浅析车辆蒸发污染物排放及系统优化

刘隆娇 蒋金隆

（江西昌河汽车有限责任公司 333002，中航复合材料有限责任公司 101300）

浅析车辆蒸发污染物排放及系统优化

刘隆娇1蒋金隆2

（江西昌河汽车有限责任公司 333002，中航复合材料有限责任公司 101300）

本文通过分析油箱盖、加油管、燃油箱、连接管路及炭罐在蒸发污染物排放方面的影响，提出了详细的优化方案并推荐了部分国六方案，对车辆蒸发污染物试验及系统设计有参考和借鉴作用。

蒸发污染物排放；优化

1 前沿

车辆HC排放中，除了尾气和曲轴箱排放外，大部分是燃油蒸发系统的排放，约占车辆HC排放的20%。降低燃油蒸发污染物排放量即意味着降低整车蒸发污染排放量。随着环境污染的严重，蒸发污染物排放法规的严苛，有必要对蒸发污染物排放进行控制。

2 国六蒸发污染物排放

国六排放法规于2016年10月下发。”该法规对车辆燃油蒸发污染物排放作了严苛要求，其蒸发污染物限值由国五的2 g/test降低为0.7 g/test（M类车型）和0.85～1.15 g/test(N类车型)。并增加VII型试验即加油过程污染排放物不超过0.05 g/L，即必须使用ORVR燃油系统。

跟国五相比，国六限值减少了1半。因此，降低整个燃油系统及零部件的蒸发排放，任务严峻。

3 燃油蒸发系统的组成和工作原理

3.1 燃油蒸发系统的组成

燃油系统由加油口盖、加油管、燃油箱、油泵、汽油滤、双向控制阀、炭罐、炭罐清洗阀、燃油管路等零部件组成。

3.2 燃油蒸发系统的工作原理

当环境温度较高，燃油蒸气不断在油箱内部集聚而产生气压，压力增加到一定值（5 kPa左右）时，燃油蒸气压力克服双向阀弹簧的弹力，沿着燃油管路进入炭罐，干净空气从炭罐通大气口排出。当环境温度较低，油箱内部温度降低，燃油蒸q气不断凝结而产生负压，负压增加到一定值（-1 kPa左右）时，燃油蒸气压力克服双向阀反向弹簧的弹力，沿着管路进入油箱补气。

发动机工作时，在特定工况下，ECU打开炭罐控清洗阀，燃油蒸气在进气歧管内负压的作用下，被吸到发动机中参与燃烧，此时新鲜空气进入炭罐通大气口进行补充[1]。

4 燃油系统优化控制策略

4.1 改善油箱盖的气密性

大部分油箱盖内部的密封圈或者橡胶垫材质采用丁晴橡胶，是基于其优良的耐油性和适中的价格。但当回料参与过多，会降低其耐油性能，造成与相邻部件的粘连。另一方面是内部弹簧件的精度不够，造成变形量失控，尤其是在小压力控制时，使得整个部件提前释压，燃油蒸气量超标。

改善油箱盖的气密性在于保证内部零部件尤其是橡胶垫的材质配方；提高弹簧的质量，保证变形量可控。

4.2 塑料加油管

塑料加油管常用材料为HDPE，主要考虑降低产品材料的渗透性。可通过增加HDPE材料厚度及对HDPE层进行表面阻隔处理达到目标。不过由于其渗透远大于金属材料，在国六开发的车型燃油系统中一般不推荐使用。

4.3 成熟焊接技术保证金属燃油箱不泄露

金属油箱可能形成泄漏的地方主要在于上下盖的焊接处，焊缝宽度一般要求大于10 mm，如果焊机电压等参数不稳定，可造成焊缝焊接不牢靠而漏油。另外，进油管嘴和通气管嘴在壳体上焊接位置处容易因为焊穿而漏油。其次，装配件如油泵、翻车阀等，可能会因为油箱上安装口的法兰翻边尺寸不够造成与油泵密封圈接触面不够，密封圈处泄漏。

油泵、翻车阀密封圈本身材料不耐燃油使得渗透性差以及接触燃油后膨胀变形，造成密封不良而漏油。

所以，对金属燃油箱系统燃料泄漏或渗漏的主要控制点在于，成熟的焊接技术来保证不出现焊穿，较高的制造能力用于保证法兰部分的翻边尺寸，过硬的零部件（橡胶密封圈）材料配方保证耐燃油。

4.4 多层结构保证塑料燃油箱低渗透

塑料燃油箱的材料通常采用高分子量聚乙烯作为基材，辅以粘接和阻隔材料（尼龙或乙烯-乙烯醇共聚物即EVOH）。一种是分子量为50万～80万的HMWHDPE，经吹塑成型的单层结构的塑料燃油箱，其箱体内壁进行不同方法的表面处理，以提高其抗燃油的渗漏性。另一种是以HMWHDPE为基材辅以阻隔材料或粘接材料，吹塑成型的单层及多层复合结构的塑料燃油箱。

单层塑料油箱渗透性很差（一般为10～20 g/day），已逐步淘汰。多层塑料油箱由复合阻隔层挤出成型，目前典型结构为五层，即HDPE层/粘结层/阻隔层/粘结层/HDPE层。其中HDPE作为内外层，起成型、加强、骨架等作用；阻隔层为具有较强阻隔作用的树脂，常用有PVDC（聚偏二氯乙烯）、EVOH（乙烯-乙烯醇共聚物）、PAN（聚丙烯腈）；粘结层对HDPE层和阻隔层起粘结作用，有较好的粘结力、粘结耐久性和加工性能。多层塑料油箱的气密性要求为30 kPa×20 s无泄漏，由于塑料油箱成型性比金属油箱好，接口部位精度有保障，实际产品气密性较好，在常规状态下不会发生燃油蒸汽泄漏。多层塑料油箱燃油渗透性较好，一般可以达到≤0.5 g/day。

所以，降低塑料油箱总成的渗透性，主要考虑增加阻隔层成分比例（国六系统布置方案建议增加到3%）；对HDPE层进行表面阻隔处理；对HDPE层采用层状共混处理。

4.5 降低连接管路材料的渗透性

连接管路分尼龙管、橡胶管和金属管。尼龙管分单层和多层，单层尼龙管材料有PA12和PA11，其渗透性一般为0.4 g/m.day，多层尼龙管有3层和5层的区分，5层结构的组成为PA12/粘接剂/EVOH/粘接剂/PA12，渗透可达到0.1 g/m.day。橡胶管路的渗透性比较如表1。

表1 橡胶管路的渗透性比较

4.6 降低炭罐部分的排放值

对炭罐蒸发排放影响较大的有炭罐容积、活性炭能力、布置位置以及炭罐清洗策略。炭罐容积越大、活性炭工作能力越高，吸附油蒸汽越多、越强，国六车型燃油系统中推荐使用BAX1 500柱状炭。

对于炭罐位置的布置，应该尽量选择与环境温度接近的空间，避免放置在发动机舱等高温环境中。国六车型燃油系统中推荐布置在油箱附近。

优化炭罐清洗策略，通过在车辆怠速和减速过程中，适当打开炭罐控制阀，并在车辆运行中，适当提高电磁阀开启频率来尽可能多地脱附油蒸汽，达到降低炭罐排放的目的[2]。

5 总结

本文通过分析各零部件在蒸发污染物排放方面的影响，提出了详细的优化方案并推荐了部分国六方案，对车辆蒸发污染物试验及系统设计有参考和借鉴作用。

[1] 张洪欣.汽车设计[J].机械工业出版社，1989(6):39.

[2] 高俊华，付铁强，方茂东，王益民.炭罐与汽车蒸发排放关系研究[J].汽车工程杂志社，2003(3):100.

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：A

刘隆娇（1981—），女，设计员，研究方向为车辆燃油系统研发（重点法规ORVR技术研发应用）。

蒋金隆（1980—），男，设计员，研究方向为复合材料的工艺研究与应用。