摘要：以符合國六排放法規(guī)的汽油車加油管總成為研究對象，從加油管總成的結(jié)構(gòu)、功能、類型等方面進行分析，并對加油管總成的設(shè)計要點進行解析。研究目的是為加油管總成的設(shè)計提供參考和建議，以滿足國六排放法規(guī)的設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：加油管總成；國六；加油硬管；加油軟管；加油口蓋

中圖分類號：U462 收稿日期：2023-12-25

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.007

1 前言

根據(jù)調(diào)查，在國六排放法規(guī)GB18352.6—2016實施之前，一臺汽油車的燃油蒸氣揮發(fā)量年均約為8.8 kg。我國汽油車保有量超過2.84億輛（截至2022年），全國燃油污染物一年可達250萬t，讓人觸目驚心［1］。隨著汽油車保有量的快速增加，控制燃油排放勢在必行。

加油管總成作為燃油系統(tǒng)的加注模塊，不僅關(guān)系到燃油加注這個基本功能，還對燃油蒸發(fā)污染物排放和加油污染物排放的控制有著決定性的影響。

2 加油管總成的結(jié)構(gòu)

加油管總成主要由加油硬管、加油軟管、加油口蓋、支架及緊固件組成，具體的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

加油硬管一般采用低碳鋼或不銹鋼制作，沒有燃油滲透現(xiàn)象，且擁有良好的塑性、韌性和焊接性能，有利于制造。

加油軟管通常采用多種橡膠材料復(fù)合共擠，F(xiàn)KM和THV的加入，有效阻隔了燃油的滲透。

加油口蓋主體一般采用POM/PA/ABS等塑料制作，密封圈采用FKM，以減少燃油滲透量。

3 加油管總成的功能

加油管總成最主要的功能：連接燃油箱，實現(xiàn)燃油的加注，并控制燃油蒸氣的逸出。其中，控制燃油蒸氣的逸出是國六法規(guī)新增關(guān)鍵指標，為此引入車載加油排放控制系統(tǒng)（簡稱ORVR）。相比傳統(tǒng)國五燃油加注模塊，ORVR可以減少95%的HC排放。

ORVR工作原理：在燃油加注的過程中，汽油從加油槍噴出來并流經(jīng)加油管，沖開ICV后進入燃油箱中。同時，燃油箱內(nèi)的汽油源源不斷揮發(fā)變成燃油蒸氣，燃油蒸氣通過燃油箱上方的閥體后，大部分進入碳罐并被吸附，凈化后的空氣經(jīng)過通氣管路釋放到大氣中；小部分的燃油蒸氣通過蒸氣循環(huán)管進入加油管中，并以氣泡的形式隨汽油又流入燃油箱，如此循環(huán)往復(fù)的流動，具體的工作原理見圖2。

蒸氣循環(huán)管的功能：a.分流進入碳罐的燃油蒸氣，減小碳罐的工作負荷；b.補充加油槍后端被吸走的空氣，防止由于文丘里效應(yīng)而從外界吸入過多的空氣［2］。

4 加油管總成的類型

根據(jù)燃油蒸氣的密封方式，加油管總成分為機械密封和液體密封兩種類型，結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

機械密封型：a.主要依靠加油管頭部的橡膠密封圈進行密封；b.結(jié)構(gòu)簡單，布置靈活，工作可靠，但耐久性不好，綜合成本較高，市場應(yīng)用很少。

液體密封型：a.主要依靠加油管內(nèi)部的燃油液柱進行密封；b.加油管內(nèi)徑[?]25 mm，配合燃油加注37 L/min的速率，實現(xiàn)液體密封；c.結(jié)構(gòu)設(shè)計和加油測試更復(fù)雜，碳罐容積需增大，但沒有密封件磨損和耐久性問題，成本相對更低，市場應(yīng)用廣泛。

5 加油管總成的設(shè)計

5.1 加油硬管

加油硬管作為加油管總成的核心零件，直接關(guān)系到燃油加注的順暢性和Ⅶ型試驗的加油排放值，在燃油系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。

5.1.1 加油硬管成型的工藝

加油硬管由主管、導(dǎo)流槽、循環(huán)管、支架等結(jié)構(gòu)組成，主要的成型工藝流程如圖4所示。

針對上述工藝流程，要求如下：

a.擠頭：要求頭部光滑，避免軟管連接時對其造成損壞；要求頭部形狀規(guī)則，增加密封效果。

b.彎管：要求鋼管的折彎半徑不得小于兩倍外徑，且折彎之間的直段長度必須大于鋼管外徑，避免產(chǎn)生褶皺。

c.擴管：要求鋼管材料有足夠的塑性和韌性，防止開裂和破損；要求管口形狀規(guī)則，有利于導(dǎo)流槽的焊接和密封。

d.焊接：要求焊接牢固可靠，導(dǎo)流槽和循環(huán)管的焊縫不得有泄露點；要求焊后做好防銹處理。

5.1.2 加油硬管結(jié)構(gòu)的升級

國六加油硬管從國五產(chǎn)品升級而來，結(jié)構(gòu)尺寸上主要有以下三個變化點：

a.加油硬管主管的內(nèi)徑從[?]33 mm左右減小到[?]25 mm左右，有利于加油過程中實現(xiàn)液體密封功能，阻擋燃油箱內(nèi)部的燃油蒸氣從加油管溢出。

b.加油硬管頭部的導(dǎo)流槽牙圈內(nèi)徑從[?]24 mm左右減小到[?]21 mm左右，有利于更好地固定加油槍方向，提升加油的順暢性，減少異常跳槍現(xiàn)象。

c.通氣管路由外接的通氣軟管改為焊接的循環(huán)管，內(nèi)徑從[?]12 mm左右減小到[?]6 mm左右，同時在循環(huán)管上增加“縮頸”結(jié)構(gòu)（內(nèi)徑[?]3 mm左右）以產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，在加油過程中實現(xiàn)燃油蒸氣的循環(huán)，減少燃油蒸氣的溢出。

5.1.3 加油硬管頭部的設(shè)計

加油硬管最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)為頭部，主要的設(shè)計要點如圖5所示，對應(yīng)的參數(shù)要求見表1。

5.2 加油軟管

加油軟管用于連接加油硬管和燃油箱，在保障燃油加注順暢性和控制蒸發(fā)排放值等方面有重要的作用。

5.2.1 加油軟管的材料

國六標準加油軟管通常由三層不同的橡膠成分構(gòu)成，具體的材料見表2。

FKM和THV等耐滲透性材料的應(yīng)用，使得加油軟管的蒸發(fā)排放值大幅減少，以滿足國六排放法規(guī)要求，各材料的燃油滲透性對比見圖6。

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

5.2.2 加油軟管的結(jié)構(gòu)

加油軟管總厚度一般為4～4.5 mm，綜合考慮成本和性能，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，具體的結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

FKM布置在內(nèi)層，可以兼顧較低的滲透性和良好的裝配性；THV材料偏硬且價格昂貴，適合布置在中層，充分發(fā)揮耐滲透性優(yōu)異的特點；ECO布置在外層，對內(nèi)部起到保護和骨架的作用。

5.3 加油口蓋

加油口蓋作為加油硬管的配套部件，影響著整個燃油系統(tǒng)的密封性和安全性，成為不可或缺的一環(huán)。

5.3.1 加油口蓋的類型

加油口蓋可以根據(jù)鎖芯、接口、閥體等結(jié)構(gòu)的不同進行分類，常見的類型見表3，根據(jù)需要進行搭配選擇。

表3 加油口蓋的類型<D：＼龍源＼4.30＼專用汽車202404＼Image＼圖片4444444444444444444441.png>

對于接口型式，螺紋式更加可靠，快接式操作更加簡便。對于閥體型式，國六產(chǎn)品一般選用雙向閥，同時具備泄壓和補氣功能，以保障燃油箱的安全性。

5.3.2 加油口蓋的組成

加油口蓋常見的結(jié)構(gòu)組成示例如圖8所示，對于國六產(chǎn)品，主要升級點在于密封件（O形圈）由NBR升級成FKM材料，以減少燃油滲透量。

5.3.3 加油口蓋的性能

加油口蓋最關(guān)鍵的參數(shù)為通氣性能，基本要求如下：

a.燃油箱內(nèi)部為負壓狀態(tài)：在負壓較小時能控制進氣量，以免增加碳罐的負荷；在負壓較大時能迅速補氣，防止燃油箱變形。

b.燃油箱內(nèi)部為正壓狀態(tài)：在壓力較小時能控制出氣量，以減少燃油蒸氣泄露；在壓力較大時能迅速泄壓，防止燃油箱變形及燃油系統(tǒng)泄露。

某國六產(chǎn)品的通氣性能參數(shù)示例如圖9所示。

6 結(jié)語

針對國六加油管總成的設(shè)計，首先需要對其工作原理進行充分理解和分析，逐一設(shè)計滿足相應(yīng)功能的細節(jié)結(jié)構(gòu)。在完成三維模型搭建后，應(yīng)通過工程軟件進行初步分析，如加油槍干涉性分析、加油順暢性分析等；然后制作快速樣件，進一步驗證加油管總成的基本功能。在模具樣件生產(chǎn)出來之后，需通過實際操作對裝配性和功能性進行最終的確認，為后續(xù)的批量做鋪墊。

參考文獻：

[1]環(huán)境保護部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2016.

[2]金棟，崔小明.氟橡膠的生產(chǎn)改性及加工技術(shù)進展[J].有機氟工業(yè)，2009（5）：47-51.

作者簡介：

易彬彬，男，1988年生，動力工程師，研究方向為發(fā)動機及附件系統(tǒng)。