摘要：以符合國六排放法規(guī)的汽油車燃油箱總成為研究對(duì)象，從結(jié)構(gòu)和功能等方面對(duì)燃油箱總成進(jìn)行介紹，并對(duì)燃油箱總成的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行淺層次解析，旨在為燃油箱總成的設(shè)計(jì)提供參考和建議，以滿足國六排放法規(guī)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：燃油箱；國六；燃油蒸發(fā)排放；燃油泵；蒸發(fā)管

中圖分類號(hào)：U462 收稿日期：2024-05-20

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408009

1 前言

根據(jù)調(diào)查表明，汽油車的HC污染物主要來源于尾氣排放、曲軸箱排放和燃油蒸發(fā)排放。其中，燃油蒸發(fā)污染物是光化學(xué)煙霧和霧霾等大氣污染的“罪魁禍?zhǔn)住?。我國幅員遼闊且四季溫差變化較大，汽油車保有量逼近3億且逐年增大，導(dǎo)致燃油蒸發(fā)排放問題非常突出，不僅對(duì)石油資源產(chǎn)生了嚴(yán)重浪費(fèi)，而且對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。隨著國六a和國六b排放法規(guī)的相繼頒布和實(shí)施，人們對(duì)燃油蒸發(fā)污染物的認(rèn)識(shí)提高到了一個(gè)新的水平，相應(yīng)地，排放相關(guān)的設(shè)計(jì)方案和控制方法也亟需提升到一個(gè)新的層次。

2 燃油箱總成的結(jié)構(gòu)及功能

燃油箱總成主要由燃油箱本體、燃油泵總成、燃油蒸發(fā)管及附件組成，其中燃油箱本體包括燃油箱殼體、防浪板和閥體等結(jié)構(gòu)，某國六車型的燃油箱總成的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

燃油箱總成最基本的功能是燃油的儲(chǔ)存，隨著技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)展的功能也越來越豐富。a.集成燃油泵總成（帶浮子），實(shí)現(xiàn)了燃油輸送、液位測量等功能。b.集成防浪板，減少了油液晃動(dòng)，不僅降低了噪聲，也有利于燃油泵吸油。c.集成壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了壓力測量、密封性檢測功能。d.集成閥體，使燃油箱在正常情況下可以泄壓和補(bǔ)氣，在車輛傾翻時(shí)能避免燃油的泄露，保障了整車安全性；同時(shí)，閥體配合加油管，可以實(shí)現(xiàn)正常的加油、跳槍、液封等功能。e.集成氣液分離器，減少了燃油泄露，避免了碳罐被淹。

3 燃油箱總成的設(shè)計(jì)

31 燃油箱殼體

燃油箱殼體根據(jù)材料可分為金屬殼體和塑料殼體兩種，鑒于塑料殼體在輕量化、安全性、造型性、防腐性等方面存在較大優(yōu)勢(shì)，且目前市場占有率已達(dá)85%左右［1］，所以本文僅以塑料燃油箱作為研究對(duì)象。

311 殼體的成型工藝

燃油箱殼體的主要原材料為高密度聚乙烯，熱塑性和流動(dòng)性優(yōu)良，常見的成型工藝有擠出吹塑、滾塑、注塑、真空吸塑等多種形式，其中擠出吹塑是乘用車燃油箱成型的主流工藝。該工藝中，擠出機(jī)將軟化狀態(tài)的HDPE擠成型坯，用兩個(gè)半片模具夾緊，然后通入壓縮空氣，利用空氣壓力使坯料沿模腔變形，經(jīng)冷卻脫模得到成品燃油箱殼體。其原材料分子量極高，力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)異，但設(shè)計(jì)和制造成本較高，多用于結(jié)構(gòu)緊湊、批量大的乘用車。

312 殼體的結(jié)構(gòu)型式

國六燃油箱殼體一般為六層結(jié)構(gòu)，具體的材料和結(jié)構(gòu)示例見表1。

新料層和回料層均為高密度聚乙烯（HDPE），具有優(yōu)良的耐滲透性和耐腐蝕性，其中新料層是首次投入使用的材料，回料層是燃油箱殼體成型后被切割下來的飛邊經(jīng)過粉碎再重新加工的材料。阻隔層一般采用乙烯/乙烯醇共聚物（EVOH），對(duì)氣體有極好的阻隔性。由于高密度聚乙烯是非極性物質(zhì)，乙烯/乙烯醇共聚物是極性物質(zhì)，兩者之間沒有粘結(jié)強(qiáng)度，必須通過粘結(jié)層來連接，所以粘結(jié)劑對(duì)兩者均要有較強(qiáng)的粘結(jié)力、良好的粘結(jié)耐久性和加工性，通常是由聚乙烯、馬來酸酐、有機(jī)過氧化物在一定溫度下通過雙螺桿擠出機(jī)擠出后經(jīng)過熔融反應(yīng)而成。

擠出機(jī)擠出的原料通過多層共擠機(jī)頭融合在一起形成料坯，并通過壁厚控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)料坯的厚度，以確保成品的厚度控制在（55±15）mm。

32 燃油箱閥體

燃油箱的閥體主要有加油通氣截止閥（FLVV）、重力蒸氣閥（GVV）、加油單向閥（ICV）等。

321 閥體的選型

根據(jù)結(jié)構(gòu)，閥體可分為單層閥和雙層閥；根據(jù)焊接方式，可分為外置焊接和內(nèi)置焊接。

單層閥外置焊接的蒸發(fā)排放值高達(dá)25 mg/day，常用于國五燃油箱。單層閥如果內(nèi)置在燃油箱中，則可徹底避免蒸發(fā)排放，但此項(xiàng)技術(shù)對(duì)燃油箱的生產(chǎn)工藝要求很高，相應(yīng)的生產(chǎn)成本也很高，實(shí)際應(yīng)用較少。

對(duì)于國六燃油箱，閥體需升級(jí)為雙層注塑閥體（內(nèi)層采用PA12材料以確保HC阻隔性，外層采用HDPE材料以確保與燃油箱殼體的焊接性，簡稱2K閥），但保留外置焊接的方式，蒸發(fā)排放值可以控制在6 mg/天，同時(shí)也能滿足生產(chǎn)工藝和成本的要求。

322 閥體的功能

在加油過程中，閥體的動(dòng)作示意如圖2所示。

a.加油剛開始時(shí)，F(xiàn)LVV默認(rèn)打開、GVV和ICV默認(rèn)關(guān)閉，此時(shí)蒸發(fā)管路中基本沒有燃油蒸氣流動(dòng)。

b.加油過程中，F(xiàn)LVV保持打開，GVV保持關(guān)閉，ICV在燃油的沖擊下被打開。隨著燃油的增多，燃油蒸氣通過FLVV進(jìn)入到蒸發(fā)管路，其中大部分進(jìn)入碳罐，被凈化后排到大氣中，另外一部分通過循環(huán)管進(jìn)入加油硬管頭部，以補(bǔ)充加油槍后端的負(fù)壓。

c.隨著燃油液位逐漸淹沒FLVV，閥芯慢慢上浮，F(xiàn)LVV關(guān)閉。燃油箱內(nèi)部壓力升高，加油管中液位上升，直至淹沒加油槍頭并迫使跳槍，加油結(jié)束；此時(shí)加油管中的油液緩慢流入燃油箱中，ICV暫未關(guān)閉。GVV繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)。

d.加油結(jié)束后，隨著加油管中油液的繼續(xù)流入，更主要的是燃油蒸氣源源不斷的產(chǎn)生，燃油箱頂部壓力增大，超過一定限值時(shí)，GVV打開，燃油蒸氣再次進(jìn)入碳罐。等到加油管中液位基本與燃油箱平齊時(shí)，ICV關(guān)閉。FLVV繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)。

323 閥體的應(yīng)用

由于閥體的結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，F(xiàn)LVV和GVV在使用過程中不可避免地出現(xiàn)燃油動(dòng)態(tài)泄露，泄露出來的燃油如果直接流入碳罐，將導(dǎo)致碳罐工作能力降低甚至完全失效。為了避免碳罐被淹，在布置燃油箱閥體及管路時(shí)，應(yīng)注意以下兩個(gè)方面：

a.碳罐入口位置應(yīng)高于閥體出口位置，蒸發(fā)管路的走向應(yīng)一路向上（允許部分管路水平），盡量避免U型結(jié)構(gòu)（燃油不易回流）。

b.如果受限于布置空間，碳罐位置只能低于閥體，此時(shí)應(yīng)在閥體和碳罐之間布置一個(gè)氣液分離器（簡稱LVS），并要求閥體到LVS的管路一路向上（允許部分管路水平），詳見圖3。為確保泄露的燃油有足夠的儲(chǔ)存和蒸發(fā)空間，LVS的容積一般要求不小于100 mL。

33 燃油泵總成

國六燃油泵的結(jié)構(gòu)及安裝方式如圖4所示，相對(duì)于國五燃油泵，主要有以下四個(gè)升級(jí)點(diǎn)：

a.安裝結(jié)構(gòu)由緊固螺栓（金屬燃油箱）或鎖緊旋蓋（塑料燃油箱）升級(jí)為金屬卡盤，提高了密封性，避免了燃油泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

b.為滿足燃油泄漏的OBD檢測要求，需在燃油系統(tǒng)合適位置安裝油箱壓力傳感器（FTPS），一般布置在燃油泵的法蘭盤上。

c.燃油泵密封圈的材料由NBR升級(jí)為FKM，可以有效減少燃油的滲透量。

d.將外置的燃油濾清器（精濾）集成到燃油泵筒體上，為便于維修，一般做成可拆卸式結(jié)構(gòu)。

34 燃油蒸發(fā)管

燃油蒸發(fā)管是指連接燃油箱閥體與碳罐的尼龍管路，用于將燃油箱內(nèi)的燃油蒸氣引導(dǎo)至碳罐［2］。

341 管體的結(jié)構(gòu)型式

蒸發(fā)管的管體通常采用多層結(jié)構(gòu)，以滿足國六排放要求，具體的材料和結(jié)構(gòu)示例見表2。

342 快插接頭的應(yīng)用

蒸發(fā)管與對(duì)手件（碳罐、氣液分離器等）之間均采用SAE標(biāo)準(zhǔn)的快插接頭進(jìn)行連接，陽接頭和陰接頭配合使用，常用規(guī)格為[?]1582?？觳褰宇^與管體的連接工藝可分為冷插式和旋轉(zhuǎn)焊接式，具體結(jié)構(gòu)示例見圖5。

冷插式工藝技術(shù)成熟，滲透性＜1 mg/天，早期應(yīng)用廣泛。旋轉(zhuǎn)焊接式工藝的成本更低，可實(shí)現(xiàn)零滲透，但技術(shù)難度較大，應(yīng)用較晚但已逐漸普及。

4 結(jié)語

對(duì)于國六燃油箱總成的設(shè)計(jì)，需抓住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和一個(gè)重要點(diǎn)。

關(guān)鍵點(diǎn)：蒸發(fā)排放的控制。不僅要求提升單個(gè)零部件的耐滲透性能，更重要的是從系統(tǒng)集成和控制策略方面進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，在滿足工藝和成本的前提下，將燃油蒸發(fā)排放值控制在合理范圍，以保障燃油系統(tǒng)達(dá)成蒸發(fā)排放限值的目標(biāo)。

重要點(diǎn)：功能部件的匹配。燃油箱總成集成了眾多的功能部件，如燃油泵、閥體、傳感器等，如何讓這些部件能發(fā)揮最大作用，實(shí)現(xiàn)1+1＞2的效果？首先，熟悉它們的功能和特性；其次，布置方式和位置要合適；最后，實(shí)物的試驗(yàn)驗(yàn)證必不可少，通過現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)分析、推理論證等手段，優(yōu)化和完善燃油箱總成的功能，達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮海余，唐衛(wèi)平拖拉機(jī)燃油箱的發(fā)展趨勢(shì)[J]拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2013（4）：7-8.

[2]朱丹，張偉嵌入式吹塑壁厚控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]自動(dòng)化儀表，2011（9）：71-74.

作者簡介：

易彬彬，男，1988年生，動(dòng)力工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)及附件系統(tǒng)。