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摘要:为满足国六标准的严格要求,燃油系统的设计出现了颠覆性变化,加油过程中产生的汽油蒸气不允许排向大气,需经炭罐吸附后再将清洁的空气排向大气。本文主要研究如何解决整车从工厂下线后,首次加注燃油时产生的频繁提前跳枪问题。
关键词:汽油加注;提前跳枪
中图分类号:U464.1
文献标识码:A
0 引言
2016年,中国环境保护部正式发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》标准,该标准增加了加油污染物排放限值要求。为满足要求,燃油系统的设计既要保证加注过程顺畅,又要使得汽油蒸气在加注过程中被炭罐充分吸收,此种情况极易导致加油过程中出现加油枪提前跳枪。本文主要研究国六整车从工厂下线后,加注汽油时产生的提前跳枪问题,并给出可行的解决方案以及类似问题的排查思路。
1 加油跳枪原理
如图1所示,加油时,油枪主阀开启,带压油液进入枪体内主、副阀间的空腔,并克服副阀弹力推开副阀,经油枪嘴排出。油液经过副阀时,由于液流的空吸作用,使开关膜上腔压力降低。但因开关膜上腔通过转接套斜孔、进气管和油枪嘴前端进气嘴与外界相通,外界空气不断补充到开关膜上腔,开关膜上腔仍与下腔压力保持一致,开关膜处于平衡位置。当油液淹没进气嘴时,开关膜上腔与外界大气隔绝形成负压,而开关膜下腔仍保持大气压,致使开关膜上、下腔间形成压力差。当压力差增大到一定值时,开关膜向上拱起并使与之固定的自封杆向上移动,钢球被挤落到自控杆孔内。自控杆在开关把的拉力作用下向下移动,主阀顶杆因开关把支点下移而向下移动,主阀关闭,供油停止,形成跳枪。
2 燃油系统差异
表1所示为零部件造成提前跳枪可能的影响因素。如油箱总成,当加油过程中有大流量气流通过时,国五系统的直通排气接头存在排气不及时导致的阀体关闭,而国六的加油限量阀也可能会出现此种情况。再加炭罐,国五系统加油时产生的燃油蒸气不经过炭罐,主要经由加油管头部的通气孔排到大气中[1],而国六加油产生的燃油蒸气经过炭罐(图2),炭罐阻力会影响加油性能。
3 国六整车工厂下线后燃油加注过程中遇到的问题
通常,工厂下线燃油加注流速在30~40L/min,国五车型未出现首次下线加注汽油异常跳枪的问题。国六整车燃油系统因其特殊特性,在首次下线加注时会出现频繁提前跳枪的现象。下文详述了解决此问题的排查思路,并给出了解决办法。
4 首次加注燃油时频繁提前跳枪原因
根据前述燃油系统加注的原理分析,造成此问题的原因可能是加油管结构、系统阻力、燃油箱、油品或加油枪差异(插枪深度、角度及流速等)。经检查确认,油品和加油枪的影响因素可以排除,重点分析其他几个影响因素。
4.1 加油管排查
对加油管头部进行解剖分析(图3),加油枪插枪状态符合设计定义,可以排除此因素影响。
4.2 燃油系统通气阻力排查
搭建燃油系统台架,检查系统通气性。经实测,燃油系统密封性正常,通气性正常。再排查整个排气通道的其他零部件,如表2所示。
经过调查,整个排气通道未发现异常。给出现提前跳枪现象的整车重新加油,故障未出现;将此车燃油系统整体拆下做台架加油,故障未出现。
4.3 监测异常跳枪时油箱压力变化
通过上述排查发现,车辆经过使用后在第二次及后续的汽油加注过程中,未再出现加油跳枪的情况。接下来对新油箱(未经过汽油加注)和老油箱(经过汽油加注)在加注过程中的压力变化进行监测(图4)。新油箱在首次加注汽油的瞬间,油箱内压力急剧升高,接近加满油正常跳枪时油箱内的压力。这很可能是造成工厂下线首次燃油加注频繁提前跳枪的根本原因。为验证此推断,进行反复的对比试验(表3)。
从上表可以看出,新油箱在首次加注汽油时,油箱压力普遍出现急剧升高的情况,接近正常跳枪时油箱内的压力。选取有代表性的压力曲线如图5[2](新油箱1)、图6[3](老油箱3)所示。
综上,在相同的加注流速度(38L/min)下,新、老油箱在加注起始时,油箱内产生的压力差异在1.5kPa以上。接下来,需要研究为何会产生这样的差异。假设油箱为一个微型储油罐,加油前油箱内有残余燃油,即可认为油箱内达到了气液相平衡状态,油气与空气传质为自然扩散传质。加油前,油箱内油气摩尔分数分布均匀。根据非稳态油品蒸发数学模型,参考公式(1)。
式中:V’为加油过程中油品蒸发总体积,单位为m3;U1为油箱内液面上升速率,单位为m/s;D为油气与空气的扩散系数,单位为m2/s;t为计算时间,单位为s;λ为通过加油限量阀排出的油气和空气混合气总体积与加油总体积比。
由公式(1)可知,λ
关键词:汽油加注;提前跳枪
中图分类号:U464.1
文献标识码:A
0 引言
2016年,中国环境保护部正式发布《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》标准,该标准增加了加油污染物排放限值要求。为满足要求,燃油系统的设计既要保证加注过程顺畅,又要使得汽油蒸气在加注过程中被炭罐充分吸收,此种情况极易导致加油过程中出现加油枪提前跳枪。本文主要研究国六整车从工厂下线后,加注汽油时产生的提前跳枪问题,并给出可行的解决方案以及类似问题的排查思路。
1 加油跳枪原理
如图1所示,加油时,油枪主阀开启,带压油液进入枪体内主、副阀间的空腔,并克服副阀弹力推开副阀,经油枪嘴排出。油液经过副阀时,由于液流的空吸作用,使开关膜上腔压力降低。但因开关膜上腔通过转接套斜孔、进气管和油枪嘴前端进气嘴与外界相通,外界空气不断补充到开关膜上腔,开关膜上腔仍与下腔压力保持一致,开关膜处于平衡位置。当油液淹没进气嘴时,开关膜上腔与外界大气隔绝形成负压,而开关膜下腔仍保持大气压,致使开关膜上、下腔间形成压力差。当压力差增大到一定值时,开关膜向上拱起并使与之固定的自封杆向上移动,钢球被挤落到自控杆孔内。自控杆在开关把的拉力作用下向下移动,主阀顶杆因开关把支点下移而向下移动,主阀关闭,供油停止,形成跳枪。
2 燃油系统差异
表1所示为零部件造成提前跳枪可能的影响因素。如油箱总成,当加油过程中有大流量气流通过时,国五系统的直通排气接头存在排气不及时导致的阀体关闭,而国六的加油限量阀也可能会出现此种情况。再加炭罐,国五系统加油时产生的燃油蒸气不经过炭罐,主要经由加油管头部的通气孔排到大气中[1],而国六加油产生的燃油蒸气经过炭罐(图2),炭罐阻力会影响加油性能。
3 国六整车工厂下线后燃油加注过程中遇到的问题
通常,工厂下线燃油加注流速在30~40L/min,国五车型未出现首次下线加注汽油异常跳枪的问题。国六整车燃油系统因其特殊特性,在首次下线加注时会出现频繁提前跳枪的现象。下文详述了解决此问题的排查思路,并给出了解决办法。
4 首次加注燃油时频繁提前跳枪原因
根据前述燃油系统加注的原理分析,造成此问题的原因可能是加油管结构、系统阻力、燃油箱、油品或加油枪差异(插枪深度、角度及流速等)。经检查确认,油品和加油枪的影响因素可以排除,重点分析其他几个影响因素。
4.1 加油管排查
对加油管头部进行解剖分析(图3),加油枪插枪状态符合设计定义,可以排除此因素影响。
4.2 燃油系统通气阻力排查
搭建燃油系统台架,检查系统通气性。经实测,燃油系统密封性正常,通气性正常。再排查整个排气通道的其他零部件,如表2所示。
经过调查,整个排气通道未发现异常。给出现提前跳枪现象的整车重新加油,故障未出现;将此车燃油系统整体拆下做台架加油,故障未出现。
4.3 监测异常跳枪时油箱压力变化
通过上述排查发现,车辆经过使用后在第二次及后续的汽油加注过程中,未再出现加油跳枪的情况。接下来对新油箱(未经过汽油加注)和老油箱(经过汽油加注)在加注过程中的压力变化进行监测(图4)。新油箱在首次加注汽油的瞬间,油箱内压力急剧升高,接近加满油正常跳枪时油箱内的压力。这很可能是造成工厂下线首次燃油加注频繁提前跳枪的根本原因。为验证此推断,进行反复的对比试验(表3)。
从上表可以看出,新油箱在首次加注汽油时,油箱压力普遍出现急剧升高的情况,接近正常跳枪时油箱内的压力。选取有代表性的压力曲线如图5[2](新油箱1)、图6[3](老油箱3)所示。
综上,在相同的加注流速度(38L/min)下,新、老油箱在加注起始时,油箱内产生的压力差异在1.5kPa以上。接下来,需要研究为何会产生这样的差异。假设油箱为一个微型储油罐,加油前油箱内有残余燃油,即可认为油箱内达到了气液相平衡状态,油气与空气传质为自然扩散传质。加油前,油箱内油气摩尔分数分布均匀。根据非稳态油品蒸发数学模型,参考公式(1)。
式中:V’为加油过程中油品蒸发总体积,单位为m3;U1为油箱内液面上升速率,单位为m/s;D为油气与空气的扩散系数,单位为m2/s;t为计算时间,单位为s;λ为通过加油限量阀排出的油气和空气混合气总体积与加油总体积比。
由公式(1)可知,λ