孟平平 ，陳 浩 ，任 彪

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007；2.桂林客車發(fā)展有限責(zé)任公司，廣西 桂林541000）

某款汽油—天然氣兩用燃料小型公交車，采用的是四缸汽油發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)為多點(diǎn)電子噴射系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)為半回油系統(tǒng)。該車型性能突出，其動力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、通過性等深受用戶好評。在上市初期，有部分地區(qū)用戶反映，在夏季高溫天氣時，在行車或行駛一段距離停車后，車輛發(fā)動機(jī)艙有明顯的汽油味，嚴(yán)重時駕駛區(qū)都能聞到汽油味，且引發(fā)了發(fā)動機(jī)艙的燃?xì)庑孤﹫缶b置報警。針對該問題，對故障車輛及故障發(fā)生區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查分析，本文對解決過程進(jìn)行總結(jié)論述。

1 問題原因分析

1.1 行駛工況調(diào)查

該區(qū)域公交線路行駛一趟為20 min，期間停車20 min，停車時會怠速開空調(diào)，中午最長停車怠速1 h以上，公交線路均為3檔以下低速行駛，車輛最高車速40 km/h，環(huán)境溫度37.4℃，地表溫度56.1℃，燃油箱溫度最高時達(dá)71℃（局部），汽油蒸汽量很大。

燃油箱內(nèi)的汽油蒸汽通過安全閥、燃油蒸汽管路進(jìn)入碳罐，被活性炭吸附，在合適的工況下碳罐電磁閥開啟，在進(jìn)氣歧管內(nèi)真空吸力的作用下，汽油蒸汽隨空氣一起被吸入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)參與燃燒。碳罐電磁閥由發(fā)動機(jī)ECU控制，碳罐電磁閥的開啟時間、開度大小直接影響到發(fā)動機(jī)的性能，通常有如下要求：大負(fù)荷工況下少進(jìn)氣，中等負(fù)荷時在不降低發(fā)動機(jī)功率的前提下，允許多進(jìn)氣，小負(fù)荷時少進(jìn)氣，怠速時很少或不進(jìn)氣[1]。

出現(xiàn)故障的車輛怠速時間長，車輛負(fù)荷小，此工況下進(jìn)氣量小，而環(huán)境溫度及地表溫度均很高，油氣蒸發(fā)量大，故導(dǎo)致碳罐中的汽油蒸汽不能及時脫附到發(fā)動機(jī)參與燃燒，而是從碳罐溢出，使得車輛出現(xiàn)汽油味重的情況。

1.2 車輛檢查分析

首先檢查發(fā)動機(jī)的燃油管路及燃油蒸汽管路是否存在泄漏的地方：一是連接不夠牢靠，仔細(xì)檢查燃油泵—燃油濾清器—發(fā)動機(jī)之間的管路連接；二是管路老化產(chǎn)生了裂紋滲漏導(dǎo)致。檢查故障車輛，燃油及蒸汽管路無泄漏、接頭連接牢靠，碳罐上吸附膠管、脫附膠管外表異常龜裂，對該車吸附膠管、脫附膠管進(jìn)行更換，更換后行駛一段里程，汽油味依然存在，由此可判斷膠管龜裂不是導(dǎo)致出現(xiàn)汽油味的根本原因。

其次對燃油系統(tǒng)各零件的布置進(jìn)行分析，具體如圖1所示，通過觀察及對比其他沒有該問題的車型，發(fā)現(xiàn)有如下幾處問題：

（1）發(fā)動機(jī)排氣歧管在后部，靠近前隔板，致使發(fā)動機(jī)艙的溫度比其他車型要高；

（2）催化器布置在燃油箱的正前方，催化器工作溫度高達(dá)600～700℃，冷卻風(fēng)扇吹來的熱氣流經(jīng)過催化器的進(jìn)一步加熱，吹熱燃油箱；

（3）排氣管前段與燃油箱間的最小間隙為100 mm，有大量的熱輻射傳遞到燃油箱側(cè)面。將碳罐上吸附膠管拆開后，將手放在吸附膠管口部能明顯感覺到有熱氣流從油箱向外流，說明此時油箱內(nèi)溫度高、壓力大，燃油蒸汽產(chǎn)生速率過高，碳罐被擊穿后燃油蒸汽溢出，從而聞到汽油味。

圖1 燃油系統(tǒng)各零件布置圖

再次，重新核算碳罐容積是否與燃油箱容積相匹配。采用估算法，計算方法如下所示：

碳罐容積=油箱額定容積×油箱中汽油蒸氣發(fā)生率（1.6g/L）÷碳罐中活性炭的工作能力×0.5[2]

其中：油箱額定容積為40 L，活性炭工作能力為45 g/L.

計算得出V=0.711 L

而該車所匹配碳罐的容積為0.95 L，安全系數(shù)為1.33，碳罐容積匹配合理，不存在碳罐偏小的情況。

最后，檢查故障車輛上碳罐是否堵塞，將碳罐拆下，從碳罐吸附口通氣，堵住脫附口，氣流從通大氣口流出，說明碳罐沒有被堵塞。

1.3 汽油特性分析

汽油是從石油中提煉出來的，餾出溫度小于200℃的餾分。汽油是由100多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物，各種成分的性質(zhì)不同，物理性質(zhì)也不相同。與蒸發(fā)系統(tǒng)有關(guān)的性質(zhì)主要有蒸氣壓和餾程。

蒸氣壓是指在某一溫度下一種物質(zhì)的液相與其上方的氣相呈平衡狀態(tài)時的壓力，也稱飽和蒸氣壓。蒸氣壓表示該液體在一定溫度下的蒸發(fā)和汽化的能力。蒸氣壓的高低表明了液體汽化或蒸發(fā)的能力，車用汽油的蒸氣壓與溫度和汽化率有關(guān)，蒸氣壓越高，說明液體越容易汽化。汽油蒸氣壓以雷德蒸氣壓來評估，雷德蒸氣壓（Reid Vapor Pressure），簡稱 RVP，是在溫度為37.8℃所測出的燃油蒸氣壓力。

餾程是指以油品在規(guī)定條件下蒸餾所得到，從初餾點(diǎn)到終餾點(diǎn)表示蒸發(fā)特征的溫度范圍（即沸程）。整個餾程包括的項(xiàng)目有初餾點(diǎn)和終餾點(diǎn)（也稱干點(diǎn)），10%、50%、90%餾出溫度，殘留量。

目前中國實(shí)行的GB17930-2016《車用汽油》規(guī)定中規(guī)定的國Ⅴ車用汽油的技術(shù)要求如下表1[3]所示。

表1 國Ⅴ車用汽油技術(shù)要求

根據(jù)以上1.1、1.2、1.3的分析，初步判斷原因可能是燃油箱熱負(fù)荷高，油氣產(chǎn)生量過大，同時碳罐控制閥在公交工況低速低負(fù)荷下脫附量不足，導(dǎo)致碳罐無法吸附過量的燃油蒸汽而被擊穿，從而燃油蒸汽從碳罐通大氣口擴(kuò)散到大氣中，導(dǎo)致車輛周圍彌漫著汽油味。

為此，專門對燃油箱、排氣管等相關(guān)部位的溫度進(jìn)行了測試（見表2），目的是了解燃油箱各部位的溫度具體數(shù)值，查找高溫的來源，制定相應(yīng)的改進(jìn)對策。

表2 燃油箱、排氣管溫度測試

從以上結(jié)果可以得知，在環(huán)境溫度為33℃時，開空調(diào)停車怠速1 h后，燃油箱側(cè)面靠近排氣管的地方最高溫度達(dá)到了71℃，而遠(yuǎn)離排氣管部分的燃油箱側(cè)面最高溫度為58℃.說明排氣系統(tǒng)確實(shí)傳遞了很多熱量。

2 改進(jìn)對策

根據(jù)上述分析及溫度測量的結(jié)果制定了如下對策：

2.1 降低燃油箱的熱負(fù)荷

（1）調(diào)整排氣管路走向，使排氣管遠(yuǎn)離燃油箱；

（2）在三元催化器和排氣管上增加隔熱材料，減小對燃油箱的熱輻射；

（3）在燃油箱和排氣管之間增加隔熱板、隔熱墊，減少對燃油箱的熱輻射，同時還可以避免熱氣流向燃油箱流動。

針對上述（1）、（2）、（3）條改進(jìn)對策，制定了如下圖2所示的試驗(yàn)方案，有三種不同走向的排氣管與是否增加隔熱材料、隔熱材料的增加部位，共計9種溫度測試工況。

圖2 降低燃油箱熱負(fù)荷的試驗(yàn)方案及溫度測試工況

2.2 調(diào)整標(biāo)定，針對公交工況優(yōu)化ECU碳罐脫附控制策略

如圖3為碳罐脫附標(biāo)定曲線，其中橫坐標(biāo)為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，縱坐標(biāo)為碳罐電磁閥開度，由圖可以看出，隨著發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的增加，碳罐電磁閥開度逐漸加大，當(dāng)進(jìn)氣量達(dá)到50 g/s時，碳罐電磁閥開度達(dá)到96%，低負(fù)荷下的脫附量得以增加。

圖3 碳罐脫附標(biāo)定曲線

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

（1）不同走向排氣管、有隔熱、無隔熱的油箱溫度對比試驗(yàn)

由圖4可以看出，增加隔熱措施后油箱溫度可大大降低，原車消排+油箱前、底部增加隔熱后燃油箱溫度可以控制在50℃（極限工況60℃）以下。

圖4 不同排氣管走向、有隔熱、無隔熱油箱溫度對比測試

（2）不更改排氣管走向，不增加隔熱措施，只調(diào)整ECU碳罐脫附控制策略，試驗(yàn)后，車輛仍然有較重的汽油味，對策無效；

（3）增加隔熱，ECU碳罐脫附控制策略不調(diào)整，試驗(yàn)情況如下：

由圖5的測試結(jié)果可以看出，增加燃油箱隔熱后車輛在公交工況行車過程中碳罐重量仍然在增加，且2#測試車輛在行車過程中仍然有較重的汽油味，說明僅增加燃油箱隔熱措施不能滿足燃油箱油氣蒸發(fā)和碳罐脫附需求。

圖5 增加燃油箱隔熱后碳罐重量測試

（4）增加隔熱，調(diào)整ECU碳罐脫附控制策略

從圖6的測試結(jié)果可以看出，增加隔熱和調(diào)整ECU碳罐脫附控制策略后，公交工況運(yùn)行下碳罐重量成遞減趨勢，沒有再被擊穿，試驗(yàn)過程中車輛也沒有再出現(xiàn)汽油味，說明該對策有效。

圖6 增加隔熱、調(diào)整ECU脫附策略后碳罐重量測試

4 結(jié)束語

針對目前日益嚴(yán)格的蒸發(fā)排放法規(guī)要求，燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)越來越重要；在項(xiàng)目開發(fā)初期需要采取相應(yīng)的對策：

（1）排氣管與燃油箱間距大于200 mm為好，由于空間布置原因無法達(dá)到200 mm則需要增加隔熱措施，確保燃油箱溫度低于60℃，避免汽油大量蒸發(fā)，擊穿碳罐，確保車輛安全；

（2）油泵改為發(fā)熱量小的油泵；

（3）采用無回油系統(tǒng)，減少回油帶來的熱量；

（4）充分驗(yàn)證碳罐電磁閥的脫附策略，滿足極限工況下的使用要求，同時保證整車排放滿足要求；

（5）燃油管路材料性能要滿足法規(guī)要求，不得有泄漏風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏云鏵，袁銀南．汽油車燃油蒸發(fā)污染物的控制系統(tǒng)研究[J]．汽車工程，2000，22（5）：354-357.

[2]史廣寶，張海燕，邵忠瑛．國Ⅳ階段蒸發(fā)排放控制的試驗(yàn)研究 [J]．汽車技術(shù)，2010（7）：59-61.

[3]GB 17930-2016，車用汽油[S].北京：國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2016.