汽油车国六加油管总成的设计研究

摘要：以符合国六排放法规的汽油车加油管总成为研究对象，从加油管总成的结构、功能、类型等方面进行分析，并对加油管总成的设计要点进行解析。研究目的是为加油管总成的设计提供参考和建议，以满足国六排放法规的设计要求。

关键词：加油管总成；国六；加油硬管；加油软管；加油口盖

中图分类号：U462 收稿日期：2023-12-25

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.007

1 前言

根据调查，在国六排放法规GB18352.6—2016实施之前，一台汽油车的燃油蒸气挥发量年均约为8.8 kg。我国汽油车保有量超过2.84亿辆（截至2022年），全国燃油污染物一年可达250万t，让人触目惊心［1］。随着汽油车保有量的快速增加，控制燃油排放势在必行。

加油管总成作为燃油系统的加注模块，不仅关系到燃油加注这个基本功能，还对燃油蒸发污染物排放和加油污染物排放的控制有着决定性的影响。

2 加油管总成的结构

加油管总成主要由加油硬管、加油软管、加油口盖、支架及紧固件组成，具体的结构示意如图1所示。

加油硬管一般采用低碳钢或不锈钢制作，没有燃油渗透现象，且拥有良好的塑性、韧性和焊接性能，有利于制造。

加油软管通常采用多种橡胶材料复合共挤，FKM和THV的加入，有效阻隔了燃油的渗透。

加油口盖主体一般采用POM/PA/ABS等塑料制作，密封圈采用FKM，以减少燃油渗透量。

3 加油管总成的功能

加油管总成最主要的功能：连接燃油箱，实现燃油的加注，并控制燃油蒸气的逸出。其中，控制燃油蒸气的逸出是国六法规新增关键指标，为此引入车载加油排放控制系统（简称ORVR）。相比传统国五燃油加注模块，ORVR可以减少95%的HC排放。

ORVR工作原理：在燃油加注的过程中，汽油从加油枪喷出来并流经加油管，冲开ICV后进入燃油箱中。同时，燃油箱内的汽油源源不断挥发变成燃油蒸气，燃油蒸气通过燃油箱上方的阀体后，大部分进入碳罐并被吸附，净化后的空气经过通气管路释放到大气中；小部分的燃油蒸气通过蒸气循环管进入加油管中，并以气泡的形式随汽油又流入燃油箱，如此循环往复的流动，具体的工作原理见图2。

蒸气循环管的功能：a.分流进入碳罐的燃油蒸气，减小碳罐的工作负荷；b.补充加油枪后端被吸走的空气，防止由于文丘里效应而从外界吸入过多的空气［2］。

4 加油管总成的类型

根据燃油蒸气的密封方式，加油管总成分为机械密封和液体密封两种类型，结构示意如图3所示。

机械密封型：a.主要依靠加油管头部的橡胶密封圈进行密封；b.结构简单，布置灵活，工作可靠，但耐久性不好，综合成本较高，市场应用很少。

液体密封型：a.主要依靠加油管内部的燃油液柱进行密封；b.加油管内径[ϕ]25 mm，配合燃油加注37 L/min的速率，实现液体密封；c.结构设计和加油测试更复杂，碳罐容积需增大，但没有密封件磨损和耐久性问题，成本相对更低，市场应用广泛。

5 加油管总成的设计

5.1 加油硬管

加油硬管作为加油管总成的核心零件，直接关系到燃油加注的顺畅性和Ⅶ型试验的加油排放值，在燃油系统中有着举足轻重的作用。

5.1.1 加油硬管成型的工艺

加油硬管由主管、导流槽、循环管、支架等结构组成，主要的成型工艺流程如图4所示。

针对上述工艺流程，要求如下：

a.挤头：要求头部光滑，避免软管连接时对其造成损坏；要求头部形状规则，增加密封效果。

b.弯管：要求钢管的折弯半径不得小于两倍外径，且折弯之间的直段长度必须大于钢管外径，避免产生褶皱。

c.扩管：要求钢管材料有足够的塑性和韧性，防止开裂和破损；要求管口形状规则，有利于导流槽的焊接和密封。

d.焊接：要求焊接牢固可靠，导流槽和循环管的焊缝不得有泄露点；要求焊后做好防锈处理。

5.1.2 加油硬管结构的升级

国六加油硬管从国五产品升级而来，结构尺寸上主要有以下三个变化点：

a.加油硬管主管的内径从[ϕ]33 mm左右减小到[ϕ]25 mm左右，有利于加油过程中实现液体密封功能，阻挡燃油箱内部的燃油蒸气从加油管溢出。

b.加油硬管头部的导流槽牙圈内径从[ϕ]24 mm左右减小到[ϕ]21 mm左右，有利于更好地固定加油枪方向，提升加油的顺畅性，减少异常跳枪现象。

c.通气管路由外接的通气软管改为焊接的循环管，内径从[ϕ]12 mm左右减小到[ϕ]6 mm左右，同时在循环管上增加“缩颈”结构（内径[ϕ]3 mm左右）以产生文丘里效应，在加油过程中实现燃油蒸气的循环，减少燃油蒸气的溢出。

5.1.3 加油硬管头部的设计

加油硬管最关键的结构为头部，主要的设计要点如图5所示，对应的参数要求见表1。

5.2 加油软管

加油软管用于连接加油硬管和燃油箱，在保障燃油加注顺畅性和控制蒸发排放值等方面有重要的作用。

5.2.1 加油软管的材料

国六标准加油软管通常由三层不同的橡胶成分构成，具体的材料见表2。

FKM和THV等耐渗透性材料的应用，使得加油软管的蒸发排放值大幅减少，以满足国六排放法规要求，各材料的燃油渗透性对比见图6。

备注：CM15—15%甲醇+85%燃油C；CE10—10%乙醇+90%燃油C；燃油C—50%异辛烷+50%甲苯。

5.2.2 加油软管的结构

加油软管总厚度一般为4～4.5 mm，综合考虑成本和性能，要求FKM厚度不小于1 mm，THV厚度不小于0.1 mm，ECO厚度3 mm左右，具体的结构示意如图7所示。

FKM布置在内层，可以兼顾较低的渗透性和良好的装配性；THV材料偏硬且价格昂贵，适合布置在中层，充分发挥耐渗透性优异的特点；ECO布置在外层，对内部起到保护和骨架的作用。

5.3 加油口盖

加油口盖作为加油硬管的配套部件，影响着整个燃油系统的密封性和安全性，成为不可或缺的一环。

5.3.1 加油口盖的类型

加油口盖可以根据锁芯、接口、阀体等结构的不同进行分类，常见的类型见表3，根据需要进行搭配选择。

表3 加油口盖的类型<D：＼龙源＼4.30＼专用汽车202404＼Image＼图片4444444444444444444441.png>

对于接口型式，螺纹式更加可靠，快接式操作更加简便。对于阀体型式，国六产品一般选用双向阀，同时具备泄压和补气功能，以保障燃油箱的安全性。

5.3.2 加油口盖的组成

加油口盖常见的结构组成示例如图8所示，对于国六产品，主要升级点在于密封件（O形圈）由NBR升级成FKM材料，以减少燃油渗透量。

5.3.3 加油口盖的性能

加油口盖最关键的参数为通气性能，基本要求如下：

a.燃油箱内部为负压状态：在负压较小时能控制进气量，以免增加碳罐的负荷；在负压较大时能迅速补气，防止燃油箱变形。

b.燃油箱内部为正压状态：在压力较小时能控制出气量，以减少燃油蒸气泄露；在压力较大时能迅速泄压，防止燃油箱变形及燃油系统泄露。

某国六产品的通气性能参数示例如图9所示。

6 结语

针对国六加油管总成的设计，首先需要对其工作原理进行充分理解和分析，逐一设计满足相应功能的细节结构。在完成三维模型搭建后，应通过工程软件进行初步分析，如加油枪干涉性分析、加油顺畅性分析等；然后制作快速样件，进一步验证加油管总成的基本功能。在模具样件生产出来之后，需通过实际操作对装配性和功能性进行最终的确认，为后续的批量做铺垫。

参考文献：

[1]环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[M].北京：中国环境科学出版社，2016.

[2]金栋，崔小明.氟橡胶的生产改性及加工技术进展[J].有机氟工业，2009（5）：47-51.

作者简介：

易彬彬，男，1988年生，动力工程师，研究方向为发动机及附件系统。