車載加油排放回收系統(tǒng)的主要影響因素分析

丁 一

(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司 底盤工程部，上海，201201)

隨著排放法規(guī)的日益嚴格，加油排放也逐漸受到重視.車載加油回收系統(tǒng)(ORVR)是目前解決加油排放最有效的辦法，它的原理是通過碳罐、油箱以及加油管的設(shè)計優(yōu)化，使加油中產(chǎn)生的油蒸汽通過碳罐進行吸收，吸收的油蒸汽再通過發(fā)動機脫附燃燒[1-2].

車載加油回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到的零件主要包括碳罐、加油管、油箱以及附屬管路等.根據(jù)經(jīng)驗，使用車載加油回收系統(tǒng)(ORVR)的車輛，其加油排放量可以從1.5 g/L下降到0.05 g/L.其帶來的社會效益：一方面可以節(jié)約大量燃油；另一方面可以促進大氣環(huán)境的改善.如何使結(jié)構(gòu)設(shè)計更為優(yōu)化，產(chǎn)生最大的效率，這就需要對影響系統(tǒng)設(shè)計的主要因素進行分析[3].

1 加油排放回收系統(tǒng)的主要影響因素分析

1.1 設(shè)計方案的選擇

車載加油回收系統(tǒng)(ORVR)的設(shè)計方案主要有兩種實現(xiàn)形式：一是機械密封的方案，即采用無加油蓋的設(shè)計，采用機械結(jié)構(gòu)對加油槍進行包裹，確保油蒸氣不逸出；二是非機械密封的方案，這種方案較機械密封需要對加油管和加油循環(huán)管的直徑進行巧妙設(shè)計，來確保油蒸氣不從加油管口逸出.

兩種方案比較，機械密封的耐久性能較差，長期使用后容易出現(xiàn)密封失效的情況，非機械密封的方案沒有耐久失效的問題，且成本較低，因此，選用非機械密封方案作為設(shè)計方案.

1.2 主要影響因素的選擇

根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合可操作的設(shè)計結(jié)構(gòu)，如圖1所示.將碳罐結(jié)構(gòu)、加油閥(ICV)位置、加油管直徑、排氣循環(huán)管直徑4個因素作為最主要的影響因素.

圖1 加油排放主要影響因素示意圖

選擇各個影響因素的不同結(jié)構(gòu)和參數(shù)，如表1所示.最終將在這些不同參數(shù)中選擇出一組最優(yōu)的組合方案.

表1 影響因素的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

1.3 建立仿真所需的正交序列

因為有4個控制因子，每個因子有兩個水平，所以，選擇L8正交試驗方案，方案選用望小特性.望小特性是統(tǒng)計質(zhì)量管理術(shù)語，它是愈接近于零愈好的質(zhì)量特性.這意味著需要得到8組不同參數(shù)組合策略的加油排放值，如表2所示.

表2 L8正交試驗方案

由于市面上的加油槍槍頭長度不同，所以，插入加油管的深度就不同，這同樣會影響加油排放性能.通常的，加油槍插入越深，其排放泄露越少，因此，選擇了國內(nèi)加油站廣泛使用的長度較長(OPW 11B)和較短(ZVA GR)的兩種加油槍，作為噪聲輸入.其中,長度較長(OPW 11B)的加油槍是最有利于噪聲水平組合(噪聲N1)，長度較短(ZVA GR)的加油槍是最不利于噪聲水平組合(噪聲N2).

1.4 仿真不同組合策略的排放值

由于制作樣件的時間成本和材料成本太高，使用CAE仿真不同組合策略的加油排放值，如表3所示.由于對碳罐的吸收模擬還不成熟，所以，在仿真時，只考慮生成的油蒸氣量，不考慮吸收量，因此，仿真的數(shù)值偏大，不能對不同組合進行定量分析，但是可以進行定性研究.

表3 L8正交試驗方案下的加油排放仿真結(jié)果

通過使用正交數(shù)組設(shè)計優(yōu)化工具，可以計算出各控制因子在不同方案下的信噪比以及均值，如表4，表5所示.

表4 信噪比

表5 均值結(jié)果

信噪比的選擇策略是越大越好，均值結(jié)果的選擇策略是越小越好.根據(jù)信噪比和均值結(jié)果，不難看到，A2，B2，C2，D1的組合是最優(yōu)設(shè)計方案，即三腔碳罐，ICV位于下殼體的油箱，加油主管直徑25.4 mm，循環(huán)管8 mm的燃油系統(tǒng)是待選車載加油回收系統(tǒng)(ORVR)方案中的最優(yōu)設(shè)計方案.

2 加油排放回收系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計方案驗證

根據(jù)仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，選擇出了最優(yōu)的設(shè)計方案，即三腔碳罐，ICV位于下殼體的油箱,加油主管直徑25.4 mm，循環(huán)管8 mm的車載加油回收系統(tǒng).按照這些設(shè)計要求，制作了工程樣件，并按照目前國六標準GB18352.6-2016進行了測試[4]，試驗結(jié)果如表6.

表6 加油排放測試結(jié)果

目前國六標準對加油排放的要求是低于0.05 g/L，該試驗數(shù)據(jù)遠低于該標準要求，符合該標準.

3 結(jié) 論

1)通過六西格瑪(DFSS)的方法，研究了影響車載加油排放系統(tǒng)的主要因素之間的交互作用，得到了它們之間最優(yōu)的組合方案;

2)通過信噪比數(shù)據(jù)得到了各影響因素對系統(tǒng)影響的程度.可以指導設(shè)計中平衡各影響因素的權(quán)重，并且優(yōu)先考慮影響大的因素;

3)通過對優(yōu)選方案的試驗驗證，表明該方案能很好的滿足國六標準的要求，該設(shè)計方案已經(jīng)成功應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā).