国六燃油系统设计方法

毛华峰

摘 要：燃油系统是汽车的重要组成部分，本文以汽车燃油系统为研究对象，以某公司国六车型燃油系统计算为例，从燃油系统总体结构出发，以满足国六法规要为基本出发点，系统阐述了国六燃油系统的组成及HC排放量的目标值要求，并对燃油系统达成整车目标进行了校核计算分析。

关键词：燃油系统;油箱;碳罐;渗透量

1 引言

汽车产业快速发展加剧了能源与环境之间的矛盾。汽车排放所引起的空气污染问题，已成为当今城市空气污染的重要组成部分。随着国家对环境保护的要求日益严格，对汽车排放要求也逐步提高。2016年，中国环保部正式发布了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》标准。该标准对整车蒸发排放提出了更高的要求。同时，增加了加油污染物排放限值的要求。

本文从国六与国五燃油的不同要求出发，以某公司国六车型燃油系统计算为例，对燃油系统的计算校核方法进行了优化，为国六燃油系统初算提供了方法参考。

2 燃油系统的概念设计

2.1 国六与国五蒸发排放法规要求的区别

“国六与国五蒸发排放法规的区别如表1所示。

2.2 国六燃油系统的组成

国六与国五燃油系统比较，在结构上主要是增加了CVS阀、通气管滤清器、油箱压力传感器。为增加脱附流量加大了脱附管管径，并增了文丘里管（不同工况下，采用正、负压脱附）。其它结构组成与国五燃油系统没有太大的区别，主要是对满足国六法规进行了零部件的结构改变。如增加塑料油箱阻隔层的厚度，加大碳罐体积，改变油泵连接方式，采用低渗透量橡胶管等，详细结构如图1所示。

2.3 国六燃油系统蒸发目标的确定

国六蒸发排放是基于整车的排放要求，燃油系统作为整车的一部分，对整车排放贡献较大。依据对某公司现有类似车型各系统蒸发排放量测试的结果。参考国内外其它企业的各系統排放量分配比例，如表2所示。

由表2可见，一般情况下燃油系统在整车燃油系统蒸发排放中占比约30%，即0.21g。考虑到后期实际设计，生产中带来的不确定性应对燃油系统蒸发排放限值要求赋以一定的安全余量。由表2可知，整车蒸发排放总劣化系数为0.06，约为限值的8.6%。为保证燃油系统蒸发排放足够的余量，结合零部件设计实际，确定燃油系统蒸发排放劣化系数为0.042，约为限值的20%，为后期整车目标的达成做出充足的预留。

按照0.042的劣化系数，将燃油系统各部件蒸发排放目标分配如表3所示。

3 燃油系统的计算

3.1 系统计算的输入条件

3.2 供油系统计算

3.2.1 燃油泵的设计要求及流量计算

（1）燃油泵流量要求

● 燃油泵的最小流量应等于发动机最大喷油量及燃油压力调节器所需的最小回油量之和。

● 燃油泵在最小流量时提供的最小压力，应等于此时压力调节器的最大压力和油道中的沿程压力损失之和。

● 燃油泵的压力不能太大，以免有过多的回油。

● 燃油泵的压力不能过小，以免燃油系统压力脉动增加。

● 在额定电压50%-60%下，应能保证燃油系统中有压力。

（2）燃油泵流量计算

燃油泵的流量Q按下式计算：

考虑到实际使用工况的变化，燃油系统供油量要比发动机额定工况下的燃油消耗量大20%，为了保证燃油系统压力的稳定，需要充足的回油量，并在任何工况下提供充足的燃油供给量，则燃油泵流量Q实=Q×1.5=109.5L/h，取110L/h。

注：燃油流量修正系数取1.5为燃油泵厂家提供;

燃油泵输出燃油压力P输=Pint+P滤+P沿=450+30+10kpa=490kpa，考虑到输出压力的波动量±10kpa，所以燃油泵输出压力为500±10kpa。

由于发动机要求供油压力为450-550kpa，燃油泵泄压压力P泄=P输+100 kpa=500+100=600kpa。

由以上内容可知，满足CS5-CF4G15TD发动机的燃油泵参数如下：

（3）燃油滤清器流量校核

燃油滤清器流量应为燃油泵流量的1.1-1.2倍，计算得：121L/h≤Q滤≤132L/h，由3.1.2可知，燃油泵输出流量为110L/h，满足最终阻力30kpa@120L/h的要求。

3.3 燃油箱容积校核

按照车型燃油系统方案，燃油箱额定容积与国五车型相同约58L。燃油箱容积应能满足不小于500km续驶里程。按下式校核。

由上可知，燃油系统所需碳罐有效容积>2.33L，选选用碳罐有效容积为2.4L，满足设计要求。

3.5 脱附流量校核

根据设计经验，碳管脱附流量应大于250倍的碳罐容积，所以所需的碳罐脱附流量为250×2.4=600L，由于在目前无法获得1DBL内正、负压所产生的脱附流量值，需在后期进行测试试验验证，优化设计参数。

4 结语

本文从国六与国五燃油系统的不同要求出发，以某自主品牌国六车型开发为例，通过对国六燃油系统结构比较、蒸发排放目标分解及对系统工作要求计算校核。阐述了，国六燃油系统前期开发的基本方法。

在实际的设计开发过程中，对系统进行基于现有数据的初步计算是通常的作法。随着设计开发的不断深入，对前期制定的设计目标应该是一个动态的调整过程，应对初算的计算结构不断校核，以保证整体设计目标的达成。

参考文献：

[1]邵军，赵志国.汽油机国五与国六法规对比研究 汽车工程 2017年 第3期.

[2]GB 18352.5-2013.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（第五阶段）[S].

[3]GB 18352.6-2016.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（第六阶段）[S].