汽车燃油箱总成的技术改进

2022-03-03赖焕萍时武林孟平平

客车技术与研究 2022年1期

赖焕萍，时武林，孟平平，莫云

(1.广西汽车集团有限公司，广西柳州 545007; 2.柳州工学院, 广西柳州 545616)

GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(简称国Ⅵ标准)，对汽车燃油系统的蒸发排放控制比国Ⅴ阶段加严了很多,要实现其国Ⅵ标准的控制技术难度大。本文结合本人从事的国Ⅴ汽车燃油箱升级到国Ⅵ的研究工作，总结满足国Ⅵ标准的燃油系统蒸发排放改进控制技术。

汽车蒸发排放主要在停放、行驶及加油时产生，汽车燃油系统在行驶和停放时的蒸发排放总计约占73.1%，要降低汽车燃油系统的蒸发排放，需要从燃油系统的各个方面开展技术改进，使其满足国Ⅵ标准的要求。

1 国Ⅵ燃油系统改进技术

1.1 燃油系统的组成及工作原理

汽车燃油系统由油箱、油泵、燃油滤清器、各种控制阀、注油管、燃油管路、炭罐、炭罐控制阀、吸附和脱附管路等组成，如图1所示。

燃油系统的工作原理是：燃油通过注油管加注进入燃油箱，再通过燃油泵、燃油滤清器、燃油管路输送到发动机进气歧管上的燃油轨道，然后通过喷油器进入发动机燃烧做功。燃油箱内的燃油蒸气通过吸附管进入炭罐，ECU控制炭罐控制阀开启频率将炭罐的油气通过脱附管路进入发动机燃烧，达到降低蒸发排放的目的。

图1 燃油系统的组成

从图1可知，影响燃油蒸发排放的主要因素有：

1) 油箱本体及油箱上各种阀、燃油滤清器、在燃油箱上安装的燃油泵本体及其燃油输送管路、吸附及脱附管路、注油管等的渗透密封性及安装密封性。

2) 炭罐的容积能力、炭罐控制阀脱附流量的控制状态。

因此，减少整车燃油系统蒸发排放的主要措施有：

1) 燃油箱、燃油滤清器、燃油泵、注油管、各阀之间的通气连接管路、燃油输送管路、吸附和脱附管的渗透密封性做到最好。

2) 炭罐的容积能力足够大、炭罐的脱附流量尽可能大。

3) 针对炭罐脱附量控制以及油气脱附后进入发动机燃烧会对发动机的工作造成冲击，对空燃比的控制进行精细标定。

4) 提升对燃油系统各种泄漏的OBD诊断标定技术。

本文仅对燃油箱总成技术提出改进方案，主要包括油箱壳体及油箱上各种阀、燃油滤清器和燃油泵等的技术改进。

1.2 燃油箱总成的渗透密封性改进技术

1) 油箱壳体材料改进。因国Ⅴ为金属燃油箱，所以本文仅分析金属燃油箱的改进。为了使改进成本最低，燃油箱的外形尺寸保持不变，这样燃油箱的模具基本能继续使用，仅把材料由冷轧钢板ST14更改为单面镀锌板DC54D+ZF，并取消原内涂工艺；油箱的表面处理从国Ⅴ的镀锌处理改为美加力(Magni W95C+F59A)涂层表面处理,美加力MAGNI涂装系统可提供优越的防腐功能，具有耐盐雾、耐酸碱、耐油、耐溶剂等性能。材料和涂覆工艺的变更使油箱的防腐性、耐久性、渗透密封性更好。

2) 油箱上各种阀的渗透密封性改进。为了避免各种阀发生渗透泄漏，把各种阀的安装及连接管路从国Ⅴ的放在燃油箱外部改为放在燃油箱内部，这样可以减少燃油箱上这些阀的安装孔的开孔数量，同时连接管路放在油箱内部，即便有轻微的渗漏也不会影响蒸发排放，具体改进如下：

① 翻车阀(ROV)的改进。翻车阀从国Ⅴ安装在燃油箱上部外表面改为国Ⅵ安装在燃油箱内部壳体表面，这样即便有轻微的渗漏也不会影响蒸发排放。

② 油箱的油气循环控制改进。国Ⅴ的油气循环控制采用非ORVR系统，用一根加油管口与油箱上部空间相连的通气管(管径一般约为16 mm)，将油箱内的空气排往大气，污染环境；而国Ⅵ采用ORVR系统,增加了加油限量切断阀(FLVV阀)来控制油气循环，FLVV阀用来对油箱通气，同时当油箱加满油时切断加油。为了控制密封性，将FLVV阀安装在油箱上壳体内表面，在OBD检测对供油系统抽真空时，FLVV阀体可以保证一定的流量来满足OBD的检测要求。

③ 进油单向阀改进。国Ⅴ仅在油箱进油口处安装一般的单向阀，以避免汽油从油箱向外部流出，该单向阀不具备密封性，加油过程中有燃油溢出的风险。而国Ⅵ是在油箱进油口处加装一个特殊的防回流阀单向阀(ICV单向阀)，ICV阀通常装在加油管底部，帮助加油管内的汽油形成液封，同时最大限度阻止燃油溢出。

④ 各阀之间的通气管路连接。国Ⅴ中各阀之间的通气管路一般采用在燃油箱外部连接的方式，如果紧固不牢，存在燃油渗透泄漏的风险。国Ⅵ中各阀之间的通气管路的连接都放在燃油箱内部，如图2所示。这样即便出现燃油渗漏，也是在油箱内部，不会增加蒸发排放。国Ⅴ与国Ⅵ的油箱上的各阀和管路布置对比如图2所示，国Ⅵ只需要开4个孔，国Ⅴ需要开6个孔，油泵安装孔和注油管安装孔的面积相当，但国Ⅴ的两个ROV阀+回气阀的开孔面积比国Ⅵ的一个通气孔的面积大很多。从开孔数量和面积上看，国Ⅵ燃油箱的改进方案可以有效降低燃油蒸气泄漏的风险。

(a) 国Ⅴ油箱表面开孔和管路连接情况

1.3 燃油滤清器的防渗透性改进技术

国Ⅴ的燃油滤清器安装在燃油管路上，存在燃油管路与滤清器连接处泄漏的风险。而国Ⅵ燃油滤清器集成在燃油泵上，安装在燃油箱内，大大减少了燃油滤清器与燃油管路连接渗漏的可能性，如图2所示。

1.4 燃油泵的安装密封性改进技术

燃油泵安装方式上，国Ⅴ采用螺纹口连接，安装方便，但存在耐久泄漏的可能性；国Ⅵ采用金属锁紧卡环型式连接，保证密封性。卡环座焊接在油箱的油泵安装孔上。同时将油泵法兰O型密封圈材料由国Ⅴ的NBR改为FKM，增强防渗透性。

2 试验验证

2.1 燃油箱总成内部油气蒸发量测试

为了验证燃油箱总成技术改进的效果，通过测量常规炭罐(模拟实车燃油系统中的炭罐，以下简称A罐)的蒸气吸附量及其被击穿后溢出的蒸气量来评估燃油箱总成内的油气蒸发情况，溢出的蒸气通过在常规炭罐的溢出口处再连接一个新炭罐(以下简称B罐)来吸附。试验中常规炭罐和新炭罐增加的重量总和就是燃油箱总成内部的蒸发排放量。

根据GB 18352.6—2016标准中附录F的图F.1a测试规程的要求，分别进行整车高温行驶后的38 ℃热浸试验和20 ℃ 48 h的燃油箱总成蒸发排放量的试验，结果见表1。改进前、后的蒸发排放量总和分别为2.13 g、1.61 g,证明上述改进技术有效。

表1 试验结果 g

2.2 燃油箱总成及管路(不含炭罐)蒸发量测试

燃油箱总成及连接管路渗漏引起的油气排放量，通过测量整车Ⅳ型蒸发排放结果减掉整车初始蒸发排放及燃油箱总成内的蒸气溢出量并加上炭罐吸附量而得，改进前后测量所用炭罐与2.1节相同。试验车整车初始蒸发排放经测量为0.185 g/test。燃油箱总成内部油气蒸发溢出量改进前、后分别为0.6 g/test、0.2 g/test，燃油箱总成改进前、后炭罐的吸附量由表1可知，分别为1.53 g/test、1.41 g/test，燃油箱总成改进前、后的整车蒸发排放结果分别为1.7 g/test、0.75 g/test，则燃油箱总成及管路渗漏蒸发量改进前、后分别为2.445 g/test、1.775 g/test。

从试验结果可以看出，改进后的燃油箱总成及管路(不含炭罐)的渗漏蒸发量比改进前有明显减少，这与改进前后管路布置方式的理论分析相符。改进后燃油滤清器放在油箱内部，所有的阀都放在油箱内部，外管路仅有从油箱到发动机的出油管路、油箱到炭罐、炭罐到发动机的连接管路；改进前的外部管路多了外置在管路上的燃油滤清器及外置在油箱表面上的各阀的管路连接部分(如图2所示)，从理论上讲，改进前燃油箱总成及管路上的油气蒸发量应该比改进后多。由于改进后的外部管路理论上对总体结果影响很小，所以这个试验也进一步说明了油箱总成改进后的油气蒸发改善效果是明显的。