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电喷车燃油蒸发系统设计 |
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作者：江西昌河铃木汽车有限责任公司设计所 吴照说 |
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摘要：文中介绍的为昌河CH6328Ei 车和CH6352 车燃油蒸发系统，着重从燃油蒸发系统的供油性能、燃油蒸发特性、安全性方面进行设计，并就其主要部件油滤、油泵、炭罐、软管、油箱等进行结构和性能分析，从而全面地阐述了昌河电喷车燃油蒸发系统的设计。
关键词：燃油蒸发性能系统设计
燃油系统的功用是向发动机气缸内供给燃烧所需的汽油，保证发动机在各种工况下正常工作；蒸发系统的功用是对燃油系统的蒸发污染物进行控制以达到环保要求，并符合国家标准GB18352.2—2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅱ）》中对污染物的限值要求。昌铃公司早在99 年就开始研制电喷车，其目的是与国家的环保法规相衔接。电子燃油喷射系统需要提供高压燃油供给发动机，同时又采用了炭罐清洗阀对燃油蒸发污染物进行控制，因此，需要重新设计燃油蒸发系统。该系统的设计原则：既要符合电子燃油喷射系统的要求，又要最大范围地借用化油器车燃油蒸发系统的布置、零部件，尽量减少变更。
1 供油性能设计
由燃油喷射的特性，决定了油路系统的工作压力为250～350kPa，因此燃油系的零部件耐压性能要求高。要满足此要求，油泵、供油、回油管路、油滤的结构性能设计成为油路系统的核心设计。图1 为电喷车燃油蒸发系统图。
1－油箱总成
2－油泵及油位传感器总成
3－燃油蒸发软管
4－1 号回油软管
5－1 号供油软管
6－燃油滤清器
7－换气软管
8－炭罐脱附软管（接炭罐清洗阀）
9－炭罐吸附软管
10－加油口盖
11－3 号供油软管（接发动机油轨供油端）
12－2 号回油软管（接发动机油轨回油端）
13－炭罐
1.1 燃油泵设计
燃油泵应能输出高压及一定流量的燃油，为此油泵的功率相应增大，油泵电机运转时易产生热量，提高了燃油温度，油路则易产生气阻。为此应将燃油泵内置在油箱中，那么在燃油泵工作时，油箱内的燃油和流经电机内的燃油便会对电机起到冷却作用，气阻就不易产生，同时采用内置燃油泵还具有不易发生燃料泄漏和噪声小的优点。燃油泵内设置单向阀可防止燃油回流，保持管路残余压力，便于发动机热起动和重新起动。当发动机熄火，燃油泵刚刚停止送油时，单向阀便立即关闭，以保持燃油具有一定压力，即管路内的残余压力。通常，燃油遇到高温易汽化，从而引起油泵和喷嘴工作性能下降，造成发动机热起动困难。设置单向阀使发动机熄火后油路内仍保持一定压力，减少了气阻现象，使发动机高温起动容易。油泵内还应当设置安全阀，当油泵输出油压达400～600kPa 时，卸压阀打开，防止油路堵塞时油压过高导致燃油泄漏。为建立起高压燃油和满足流量要求（大于60L/h），油泵采用叶轮结构，此结构还有利于减小工作电流，图2 为燃油泵电机结构简图。燃油泵进油处应装配滤网（过滤精度130μm），防止杂质进入油泵电机内而加速电机磨损。将油位传感器集成到燃油泵总成上，既可减少零部件种类，又可提高生产线装配效率。
1.2 供、回油橡胶软管设计
油路系统必须保证250～350kPa 压力的燃油要求，那么供、回油软管应具有满足此性能的结构，为提高燃油软管的安全系数，软管的爆破压力设计为5MPa。如图3 所示，高压橡胶燃油软管由3 层胶料构成，从内到依次为FKM（氟橡胶）、NBR（丁腈橡胶）和ECO（氯醚橡胶），在软管中间有聚酯编织层。以下对各层胶料的性能进行分析：FKM 的耐热老化、耐油性、耐臭氧性、渗透性以及铜板污染性方面较优良；NBR 具有优异的耐油性，但次于FKM，此外NBR 的气密性和耐水性较好，耐臭氧性较差；ECO 的耐低温性及耐臭氧性较高。中间的聚酯编织层起增强软管耐压性作用。此种结构的软管具有较强的综合性能，由于高压软管的工作压力达3个大气压，因此同化油器车的燃油软管相比，要求增加编织层；同样，由于燃油的高压作用，对软管的耐油性具有较高要求，因此内胶层采用FKM 必不可少，而且对该层的厚度也有一定要求。
图 三
1.3 汽油滤清器设计
汽油滤清器安装在油泵之后的高压油路中，其作用：滤掉燃油中的氧化铁、粉尘等固体夹杂物（了解燃油成分），防止燃料系统堵塞，减小系统的机械磨损，确保发动机稳定运转，提高工作可靠性。滤清器滤芯采用卷筒型结构，此结构可增大过滤面积，从而减小油滤的体积、重量；油滤耐压性能高，要求采用金属壳体，如图4 所示，来提高耐压性能。为满足燃油系统供油性能要求，汽油滤清器应具有过滤效率高、寿命长、压力损失小（≤5kPa）、耐压性能好、体积小、质量轻等性能，同时过滤精度为8～10μm，以防止堵住燃油喷嘴。
1.4 高压燃油软管安装卡箍设计
各管路的连接处应能保证不发生燃油泄漏，为此可借用北斗星车成熟的技术，即燃油系统用双层钢带卡箍，此卡箍具有生产线装配效率高，价格低的优点。避免了传统的蜗轮蜗杆卡箍需规定拧紧力矩、易划伤软管，装配效率低，价格高的缺点。
2 安全性能设计
严格来说，燃油蒸发系统零部件均属于关重件，各零部件生产、装配、连接处均严格按照设计文件要求，才能符合系统的安全性能要求。以下重点阐述系统设计时如何从系统安全性要素来进行设计。
2.1 油箱设计
由于采用了内置燃油泵并集成了油位传感器，因此燃油箱需重新设计，除蒸发油管、供油、回油管接口取消外，还应重点设计燃油泵的安装接口，接口处采用O 形密封圈密封方式，见图5，以防燃油外泄。燃油箱部件性能应符合国家标准GB18296—2001《汽车燃油箱安全性能要求和试验方法》。
2.2 油泵安装方式
车辆发生碰撞事故时，如油泵的密封和安装方式不合理，在油箱接口油泵安装处可能会发生燃油泄漏，为此油泵的密封和安装方式极其重要。在设计此安装方式时，以北斗星车的油泵安装方式为参考，即采用法兰盘螺栓固定方式，图5 为油泵安装方式图。海象车进行碰撞试验时没有发生燃油泄漏，由此证明了此安装方式的可靠性。
2.3 防护设计
在高压燃油软管与车体及周边部件可能接触处增加防护套，防止软管磨损而导致燃油泄漏。采取增加防护套的方式，成本低廉，又能提高燃油蒸发系统的安全性。
2.4 换气功能
延用18 化油器车的加油口盖及换气管路，保证油箱的换气，加油口盖具有油箱负压吸气功能，防止油箱受负压作用而变形。
2.5 炭罐安装位置设计
延用18 化油器车的炭罐安装位置，从油箱通往炭罐的管路只能向上，不能有向下的走向，以防止燃油从炭罐流出，一般要求炭罐要比油箱高出500mm。见图6 所示。
3 蒸发性能设计
炭罐对汽车蒸发排放的影响最为显著，因电喷系统采用了炭罐清洗阀，在延用18 车炭罐基础上，对炭罐稍加变动，取消了炭罐脱附阀即可，不需重新开发炭罐模具。
活性炭罐蒸发污染控制系统工作原理。来自油箱中的燃油蒸气通过炭罐吸附阀进入炭罐上部，空气从炭罐下部进入清洗活性炭。发动机工作时，ECU根据发动机的转速、温度、空气流量等信号，控制活性炭罐电磁清洗阀的动作来控制排放控制阀上部的真空度，从而控制排放阀的开闭动作。当排放控制阀打开时，汽油蒸汽通过阀中的定量排放小孔吸入进气歧管，然后进入气缸烧掉。图7 为炭罐蒸发污染控制系统工作原理图。
图7
4 结束语
电喷车燃油蒸发系统是电喷系统中的大系统，其设计的合理性将直接影响电喷系统的工作性能。该文从几方面详细阐述了燃油蒸发系统的设计依据及其零部件选用原则，并尽量借用原化油器车燃油蒸发系统的布置、零部件、安装方式，减少不必要的变更。实践证明开发的电喷车工作可靠，性能稳定，其燃油蒸发污染物符合国家标准要求。同时，由于燃油喷射系统具有许多共性，所阐述的燃油蒸发系统设计依据及原则，还可供开发其它电喷系统时作为参考。(end)
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(5/24/2005) |
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