轿车车身加油口盖零件设计分析

轿车车身加油口盖零件设计分析
轿车汽油加注口一般有两个盖，分别称为油箱盖和车身加油口盖。

前者紧固在油箱加油管颈上，有保证油箱的密封、调节油箱内气压的作用；后者固定在车身上可以翻转打开，用来遮盖油箱盖。

近年来随着车身设计的发展，车辆加油口盖零件的设计有从金属向非金属，由主机厂散件装配到整体模块化外包的发展变化。

一些新材料、新工艺都在模块零件上出现，国内很多车辆上已经采用模块化的加油口盖。

加油口盖的布置
轿车加油口盖的布置一般从以下四个方面综合考虑：
1.加油口盖的布置与车身底部排气管、油箱的布置有关，一般油箱与排气管分布在车身的两侧，加油口盖与油箱同侧且距离较近。

通常加油口盖布置在没有排气管的一侧。

这样的布置主要是考虑减少油箱受热和减小加油管颈的尺寸。

前轮驱动的轿车上油箱的位置一般有四种布置方案(如图1)。

其中b为立式油箱，其他三个为卧式油箱。

一般认为后桥上方、车轮内侧的位置最安全。

即b方案最安全，但出于行李摆放和后座椅靠背可翻折等需要，实际上轿车多采用c、d方案。

图示中阴影部分为油箱加油管颈，端口部分即为加油口盖的位置。

2.考虑碰撞、翻车时的火灾安全问题，客车设计时通常将油箱口与乘客门异侧，轿车则更多设计成与驾驶者异侧。

并应避免布置在碰撞变形区内。

目前国际上对追尾碰撞主要关注燃油泄漏问题，一般认为不易把加油口盖布置得太靠近车辆尾部。

3.考虑加油方便性，加油口盖分左驾右置和右驾左置式。

这是因为早期的汽车加油站总是在路边，加油口盖布置在行驶方向的靠路边侧，方便加油。

车辆靠右侧行驶国家有：美国、俄罗斯、中国、加拿大、德国、希腊、古巴、巴西、墨西哥和摩洛哥等国家。

车辆靠左侧行驶国家有：英国、日本、泰国、印度、印度尼西亚、爱尔兰、澳大利亚、巴基斯坦、南非等国家。

但当这两种行驶方式的国家的车辆交互贸易时，考虑加油口盖位置改动的工程量较大。

一般均保持原设计位置，不再调整。

即出现了一些右驾右置油箱口盖和左驾左置油箱口盖的车辆。

4.服从整车风格、美观要求。

加油口盖经常布置在车身侧围的大平面上，如不注意整车的布局、缝隙方面的统一，很可能影响整车侧面的美观。

随着汽车安全技术的不断提高，港湾式加油站的普及，加油口盖的布置更多的取决于整车美学设计的要求。

加油口盖的模块化设计方案
从最早的汽车外露的油箱，到国内80年代引进的桑塔纳轿车的加油口盖(图2)，再到90年代至今国内以帕萨特B5轿车为代表的加油口盖板，可以发现轿车上这个零件的设计概念，经历了从无到有，从由几个零件在汽车装配线上装配的铁皮盖板，再到如今的塑料模块化的小总成几个阶段。

接下来随着汽车新能源的推广，将来的汽车加油口盖可能转变成其他能源输入的入口盖板，或者最终从汽车上消失。

优点：
1.整体化：简化了装配工艺，节省工时，装配精度高；
2.轻量化：采用高分子材料，重量较轻；
3.人性化设计：方便工人装配，有些带自动弹关功能，方便加油；
4.外形美观：减小了匹配缝隙，表面平整度好；
5.环保：零件可以很方便拆卸和材料可以回收利用。

缺点：加工工艺要求高，废品率较高，成本有所增加。

Passat-B5加油口盖弹簧的力学设计
加油口盖模块的机械结构比较简单，从机构运动的角度值得关注的是他的
铰链结构和连接铰链的弹簧力的设计。

类似于车门铰链，也可以将其分为合页式和臂式两种结构。

合页式结构占用空间小但加油口盖板开启时易和车身干涉；臂式结构占用空间较大但加油口盖板开启时不易和车身干涉。

现以帕萨特B5轿车为例分，介绍其加油口盖的回位力、保持力等等，如何通过加油口盖内含的弹簧实现。

弹簧的下支点为O点，上支点按闭合、换向、开启最大位置用A、B、C三个点表示。

帕萨特B5从闭合位置到开启最大位置弹簧OA先压缩再伸长。

在A点到B点的开启过程中，弹簧受压缩力，弹簧有阻止加油口盖打开的趋势。

在B点之后形成力的换向，B 点到C点过程中，弹簧长度伸长，弹力释放，弹簧辅助加油口盖迅速开启。

一般设计在C点弹簧力接近于0，以减小磕碰噪声。

帕萨特的加油口盖设计时要求加油口盖在开启关闭位置均有一定的保持力，在A、C点弹簧设计的压缩力的大小和加油口盖是否带锁闭机构有关联，Fabia、桑塔纳B2
为无锁闭结构，弹簧在闭合位置的反力需要大些，避免加油口盖意外打开。

但太大的弹簧力容易引起过大的开启和关闭时的磕碰声音，引起用户的不快，在Fabia车型加油口盖上设计上除采用了传统的减振橡胶结构，还设计了关闭夹持结构，较好地解决了这一问题。

对有锁闭结构的加油口盖，闭合保持力可设计的小些。

加油口盖盖板常用材料和常见缺陷
轿车加油口模块由加油口盖盖板、梳形弹簧、双料底座三部分组成。

由于对加油口盖盖板通常有防撬强度和抗石子冲击的要求，同时由于要经常使用，要求盖板材料要有一定的强度和尺寸稳定性。

针对这些方面设计有专门的试验检验方法。

目前，一般加油口盖盖板常用材料的选取有两个方向：一种是金属板金材料；另一种是高分子材料。

对于高分子材料，目前国内应用较成熟可靠的材料是聚邻苯二酰胺(PPA)材料，它是半芳香性的聚酰胺。

PPA是极性材料，熔点310℃，具有较高的强度和刚度，对水不敏感、耐冲击、热稳定性好，缺点是韧性不足。

PPA的商品名根据材料商的不同有Amodel、Zytel、Arlen等叫法。

大众公司多年使用Amodel材料，质量很稳定。

一些对外观要求略低的车系，有采用尼龙混一定量的玻纤材料的结构。

但在VW 集团内部由于质量要求苛刻，一般不常见。

近期国外开始使用PBT PC材料来做加油口
盖盖板的材料，利用PC来改善PBT的易扰曲性，如果开发成功，实现批量化，可以降低材料成本。

结合国内一些轿车使用加油口模块零件的经验，总结出加油口盖盖板常见质量缺陷主要有表面波浪形、缩痕、表面毛刺、色差等。

其中表面波浪形与材料尺寸稳定性相关；缩痕与零件结构中盖板与转动臂连接等处的壁厚变化有关；表面毛刺与零件表面打磨、油漆工艺相关；色差与油漆调配、施工工艺有关。

由于车身漆底漆烘干温度为170℃~180℃，烘干时间为20~30min；面漆烘干温度为120℃~140℃，烘干时间为20~30min，属高温喷涂。

塑料加油口盖油漆底漆烘干温度为60℃~80℃，烘干时间在10min；面漆烘干温度为87℃~3℃，烘干时间为10min，属于低温喷涂。

漆的批次、颜色调配、工艺不能一致，塑料材料在烘干过程中存在一定的变形。

因此，生产中有一定的不合格率。

针对这一问题，国外有把加油口盖盖板和盖板旋转臂分开制造，然后卡接或螺栓连接在一起的做法，解决了因为壁厚不均匀造成表面缩痕的问题。

作者根据对大量车型加油口盖的观察，提出了采用金属加油口盖盖板和塑料盖板旋转臂连接的解决方案，规避了目前加油口盖模块面临的材料问题和油漆问题，成本上有优势。

这一方案已经获得了国家实用新型专利。

加油口盖的开启和锁闭
加油口盖的开启一般有辅助开启和不带辅助开启两种。

有辅助开启的车型，例如上海大众Polo轿车的加油口盖的辅助开启采用的是按弹式结构，帕萨特B5则采用直弹式结构。

不带辅助开启的车型如桑塔纳B2采用缺角结构，Fabia采用局部外凸结构，也有一些车型采用侧围上局部内凹的结构。

Polo的加油口盖开启元件可以实现按压弹开加油口盖的功能，是目前常用的加油口盖辅助开启功能中，具有很好的舒适性的一种结构。

作者受一些按压式圆珠笔结构启发，提出采用按压式圆珠笔结构设计加油口盖辅助开启元件的简化设计思路。

希望对目前仍从事这方面设计的同行提供一些设计灵感。

如前所述，加油口盖板一般有锁闭和不带锁闭两种。

为了保证油箱盖不遗失，加油口盖板不带锁闭装置的车辆，油箱盖则带锁闭结构。

带锁闭结构的加油口盖板一般有以下三
种，即电动锁止销结构、手动拉索锁止销结构、锁芯转片结构。

油箱盖带锁芯的结构，由于有容易通过撬取锁芯配出整车钥匙，或为了避免配钥匙而减少锁芯叶片数而增加了油箱盖的互开率的缺陷，目前在A级以上轿车上已经较少使用。

轿车车身加油口盖零件作为轿车车身上的一个附件，很少被系统地研究和重视。

本文对这一产品的功能、结构特点、布置方法和发展过程和发展趋势进行了初步的整理和总结，并提出了低成本设计方案和辅助开启机构的简化设计构想。

有些观点难免不全面，正确，还待不断学习提高。