《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（*六階段）》標準中整車蒸發(fā)污染物排放試驗限值由第五階段的2g/test降至0.7g/次[1]，且測試時間為第五階段要求的2倍，同時增加了車載加油油氣回收系統(tǒng)，是一種車輛排放控制系統(tǒng)，它能夠收集加油過程中從油箱中揮發(fā)出來的燃油蒸氣，加油排放限值不得超過0.05g/l[2]。汽車企業(yè)需在有限的開發(fā)周期內(nèi)，大限度的節(jié)約開發(fā)成本，克服開發(fā)資源稀缺，開發(fā)經(jīng)驗不足等難題的情況下，突破所有的技術(shù)壁壘，完成國六供油系統(tǒng)的全新升級，以滿足汽車產(chǎn)品的使用要求。針對第六階段目前的研究有通過測量加油管內(nèi)油液壓力的變化來監(jiān)控液封狀態(tài)[3]，以控制加油時污染物的排放，還有供油系統(tǒng)核心部件炭罐的設計要點解析。本文針對蒸發(fā)污染物排放和加油污染物排放兩方面剖析供油系統(tǒng)的設計。
1 涉及蒸發(fā)污染物排放的設計
為了更準確的控制系統(tǒng)限值，需重新對供油系統(tǒng)各個零部件進行了蒸發(fā)排放限值分配，并要求每個零部件的排放限值到1mg，如此苛刻的要求對供油系統(tǒng)零部件的設計能力和制造能力均提出了更高的挑戰(zhàn)。
供油系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)[4]如圖1所示，下面針對國六供油系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的設計方案進行詳細的分析，并指出設計要素。
1-燃油箱總成；2-加油管總成；3-加油口蓋；4-蒸發(fā)管路；5-炭罐總成；6-油箱后吊帶；7-燃油泵；8-油箱前吊帶；9-供油管路；10-汽油濾清器
圖1供油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1.1燃油箱總成的設計
燃油箱總成是燃油系統(tǒng)的關(guān)鍵件，分為金屬燃油箱及塑
料燃油箱兩種。為滿足法規(guī)第六階段的要求，塑料燃油箱的關(guān)鍵設計要素如下：
1.1.1塑料燃油箱為六層結(jié)構(gòu)材料
由內(nèi)向外分別為內(nèi)層、粘合層、阻隔層、粘合層、回料層和外層[5]。其中油箱阻隔層evoh的厚度與國五油箱相比有所增加，并需保證阻隔層的連續(xù)性，使油箱殼體的滲透值較低。
1.1.2油箱上的閥體有g(shù)rv、flvv和icv
根據(jù)油箱的大小和布置位置不同，grv有時可不用。閥體均采用雙層注塑材料，內(nèi)層由pom保證阻隔性，外層使用hdpe保證與油箱的焊接性能。其中flvv是油箱上的重要部件，不僅要保證排放滲透值，還需保證達到設計的關(guān)閉高度，以控制油箱的加油量。同時在obd檢測對供油系統(tǒng)抽真空時，flvv閥體還需保證一定的流量來滿足obd的檢測要求。
1.1.3油箱上安裝油泵的泵口采用cam-lock型式鎖緊結(jié)構(gòu)
泵口的密封采用含氟量大于70%的fkm材料o型圈，泵口處與o型圈配合的密封溝槽的設計尺寸按照seaj2587標準執(zhí)行，以保證o型圈的壓縮比，實現(xiàn)低滲透。安裝油泵的裝配步驟如圖2所示。
圖2安裝油泵的裝配步驟
①將o型圈裝配在密封溝槽中；
②正確裝配油泵，注意安裝方向；
③裝入cam-lock卡盤，順時針旋轉(zhuǎn)到位。
金屬燃油箱相對于塑料燃油箱不存在油箱本體蒸發(fā)排放問題，并且可以將grv、flvv閥體集成在油泵法蘭上或者置于金屬油箱內(nèi)部；icv閥同樣也內(nèi)置在油箱中；油泵安裝型式與塑料油箱相同，均采用cam-lock卡盤安裝方式。這樣整個金屬燃油箱的蒸發(fā)排放僅存在于泵口一個位置。
因此總體來說，國六金屬燃油箱蒸發(fā)排放易于控制，技術(shù)方案可行性高，工藝成熟、簡單。且開發(fā)階段不需要進行油箱老化后的蒸發(fā)排放試驗，縮短油箱的開發(fā)周期并節(jié)約開發(fā)成本。
1.2燃油泵的設計
燃油泵采用大尺寸法蘭盤，盡可能將傳感器、閥等零部件集成在油泵上。如圖2為例，圖中油泵就集成了監(jiān)測油箱壓力的壓力傳感器，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，同時方便供應商管理。
1.3管路設計
管路采用低滲透的多層材料，由內(nèi)向外分別為pa12/粘合層/pa6/阻隔層/pa6。管路的所有連接處均帶有o型圈密封結(jié)構(gòu)，以降低系統(tǒng)排放；相比國五系統(tǒng)，為實現(xiàn)低排放性能，國六管路應盡量避免使用橡膠管路，以便降低成本，提高裝配性。
1.4炭罐總成的設計
為滿足國六法規(guī)要求，燃油蒸氣全部由炭罐吸附，不能排出到大氣中，炭罐吸附燃油蒸氣的能力必須大大提高。故需增大活性炭的體積，將炭罐的容積加大到2-3倍[6]。
影響炭罐工作能力的主要因素是活性炭選擇，活性炭的配比不同，炭罐總成的污染物排放值也不同，具體關(guān)系見圖3。為滿足排放、車輛成本控制和降低加油時通氣阻力等要求。國六炭罐活性炭型號一般選為bax1100ld和bax1500組合，材料必須干燥。
圖3炭罐的排放值與活性炭配比關(guān)系
①150bv脫附量&24h熱浸；
②四個炭罐的容積均為2.1l；
③第2種活性炭容積0.3l在通大氣口位置；
1.5加油管總成的設計
加油管采用金屬管為加油主管，無滲透，采用快插尼龍管為循環(huán)管，低滲透，與油箱連接端的加油軟管采用nbr/thv815/nbr/csm材料，其中thv815為阻隔燃油滲透材料。
2 涉及車載加油油氣回收系統(tǒng)設計
車載加油油氣回收系統(tǒng)在國六法規(guī)中是新增要求，要求加油過程中產(chǎn)生的燃油蒸氣必須經(jīng)過炭罐回收凈化，不能直接從加油管口排到大氣中，在加油過程中蒸發(fā)污染物排放量不得超過0.05g/l。
加油試驗時，是在油箱里有死油的情況下進行加油，先往油箱里加10%額定容積的國六汽油，再加85%額定容積的國六汽油。如在加油過程中，加油槍跳槍時，加油量沒有達到標準要求，則加油污染物排放試驗只能中斷，試驗無法通過；或者加油跳槍次數(shù)過多，蒸發(fā)污染物排放值超標，試驗也無法通過。
為使試驗順利進行并且試驗結(jié)果合格，需考慮以下三個設計要素：
2.1加油主管的設計需要保證液封且加油順暢，不能提前跳槍加油污染物排放限值不超過0.05g/l，則在加油過程中加注管內(nèi)必須實現(xiàn)液封，產(chǎn)生的燃油蒸氣不能將排入大氣中，而是被炭罐吸附，試驗才能通過。因此要減小加油管的內(nèi)部管徑實現(xiàn)液封，內(nèi)徑尺寸設計為φ25.4mm，液封位置在距離油箱較近的加注管中下部。?
加油順暢性主要受到?個參數(shù)的影響，參數(shù)對應加注管上的位置見圖4。
①首段直管長度；
②首段直管與水平面夾角
③首段直管與第二段直管的夾角
④首段彎管半徑
⑤加油口管口到icv中心的z向高度
圖4參數(shù)對應加注管上的位置
2.2加油產(chǎn)生的燃油蒸氣必須快速的從炭罐及管路系統(tǒng)中排出
圖5國六系統(tǒng) 圖6國五系統(tǒng)
此要求需要蒸氣通路上的零部件具備盡量小的壓降性能，包括油箱上的加油控制閥（flvvormfcv）的要達到一定的流量；油箱到炭罐的蒸發(fā)管路和炭罐到電磁閥的蒸發(fā)管路需要擴大管徑，內(nèi)徑由原來的φ6增大到φ10；及炭罐總成的接口尺寸也有原來的φ7.89增大到φ9.89；炭罐則采用壓降更低的柱狀活性炭代替國五時使用的顆粒碳；國五及國六系統(tǒng)對比見圖5和圖6。
2.3炭罐具備足夠的燃油吸附能力
由于加油過程中產(chǎn)生的燃油蒸氣需要通過炭罐回收凈化，不能直接排放到大氣中；炭罐設計需要考慮具備足夠的燃油吸附能力。炭罐的吸附能力評估需要考慮油箱的加油容積，油箱內(nèi)的燃油蒸氣生成速率，碳粉的工作能力及安全系數(shù)；由于加油過程中蒸氣迅速進入炭罐，此時的碳粉工作能力約為晝間行車時工作能力的65%。
加油時油氣產(chǎn)生的速率是晝間蒸發(fā)時速率的幾百倍，見圖7所示，所以炭罐的工作能力以計算orvr的工作能力為準。一般炭罐容積和工作能力計算公式：
炭罐容積（l）=油箱額定容積×油箱中油氣發(fā)生率÷活性炭工作能力
orvr工作能力（g）=油箱加油量×油箱中油氣發(fā)生率×安全系數(shù)
epa工作能力（g）=orvr工作能力（g）÷65%
圖7油氣產(chǎn)生速率對比
通常來說，炭罐的體積由加油時產(chǎn)生的燃油蒸氣決定，如果可以滿足加油時的蒸氣吸附要求，則2晝間排放炭罐不會飽和。
3 結(jié)論
為了人類可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)汽車工業(yè)的“*”，我們在大力借簽發(fā)達*技術(shù)的同時，通過不斷的技術(shù)革新和完善的法規(guī)約束，才能實現(xiàn)令人滿意的成果。因此供油系統(tǒng)的設計改進和優(yōu)化勢在必行，從而使國內(nèi)汽車排放水平提升到更高的階梯，希望本文對供油系統(tǒng)的設計分析對業(yè)內(nèi)人員起到借鑒作用。