基于FTIV 閥對高壓油箱泄壓策略的研究

摘要：插電式混合動力汽車與增程式混合動力汽車一般使用高壓油箱，FTIV 閥用于控制高壓油箱內的燃油蒸氣壓力。本文從臨界泄壓、正壓泄壓和加油泄壓三個方面，提出了一種FTIV 閥的控制策略，并在車輛上進行測試，得到較好的泄壓效果。

關鍵詞：高壓油箱；FTIV 閥；臨界泄壓；正壓泄壓；加油泄壓

中圖分類號：TK413.8 文獻標識碼：A

0 引言

隨著汽車行業的變革，插電式混合動力汽車（PHEV）與增程式混合動力汽車（REEV）得到快速發展。一般情況下，純燃油車均使用常壓油箱，由于純燃油車的發動機經常處于運行工況，因此油箱內的燃油蒸氣可以及時通過炭罐沖洗管路進入發動機進行燃燒。純燃油車的炭罐沖洗管路如圖1 所示。

與純燃油車不同的是，插電式混合動力汽車和增程式混合動力汽車可以長期充電并保持純電行駛，在這種情況下發動機幾乎不會起動運行，油箱內的燃油蒸氣無法通過炭罐沖洗管路進入發動機燃燒，油箱內燃油蒸氣壓力會越來越高，存在燃油蒸氣泄漏至大氣污染環境、油箱被壓變形的風險[1]。因此，PHEV 和REEV一般使用高壓油箱，高壓油箱能夠承受更高的燃油蒸氣壓力（-15kPa ～ 35 kPa）。使用高壓油箱，需要加裝油箱壓力傳感器對高壓油箱內的壓力進行時刻監控，并通過開啟油箱隔離閥（FTIV 閥）進行及時泄壓。PHEV 和REEV 的炭罐沖洗管路如圖2 所示。

綜上，對于插電式和增程式混合動力汽車，FTIV 閥開啟與關閉的控制策略，涉及到油箱的安全，以及燃油蒸氣泄露至大氣污染環境，需要進行精確的設計與標定。

1 FTIV 閥概述

油箱隔離閥，英文名稱為 Fuel Tank Isolate Valve，簡稱為FTIV 閥。高壓油箱內裝有油箱壓力傳感器，油箱壓力傳感器的信號會傳輸至發動機管理系統（EMS）。為了控制FTIV 閥的開啟和關閉，以保護油箱以及防止燃油蒸氣泄露至大氣污染環境，設定FTIV 閥的開啟與關閉策略如下。

（1）臨界泄壓：當EMS 監測到油箱壓力達到高壓油箱的承壓上限時，無論此時發動機是否運行，EMS 均將開啟FTIV 閥，燃油蒸氣進入炭罐并被炭罐吸附。

（2）正壓泄壓：在發動機運行時，若炭罐沖洗激活、且EMS監測到油箱壓力大于設定的閾值，則會開啟FTIV 閥，燃油蒸氣會沿著炭罐沖洗管路進入發動機參與燃燒[2]。

（3）加油泄壓：在駕駛員需要加油時，若不開啟FTIV 閥泄壓，會導致油箱內壓力較大，加油時會提前跳槍，嚴重時燃油會從加油口倒灌出來。因此在加油時需要開啟FTIV 閥泄壓。

2 FTIV 閥的控制策略

2.1 臨界泄壓

2.1.1 FTIV 閥的開啟與關閉策略

當EMS 監測到油箱壓力P_tank ＞ P_max1 時，開啟FTIV閥進行泄壓，直到油箱壓力低于P_stop1，關閉FTIV 閥，停止泄壓。

2.1.2 FITV 閥的泄壓策略

在開啟FTIV 閥泄壓時，不可泄壓過快。泄壓過快會導致油箱內產生油氣沸騰現象、從而導致汽油內存在氣泡，在下次發動機起動運行時導致發動機轉速和空燃比不穩定。因此，采用階梯泄壓策略。

（1）油箱壓力P_tank ＞ P_max1 時，開啟FTIV 閥進行泄壓。

（2）油箱壓力的壓降達到Δp1 時，關閉FTIV 閥（時長為ΔT）。

（3）重復上述過程，直到油箱壓力低于P_stop1，關閉FTIV閥，泄壓完成。

臨界泄壓的泄壓流程圖如圖3 所示。

2.1.3 標定方法

根據臨界泄壓的泄壓流程，需要確定表1 中參數。

因此，只需確認Δp1 和ΔT，便可實現臨界泄壓。標定方法如下。

（1）憋油箱壓力：車子上轉轂，環境溫度設置為40℃ ；使車輛在低速和高速工況下來回切換，直到油箱壓力P_tank ＞ P_max1。

（2） 設置Δp1 和ΔT 為合適的值（ 例如，Δp1=2 kPa、ΔT=10.0 s），開啟FTIV 閥進行泄壓。

（3）泄壓完成后，起動發動機，觀察發動機怠速和空燃比是否穩定：若發動機怠速和空燃比穩定，則代表Δp1 和ΔT 的值比較合適，標定完成；若發動機怠速和空燃比不穩定，則需要重復上述步驟，并減小Δp1、增大ΔT 后重新泄壓，直到發動機怠速和空燃比穩定。

臨界泄壓的標定流程圖如圖4 所示。

2.2 正壓泄壓

2.2.1 FTIV 閥的開啟與關閉策略

炭罐沖洗的含義為炭罐中儲存的燃油蒸氣會從炭罐脫附，進入發動機氣缸中參與燃燒，如此便可實現炭罐的再生[3]。在發動機運行時，若發動機處于熱機狀態且發動機運行工況相對平穩，則炭罐沖洗激活；在炭罐沖洗激活時，若EMS 監測到油箱壓力P_tank ＞ P_max2 且炭罐沖洗的流量積分值Integ ＞ I_max，則會打開FTIV 閥泄壓，直到油箱壓力低于P_stop2，關閉FTIV 閥，停止泄壓。

注意：正壓泄壓打開FTIV 閥的2 個條件為，油箱壓力大于閾值，且炭罐沖洗的流量積分值大于閾值。這么要求的目的是，炭罐沖洗的流量積分值大于設定的閾值，則表示炭罐里之前儲存的燃油蒸氣大部分或者全部已經進入發動機燃燒，炭罐實現了再生，有了再次儲存燃油蒸氣的能力。若在炭罐沖洗一激活時就立馬打開FTIV 閥，油箱里面的燃油蒸氣會迅速進入炭罐，存在炭罐滿載導致燃油蒸氣溢出至大氣的風險。

2.2.2 FITV 閥的泄壓策略

與臨界泄壓類似，正壓泄壓同樣需要采用階梯泄壓策略。

（1）在發動機運行且炭罐沖洗激活時，若油箱壓力P_tank＞ P_max2，且炭罐沖洗的流量積分Integ ＞ I_max，EMS 開啟FTIV 閥進行泄壓。

（2）油箱壓力的壓降達到Δp2 時，EMS 關閉FTIV 閥。此時炭罐沖洗的流量積分值Integ 會置0，然后重新開始計算炭罐沖洗的流量積分值Integ，直到新的Integ ＞ I_max，EMS 再次開啟FTIV 閥進行泄壓。

（3）重復上述過程，直到油箱壓力低于P_stop2，關閉FTIV閥，泄壓完成。泄壓流程圖如圖5 所示。

2.2.3 標定方法

根據正壓泄壓的泄壓流程，需要確定表2 中參數。

因此，只需確認I_max和Δp2，便可實現正壓泄壓。標定方法如下。

（1）憋油箱壓力：車子上轉轂，環境溫度設置為40℃ ；使車輛在低速和高速工況下來回切換，直到油箱壓力P_tank 達到20 kPa 左右。

（2）設置I_max 和Δp2 為合適的值（例如，I_max=10 g、Δp2=3 kPa），起動發動機，激活炭罐沖洗，開啟FTIV 閥進行泄壓。

（3）泄壓完成后，再次起動發動機，觀察發動機怠速和空燃比是否穩定：若發動機怠速和空燃比穩定，則代表I_max 和Δp2的值比較合適，標定完成；若發動機怠速和空燃比不穩定，則需要重復上述步驟，并減小Δp2、增大I_max 后重新泄壓，直到發動機怠速和空燃比穩定。

正壓泄壓的標定流程圖如圖6 所示。

2.3 加油泄壓

2.3.1 FTIV 閥的開啟與關閉策略

車內設置有加油按鍵，在駕駛員需要加油時，駕駛員需要按下加油按鍵。此時EMS 收到加油請求信號，允許油箱蓋打開，同時控制開啟FTIV 閥打開泄壓，直到油箱壓力處于較低的范圍時，方可打開油箱蓋進行加油[4]。

2.3.2 FITV 閥的泄壓策略

與臨界泄壓類似，加油泄壓同樣需要采用階梯泄壓策略。

（1）駕駛員按下加油按鍵時，EMS 開啟FTIV 閥泄壓，開啟FTIV 閥的持續時長為ΔT_open。

（2） 然后會關閉FTIV 閥， 關閉FTIV 閥的持續時長為ΔT_close。

（3）不斷循環“FTIV 閥開啟—FTIV 閥關閉”，直到油箱壓力P_tank 低于P_fuel 時，泄壓完成，EMS 允許打開油箱蓋進行加油。

加油泄壓的泄壓流程圖如圖7 所示。

2.3.3 標定方法

根據加油泄壓的泄壓流程，需要確定表3 中的參數。

因此，只需確認ΔT_open 和ΔT_close，便可實現加油泄壓。標定方法如下。

（1）憋油箱壓力：車子上轉轂，環境溫度設置為40℃ ；使車輛在低速和高速工況下來回切換，直到油箱壓力P_tank 達到20 kPa 左右。

（2） 設置ΔT_open 和ΔT_close 為合適的值（ 例如，ΔT_open=2.0 s，ΔT_close=0.5 s），按下加油按鍵，統計泄壓完成的時長。

（3）若泄壓完成的時長超過企業設定的工程目標，則需要增大ΔT_open、減小ΔT_close，重復上述步驟，直到泄壓完成的時長滿足企業設定的工程目標。加油泄壓的標定流程圖如圖8所示。

3 結束語

對于插電式混合動力汽車和增程式混合動力汽車，FTIV 閥的開啟與關閉的控制策略，涉及到油箱的安全，以及燃油蒸氣泄露至大氣污染環境，因此需要進行精確的設計與標定。本文針對車輛的不同使用場景，提出了FTIV 閥開啟泄壓的3 種情形：臨界泄壓、正壓泄壓和加油泄壓，并建立了3 種泄壓情形的泄壓策略與標定方法，有利于油箱安全與環境保護。

【參考文獻】

[1] 每日侃車. 常壓油箱與高壓油箱有什么不同？[EB/OL].（2023-05-23）[2024-03-15]. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1766852471063696307amp;wfr=spideramp;for=pc.

[2] 東風汽車股份有限公司. 商用車高壓油箱加油控制方法、系統、設備及存儲介質：中國， 11582751.4[P].2024-02-20.

[3] 江蘇大學. 一種混合動力汽車高壓油箱燃油蒸發排放控制系統和方法：10916982.8[P].2023-10-20.

[4] 東風汽車集團股份有限公司. 一種高壓油箱中的油氣隔離閥控制方法及裝置：中國， 10522682.1[P].2023-10-10.

作者簡介：

蘭江，本科，助理工程師，研究方向為混合動力汽車動力總成標定。

通信作者：

趙銳，本科，助理工程師，研究方向為新能源汽車高壓架構。