基于UG的國(guó)六汽油燃油箱容積校核方法

徐靖、唐基榮、張?jiān)史?/p>

(上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，柳州 545700)

0 引言

燃油供給系統(tǒng)是汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源，燃油箱是固定于汽車(chē)上用于存儲(chǔ)燃油的獨(dú)立箱體總成[1]，是燃油供給系統(tǒng)的主要部件。作為整車(chē)上存儲(chǔ)燃料的主要容器，燃油箱額定容積是決定整車(chē)?yán)m(xù)航里程的要素之一。因汽油特性原因，燃油箱總成必須具備至少一個(gè)通氣閥，在汽油因溫度、壓力變化等原因?qū)е氯加拖鋬?nèi)部壓力上升時(shí)可以及時(shí)泄壓。該閥一般為常開(kāi)狀態(tài)，通過(guò)管路連接至炭罐。整車(chē)在日常使用過(guò)程中，因轉(zhuǎn)彎、上下坡等工況下，汽油在燃油箱內(nèi)部的液面也會(huì)相應(yīng)變化。在極端工況下，液態(tài)汽油會(huì)從通氣閥溢出至炭罐導(dǎo)致炭罐失效，甚至極端情況下，汽油可能淹沒(méi)整個(gè)炭罐并溢出至地面，引發(fā)安全問(wèn)題。

為避免該問(wèn)題，需要在開(kāi)發(fā)階段對(duì)燃油箱的容積進(jìn)行校核。本文通過(guò)UG 軟件的模擬液面功能，對(duì)燃油箱容積校核提出了具體的方法。

1 燃油加注說(shuō)明

車(chē)輛燃油加注過(guò)程實(shí)際上是燃油和燃油箱內(nèi)部燃油蒸氣的置換過(guò)程。隨著燃油的進(jìn)入，燃油箱內(nèi)部的燃油蒸氣排出到外界大氣當(dāng)中。為滿(mǎn)足國(guó)六階段VII 型試驗(yàn)（加油污染物排放）要求[2],該部分燃油蒸氣需要經(jīng)過(guò)炭罐的過(guò)濾，將燃油蒸氣里面的汽油分子通過(guò)炭粉吸附后，排出干凈的空氣。

為避免燃油加注時(shí)液態(tài)燃油進(jìn)入炭罐，國(guó)六燃油箱新增加了油位控制閥。當(dāng)燃油液面淹沒(méi)油位控制閥的通氣孔時(shí)，因燃油蒸氣無(wú)法快速排出燃油箱，內(nèi)部的壓力上升實(shí)現(xiàn)跳槍[3]。故通過(guò)調(diào)整油位控制閥的通氣孔高度，即可實(shí)現(xiàn)控制跳槍時(shí)的燃油加注量。國(guó)六汽油車(chē)燃油加注簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2 燃油箱容積校核

根據(jù)燃油加注過(guò)程分析，為保證燃油箱額定容積（車(chē)輛制造廠(chǎng)規(guī)定加注的容積）的準(zhǔn)確性，需要校對(duì)水平面下設(shè)計(jì)容積（額定容積和不可用容積之和，其中不可用容積為無(wú)法通過(guò)燃油泵泵出的體積）液面和液位控制閥通氣孔高度關(guān)系。為減少極端工況下液態(tài)燃油進(jìn)入炭罐的可能，同時(shí)為保證燃油箱通氣性，需要校對(duì)設(shè)計(jì)容積與燃油箱總?cè)莘e（燃油箱內(nèi)部最大體積）的占比。校對(duì)各工況下設(shè)計(jì)容積液面和翻車(chē)閥及通氣閥的位置關(guān)系，必須至少有一個(gè)閥是未被燃油淹沒(méi)的。

2.1 燃油箱容積利用率校核

打開(kāi)UG 軟件進(jìn)入建模模塊，打開(kāi)燃油箱數(shù)模,封閉燃油箱所有開(kāi)口后成封閉的箱體。選擇菜單欄命令“分析”，進(jìn)入內(nèi)部容積計(jì)算器，打開(kāi)內(nèi)部容積計(jì)算器對(duì)話(huà)框，如圖2所示。

點(diǎn)擊計(jì)算，得出燃油箱總?cè)莘e，指定高度方向選擇ZC，在高度輸入6（燃油泵泵油所需的最低液面高度）,得到不可用容積（圖3）。

圖3 燃油箱總?cè)莘e及不可用容積

設(shè)計(jì)容積按照公式（1）計(jì)算。

式中 V1——設(shè)計(jì)容積，單位L

V2——額定容積，單位L

V3——不可用容積，單位L

容積利用率按照公式（2）計(jì)算，容積利用率應(yīng)≤87%。

式中 P——容積利用率

V1——設(shè)計(jì)容積，單位L

V4——燃油箱總?cè)莘e，單位L

2.2 燃油箱設(shè)計(jì)容積校核

將整車(chē)最大技術(shù)條件定義的最大爬坡角度（如16.7°）作為前后左右傾斜的校核角度，則設(shè)計(jì)容積校核包含5 種工況，分別為水平面下、前傾16.7°、后傾16.7°、左傾16.7°以及右傾16.7°。

2.2.1 水平面下設(shè)計(jì)容積校核

進(jìn)入U(xiǎn)G 內(nèi)部容積計(jì)算器模塊，指定高度方向選擇ZC，方法處選擇體積，在體積輸入設(shè)計(jì)容積，點(diǎn)擊“添加新集”得到水平面下設(shè)計(jì)容積對(duì)應(yīng)的液面（圖4）。水平面下設(shè)計(jì)容積液面高度應(yīng)與油位控制關(guān)閉高度重合，且不應(yīng)淹沒(méi)翻車(chē)閥。

圖4 水平面下設(shè)計(jì)容積液面

2.2.2 前傾16.7°下設(shè)計(jì)容積校核

首先新建前傾16.7°的基準(zhǔn)平面。點(diǎn)擊菜單命令：插入——基準(zhǔn)/點(diǎn)——基準(zhǔn)平面，新建前傾16.7°基準(zhǔn)平面（圖5）。

圖5 前傾16.7°基準(zhǔn)平面建立

指定高度方向選擇前傾16.7°基準(zhǔn)平面，方法處選擇體積，在體積輸入設(shè)計(jì)容積，點(diǎn)擊“添加新集”得到前傾16.7°設(shè)計(jì)容積對(duì)應(yīng)的液面（圖6）。前傾16.7°設(shè)計(jì)容積對(duì)應(yīng)的液面不應(yīng)同時(shí)淹沒(méi)翻車(chē)閥和油位控制閥。

圖6 前傾16.7°設(shè)計(jì)容積校核

其余后傾16.7°、左傾16.7°和右傾16.7°工況設(shè)計(jì)容積校核參照前傾16.7°方法，均要求相應(yīng)的設(shè)計(jì)容積對(duì)應(yīng)的液面不應(yīng)同時(shí)淹沒(méi)翻車(chē)閥和油位控制閥。

3 總結(jié)

本文通過(guò)UG 的內(nèi)部容積計(jì)算器的模擬液面功能，準(zhǔn)確的模擬出各工況下的燃油液面。通過(guò)對(duì)比液面與相應(yīng)的校核參照，實(shí)現(xiàn)對(duì)各工況燃油箱容積液面的精確校核。該方法已在多個(gè)燃油箱開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)施，模擬液面校核與實(shí)物實(shí)際校核的結(jié)果相符程度高，對(duì)于燃油箱開(kāi)發(fā)過(guò)程中容積校核提供了較可靠的理論依據(jù)。