摘要：以符合國(guó)六排放法規(guī)的汽油車(chē)加油管總成為研究對(duì)象，從加油管總成的結(jié)構(gòu)、功能、類(lèi)型等方面進(jìn)行分析，并對(duì)加油管總成的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行解析。研究目的是為加油管總成的設(shè)計(jì)提供參考和建議，以滿足國(guó)六排放法規(guī)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：加油管總成；國(guó)六；加油硬管；加油軟管；加油口蓋

中圖分類(lèi)號(hào)：U462 收稿日期：2023-12-25

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.04.007

1 前言

根據(jù)調(diào)查，在國(guó)六排放法規(guī)GB18352.6—2016實(shí)施之前，一臺(tái)汽油車(chē)的燃油蒸氣揮發(fā)量年均約為8.8 kg。我國(guó)汽油車(chē)保有量超過(guò)2.84億輛（截至2022年），全國(guó)燃油污染物一年可達(dá)250萬(wàn)t，讓人觸目驚心［1］。隨著汽油車(chē)保有量的快速增加，控制燃油排放勢(shì)在必行。

加油管總成作為燃油系統(tǒng)的加注模塊，不僅關(guān)系到燃油加注這個(gè)基本功能，還對(duì)燃油蒸發(fā)污染物排放和加油污染物排放的控制有著決定性的影響。

2 加油管總成的結(jié)構(gòu)

加油管總成主要由加油硬管、加油軟管、加油口蓋、支架及緊固件組成，具體的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

加油硬管一般采用低碳鋼或不銹鋼制作，沒(méi)有燃油滲透現(xiàn)象，且擁有良好的塑性、韌性和焊接性能，有利于制造。

加油軟管通常采用多種橡膠材料復(fù)合共擠，F(xiàn)KM和THV的加入，有效阻隔了燃油的滲透。

加油口蓋主體一般采用POM/PA/ABS等塑料制作，密封圈采用FKM，以減少燃油滲透量。

3 加油管總成的功能

加油管總成最主要的功能：連接燃油箱，實(shí)現(xiàn)燃油的加注，并控制燃油蒸氣的逸出。其中，控制燃油蒸氣的逸出是國(guó)六法規(guī)新增關(guān)鍵指標(biāo)，為此引入車(chē)載加油排放控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ORVR）。相比傳統(tǒng)國(guó)五燃油加注模塊，ORVR可以減少95%的HC排放。

ORVR工作原理：在燃油加注的過(guò)程中，汽油從加油槍噴出來(lái)并流經(jīng)加油管，沖開(kāi)ICV后進(jìn)入燃油箱中。同時(shí)，燃油箱內(nèi)的汽油源源不斷揮發(fā)變成燃油蒸氣，燃油蒸氣通過(guò)燃油箱上方的閥體后，大部分進(jìn)入碳罐并被吸附，凈化后的空氣經(jīng)過(guò)通氣管路釋放到大氣中；小部分的燃油蒸氣通過(guò)蒸氣循環(huán)管進(jìn)入加油管中，并以氣泡的形式隨汽油又流入燃油箱，如此循環(huán)往復(fù)的流動(dòng)，具體的工作原理見(jiàn)圖2。

蒸氣循環(huán)管的功能：a.分流進(jìn)入碳罐的燃油蒸氣，減小碳罐的工作負(fù)荷；b.補(bǔ)充加油槍后端被吸走的空氣，防止由于文丘里效應(yīng)而從外界吸入過(guò)多的空氣［2］。

4 加油管總成的類(lèi)型

根據(jù)燃油蒸氣的密封方式，加油管總成分為機(jī)械密封和液體密封兩種類(lèi)型，結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

機(jī)械密封型：a.主要依靠加油管頭部的橡膠密封圈進(jìn)行密封；b.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置靈活，工作可靠，但耐久性不好，綜合成本較高，市場(chǎng)應(yīng)用很少。

液體密封型：a.主要依靠加油管內(nèi)部的燃油液柱進(jìn)行密封；b.加油管內(nèi)徑[?]25 mm，配合燃油加注37 L/min的速率，實(shí)現(xiàn)液體密封；c.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加油測(cè)試更復(fù)雜，碳罐容積需增大，但沒(méi)有密封件磨損和耐久性問(wèn)題，成本相對(duì)更低，市場(chǎng)應(yīng)用廣泛。

5 加油管總成的設(shè)計(jì)

5.1 加油硬管

加油硬管作為加油管總成的核心零件，直接關(guān)系到燃油加注的順暢性和Ⅶ型試驗(yàn)的加油排放值，在燃油系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。

5.1.1 加油硬管成型的工藝

加油硬管由主管、導(dǎo)流槽、循環(huán)管、支架等結(jié)構(gòu)組成，主要的成型工藝流程如圖4所示。

針對(duì)上述工藝流程，要求如下：

a.擠頭：要求頭部光滑，避免軟管連接時(shí)對(duì)其造成損壞；要求頭部形狀規(guī)則，增加密封效果。

b.彎管：要求鋼管的折彎半徑不得小于兩倍外徑，且折彎之間的直段長(zhǎng)度必須大于鋼管外徑，避免產(chǎn)生褶皺。

c.擴(kuò)管：要求鋼管材料有足夠的塑性和韌性，防止開(kāi)裂和破損；要求管口形狀規(guī)則，有利于導(dǎo)流槽的焊接和密封。

d.焊接：要求焊接牢固可靠，導(dǎo)流槽和循環(huán)管的焊縫不得有泄露點(diǎn)；要求焊后做好防銹處理。

5.1.2 加油硬管結(jié)構(gòu)的升級(jí)

國(guó)六加油硬管從國(guó)五產(chǎn)品升級(jí)而來(lái)，結(jié)構(gòu)尺寸上主要有以下三個(gè)變化點(diǎn)：

a.加油硬管主管的內(nèi)徑從[?]33 mm左右減小到[?]25 mm左右，有利于加油過(guò)程中實(shí)現(xiàn)液體密封功能，阻擋燃油箱內(nèi)部的燃油蒸氣從加油管溢出。

b.加油硬管頭部的導(dǎo)流槽牙圈內(nèi)徑從[?]24 mm左右減小到[?]21 mm左右，有利于更好地固定加油槍方向，提升加油的順暢性，減少異常跳槍現(xiàn)象。

c.通氣管路由外接的通氣軟管改為焊接的循環(huán)管，內(nèi)徑從[?]12 mm左右減小到[?]6 mm左右，同時(shí)在循環(huán)管上增加“縮頸”結(jié)構(gòu)（內(nèi)徑[?]3 mm左右）以產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，在加油過(guò)程中實(shí)現(xiàn)燃油蒸氣的循環(huán)，減少燃油蒸氣的溢出。

5.1.3 加油硬管頭部的設(shè)計(jì)

加油硬管最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)為頭部，主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如圖5所示，對(duì)應(yīng)的參數(shù)要求見(jiàn)表1。

5.2 加油軟管

加油軟管用于連接加油硬管和燃油箱，在保障燃油加注順暢性和控制蒸發(fā)排放值等方面有重要的作用。

5.2.1 加油軟管的材料

國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)加油軟管通常由三層不同的橡膠成分構(gòu)成，具體的材料見(jiàn)表2。

FKM和THV等耐滲透性材料的應(yīng)用，使得加油軟管的蒸發(fā)排放值大幅減少，以滿足國(guó)六排放法規(guī)要求，各材料的燃油滲透性對(duì)比見(jiàn)圖6。

備注：CM15—15%甲醇+85%燃油C；CE10—10%乙醇+90%燃油C；燃油C—50%異辛烷+50%甲苯。

5.2.2 加油軟管的結(jié)構(gòu)

加油軟管總厚度一般為4～4.5 mm，綜合考慮成本和性能，要求FKM厚度不小于1 mm，THV厚度不小于0.1 mm，ECO厚度3 mm左右，具體的結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

FKM布置在內(nèi)層，可以兼顧較低的滲透性和良好的裝配性；THV材料偏硬且價(jià)格昂貴，適合布置在中層，充分發(fā)揮耐滲透性優(yōu)異的特點(diǎn)；ECO布置在外層，對(duì)內(nèi)部起到保護(hù)和骨架的作用。

5.3 加油口蓋

加油口蓋作為加油硬管的配套部件，影響著整個(gè)燃油系統(tǒng)的密封性和安全性，成為不可或缺的一環(huán)。

5.3.1 加油口蓋的類(lèi)型

加油口蓋可以根據(jù)鎖芯、接口、閥體等結(jié)構(gòu)的不同進(jìn)行分類(lèi)，常見(jiàn)的類(lèi)型見(jiàn)表3，根據(jù)需要進(jìn)行搭配選擇。

表3 加油口蓋的類(lèi)型<D：＼龍?jiān)矗?.30＼專(zhuān)用汽車(chē)202404＼Image＼圖片4444444444444444444441.png>

對(duì)于接口型式，螺紋式更加可靠，快接式操作更加簡(jiǎn)便。對(duì)于閥體型式，國(guó)六產(chǎn)品一般選用雙向閥，同時(shí)具備泄壓和補(bǔ)氣功能，以保障燃油箱的安全性。

5.3.2 加油口蓋的組成

加油口蓋常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)組成示例如圖8所示，對(duì)于國(guó)六產(chǎn)品，主要升級(jí)點(diǎn)在于密封件（O形圈）由NBR升級(jí)成FKM材料，以減少燃油滲透量。

5.3.3 加油口蓋的性能

加油口蓋最關(guān)鍵的參數(shù)為通氣性能，基本要求如下：

a.燃油箱內(nèi)部為負(fù)壓狀態(tài)：在負(fù)壓較小時(shí)能控制進(jìn)氣量，以免增加碳罐的負(fù)荷；在負(fù)壓較大時(shí)能迅速補(bǔ)氣，防止燃油箱變形。

b.燃油箱內(nèi)部為正壓狀態(tài)：在壓力較小時(shí)能控制出氣量，以減少燃油蒸氣泄露；在壓力較大時(shí)能迅速泄壓，防止燃油箱變形及燃油系統(tǒng)泄露。

某國(guó)六產(chǎn)品的通氣性能參數(shù)示例如圖9所示。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)國(guó)六加油管總成的設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)其工作原理進(jìn)行充分理解和分析，逐一設(shè)計(jì)滿足相應(yīng)功能的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。在完成三維模型搭建后，應(yīng)通過(guò)工程軟件進(jìn)行初步分析，如加油槍干涉性分析、加油順暢性分析等；然后制作快速樣件，進(jìn)一步驗(yàn)證加油管總成的基本功能。在模具樣件生產(chǎn)出來(lái)之后，需通過(guò)實(shí)際操作對(duì)裝配性和功能性進(jìn)行最終的確認(rèn)，為后續(xù)的批量做鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

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[2]金棟，崔小明.氟橡膠的生產(chǎn)改性及加工技術(shù)進(jìn)展[J].有機(jī)氟工業(yè)，2009（5）：47-51.

作者簡(jiǎn)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)。