規(guī)定[S].

[6]EEC70/221指令，油箱及后保護裝置[S].

[7]朱其文，杜天強，黃傳義.汽車燃油箱安全性能測試方法的研究[J].汽車工程師，2005，（5）

[8]蘭小蓉.塑料在汽車油箱中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].技術與應用，2007，（7）

[9]王元明.汽車塑料燃油箱阻隔性能的檢測[J].汽車工藝與材料，2005，（8）

修改稿日期：2012-04-26

Safety Performance Standard and Testing Method about Plastic Fuel Tank

LIU Li-zhi,NING Bing-hua
(Dong feng Motor Corporation Technical Center,National Automobile Quality Test Center(Xiangfan),Xiangfan 441004,China)

The authors summarize the key parts in carrying out GB18296-2001 in order to understand and execute better at present.They elaborate the main testing methods abroad and compare differences between national and European standards.Last they put forward some revising suggestions about GB18296-2001.

plastic fuel tank;GB18296-2001;ECE R34 Regulation;EEC70/221 Directive

U467.3

B

1006-3331（2012）04-0053-04

作者介紹：柳立志（1964-），男，研究員級高工；安全試驗室主任；研究方向：非金屬材料試驗與研究。