金屬燃油箱的設計開發概述

王韋

摘 要：本文闡述了金屬燃油箱的性能要求，并結合實踐詳述了油箱開發流程，以及油箱材質及防腐處理的要求。

關鍵詞：金屬燃油箱；設計方法；表面鍍層

隨著國家法規對環保要求的日益提升，降低燃油蒸發排放的首要功能件燃油箱的設計變得尤為關鍵，在國內金屬燃油箱較之塑料燃油箱在混和動力車和低蒸發排放量領域的優勢顯而易見。

1 金屬燃油箱的性能要求

1.1 燃油箱外觀

焊接部位應光滑，兩端蓋與本體如采用咬接工藝應無鼓包、毛刺等缺陷。

1.2 燃油箱材料

1.3

燃油箱體所用的材料一般要求按 YB/T 5130，也可用滿足要求的熱鍍鋅或電鍍鋅板，用其它方法處理的鋼板其耐腐蝕性能不得低于以上兩類材料的要求。燃油箱的密封性燃油箱內承受 30 kPa的壓縮空氣，不允許漏氣（不包括柴油箱蓋通氣孔）。[1]

1.4

燃油箱內清潔度為每升容量的雜質按質量計不大于1.5mg。

1.5

在裝有進氣閥的燃油箱的同時，其安裝位置應該是在燃油箱，并且是在充滿燃油時燃油面的上正上方，進氣閥的開啟壓力必須滿足與燃油箱配套使用的發動機在最大供油時正常工作，且燃油箱不得被吸凹。[2]

1.6 燃油箱的牢固性

燃油箱的箱體本身，和整體部件應能承受80kPa壓力，在這期間是不允許出現滲（如表1所示）。

1.7

燃油箱箱體與螺母焊接的抗扭強度應符合表1的要求。

1.8

振動耐久性：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，按表2的規定進行振動試驗；不允許燃油有泄漏的現象。[3]

1.9 金屬燃油箱的耐壓性能

金屬燃油箱模擬裝車，這一形式固定在試驗裝置上，密封好所有進、出口，向燃油箱內施加80Kpa的壓力，保持30s。

1.10 燃油蒸發排放系統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，保證蒸發排放物能隨時排出汽油箱。[4]

1.11 安全閥的開啟壓力

裝有安全閥裝置的燃油箱，安全閥的開啟壓力為35～50kPa，安全閥開啟后，燃油箱內壓力不得比安全閥開啟壓力高出 5kPa以上。

2 燃油箱的設計方法

燃油箱開發流程圖（如圖1所示）。

開發流程詳解：

2.1 油箱容積的確定

（1）燃油箱額定容積計算：在整車設計匹配計算中，需根據整車提供的百公里綜合工況油耗、整車最大續航里程和最小吸油量計算出燃油箱的額定容積。如百公里綜合工況油耗為 a （L/100km），要求整車最大續航里程為b（Km），最小吸油量為c（L），則油箱額定容積（L）V=（b*a）/100+c；

（2）燃油箱最大容積：因燃油吸熱而產生的體積膨脹，其膨脹空間應大于總容積的 5%，以避免而使燃油溢出，故油箱最大容積為標定的額定容積除以95%。

2.2 確定油箱材質

金屬油箱是拉延模，對油箱外型的要求較高，但其耐壓性能較好；塑料油箱由于是注塑成型，故可滿足復雜的形狀要求，由于塑料質量輕，滿足輕量化要求，且六層級的塑料油箱的耐滲透性較好。在金屬與塑料兩者都能滿足的情況下，應以成本方面做考慮，優先選擇金屬油箱。

2.3 確定油箱的外形尺寸

根據總體布置的油箱位置要求，結合油箱容積，確定油箱的外形尺寸：

油箱的高度必須大于中央通過角，總體布置空間限定了油箱的長寬。

3 內部結構設計

3.1 油箱的吸油管口布置于油箱中部且離燃油箱底部10mm～15mm處，具體應滿足油箱的最小吸油量，最小吸油量一般為燃油箱額定容積的5%左右。同時底部需設置粗濾器，以防止吸入燃油箱內沉淀的雜質。

3.2

燃油箱應設置呼吸孔，呼吸孔的位置設在油箱的最高面，保證燃油在額定容積時能滿足通氣性能。柴油箱呼吸孔連接雙向閥，閥體控制油箱內部氣壓平衡，滿足油箱的安全性。汽油箱呼吸孔處一般為防翻轉閥——連碳罐，碳罐收集油蒸汽，滿足排放法規要求。

3.3

隔板：油箱的橫向尺寸大于700mm時，應考慮在油箱的上箱體加焊隔板，隔板的三個面焊接在上箱體上；隔板視油箱尺寸長度可設計多個，隔板之間一般間隔 300～500mm以上。

隔板上通常開有一些孔，便于油液能在油箱中均勻遷移，可減緩油箱在車輛行駛過程中所承載的燃油沖擊和減小燃油沖擊噪聲。

3.4

燃油箱下箱體底部面積較大時，需在油箱中部設置儲油槽，保證少油時吸油的穩定性。

3.5 燃油泵：維持系統壓力，向發動機

提供所需特定數量的燃油，用于汽油箱。燃油泵的布置和選擇：燃油泵總成安裝在油箱的上部或者油箱

內部。通常燃油泵中有一個燃油油位高度傳感單元，傳感單元中有一個吸油管和一個浮動油表。

泵上帶有進、出油口，按照整車標定選取相應電子燃油泵，根據電子燃油泵廠家提

供的油泵安裝數據（安裝尺寸，公差配合）來確定油箱上的安裝方式和尺寸燃油泵的裝配結構：油泵和油箱是卡式和螺式的兩種裝配結構。

3.6 防翻轉閥：

在正置的常態下，防翻轉閥處于常開狀態形成通路，起到平衡油箱內外空氣壓力的作用；在油箱處于翻置狀態時，由于自重使閥門關閉防止燃油泄漏發生火災，用于汽油箱。

3.7 油箱的固定方式大致有兩種：

a有托盤結構，箍帶抱緊，托盤與油箱本體間有橡膠緩沖塊；b無托盤結構，焊接翻邊固定，底部噴塑。有托盤結構多用于非承載式車身，無托盤結構多用于承載式車身，具體與燃油箱的大小和布置方式有關。

3.8 工藝分析及初步結構設計。

將油箱的數模進行制造工藝分析，完善上下箱體的裝配方式，并對箱體增加加強筋等結構，選擇合適的燃油泵、翻車閥或者雙向閥。

3.9 D狀態圖紙及數模發布。

完成D狀態圖紙的設計發布。2D圖紙上有：零件結構清晰、BOM清單、材料、裝配、關鍵尺寸、尺寸公差表、技術要求等。

3.10 模具開發，試模件性能測試。

根據D狀態圖紙及數模開發模具，并按照 GB 18296-2001 對汽車燃油箱進行測試，提交試驗結果進行評審。

3.11 裝車路試驗證評審搭載路試車輛進行耐久性試驗，并對試驗結果進行評審。

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3.12 V、P狀態圖紙發布。發布V、P狀態圖紙，設計完成。

3 箱體的材料

板材為沖壓用薄板，一般金屬油箱用材料為ST12與ST14，也可用同等性能不同牌號的金屬沖壓薄鋼板，如DC與SPCC，牌號等級具體因形狀復雜程度來選取，油箱板材、板厚依據外形與吊裝方式來選取。

4 箱體內表面鍍層

金屬油箱內表面需進行相應鍍層處理，按滿足要求《GB/T1839》的熱度鋅板或電鍍鋅板執行；

5 箱體外表面油漆層

外表面需有油漆涂層，涂層應滿足：

a漆膜厚度不低于30um，

b機械強度：耐沖擊 50kg.cm，彈性 1mm；硬度≥0.5，

c耐水性：浸在100℃沸水中，10h無變化，

d耐汽油性：浸在80℃的RQ-70號汽油中48h無變化，耐中性鹽霧試驗要求不小于 150h。

6 結束語

以上為金屬燃油箱的開發設計流程及方法的應用，金屬燃油箱作為供油系統的主要功能件，在國內混合動力車的應用和燃油儲存安全性方面發揮著重要的作用。

參考文獻：

[1]GB/T 18296-2001《汽車燃油箱安全性能要求和試驗方法》 2001.01.01發布 .

[2]QC/T 644-2014汽車金屬燃油箱技術條件2014.07.07 發布 .

[3]柳廣鳳，徐愛平 . 轎車燃油箱設計 [J]. 機械工業標準化與質量，2012，08：23-27.

[4]趙帥 . 金屬油箱關鍵設備控制系統設計與研究 [D].合肥工業大學，2013.