汽車燃油箱總成的技術(shù)改進

賴煥萍， 時武林， 孟平平， 莫 云

(1.廣西汽車集團有限公司，廣西 柳州 545007; 2.柳州工學(xué)院, 廣西 柳州 545616)

GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》(簡稱國Ⅵ標準)，對汽車燃油系統(tǒng)的蒸發(fā)排放控制比國Ⅴ階段加嚴了很多,要實現(xiàn)其國Ⅵ標準的控制技術(shù)難度大。本文結(jié)合本人從事的國Ⅴ汽車燃油箱升級到國Ⅵ的研究工作，總結(jié)滿足國Ⅵ標準的燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放改進控制技術(shù)。

汽車蒸發(fā)排放主要在停放、行駛及加油時產(chǎn)生，汽車燃油系統(tǒng)在行駛和停放時的蒸發(fā)排放總計約占73.1%，要降低汽車燃油系統(tǒng)的蒸發(fā)排放，需要從燃油系統(tǒng)的各個方面開展技術(shù)改進，使其滿足國Ⅵ標準的要求。

1 國Ⅵ燃油系統(tǒng)改進技術(shù)

1.1 燃油系統(tǒng)的組成及工作原理

汽車燃油系統(tǒng)由油箱、油泵、燃油濾清器、各種控制閥、注油管、燃油管路、炭罐、炭罐控制閥、吸附和脫附管路等組成，如圖1所示。

燃油系統(tǒng)的工作原理是：燃油通過注油管加注進入燃油箱，再通過燃油泵、燃油濾清器、燃油管路輸送到發(fā)動機進氣歧管上的燃油軌道，然后通過噴油器進入發(fā)動機燃燒做功。燃油箱內(nèi)的燃油蒸氣通過吸附管進入炭罐，ECU控制炭罐控制閥開啟頻率將炭罐的油氣通過脫附管路進入發(fā)動機燃燒，達到降低蒸發(fā)排放的目的。

圖1 燃油系統(tǒng)的組成

從圖1可知，影響燃油蒸發(fā)排放的主要因素有：

1) 油箱本體及油箱上各種閥、燃油濾清器、在燃油箱上安裝的燃油泵本體及其燃油輸送管路、吸附及脫附管路、注油管等的滲透密封性及安裝密封性。

2) 炭罐的容積能力、炭罐控制閥脫附流量的控制狀態(tài)。

因此，減少整車燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放的主要措施有：

1) 燃油箱、燃油濾清器、燃油泵、注油管、各閥之間的通氣連接管路、燃油輸送管路、吸附和脫附管的滲透密封性做到最好。

2) 炭罐的容積能力足夠大、炭罐的脫附流量盡可能大。

3) 針對炭罐脫附量控制以及油氣脫附后進入發(fā)動機燃燒會對發(fā)動機的工作造成沖擊，對空燃比的控制進行精細標定。

4) 提升對燃油系統(tǒng)各種泄漏的OBD診斷標定技術(shù)。

本文僅對燃油箱總成技術(shù)提出改進方案，主要包括油箱殼體及油箱上各種閥、燃油濾清器和燃油泵等的技術(shù)改進。

1.2 燃油箱總成的滲透密封性改進技術(shù)

1) 油箱殼體材料改進。因國Ⅴ為金屬燃油箱，所以本文僅分析金屬燃油箱的改進。為了使改進成本最低，燃油箱的外形尺寸保持不變，這樣燃油箱的模具基本能繼續(xù)使用，僅把材料由冷軋鋼板ST14更改為單面鍍鋅板DC54D+ZF，并取消原內(nèi)涂工藝；油箱的表面處理從國Ⅴ的鍍鋅處理改為美加力(Magni W95C+F59A)涂層表面處理,美加力MAGNI涂裝系統(tǒng)可提供優(yōu)越的防腐功能，具有耐鹽霧、耐酸堿、耐油、耐溶劑等性能。材料和涂覆工藝的變更使油箱的防腐性、耐久性、滲透密封性更好。

2) 油箱上各種閥的滲透密封性改進。為了避免各種閥發(fā)生滲透泄漏，把各種閥的安裝及連接管路從國Ⅴ的放在燃油箱外部改為放在燃油箱內(nèi)部，這樣可以減少燃油箱上這些閥的安裝孔的開孔數(shù)量，同時連接管路放在油箱內(nèi)部，即便有輕微的滲漏也不會影響蒸發(fā)排放，具體改進如下：

① 翻車閥(ROV)的改進。翻車閥從國Ⅴ安裝在燃油箱上部外表面改為國Ⅵ安裝在燃油箱內(nèi)部殼體表面，這樣即便有輕微的滲漏也不會影響蒸發(fā)排放。

② 油箱的油氣循環(huán)控制改進。國Ⅴ的油氣循環(huán)控制采用非ORVR系統(tǒng)，用一根加油管口與油箱上部空間相連的通氣管(管徑一般約為16 mm)，將油箱內(nèi)的空氣排往大氣，污染環(huán)境；而國Ⅵ采用ORVR系統(tǒng),增加了加油限量切斷閥(FLVV閥)來控制油氣循環(huán)，F(xiàn)LVV閥用來對油箱通氣，同時當油箱加滿油時切斷加油。為了控制密封性，將FLVV閥安裝在油箱上殼體內(nèi)表面，在OBD檢測對供油系統(tǒng)抽真空時，F(xiàn)LVV閥體可以保證一定的流量來滿足OBD的檢測要求。

③ 進油單向閥改進。國Ⅴ僅在油箱進油口處安裝一般的單向閥，以避免汽油從油箱向外部流出，該單向閥不具備密封性，加油過程中有燃油溢出的風(fēng)險。而國Ⅵ是在油箱進油口處加裝一個特殊的防回流閥單向閥(ICV單向閥)，ICV閥通常裝在加油管底部，幫助加油管內(nèi)的汽油形成液封，同時最大限度阻止燃油溢出 。

④ 各閥之間的通氣管路連接。國Ⅴ中各閥之間的通氣管路一般采用在燃油箱外部連接的方式，如果緊固不牢，存在燃油滲透泄漏的風(fēng)險。國Ⅵ中各閥之間的通氣管路的連接都放在燃油箱內(nèi)部，如圖2所示。這樣即便出現(xiàn)燃油滲漏，也是在油箱內(nèi)部，不會增加蒸發(fā)排放。國Ⅴ與國Ⅵ的油箱上的各閥和管路布置對比如圖2所示，國Ⅵ只需要開4個孔，國Ⅴ需要開6個孔，油泵安裝孔和注油管安裝孔的面積相當，但國Ⅴ的兩個ROV閥+回氣閥的開孔面積比國Ⅵ的一個通氣孔的面積大很多。從開孔數(shù)量和面積上看，國Ⅵ燃油箱的改進方案可以有效降低燃油蒸氣泄漏的風(fēng)險。

(a) 國Ⅴ油箱表面開孔和管路連接情況

1.3 燃油濾清器的防滲透性改進技術(shù)

國Ⅴ的燃油濾清器安裝在燃油管路上，存在燃油管路與濾清器連接處泄漏的風(fēng)險。而國Ⅵ燃油濾清器集成在燃油泵上，安裝在燃油箱內(nèi)，大大減少了燃油濾清器與燃油管路連接滲漏的可能性，如圖2所示。

1.4 燃油泵的安裝密封性改進技術(shù)

燃油泵安裝方式上，國Ⅴ采用螺紋口連接，安裝方便，但存在耐久泄漏的可能性；國Ⅵ采用金屬鎖緊卡環(huán)型式連接，保證密封性?？ōh(huán)座焊接在油箱的油泵安裝孔上。同時將油泵法蘭O型密封圈材料由國Ⅴ的NBR改為FKM，增強防滲透性。

2 試驗驗證

2.1 燃油箱總成內(nèi)部油氣蒸發(fā)量測試

為了驗證燃油箱總成技術(shù)改進的效果，通過測量常規(guī)炭罐(模擬實車燃油系統(tǒng)中的炭罐，以下簡稱A罐)的蒸氣吸附量及其被擊穿后溢出的蒸氣量來評估燃油箱總成內(nèi)的油氣蒸發(fā)情況，溢出的蒸氣通過在常規(guī)炭罐的溢出口處再連接一個新炭罐(以下簡稱B罐)來吸附。試驗中常規(guī)炭罐和新炭罐增加的重量總和就是燃油箱總成內(nèi)部的蒸發(fā)排放量。

根據(jù)GB 18352.6—2016標準中附錄F的圖F.1a測試規(guī)程的要求，分別進行整車高溫行駛后的38 ℃熱浸試驗和20 ℃ 48 h的燃油箱總成蒸發(fā)排放量的試驗，結(jié)果見表1。改進前、后的蒸發(fā)排放量總和分別為2.13 g、1.61 g,證明上述改進技術(shù)有效。

表1 試驗結(jié)果 g

2.2 燃油箱總成及管路(不含炭罐)蒸發(fā)量測試

燃油箱總成及連接管路滲漏引起的油氣排放量，通過測量整車Ⅳ型蒸發(fā)排放結(jié)果減掉整車初始蒸發(fā)排放及燃油箱總成內(nèi)的蒸氣溢出量并加上炭罐吸附量而得，改進前后測量所用炭罐與2.1節(jié)相同。試驗車整車初始蒸發(fā)排放經(jīng)測量為0.185 g/test。燃油箱總成內(nèi)部油氣蒸發(fā)溢出量改進前、后分別為0.6 g/test、0.2 g/test，燃油箱總成改進前、后炭罐的吸附量由表1可知，分別為1.53 g/test、1.41 g/test，燃油箱總成改進前、后的整車蒸發(fā)排放結(jié)果分別為1.7 g/test、0.75 g/test，則燃油箱總成及管路滲漏蒸發(fā)量改進前、后分別為2.445 g/test、1.775 g/test。

從試驗結(jié)果可以看出，改進后的燃油箱總成及管路(不含炭罐)的滲漏蒸發(fā)量比改進前有明顯減少，這與改進前后管路布置方式的理論分析相符。改進后燃油濾清器放在油箱內(nèi)部，所有的閥都放在油箱內(nèi)部，外管路僅有從油箱到發(fā)動機的出油管路、油箱到炭罐、炭罐到發(fā)動機的連接管路；改進前的外部管路多了外置在管路上的燃油濾清器及外置在油箱表面上的各閥的管路連接部分(如圖2所示)，從理論上講，改進前燃油箱總成及管路上的油氣蒸發(fā)量應(yīng)該比改進后多。由于改進后的外部管路理論上對總體結(jié)果影響很小，所以這個試驗也進一步說明了油箱總成改進后的油氣蒸發(fā)改善效果是明顯的。

3 結(jié)束語

本文對國Ⅵ燃油供給系統(tǒng)開發(fā)過程的技術(shù)進行了總結(jié)，國Ⅵ燃油箱總成可以從本文描述的幾個方面進行優(yōu)化設(shè)計，從而達到降低燃油箱總成的油氣蒸發(fā)排放的目的。