國(guó)六燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

毛華峰

摘 要：燃油系統(tǒng)是汽車(chē)的重要組成部分，本文以汽車(chē)燃油系統(tǒng)為研究對(duì)象，以某公司國(guó)六車(chē)型燃油系統(tǒng)計(jì)算為例，從燃油系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)出發(fā)，以滿(mǎn)足國(guó)六法規(guī)要為基本出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)闡述了國(guó)六燃油系統(tǒng)的組成及HC排放量的目標(biāo)值要求，并對(duì)燃油系統(tǒng)達(dá)成整車(chē)目標(biāo)進(jìn)行了校核計(jì)算分析。

關(guān)鍵詞：燃油系統(tǒng);油箱;碳罐;滲透量

1 引言

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展加劇了能源與環(huán)境之間的矛盾。汽車(chē)排放所引起的空氣污染問(wèn)題，已成為當(dāng)今城市空氣污染的重要組成部分。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，對(duì)汽車(chē)排放要求也逐步提高。2016年，中國(guó)環(huán)保部正式發(fā)布了《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整車(chē)蒸發(fā)排放提出了更高的要求。同時(shí)，增加了加油污染物排放限值的要求。

本文從國(guó)六與國(guó)五燃油的不同要求出發(fā)，以某公司國(guó)六車(chē)型燃油系統(tǒng)計(jì)算為例，對(duì)燃油系統(tǒng)的計(jì)算校核方法進(jìn)行了優(yōu)化，為國(guó)六燃油系統(tǒng)初算提供了方法參考。

2 燃油系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)

2.1 國(guó)六與國(guó)五蒸發(fā)排放法規(guī)要求的區(qū)別

“國(guó)六與國(guó)五蒸發(fā)排放法規(guī)的區(qū)別如表1所示。

2.2 國(guó)六燃油系統(tǒng)的組成

國(guó)六與國(guó)五燃油系統(tǒng)比較，在結(jié)構(gòu)上主要是增加了CVS閥、通氣管濾清器、油箱壓力傳感器。為增加脫附流量加大了脫附管管徑，并增了文丘里管（不同工況下，采用正、負(fù)壓脫附）。其它結(jié)構(gòu)組成與國(guó)五燃油系統(tǒng)沒(méi)有太大的區(qū)別，主要是對(duì)滿(mǎn)足國(guó)六法規(guī)進(jìn)行了零部件的結(jié)構(gòu)改變。如增加塑料油箱阻隔層的厚度，加大碳罐體積，改變油泵連接方式，采用低滲透量橡膠管等，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 國(guó)六燃油系統(tǒng)蒸發(fā)目標(biāo)的確定

國(guó)六蒸發(fā)排放是基于整車(chē)的排放要求，燃油系統(tǒng)作為整車(chē)的一部分，對(duì)整車(chē)排放貢獻(xiàn)較大。依據(jù)對(duì)某公司現(xiàn)有類(lèi)似車(chē)型各系統(tǒng)蒸發(fā)排放量測(cè)試的結(jié)果。參考國(guó)內(nèi)外其它企業(yè)的各系統(tǒng)排放量分配比例，如表2所示。

由表2可見(jiàn)，一般情況下燃油系統(tǒng)在整車(chē)燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放中占比約30%，即0.21g?？紤]到后期實(shí)際設(shè)計(jì)，生產(chǎn)中帶來(lái)的不確定性應(yīng)對(duì)燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放限值要求賦以一定的安全余量。由表2可知，整車(chē)蒸發(fā)排放總劣化系數(shù)為0.06，約為限值的8.6%。為保證燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放足夠的余量，結(jié)合零部件設(shè)計(jì)實(shí)際，確定燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放劣化系數(shù)為0.042，約為限值的20%，為后期整車(chē)目標(biāo)的達(dá)成做出充足的預(yù)留。

按照0.042的劣化系數(shù)，將燃油系統(tǒng)各部件蒸發(fā)排放目標(biāo)分配如表3所示。

3 燃油系統(tǒng)的計(jì)算

3.1 系統(tǒng)計(jì)算的輸入條件

3.2 供油系統(tǒng)計(jì)算

3.2.1 燃油泵的設(shè)計(jì)要求及流量計(jì)算

（1）燃油泵流量要求

● 燃油泵的最小流量應(yīng)等于發(fā)動(dòng)機(jī)最大噴油量及燃油壓力調(diào)節(jié)器所需的最小回油量之和。

● 燃油泵在最小流量時(shí)提供的最小壓力，應(yīng)等于此時(shí)壓力調(diào)節(jié)器的最大壓力和油道中的沿程壓力損失之和。

● 燃油泵的壓力不能太大，以免有過(guò)多的回油。

● 燃油泵的壓力不能過(guò)小，以免燃油系統(tǒng)壓力脈動(dòng)增加。

● 在額定電壓50%-60%下，應(yīng)能保證燃油系統(tǒng)中有壓力。

（2）燃油泵流量計(jì)算

燃油泵的流量Q按下式計(jì)算：

考慮到實(shí)際使用工況的變化，燃油系統(tǒng)供油量要比發(fā)動(dòng)機(jī)額定工況下的燃油消耗量大20%，為了保證燃油系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，需要充足的回油量，并在任何工況下提供充足的燃油供給量，則燃油泵流量Q實(shí)=Q×1.5=109.5L/h，取110L/h。

注：燃油流量修正系數(shù)取1.5為燃油泵廠(chǎng)家提供;

燃油泵輸出燃油壓力P輸=Pint+P濾+P沿=450+30+10kpa=490kpa，考慮到輸出壓力的波動(dòng)量±10kpa，所以燃油泵輸出壓力為500±10kpa。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)要求供油壓力為450-550kpa，燃油泵泄壓壓力P泄=P輸+100 kpa=500+100=600kpa。

由以上內(nèi)容可知，滿(mǎn)足CS5-CF4G15TD發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油泵參數(shù)如下：

（3）燃油濾清器流量校核

燃油濾清器流量應(yīng)為燃油泵流量的1.1-1.2倍，計(jì)算得：121L/h≤Q濾≤132L/h，由3.1.2可知，燃油泵輸出流量為110L/h，滿(mǎn)足最終阻力30kpa@120L/h的要求。

3.3 燃油箱容積校核

按照車(chē)型燃油系統(tǒng)方案，燃油箱額定容積與國(guó)五車(chē)型相同約58L。燃油箱容積應(yīng)能滿(mǎn)足不小于500km續(xù)駛里程。按下式校核。

由上可知，燃油系統(tǒng)所需碳罐有效容積>2.33L，選選用碳罐有效容積為2.4L，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.5 脫附流量校核

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，碳管脫附流量應(yīng)大于250倍的碳罐容積，所以所需的碳罐脫附流量為250×2.4=600L，由于在目前無(wú)法獲得1DBL內(nèi)正、負(fù)壓所產(chǎn)生的脫附流量值，需在后期進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從國(guó)六與國(guó)五燃油系統(tǒng)的不同要求出發(fā)，以某自主品牌國(guó)六車(chē)型開(kāi)發(fā)為例，通過(guò)對(duì)國(guó)六燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較、蒸發(fā)排放目標(biāo)分解及對(duì)系統(tǒng)工作要求計(jì)算校核。闡述了，國(guó)六燃油系統(tǒng)前期開(kāi)發(fā)的基本方法。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的初步計(jì)算是通常的作法。隨著設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的不斷深入，對(duì)前期制定的設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的調(diào)整過(guò)程，應(yīng)對(duì)初算的計(jì)算結(jié)構(gòu)不斷校核，以保證整體設(shè)計(jì)目標(biāo)的達(dá)成。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵軍，趙志國(guó).汽油機(jī)國(guó)五與國(guó)六法規(guī)對(duì)比研究 汽車(chē)工程 2017年 第3期.

[2]GB 18352.5-2013.輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（第五階段）[S].

[3]GB 18352.6-2016.輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（第六階段）[S].