燃油系统中静电产生原因分析

摘 要：众所周知燃油在流动的过程中，会产生大量的静电电荷。如果不及时释放的话，极易产生电火花，造成燃油燃烧，甚至会引起严重的爆炸事故。因此控制燃油中静电的产生以及消除静电，尽可能避免这种潜在火源的存在，对防止汽车起火意外事故的发生至关重要。本文通过静电产生的原理，分析燃油系统中静电产生的原因，并对影响汽车燃料系统的静电现象的因素加以探讨。

关键词：燃油系统;静电;原理;因素

0 前言

物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子而进入其他的原子，使原子因缺少电子数而带有正电现象另外的原子因增加电子数而呈带负电现象。这种物体表面所带过剩或不足的相对静止不动电荷，称之为静电。引起静电的方式通常有固体起电、感应起电、摩擦起电、物体带电等等。

1 燃油系统产生静电现象的原理

摩擦起电是普遍存在的物理现象，这种现象同样会发生在燃油系统中。燃料中的可电离杂质和其它离子带正负电荷。管道材料对正负电荷具有不同的亲和力，亲和力大的就被管道内壁所吸引并吸附着。燃油处在静止状态时。正负离子形成偶电层（电荷量相等），聚集在与管道之间的界面附近，紧贴在固体表面上（内层）的离子称固定层;外层离子是可动的称活动层或扩散层。 燃油流动时，成对的离子被分开，扩散层的带电粒子随液体流动形成流动电流。异性带电粒子留在管道中，如管道导电并接地，异性电荷则流入大地。

具体地说，电荷在燃油系统存在四种状态：分离、传送、累积和散失。电荷分离指由于燃油系统部件对电荷的亲和力的不同，在燃油流动动力作用下，燃油表面上、表面周围或燃油内部湍流边界层的正负电荷分离。电荷的传送指被分离的电荷主要在流动燃油内部，从系统一部分移动到另一部分，在这种流动状态下产生流动电流。电荷累积指被分离电荷在传输部位累积，会形成局部电荷失衡，这种不平衡状态可持续到电荷散失速率等于或大于累积速率，可以通过放电、中和等形式使电荷量恒定减少。电荷散失指未平衡的电荷通过接地或中和相反电荷而减少的过程。

2 燃油系统中的静电

燃油供给装置包括油箱、输油泵、滤清器、喷油泵、喷油器以及管道等。燃油在油箱储存时， 处于静止状态时。不会产生正负电荷分离;处于行驶过程中，燃油与油箱的内壁产生摩擦。燃油与油箱相对流动的速度低，分离的正负电荷相对较少。燃油通过充油器頸口流入油箱时流速较高， 会产生大量的电荷，电荷随着燃油的流入进入油箱并积累。一般情况下，大部分电荷会由于湿润的空气或者油箱接地而散失。燃油在输油泵、喷油泵、喷油器中流动时，由于流速快。正负电荷分离多。但是泵和喷油器材料的导电性强。使得电荷累积得少。对于一些管道和连接件来说，由于直径和燃油流速基本上保持相对稳定，因此正负电荷逐渐被分离、传送，产生的流动电荷逐渐增大;如果管道和连接件的材料具有良好的导电性，电荷也会有一定程度的散失。对于滤清器来说。滤清器的过滤部分的直径远大于其进出油口部位直径，燃油在滤清器中速度产生很大的变化， 并且由于结构的影响会产生燃油内部相互碰撞，同时燃油与外部的接触面积增加，这些都会造成电荷的急剧分离，固定层的异性电荷在滤清器内部积累，如果滤清器的材料不导电、不能及时散失电荷。留下的异性电荷产生的电场超过电荷积累处物质所能承受的电势差。就会被击穿。产生火花放电，导致燃油的意外燃烧。

3 影响静电产生的因素

通过实验证明，静电的产生影响因素有：外部环境、流体流速、接触面积、燃油系统部件的材质、表面状态以及燃油本身的温度、组成等。这里仅分析燃油本身和环境对静电产生的影响因素。

3.1 燃油对静电产生的影响

燃油的温度、组成能够明显影响静电电荷的产生，随着燃油温度的降低，电荷分离的可能性降低;并且燃油中的醇类物质能够发生微弱的自偶电离。属于预静电介质（增加燃油带电性比增加其导电性迅速的物质），它能够在浓度低时增加正负电荷产生的可能性。燃油中的掺杂物和污秽物如果是预静电介质时，它们同样也能带来这样的影响。如果湿气含量增加到一定程度时，预静电介质会形成乳胶。乳胶的小液滴表面一般是电荷聚集的地方，可以通过提高燃油导电性，来提高燃油容纳游离电荷的能力，如使用抗静电添加剂。良好的导电性能增加静电电荷的中和，从而降低静电的产生。目前有很多燃油厂家使用抗静电添加剂来防止燃油系统的静电电荷，这种所谓“解决方法” 并不可靠。因为：存在太多燃油生产厂家和销售渠道，根本无法保障每个生产企业对每种产品都添加相同的特定添加剂，这会降低添加剂的使用预期效果;添加剂常常覆盖在管道表面、油箱内壁上，其效果会随着时间的推移而降低;燃油的湿气含量也会影响添加剂的性能。

3.2 环境对静电产生的影响

外部环境的温度和湿度对汽车燃油系统静电的产生有显著影响。湿度大可促进燃油系统表面电荷的中和释放，降低电荷的累积。但温度在冰点以下时，绝对湿度低。很可能产生较高程度的电荷累积从而导致电介质被击穿。环境湿度影响燃油的湿气含量，燃油湿气含量的变化可以改变燃油的导电性能：如果环境温度下降。燃油的导电性能也下降，化学性质发生变化，粘滞性提高， 从而可能产生更多的电荷。

4 结语

在燃油系统中产生明显静电电荷涉及多种情况，没有单一的燃油系统设计能够完全控制静电现象。因此燃油系统设计时必须考虑到允许有可燃性气体或油等混合物存在的区域或工况。采取减少静电电荷引起着火的方法，如：减少电荷的分离，减少电荷的累积，安全中和游离电荷。目前采取的措施有所有燃油系统中导电性或半导性组件必须全部连接（如相互间或与汽车电力连接），并接地（目前有汽车采用轮胎将电荷传导至地面）。加油时，燃油的充油管入口需在汽车燃油系统和充油分配装置间提供电力连接，但这些不能够切实地减少或控制汽车燃油产生静电电荷。

参考文献：

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[2]翟祺.静电产生的原因及静电放电的抑制措施[J].山西电子技术.

[3]商富奎.浅谈静电产生的原因及其危害[J].中国高新技术企业.

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