蘭江 楊家廠 趙銳 黃俊樹 吳頌 洪小科

摘要：插電式混合動(dòng)力汽車與增程式混合動(dòng)力汽車一般使用高壓油箱，F(xiàn)TIV 閥用于控制高壓油箱內(nèi)的燃油蒸氣壓力。本文從臨界泄壓、正壓泄壓和加油泄壓三個(gè)方面，提出了一種FTIV 閥的控制策略，并在車輛上進(jìn)行測試，得到較好的泄壓效果。

關(guān)鍵詞：高壓油箱；FTIV 閥；臨界泄壓；正壓泄壓；加油泄壓

中圖分類號(hào)：TK413.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著汽車行業(yè)的變革，插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）與增程式混合動(dòng)力汽車（REEV）得到快速發(fā)展。一般情況下，純?nèi)加蛙嚲褂贸河拖?，由于純?nèi)加蛙嚨陌l(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于運(yùn)行工況，因此油箱內(nèi)的燃油蒸氣可以及時(shí)通過炭罐沖洗管路進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行燃燒。純?nèi)加蛙嚨奶抗逈_洗管路如圖1 所示。

與純?nèi)加蛙嚥煌氖牵咫娛交旌蟿?dòng)力汽車和增程式混合動(dòng)力汽車可以長期充電并保持純電行駛，在這種情況下發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎不會(huì)起動(dòng)運(yùn)行，油箱內(nèi)的燃油蒸氣無法通過炭罐沖洗管路進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，油箱內(nèi)燃油蒸氣壓力會(huì)越來越高，存在燃油蒸氣泄漏至大氣污染環(huán)境、油箱被壓變形的風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此，PHEV 和REEV一般使用高壓油箱，高壓油箱能夠承受更高的燃油蒸氣壓力（-15kPa ～ 35 kPa）。使用高壓油箱，需要加裝油箱壓力傳感器對(duì)高壓油箱內(nèi)的壓力進(jìn)行時(shí)刻監(jiān)控，并通過開啟油箱隔離閥（FTIV 閥）進(jìn)行及時(shí)泄壓。PHEV 和REEV 的炭罐沖洗管路如圖2 所示。

綜上，對(duì)于插電式和增程式混合動(dòng)力汽車，F(xiàn)TIV 閥開啟與關(guān)閉的控制策略，涉及到油箱的安全，以及燃油蒸氣泄露至大氣污染環(huán)境，需要進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)與標(biāo)定。

1 FTIV 閥概述

油箱隔離閥，英文名稱為 Fuel Tank Isolate Valve，簡稱為FTIV 閥。高壓油箱內(nèi)裝有油箱壓力傳感器，油箱壓力傳感器的信號(hào)會(huì)傳輸至發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）。為了控制FTIV 閥的開啟和關(guān)閉，以保護(hù)油箱以及防止燃油蒸氣泄露至大氣污染環(huán)境，設(shè)定FTIV 閥的開啟與關(guān)閉策略如下。

（1）臨界泄壓：當(dāng)EMS 監(jiān)測到油箱壓力達(dá)到高壓油箱的承壓上限時(shí)，無論此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是否運(yùn)行，EMS 均將開啟FTIV 閥，燃油蒸氣進(jìn)入炭罐并被炭罐吸附。

（2）正壓泄壓：在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若炭罐沖洗激活、且EMS監(jiān)測到油箱壓力大于設(shè)定的閾值，則會(huì)開啟FTIV 閥，燃油蒸氣會(huì)沿著炭罐沖洗管路進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒[2]。

（3）加油泄壓：在駕駛員需要加油時(shí)，若不開啟FTIV 閥泄壓，會(huì)導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力較大，加油時(shí)會(huì)提前跳槍，嚴(yán)重時(shí)燃油會(huì)從加油口倒灌出來。因此在加油時(shí)需要開啟FTIV 閥泄壓。

2 FTIV 閥的控制策略

2.1 臨界泄壓

2.1.1 FTIV 閥的開啟與關(guān)閉策略

當(dāng)EMS 監(jiān)測到油箱壓力P_tank ＞ P_max1 時(shí)，開啟FTIV閥進(jìn)行泄壓，直到油箱壓力低于P_stop1，關(guān)閉FTIV 閥，停止泄壓。

2.1.2 FITV 閥的泄壓策略

在開啟FTIV 閥泄壓時(shí)，不可泄壓過快。泄壓過快會(huì)導(dǎo)致油箱內(nèi)產(chǎn)生油氣沸騰現(xiàn)象、從而導(dǎo)致汽油內(nèi)存在氣泡，在下次發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和空燃比不穩(wěn)定。因此，采用階梯泄壓策略。

（1）油箱壓力P_tank ＞ P_max1 時(shí)，開啟FTIV 閥進(jìn)行泄壓。

（2）油箱壓力的壓降達(dá)到Δp1 時(shí)，關(guān)閉FTIV 閥（時(shí)長為ΔT）。

（3）重復(fù)上述過程，直到油箱壓力低于P_stop1，關(guān)閉FTIV閥，泄壓完成。

臨界泄壓的泄壓流程圖如圖3 所示。

2.1.3 標(biāo)定方法

根據(jù)臨界泄壓的泄壓流程，需要確定表1 中參數(shù)。

因此，只需確認(rèn)Δp1 和ΔT，便可實(shí)現(xiàn)臨界泄壓。標(biāo)定方法如下。

（1）憋油箱壓力：車子上轉(zhuǎn)轂，環(huán)境溫度設(shè)置為40℃ ；使車輛在低速和高速工況下來回切換，直到油箱壓力P_tank ＞ P_max1。

（2） 設(shè)置Δp1 和ΔT 為合適的值（ 例如，Δp1=2 kPa、ΔT=10.0 s），開啟FTIV 閥進(jìn)行泄壓。

（3）泄壓完成后，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比是否穩(wěn)定：若發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比穩(wěn)定，則代表Δp1 和ΔT 的值比較合適，標(biāo)定完成；若發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比不穩(wěn)定，則需要重復(fù)上述步驟，并減小Δp1、增大ΔT 后重新泄壓，直到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比穩(wěn)定。

臨界泄壓的標(biāo)定流程圖如圖4 所示。

2.2 正壓泄壓

2.2.1 FTIV 閥的開啟與關(guān)閉策略

炭罐沖洗的含義為炭罐中儲(chǔ)存的燃油蒸氣會(huì)從炭罐脫附，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中參與燃燒，如此便可實(shí)現(xiàn)炭罐的再生[3]。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)處于熱機(jī)狀態(tài)且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況相對(duì)平穩(wěn)，則炭罐沖洗激活；在炭罐沖洗激活時(shí)，若EMS 監(jiān)測到油箱壓力P_tank ＞ P_max2 且炭罐沖洗的流量積分值Integ ＞ I_max，則會(huì)打開FTIV 閥泄壓，直到油箱壓力低于P_stop2，關(guān)閉FTIV 閥，停止泄壓。

注意：正壓泄壓打開FTIV 閥的2 個(gè)條件為，油箱壓力大于閾值，且炭罐沖洗的流量積分值大于閾值。這么要求的目的是，炭罐沖洗的流量積分值大于設(shè)定的閾值，則表示炭罐里之前儲(chǔ)存的燃油蒸氣大部分或者全部已經(jīng)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，炭罐實(shí)現(xiàn)了再生，有了再次儲(chǔ)存燃油蒸氣的能力。若在炭罐沖洗一激活時(shí)就立馬打開FTIV 閥，油箱里面的燃油蒸氣會(huì)迅速進(jìn)入炭罐，存在炭罐滿載導(dǎo)致燃油蒸氣溢出至大氣的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 FITV 閥的泄壓策略

與臨界泄壓類似，正壓泄壓同樣需要采用階梯泄壓策略。

（1）在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行且炭罐沖洗激活時(shí)，若油箱壓力P_tank＞ P_max2，且炭罐沖洗的流量積分Integ ＞ I_max，EMS 開啟FTIV 閥進(jìn)行泄壓。

（2）油箱壓力的壓降達(dá)到Δp2 時(shí)，EMS 關(guān)閉FTIV 閥。此時(shí)炭罐沖洗的流量積分值Integ 會(huì)置0，然后重新開始計(jì)算炭罐沖洗的流量積分值Integ，直到新的Integ ＞ I_max，EMS 再次開啟FTIV 閥進(jìn)行泄壓。

（3）重復(fù)上述過程，直到油箱壓力低于P_stop2，關(guān)閉FTIV閥，泄壓完成。泄壓流程圖如圖5 所示。

2.2.3 標(biāo)定方法

根據(jù)正壓泄壓的泄壓流程，需要確定表2 中參數(shù)。

因此，只需確認(rèn)I_max和Δp2，便可實(shí)現(xiàn)正壓泄壓。標(biāo)定方法如下。

（1）憋油箱壓力：車子上轉(zhuǎn)轂，環(huán)境溫度設(shè)置為40℃ ；使車輛在低速和高速工況下來回切換，直到油箱壓力P_tank 達(dá)到20 kPa 左右。

（2）設(shè)置I_max 和Δp2 為合適的值（例如，I_max=10 g、Δp2=3 kPa），起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，激活炭罐沖洗，開啟FTIV 閥進(jìn)行泄壓。

（3）泄壓完成后，再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比是否穩(wěn)定：若發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比穩(wěn)定，則代表I_max 和Δp2的值比較合適，標(biāo)定完成；若發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比不穩(wěn)定，則需要重復(fù)上述步驟，并減小Δp2、增大I_max 后重新泄壓，直到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和空燃比穩(wěn)定。

正壓泄壓的標(biāo)定流程圖如圖6 所示。

2.3 加油泄壓

2.3.1 FTIV 閥的開啟與關(guān)閉策略

車內(nèi)設(shè)置有加油按鍵，在駕駛員需要加油時(shí)，駕駛員需要按下加油按鍵。此時(shí)EMS 收到加油請求信號(hào)，允許油箱蓋打開，同時(shí)控制開啟FTIV 閥打開泄壓，直到油箱壓力處于較低的范圍時(shí)，方可打開油箱蓋進(jìn)行加油[4]。

2.3.2 FITV 閥的泄壓策略

與臨界泄壓類似，加油泄壓同樣需要采用階梯泄壓策略。

（1）駕駛員按下加油按鍵時(shí)，EMS 開啟FTIV 閥泄壓，開啟FTIV 閥的持續(xù)時(shí)長為ΔT_open。

（2） 然后會(huì)關(guān)閉FTIV 閥， 關(guān)閉FTIV 閥的持續(xù)時(shí)長為ΔT_close。

（3）不斷循環(huán)“FTIV 閥開啟—FTIV 閥關(guān)閉”，直到油箱壓力P_tank 低于P_fuel 時(shí)，泄壓完成，EMS 允許打開油箱蓋進(jìn)行加油。

加油泄壓的泄壓流程圖如圖7 所示。

2.3.3 標(biāo)定方法

根據(jù)加油泄壓的泄壓流程，需要確定表3 中的參數(shù)。

因此，只需確認(rèn)ΔT_open 和ΔT_close，便可實(shí)現(xiàn)加油泄壓。標(biāo)定方法如下。

（1）憋油箱壓力：車子上轉(zhuǎn)轂，環(huán)境溫度設(shè)置為40℃ ；使車輛在低速和高速工況下來回切換，直到油箱壓力P_tank 達(dá)到20 kPa 左右。

（2） 設(shè)置ΔT_open 和ΔT_close 為合適的值（ 例如，ΔT_open=2.0 s，ΔT_close=0.5 s），按下加油按鍵，統(tǒng)計(jì)泄壓完成的時(shí)長。

（3）若泄壓完成的時(shí)長超過企業(yè)設(shè)定的工程目標(biāo)，則需要增大ΔT_open、減小ΔT_close，重復(fù)上述步驟，直到泄壓完成的時(shí)長滿足企業(yè)設(shè)定的工程目標(biāo)。加油泄壓的標(biāo)定流程圖如圖8所示。

3 結(jié)束語

對(duì)于插電式混合動(dòng)力汽車和增程式混合動(dòng)力汽車，F(xiàn)TIV 閥的開啟與關(guān)閉的控制策略，涉及到油箱的安全，以及燃油蒸氣泄露至大氣污染環(huán)境，因此需要進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)與標(biāo)定。本文針對(duì)車輛的不同使用場景，提出了FTIV 閥開啟泄壓的3 種情形：臨界泄壓、正壓泄壓和加油泄壓，并建立了3 種泄壓情形的泄壓策略與標(biāo)定方法，有利于油箱安全與環(huán)境保護(hù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 每日侃車. 常壓油箱與高壓油箱有什么不同？[EB/OL].（2023-05-23）[2024-03-15]. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1766852471063696307&wfr=spider&for=pc.

[2] 東風(fēng)汽車股份有限公司. 商用車高壓油箱加油控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)：中國， 11582751.4[P].2024-02-20.

[3] 江蘇大學(xué). 一種混合動(dòng)力汽車高壓油箱燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)和方法：10916982.8[P].2023-10-20.

[4] 東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限公司. 一種高壓油箱中的油氣隔離閥控制方法及裝置：中國， 10522682.1[P].2023-10-10.

作者簡介：

蘭江，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車動(dòng)力總成標(biāo)定。

通信作者：

趙銳，本科，助理工程師，研究方向?yàn)樾履茉雌嚫邏杭軜?gòu)。