汽车燃油箱的设计和制造

汽车燃油箱的设计和制造
【摘要】本文阐述了金属燃油箱、塑料燃油箱的设计，制造的特点，并结合实践中金属燃油箱的失效，讨论了在制造和设计上如何进行优化。

介绍了汽车行业燃油箱未来发展趋势等。

【关键词】金属油箱；塑料燃油箱；燃油系统
引言
随着汽车逐渐成为人们的生活必需品，于此同时，不可再生能源，高额的油价，国家的法律法规和日趋严峻的空气质量，迫使着汽车行业在节能减排方面做深入的研究。

进入本世纪，环境污染的问题无疑从另一个方面催使着汽车行业在排放上不断的提升。

世界各国对汽车排放的标准不断提升，在上海，北京已经实施了新的国五标准。

汽车的燃油系统主要归结为“油”和“气”的和谐控制。

具体可以分为四部分：A.燃油储存：接收并储存燃油（正常行驶，撞车后）；B.燃油发送：为发动机供油，把未使用燃油输回燃油箱；C.蒸气管理：管理车辆操作者在加油和使用车辆时产生的燃油蒸气； D.测量反馈：感应并显示油量信息。

根据上面的四个部分，燃油系统的构成同样可具体细化如下：
A.燃油储存：燃油箱本体、加油管、加油锁盖、加油排气管路、隔热垫、箍带等
B.燃油发送：燃油发送单元（PUMP）、滤清器、油管、压力调节器等
C.蒸气管理：碳罐、翻转阀、排气管路等
D.测量反馈：油位传感器、线束、OBD等
部分汽车还会配置燃油冷却器，已更好的控制燃油温度，达到更好的燃油经济性。

图1 燃油系统基本布置图
燃油箱在整个燃油系统中作为一个燃油的载体至关重要，看似简单的一个燃油箱却担任着燃油储存，发送，蒸汽管理，测量反馈的功能（见图1）。

本文将具体阐述汽车燃油箱的设计，制造的特点，并结合实例分析目前油箱在设计，制造上出过的问题，总结经验。

1.金属油箱和塑料油箱的特点。

1.1金属油箱的特点：
1.1.1体积较大，加一次油可以连续使用多日。

1.1.2金属油箱价格便宜，形状简单，制作成本低，模具成本相对低，容易将油盘和隔板另外加进去。

1.1.3铝合金油箱重量轻且外观漂亮，但铝合金成本比较贵，受撞击时容易变形。

1.1.4金属燃油箱在环保、安全性能等方面存在着很多缺陷：易被腐蚀；耐冲击强度差；当发生燃烧时，金属油箱极易引起爆炸，危险性高等。

1.2塑料油箱的特点（相对与传统的金属油箱）
1.2.1重量轻。

与同容积的金属燃油箱相比，重量可以降低1/3至一半左右。

1.2.2安全性高，不受热膨胀而爆炸，在-40℃和+90℃的情况下仍具有良好的机械性能。

1.2.3防腐性能强，不会因腐蚀而产生的杂质通过供油系统进入发动机，导致增加发动机损伤。

塑料油箱还具有更好的防外界环境腐蚀及防油料侵蚀性能，长期使用后仍可保持良好的性能。

1.2.4造型随意。

1.2.5使用寿命长。

塑料油箱的材料是高分子聚合物，其化学性能较稳定，所以具有较长的使用寿命。

1.2.6生产成本低，加工简单，不论多复杂的造型也可一次成型。

1.2.7金属油箱容易产生电火花，而塑料油箱则不存在这个问题。

1.2.8金属油箱一般是焊接成型的，有焊接缝，在受到撞击时容易发生断裂，而塑料油箱则是一次性吹塑成型的，具有更好的抗冲击、防变形开裂的性能，在汽车经历过严重的撞击事故后，塑料油箱除发生变形外，不会发生开裂漏油现象，意外失火的可能性大大降低。

1.2.9从节能和环保上看，塑料油箱的重量一般仅为金属油箱的二分之一，能够直接减轻整车重量，从而降低整车能耗，此外，塑料油箱的再利用率能达到90%以上。

2.设计差异性
由于材料的不同，金属油箱和塑料油箱在设计上存在很大的差异，下面简单介绍下设计的一些基本原则。

2.1金属油箱的设计特点：
2.1.1壁板：厚度一般为1-1.5mm。

2.1.2隔板：油箱内一般设有隔板，隔板的作用是使回油区与泵的吸油区隔开，增大油液循环的路径，降低油液的循环速度，有利于降温散热、气泡析出和杂质沉淀。

隔板一般沿油箱的纵向布置，其高度一般为最低液面高度的。

有时隔板高于液面，在中部开有较大的窗口并配上适当面积的滤网，对油液进行粗滤。

2.1.3过于复杂的型面很难在金属油箱上实现，尽可能的简化油箱外形。

2.2 塑料油箱的设计特点
2.2.1异形曲面：最大限度利用车辆底盘之间的有限空间。

2.2.2箱体的壁厚一般控制在2.5-4mm之间：燃油箱为储贮燃料的安全件，箱体要保证具有一定的刚性，所以箱体壁厚不能太薄，同时箱体又要保持有较大的容积和较轻的重量。

2.2.3在考虑到箱体上异形组合曲面较多，同时需保证最大限度利用可用空间的情况，特别是箱体与车身贴合部位对尺寸就有一定的要求，故在设计与制造中应重点考虑尺寸收缩所造成的误差。

2.2.4在生产过程中注重对相应处型坯的壁厚的调整控制，为控制箱体在冷却过程和在车身上固定安装时（箱体采用绑带固定安装）其箱体形状向内塌陷，设计中应对特定部位或曲面留有预张曲面（见图2）。

2.2.5防静电（零件导电要求）及加油站安全须知。

2.2.6 NVH（油泵啸叫噪音，和燃油在油箱中晃动的噪音）。

图2 塑料油箱基本结构
3.生产工艺上的差异性
材料和设计上的巨大差异直接影响着工艺的可行性，在制造方面塑料油箱和金属油箱完全不同。

3.1金属油箱的工艺：3.1.1原材料进货检验，目前油箱的钢板为厚度为
1.25mm的冷轧钢板，要求外观平整无锈。

3.1.2下料根据油箱的尺寸要求进行剪裁，冲孔，翻边成型。

3.1.3油箱本体镀锌。

3.1.4点焊隔板等，缝焊上下箱体，要求对缝焊边缘整形，保证缝焊位置的平整。

3.1.5装配放油螺栓，传感器，安全阀，吸回油管。

3.1.6清洗油箱外表面后喷漆处理。

3.1.7水检，要求在不小于22KPa的水中，深度不大于100mm，保持30S无泄漏（在线检验）
从上诉的生产工艺可以看出，金属油箱在的工艺主要是冲压，焊接。

这两项是金属油箱生产的核心，而实验（水检，又称气密性实验）是验证初步验证冲压和焊接的首个验收性的实验。

只有每个油箱都通过了气密性实验，才能下线送到汽车的总装厂装配。

（见图3）
图3 点焊油箱内部隔板
3.2塑料油箱的生产工艺
3.2.1燃油箱挤出吹塑成型时，物料连续加热熔融挤出，送进蓄料器中储存，再通过模芯模套由上往下挤出形成型坯，用两半片（哈夫）模具将型坯夹紧，然后往型坯内鼓气吹胀贴牢模腔内成型，经冷却脱模得成品燃油箱。

3.2.2将脱模后的油箱称重，切飞边后，放入冷却定型架，冷却油箱。

3.2.3冷却后的油箱放入专门定制的打孔焊接设备，一次性将油箱上的阀，孔，管夹等小零件，通过热板焊接固化在油箱的本体上。

3.2.4装配FDM（燃油输送模块）。

3.2.5气密性实验（水下30S，22kpa-30kpa，水下无泄漏，见图4）。

塑料油箱生产的自动化程度很高，人的参与极少，所以设备的设定，定期的校验，相关的验证实验是保证塑料油箱质量的关键因素。

图4 塑料油箱的气密性试验
上述内容是对燃油箱从设计，制造，趋势这几个方面的基本介绍。

在实际的
生产过程中金属油箱的由于设计，制造等方面的因素可能出现较多的失效模式。

4.展望燃油箱行业的未来
随着汽车燃油经济性新标准的实施，汽车轻量化和环保要求的提高将成为往后汽车技术的发展重点。

广泛使用多层复合塑料燃油箱替代金属燃油箱和单层塑料燃油箱将成为21 世纪世界汽车工业发展的趋势。

4.1塑料油箱
氟化工艺在经济发达的美国和欧洲已得到了迅速发展和广泛应用，世界上许多汽车制造厂家生产的汽车所配套的燃油箱都使用的是氟化燃油箱，比如大众、奥迪、宝马和五十铃等。

由于多层燃油箱有阻隔层，所以其抗燃油渗透能力更强，是当前世界上最环保的燃油箱。

在中国，目前有YAPP、KAUTEX Inergy等少数几家企业拥有生产六层汽车燃油箱的多层共挤设备和技术。

目前福特，大众，通用等汽车已使用了多层塑料燃油箱。

4.2金属油箱
对重型汽车外观质量及整车性能的要求不断提高。

铝合金材料以其质量轻，强度好，耐腐蚀、外观美观，加工费用低等优点，代替钢铁材料进入汽车零部件已成为一种趋势。

目前由于国家法规要求排放升级，发动机采用更为精准的电喷系统，这就无形中给整个燃油系统提出了更高的要求。

燃油系统是整车污染排放中HC化合物的主要来源之一。

研究表明，在整车HC化合物的排放量中，约有45%来自于燃油系统和曲轴箱。

由于铜元素会加速柴油的老化，锌，铅，锡以及白蜡这些元素会被燃油中的酸性物质所腐蚀。

所以在整个燃油系统中与柴油直接接触的部件，避免采用铜或铜合金、锌、铅、锡以及白蜡。

5.小结
随着汽车行业在燃油系统的不断深入的研究，制造水平的提升，国内油品的改善，必将大大提升汽车燃油的经济性同时减少因汽车排放而造成的空气污染现象。

参考文献：
[1]司树伦. 汽车塑料燃油箱发展概况[J]. ：2006-01-18
[2] Inergy Fuel systems[J]. Fuel Tank Systems Report，2009，56～57
[3]颜发清. 塑料燃油箱在汽车工业中的应用与发展趋势[J]. 汽车研究与开发，1999，5：36～41
[4]臧群传，黄玉强，刘春阳等. 汽车用塑料油箱应用现状与发展趋势[J]. 中国塑料，1998，5：1～8
[5]GB/T 18296-2001《汽车燃油箱安全性能要求和试验方法》2001.01.01发布。