電控發動機燃油碰撞回收裝置的設計

逯玉林，牛 晶，郭亞兵

（天水師范學院工學院，甘肅 天水 741001）

車禍中的火災是引起人員傷亡與財產損失的主因之一，而車禍火災主要是由外泄的燃油被點燃引起的。在車輛碰撞時，引起燃油外泄主要有高壓燃油管路品質不過關，或有先天性的砂眼引起燃油外泄；管接頭或接管口處松脫造成燃油泄漏；在使用過程中，因腐蝕、碰撞振動、老化等原因而出現容器和管路破裂管路接頭松動，油開關關閉不嚴等［1］。另據美國汽車火災起火物分類統計表明:汽車火災的起火物主要是絕緣電線、電纜，其導致的火災占總數的27%；其次為可燃或易燃液體或氣體，包括煙霧劑、霧狀蒸發物，其導致的火災占總數的26%；然后依次為無類別著火物、多種類型的著火物、汽車座椅或裝飾物、輪胎等，分別占總數的15%、11%、2%、2%；而電路超負荷、發生松動、接線絕緣老化破損，汽車在顛簸的行駛中造成接線與接線、接線與車體發生短路打火引燃可燃物則比例更大［2］。因此防范碰撞車輛的火災，首要在抑制燃油的外泄。

1 發動機電控燃油噴射系統結構原理

圖1為燃油噴射系統的管路圖，整個燃油管路可分為兩部分:一是系統管路 （從燃油泵出口到調壓器入口的管路）；二是回油管路 （從調壓器出口回到油箱的管路）。油箱中的燃油經電動燃油泵加壓輸送到系統管路中，系統管路內的油壓受調壓器調節，使油壓保持在0.3～0.35 MPa之間。而調壓器所釋出的回油經回油管路流回油箱［3］。調壓器由真空室、油壓室、膜片、膜片彈簧及閥門等組成，如圖2所示。

真空室由軟管連接到進氣歧管，發動機運轉時真空室的真空度約為430.61～531.93 mmHg［2］。 真空對膜片施加一向下拉力F1，而膜片彈簧對膜片施加向上推力F2，系統管路的油壓對膜片施加一向下壓力F3，由F1+F3=F2的三力的平衡，以調節系統管路內的油壓。當發動機停止運轉時，進氣歧管內無真空形成，故F1=0，且F2＞F3，因此調壓器閥門將被關閉；此外，由于燃油泵出口裝有單向閥，所以燃油泵不運轉時，系統管路形成被封閉狀態，而得以保持0.25～0.32 MPa的殘壓。設計此殘壓的目的是為了防止空氣滲入系統管路中，以增加發動機起動性能［4］。該殘壓的設計雖有其必要性，但在車禍發生時，此殘壓卻是引起燃油外泄的重要成因。

2 汽車碰撞時殘余燃油回收裝置設計目的

當車輛遭受撞擊，燃油系統油管產生裂縫 （或破損）時，如果只利用燃油泵逆轉回吸管內燃油到油箱，仍有少許燃油會外泄。此安全裝置能于裂縫剛生成瞬間抑制燃油外泄，以防止車輛火災。如果在裂縫生成瞬間，空氣能從裂縫被吸入油管中，即可形成空氣氣鎖的效能，達成瞬間抑制燃油外泄的目的。

3 回收裝置的設計

該裝置的設計分為控制電路設計和燃油管路的設計。

3.1 控制電路設計

一般車輛有發動機控制系統、安全氣囊控制系統、制動防滑控制系統等十余項控制系統，每個控制系統均有一個控制器 （ECU），以控制所歸屬的執行器［5］。該裝置所要控制的執行器是燃油泵和電磁閥，此兩項制動器受撞擊信號、計時器以及繼電器的控制。

圖3是該設計系統控制電路圖，分A區和B區。其中A區為油泵正常工作的電路，油泵繼電器提供12V的工作電壓給油泵工作。當車輛受到撞擊5s內控制電路的作用情形是:電源經由撞擊信號通過油泵斷油繼電器，使油泵停止運轉，斷油電磁閥動作，將油路與油泵截斷；通過延遲斷電計時器 （5 s），使吸油繼電器導通，促使回油電磁閥1和2以及真空電磁閥動作，將油泵截斷油路中的油吸至真空管內儲存 （見圖4）；電源經由撞擊信號通過延遲導通計時器 （5s），使延遲導通計時器動作，此時回油電磁閥3與大氣電磁閥關閉，防止儲存在真空管內的油外漏。當車輛受到撞擊在6～10s時，與5s內控制電路作用的差異點為，延遲斷電計時器 （5s）由導通狀態變為斷電狀態，使吸油繼電器、回油電磁閥1和2以及真空電磁閥由動作變為不動作，延遲導通計時器 （5s）由斷電狀態變為導通狀態，使回油繼電器的觸點導通，促使回油電磁閥3和大氣電磁閥動作，使先前儲存在真空管內的油回流到油箱內。

3.2 燃油管路的設計

傳統的燃油系統管路如圖5所示。在此管路的基礎上，燃油泵出口設計的單向閥會阻止管內燃油被回吸到油箱，為得到空氣氣鎖的目的，我們在油箱與燃油濾清器間加裝一個電磁閥，在油壓調節器后也加裝一個電磁閥，正常行駛時電磁閥是不導通的，另外在回油油路與油箱間加裝一個單向閥，防止吸油時將油箱內的油吸出，原理示意圖見圖4。

當車輛遭受撞擊時，接收到撞擊信號，斷油電磁閥、回油電磁閥1和2與真空電磁閥導通，將油泵與油路截斷，再利用進氣真空將調壓器前后管路的殘油都吸進真空管；這樣不論油管裂縫發生于何處，此裂縫兩側燃油將受不同方向的吸力，空氣容易從裂縫被吸入管內，而得到空氣氣鎖的效能，如圖6所示；最后大氣電磁閥和回油電磁閥3導通，使真空管先前所儲存的燃油流回至油箱。

4 結論

在模擬車輛遭受撞擊時，油管裂縫處產生空氣氣鎖功能，使燃油外泄瞬間被抑制；同時使油管中的剩余燃油被高效率回收，從而避免車輛發生碰撞時發生火災的可能性。然而此裝置仍然有更深入實驗的必要性，例如油管不是出現裂縫而是斷掉，或裂縫的生成位置等，未來希望有更深入的研究使該裝置能發揮更大的作用。

［1］孫振東，朱海濤，劉玉光.在追尾碰撞事故中乘用車防止火災危險試驗研究［J］.軍事交通學院學報，2006（4）:62-65.

［2］戴曉良，蔡志華，龍志軍.汽車火災發生機理與對策研究［J］. 汽車零部件， 2010 （10）:80-83.

［3］陳家瑞.汽車構造 （上冊）［M］.北京:機械工業出版社，2005.

［4］蹇小平，麻友良.汽車電器與電子技術［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［5］付百學.汽車電子控制技術 （上冊）［M］.北京:機械工業出版社，2010.