基于FTIV 阀对高压油箱泄压策略的研究

兰江 杨家厂 赵锐 黄俊树 吴颂 洪小科

摘要：插电式混合动力汽车与增程式混合动力汽车一般使用高压油箱，FTIV 阀用于控制高压油箱内的燃油蒸气压力。本文从临界泄压、正压泄压和加油泄压三个方面，提出了一种FTIV 阀的控制策略，并在车辆上进行测试，得到较好的泄压效果。

关键词：高压油箱；FTIV 阀；临界泄压；正压泄压；加油泄压

中图分类号：TK413.8 文献标识码：A

0 引言

随着汽车行业的变革，插电式混合动力汽车（PHEV）与增程式混合动力汽车（REEV）得到快速发展。一般情况下，纯燃油车均使用常压油箱，由于纯燃油车的发动机经常处于运行工况，因此油箱内的燃油蒸气可以及时通过炭罐冲洗管路进入发动机进行燃烧。纯燃油车的炭罐冲洗管路如图1 所示。

与纯燃油车不同的是，插电式混合动力汽车和增程式混合动力汽车可以长期充电并保持纯电行驶，在这种情况下发动机几乎不会起动运行，油箱内的燃油蒸气无法通过炭罐冲洗管路进入发动机燃烧，油箱内燃油蒸气压力会越来越高，存在燃油蒸气泄漏至大气污染环境、油箱被压变形的风险[1]。因此，PHEV 和REEV一般使用高压油箱，高压油箱能够承受更高的燃油蒸气压力（-15kPa ～ 35 kPa）。使用高压油箱，需要加装油箱压力传感器对高压油箱内的压力进行时刻监控，并通过开启油箱隔离阀（FTIV 阀）进行及时泄压。PHEV 和REEV 的炭罐冲洗管路如图2 所示。

综上，对于插电式和增程式混合动力汽车，FTIV 阀开启与关闭的控制策略，涉及到油箱的安全，以及燃油蒸气泄露至大气污染环境，需要进行精确的设计与标定。

1 FTIV 阀概述

油箱隔离阀，英文名称为 Fuel Tank Isolate Valve，简称为FTIV 阀。高压油箱内装有油箱压力传感器，油箱压力传感器的信号会传输至发动机管理系统（EMS）。为了控制FTIV 阀的开启和关闭，以保护油箱以及防止燃油蒸气泄露至大气污染环境，设定FTIV 阀的开启与关闭策略如下。

（1）临界泄压：当EMS 监测到油箱压力达到高压油箱的承压上限时，无论此时发动机是否运行，EMS 均将开启FTIV 阀，燃油蒸气进入炭罐并被炭罐吸附。

（2）正压泄压：在发动机运行时，若炭罐冲洗激活、且EMS监测到油箱压力大于设定的阈值，则会开启FTIV 阀，燃油蒸气会沿着炭罐冲洗管路进入发动机参与燃烧[2]。

（3）加油泄压：在驾驶员需要加油时，若不开启FTIV 阀泄压，会导致油箱内压力较大，加油时会提前跳枪，严重时燃油会从加油口倒灌出来。因此在加油时需要开启FTIV 阀泄压。

2 FTIV 阀的控制策略

2.1 临界泄压

2.1.1 FTIV 阀的开启与关闭策略

当EMS 监测到油箱压力P_tank ＞ P_max1 时，开启FTIV阀进行泄压，直到油箱压力低于P_stop1，关闭FTIV 阀，停止泄压。

2.1.2 FITV 阀的泄压策略

在开启FTIV 阀泄压时，不可泄压过快。泄压过快会导致油箱内产生油气沸腾现象、从而导致汽油内存在气泡，在下次发动机起动运行时导致发动机转速和空燃比不稳定。因此，采用阶梯泄压策略。

（1）油箱压力P_tank ＞ P_max1 时，开启FTIV 阀进行泄压。

（2）油箱压力的压降达到Δp1 时，关闭FTIV 阀（时长为ΔT）。

（3）重复上述过程，直到油箱压力低于P_stop1，关闭FTIV阀，泄压完成。

临界泄压的泄压流程图如图3 所示。

2.1.3 标定方法

根据临界泄压的泄压流程，需要确定表1 中参数。

因此，只需确认Δp1 和ΔT，便可实现临界泄压。标定方法如下。

（1）憋油箱压力：车子上转毂，环境温度设置为40℃ ；使车辆在低速和高速工况下来回切换，直到油箱壓力P_tank ＞ P_max1。

（2） 设置Δp1 和ΔT 为合适的值（ 例如，Δp1=2 kPa、ΔT=10.0 s），开启FTIV 阀进行泄压。

（3）泄压完成后，起动发动机，观察发动机怠速和空燃比是否稳定：若发动机怠速和空燃比稳定，则代表Δp1 和ΔT 的值比较合适，标定完成；若发动机怠速和空燃比不稳定，则需要重复上述步骤，并减小Δp1、增大ΔT 后重新泄压，直到发动机怠速和空燃比稳定。

临界泄压的标定流程图如图4 所示。

2.2 正压泄压

2.2.1 FTIV 阀的开启与关闭策略

炭罐冲洗的含义为炭罐中储存的燃油蒸气会从炭罐脱附，进入发动机气缸中参与燃烧，如此便可实现炭罐的再生[3]。在发动机运行时，若发动机处于热机状态且发动机运行工况相对平稳，则炭罐冲洗激活；在炭罐冲洗激活时，若EMS 监测到油箱压力P_tank ＞ P_max2 且炭罐冲洗的流量积分值Integ ＞ I_max，则会打开FTIV 阀泄压，直到油箱压力低于P_stop2，关闭FTIV 阀，停止泄压。

注意：正压泄压打开FTIV 阀的2 个条件为，油箱压力大于阈值，且炭罐冲洗的流量积分值大于阈值。这么要求的目的是，炭罐冲洗的流量积分值大于设定的阈值，则表示炭罐里之前储存的燃油蒸气大部分或者全部已经进入发动机燃烧，炭罐实现了再生，有了再次储存燃油蒸气的能力。若在炭罐冲洗一激活时就立马打开FTIV 阀，油箱里面的燃油蒸气会迅速进入炭罐，存在炭罐满载导致燃油蒸气溢出至大气的风险。

2.2.2 FITV 阀的泄压策略

与临界泄压类似，正压泄压同样需要采用阶梯泄压策略。

（1）在发动机运行且炭罐冲洗激活时，若油箱压力P_tank＞ P_max2，且炭罐冲洗的流量积分Integ ＞ I_max，EMS 开启FTIV 阀进行泄压。

（2）油箱压力的压降达到Δp2 时，EMS 关闭FTIV 阀。此时炭罐冲洗的流量积分值Integ 会置0，然后重新開始计算炭罐冲洗的流量积分值Integ，直到新的Integ ＞ I_max，EMS 再次开启FTIV 阀进行泄压。

（3）重复上述过程，直到油箱压力低于P_stop2，关闭FTIV阀，泄压完成。泄压流程图如图5 所示。

2.2.3 标定方法

根据正压泄压的泄压流程，需要确定表2 中参数。

因此，只需确认I_max和Δp2，便可实现正压泄压。标定方法如下。

（1）憋油箱压力：车子上转毂，环境温度设置为40℃ ；使车辆在低速和高速工况下来回切换，直到油箱压力P_tank 达到20 kPa 左右。

（2）设置I_max 和Δp2 为合适的值（例如，I_max=10 g、Δp2=3 kPa），起动发动机，激活炭罐冲洗，开启FTIV 阀进行泄压。

（3）泄压完成后，再次起动发动机，观察发动机怠速和空燃比是否稳定：若发动机怠速和空燃比稳定，则代表I_max 和Δp2的值比较合适，标定完成；若发动机怠速和空燃比不稳定，则需要重复上述步骤，并减小Δp2、增大I_max 后重新泄压，直到发动机怠速和空燃比稳定。

正压泄压的标定流程图如图6 所示。

2.3 加油泄压

2.3.1 FTIV 阀的开启与关闭策略

车内设置有加油按键，在驾驶员需要加油时，驾驶员需要按下加油按键。此时EMS 收到加油请求信号，允许油箱盖打开，同时控制开启FTIV 阀打开泄压，直到油箱压力处于较低的范围时，方可打开油箱盖进行加油[4]。

2.3.2 FITV 阀的泄压策略

与临界泄压类似，加油泄压同样需要采用阶梯泄压策略。

（1）驾驶员按下加油按键时，EMS 开启FTIV 阀泄压，开启FTIV 阀的持续时长为ΔT_open。

（2） 然后会关闭FTIV 阀， 关闭FTIV 阀的持续时长为ΔT_close。

（3）不断循环“FTIV 阀开启—FTIV 阀关闭”，直到油箱压力P_tank 低于P_fuel 时，泄压完成，EMS 允许打开油箱盖进行加油。

加油泄压的泄压流程图如图7 所示。

2.3.3 标定方法

根据加油泄压的泄压流程，需要确定表3 中的参数。

因此，只需确认ΔT_open 和ΔT_close，便可实现加油泄压。标定方法如下。

（1）憋油箱压力：车子上转毂，环境温度设置为40℃ ；使车辆在低速和高速工况下来回切换，直到油箱压力P_tank 达到20 kPa 左右。

（2） 设置ΔT_open 和ΔT_close 为合适的值（ 例如，ΔT_open=2.0 s，ΔT_close=0.5 s），按下加油按键，统计泄压完成的时长。

（3）若泄压完成的时长超过企业设定的工程目标，则需要增大ΔT_open、减小ΔT_close，重复上述步骤，直到泄压完成的时长满足企业设定的工程目标。加油泄压的标定流程图如图8所示。

3 结束语

对于插电式混合动力汽车和增程式混合动力汽车，FTIV 阀的开启与关闭的控制策略，涉及到油箱的安全，以及燃油蒸气泄露至大气污染环境，因此需要进行精确的设计与标定。本文针对车辆的不同使用场景，提出了FTIV 阀开启泄压的3 种情形：临界泄压、正压泄压和加油泄压，并建立了3 种泄压情形的泄压策略与标定方法，有利于油箱安全与环境保护。

【参考文献】

[1] 每日侃车. 常压油箱与高压油箱有什么不同？[EB/OL].（2023-05-23）[2024-03-15]. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1766852471063696307&wfr=spider&for=pc.

[2] 东风汽车股份有限公司. 商用车高压油箱加油控制方法、系统、设备及存储介质：中国， 11582751.4[P].2024-02-20.

[3] 江苏大学. 一种混合动力汽车高压油箱燃油蒸发排放控制系统和方法：10916982.8[P].2023-10-20.

[4] 东风汽车集团股份有限公司. 一种高压油箱中的油气隔离阀控制方法及装置：中国， 10522682.1[P].2023-10-10.

作者简介：

兰江，本科，助理工程师，研究方向为混合动力汽车动力总成标定。

通信作者：

赵锐，本科，助理工程师，研究方向为新能源汽车高压架构。