淺析OVC車型高壓燃油箱設計

何彥彬

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000； 2.河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000)

淺析OVC車型高壓燃油箱設計

何彥彬1，2

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000； 2.河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000)

《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》中針對OVC車型(可外接充電的混合動力電動汽車)提出了新的測試要求。整車在進行蒸發(fā)污染物排放時，要求車輛電池必須處于最高水平狀態(tài)。這樣在整車運行過程中，發(fā)動機很難介入進行燃油脫附，如采用常規(guī)油箱，整車蒸發(fā)污染物排放測試必然超標。為保證整車滿足法規(guī)要求，切實可行方案為采用高壓油箱方案，將燃油蒸汽盡可能地儲存在油箱內部，不再向外揮發(fā)。闡述高壓燃油箱設計思路，為高壓油箱的設計提供參考。

OVC車型；測試要求; 高壓油箱；金屬； 塑料

0 引言

近年來我國汽車工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，機動車保有量迅速增加，一方面表示我國人民的生活水平有了顯著的提高，但另一方面帶給環(huán)保的壓力也越來越大。為降低環(huán)保壓力，國家大力推行新能源車型。同時隨著國六法規(guī)的頒布，對外接插電混合動力車也提出了更高的設計要求[1]。為滿足法規(guī)的要求，其油箱承壓能力也必須提升。

1 OVC車型燃油技術方案比對

為滿足新法規(guī)的測試要求，綜合OVC(Off-Vehicle Charging)車型整車現(xiàn)有技術趨勢，大體可以歸納為兩個技術路線：

(1)整車燃油系統(tǒng)采用常規(guī)設計路線，通過適時啟動發(fā)動機來釋放油箱內燃油壓力，并將碳罐吸附燃油蒸汽清空，保證整車的HC環(huán)保性。

其缺點是因為發(fā)動機的頻繁啟動，必然導致油耗的相應增加。同時也對整車的NVH帶來了巨大挑戰(zhàn)，要求其發(fā)動機設計及制造水平較高，同時整車電控控制匹配較好。使用該方案的典型車型如豐田普銳斯。

(2)整車燃油系統(tǒng)采用高壓油箱系統(tǒng)。通過管理燃油系統(tǒng)的蒸汽壓力，將盡可能多的蒸汽儲存在油箱內，從而使整車HC排放達標[2]。

通過以上方案對比可以使整車優(yōu)先使用電力驅動車輛，從而可以進一步降低整車油耗。因發(fā)動機一般情況下并不啟動參與整車運行，從而整車NVH控制壓力可以顯著降低，對發(fā)動機的技術依賴也相應降低。使用該方案的典型車型如雪佛蘭沃藍達。

通過以上方案的比對，燃油系統(tǒng)采用高壓系統(tǒng)控制，將帶來更加低的燃油消耗率和更高的整車NVH品味。

2 燃油系統(tǒng)蒸汽壓力分析

關于燃油系統(tǒng)內蒸汽壓力分析，通過兩個方法探究其極限壓力及相對最高壓力。

試驗一，通過密閉額定50 L燃油箱箱總成，不斷升高油箱的環(huán)境溫度，通過熱傳導加熱燃油箱內部汽油，使汽油快速蒸發(fā)，測量油箱內部最大壓力。

試驗流程：

綜上所述，宮腔鏡手術治療內生型CSP臨床效果優(yōu)于腹腔鏡手術，可縮短手術時間、月經恢復時間及住院時間，減少術中出血量，提高患者生活質量和術后滿意度，并降低并發(fā)癥的發(fā)生。

(1)50 L額定容積燃油箱總成，并加注48 L、RVP(Reid Vapor Pressure)值為0.08 MPa(12 psi)的試驗用油，油箱所有開口部位密封。且安裝有壓力傳感器，用于監(jiān)控油箱內壓力。

(2)將試驗油箱放置在試驗室內，設定溫度20 ℃，并逐步升溫至60 ℃。

(3)在20、30、40、50、60 ℃的時候分別保持1 h，并對油箱內部壓力進行測試。

試驗結果及趨勢見圖1，通過試驗得出油箱內蒸汽壓力在溫度到達40 ℃后基本趨于平穩(wěn)，基本維持在35 kPa左右。

圖1 不同溫度下油箱內燃油蒸汽壓力

試驗二，參照美國加州CARB(加州空氣資源委員會制定)測試循環(huán)，評估此循環(huán)下燃油箱內壓力變化。

試驗流程：

(1)燃油箱額定容積75 L，加注額定容積40%燃油，即30 L、RVP值為0.06 MPa(9 psi)試驗用油，密封燃油箱總成各開口部位。并在系統(tǒng)中裝配壓力傳感器監(jiān)控壓力變化。

(2)將試驗油箱放置在試驗室內，按照規(guī)定溫度變化曲線(圖2)設定試驗室溫度，模擬進行整車晝夜呼吸試驗。

圖2 CARB溫度變化曲線

試驗結果及趨勢見圖3，通過試驗得出油箱內蒸汽壓力達到20 kPa后達到平衡。

圖3 CARB溫度曲線下油箱內燃油蒸汽壓力

通過上述試驗基本得出:整車日常工作過程中，其燃油箱內壓力最高達到20 kPa后趨于平衡,但在極端的情況下油箱內可能出現(xiàn)35 kPa壓力。這就要求燃油箱的設計壓力值應該不小于40 kPa，才能夠存儲整車的燃油蒸汽，不使其發(fā)生外溢，保證整車法規(guī)符合性及環(huán)保性。

3 高壓燃油箱的設計方案

高壓燃油箱按照材質區(qū)分，分為金屬燃油箱和塑料燃油箱。以下以不同材質設計展開說明。

3.1 金屬燃油箱

因為金屬材質自身具有較高的強度，故為滿足高壓油箱的需求，可通過增加殼體壁厚(圖4)、更換比常規(guī)油箱強度更高的金屬板材、增加內部金屬支撐(圖5)等方案提升油箱整體的耐壓能力。

設計金屬高壓燃油箱時，相對常壓燃油箱需增加高低壓耐久疲勞分析，并須進行實際樣件試驗驗證。推薦在測試壓力-15～40 kPa之間進行壓力交變試驗，通過實驗后油箱不得出現(xiàn)泄漏及超過10 mm的形變。

在設計過程中需注意油箱表面處理的選用。因其功能為高承壓能力，在壓力發(fā)生變化過程中，箱體不可避免地會發(fā)生一定的形變，故必須確保其箱體選用的表面處理不能被這些形變破壞。否則如表面處理遭到破壞，燃油箱將很快發(fā)生銹蝕泄漏。

圖4 沃蘭達金屬燃油箱

圖5 帶內支撐油箱設計方案

3.2 塑料燃油箱

高壓塑料燃油箱與常壓塑料油箱選材基本無變化，依然沿用主材為高密度聚乙烯(EPDM)的6層共擠油箱。增壓的主要方式如下：

(1)金屬框架高壓油箱。即在油箱內部增加簡易支撐，油箱外部增加金屬框架(圖6)。內置支撐主要起到提高油箱耐負壓能力的作用，外部金屬框架主要起耐高壓作用。此種結構質量大、成本較高，且大眾公司擁有專利權。

圖6 金屬框架高壓油箱

(2)油箱內增加支撐結構[3]。利用雙片擠出或模具分片后在油箱內部增加復雜高強度支撐結構(圖7)。其技術方案結構相對簡單，質量輕，但需要很高的油箱模具設計及加工工藝。

(3)外層粘貼高強度纖維板結構。在油箱內部增加支撐結構后，再在油箱薄弱部位粘接高強度纖維板，以便進一步提升油箱的耐壓能力。

(4)雙料袋加內支架結構。通過預吹一次料袋后撕開放置支架后，再在其內側空間內吹塑一次料袋然后合模吹塑高壓油箱總成。此種技術方案油箱承壓能力極高，可承壓-15～50 kPa。但由于采用雙料袋方案導致其成本較高。

圖7 內置高強度支撐油箱

通過對以上方案的綜合比對分析(見表1)，推薦選用方案二為首選方案。

表1 方案比對

注：容積及質量變化是相對于常壓油箱而言。

設計塑料高壓油箱時尤為需要注意的是：塑料油箱因其自身制造和材質的固有特性，導致在進行高壓耐久后箱體的變形量極端情況下會達到15 mm，故必須預留箱體與車身相應的安全距離，以保證安全性。

4 結論

解讀了新法規(guī)下對OVC車型要求，介紹了整車應對法規(guī)要求的兩種技術路線，并進行了技術比對。綜合技術難度及油耗等推薦選用高壓燃油系統(tǒng)用于應對新法規(guī)。通過兩種不同的試驗測出了整車燃油蒸汽最大壓力及工作壓力值。依照試驗結果分別對金屬和塑料燃油箱總成給出了不同的高壓燃油箱方案。

[1]中華人民共和國環(huán)境保護部，國家質量監(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):GB 18352.6-2016[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，2016：1-383.

[2]李長江,何彥彬.插電式混合動力車燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)開發(fā)[J].汽車實用技術，2007(1)：12-15.

LI C J,HE Y B.Plug-in Hybrid Fuel Evaporation Control System Development[J].Automobile Technology,2007(1)：12-15.

[3]雄戈.新一代混合動力汽車用塑料燃油箱[J].國外塑料，2011(8)：68.

SimpleAnalysisforDesigningHighPressureFuelTankforOVCVehicleModels

HE Yanbin1,2

(1.Research amp; Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China; 2.Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Baoding Hebei 071000,China)

WithLimitsandMeasurementMethodsforEmissionsfromLight-dutyVehicles(CHINA6) is promulgated, new test requirements for OVC models (plug-in hybrid electric vehicle) are put forward. During evaporative emissions test, vehicle battery must be in the highest state according to the rule.Thus engine is very difficult to get involved in desorption of fuel vapor in the process of vehicle running. If conventional fuel tank is adopted, the result of vehicle evaporative emissions test will exceed limit. In order to satisfy regulatory requirements for vehicle, high pressure fuel tank can be used as a feasible design scheme, by which fuel vapor is stored in the tank as much as possible and prevented to volatilize. The research provided some design concept by expounding design ideas of high pressure fuel tank.

OVC models; Test requirements ;High pressure fuel tank; Metal; Plastic

U46

A

1674-1986(2017)11-053-03

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.11.013

2017-06-27

何彥彬(1984—)，男，工程師，研究方向為整車燃油系統(tǒng)設計開發(fā)。E-mail：laohe1984@139.com。