國六燃油系統(tǒng)設(shè)計方法

毛華峰

摘 要：燃油系統(tǒng)是汽車的重要組成部分，本文以汽車燃油系統(tǒng)為研究對象，以某公司國六車型燃油系統(tǒng)計算為例，從燃油系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)出發(fā)，以滿足國六法規(guī)要為基本出發(fā)點，系統(tǒng)闡述了國六燃油系統(tǒng)的組成及HC排放量的目標(biāo)值要求，并對燃油系統(tǒng)達(dá)成整車目標(biāo)進(jìn)行了校核計算分析。

關(guān)鍵詞：燃油系統(tǒng);油箱;碳罐;滲透量

1 引言

汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展加劇了能源與環(huán)境之間的矛盾。汽車排放所引起的空氣污染問題，已成為當(dāng)今城市空氣污染的重要組成部分。隨著國家對環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，對汽車排放要求也逐步提高。2016年，中國環(huán)保部正式發(fā)布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對整車蒸發(fā)排放提出了更高的要求。同時，增加了加油污染物排放限值的要求。

本文從國六與國五燃油的不同要求出發(fā)，以某公司國六車型燃油系統(tǒng)計算為例，對燃油系統(tǒng)的計算校核方法進(jìn)行了優(yōu)化，為國六燃油系統(tǒng)初算提供了方法參考。

2 燃油系統(tǒng)的概念設(shè)計

2.1 國六與國五蒸發(fā)排放法規(guī)要求的區(qū)別

“國六與國五蒸發(fā)排放法規(guī)的區(qū)別如表1所示。

2.2 國六燃油系統(tǒng)的組成

國六與國五燃油系統(tǒng)比較，在結(jié)構(gòu)上主要是增加了CVS閥、通氣管濾清器、油箱壓力傳感器。為增加脫附流量加大了脫附管管徑，并增了文丘里管（不同工況下，采用正、負(fù)壓脫附）。其它結(jié)構(gòu)組成與國五燃油系統(tǒng)沒有太大的區(qū)別，主要是對滿足國六法規(guī)進(jìn)行了零部件的結(jié)構(gòu)改變。如增加塑料油箱阻隔層的厚度，加大碳罐體積，改變油泵連接方式，采用低滲透量橡膠管等，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 國六燃油系統(tǒng)蒸發(fā)目標(biāo)的確定

國六蒸發(fā)排放是基于整車的排放要求，燃油系統(tǒng)作為整車的一部分，對整車排放貢獻(xiàn)較大。依據(jù)對某公司現(xiàn)有類似車型各系統(tǒng)蒸發(fā)排放量測試的結(jié)果。參考國內(nèi)外其它企業(yè)的各系統(tǒng)排放量分配比例，如表2所示。

由表2可見，一般情況下燃油系統(tǒng)在整車燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放中占比約30%，即0.21g。考慮到后期實際設(shè)計，生產(chǎn)中帶來的不確定性應(yīng)對燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放限值要求賦以一定的安全余量。由表2可知，整車蒸發(fā)排放總劣化系數(shù)為0.06，約為限值的8.6%。為保證燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放足夠的余量，結(jié)合零部件設(shè)計實際，確定燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放劣化系數(shù)為0.042，約為限值的20%，為后期整車目標(biāo)的達(dá)成做出充足的預(yù)留。

按照0.042的劣化系數(shù)，將燃油系統(tǒng)各部件蒸發(fā)排放目標(biāo)分配如表3所示。

3 燃油系統(tǒng)的計算

3.1 系統(tǒng)計算的輸入條件

3.2 供油系統(tǒng)計算

3.2.1 燃油泵的設(shè)計要求及流量計算

（1）燃油泵流量要求

● 燃油泵的最小流量應(yīng)等于發(fā)動機(jī)最大噴油量及燃油壓力調(diào)節(jié)器所需的最小回油量之和。

● 燃油泵在最小流量時提供的最小壓力，應(yīng)等于此時壓力調(diào)節(jié)器的最大壓力和油道中的沿程壓力損失之和。

● 燃油泵的壓力不能太大，以免有過多的回油。

● 燃油泵的壓力不能過小，以免燃油系統(tǒng)壓力脈動增加。

● 在額定電壓50%-60%下，應(yīng)能保證燃油系統(tǒng)中有壓力。

（2）燃油泵流量計算

燃油泵的流量Q按下式計算：

考慮到實際使用工況的變化，燃油系統(tǒng)供油量要比發(fā)動機(jī)額定工況下的燃油消耗量大20%，為了保證燃油系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，需要充足的回油量，并在任何工況下提供充足的燃油供給量，則燃油泵流量Q實=Q×1.5=109.5L/h，取110L/h。

注：燃油流量修正系數(shù)取1.5為燃油泵廠家提供;

燃油泵輸出燃油壓力P輸=Pint+P濾+P沿=450+30+10kpa=490kpa，考慮到輸出壓力的波動量±10kpa，所以燃油泵輸出壓力為500±10kpa。

由于發(fā)動機(jī)要求供油壓力為450-550kpa，燃油泵泄壓壓力P泄=P輸+100 kpa=500+100=600kpa。

由以上內(nèi)容可知，滿足CS5-CF4G15TD發(fā)動機(jī)的燃油泵參數(shù)如下：

（3）燃油濾清器流量校核

燃油濾清器流量應(yīng)為燃油泵流量的1.1-1.2倍，計算得：121L/h≤Q濾≤132L/h，由3.1.2可知，燃油泵輸出流量為110L/h，滿足最終阻力30kpa@120L/h的要求。

3.3 燃油箱容積校核

按照車型燃油系統(tǒng)方案，燃油箱額定容積與國五車型相同約58L。燃油箱容積應(yīng)能滿足不小于500km續(xù)駛里程。按下式校核。

由上可知，燃油系統(tǒng)所需碳罐有效容積>2.33L，選選用碳罐有效容積為2.4L，滿足設(shè)計要求。

3.5 脫附流量校核

根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，碳管脫附流量應(yīng)大于250倍的碳罐容積，所以所需的碳罐脫附流量為250×2.4=600L，由于在目前無法獲得1DBL內(nèi)正、負(fù)壓所產(chǎn)生的脫附流量值，需在后期進(jìn)行測試試驗驗證，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。

4 結(jié)語

本文從國六與國五燃油系統(tǒng)的不同要求出發(fā)，以某自主品牌國六車型開發(fā)為例，通過對國六燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較、蒸發(fā)排放目標(biāo)分解及對系統(tǒng)工作要求計算校核。闡述了，國六燃油系統(tǒng)前期開發(fā)的基本方法。

在實際的設(shè)計開發(fā)過程中，對系統(tǒng)進(jìn)行基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的初步計算是通常的作法。隨著設(shè)計開發(fā)的不斷深入，對前期制定的設(shè)計目標(biāo)應(yīng)該是一個動態(tài)的調(diào)整過程，應(yīng)對初算的計算結(jié)構(gòu)不斷校核，以保證整體設(shè)計目標(biāo)的達(dá)成。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵軍，趙志國.汽油機(jī)國五與國六法規(guī)對比研究 汽車工程 2017年 第3期.

[2]GB 18352.5-2013.輕型汽車污染物排放限值及測量方法（第五階段）[S].

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