滿足國Ⅵ排放法規(guī)的車載油氣回收系統(tǒng)

孫建剛

（中國第一汽車股份有限公司天津技術開發(fā)分公司）

在大氣污染日趨嚴重，霧霾持續(xù)不斷的情況下，北京從2017年1月1日起，施行了國Ⅵ法規(guī)，即輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）。國Ⅵ法規(guī)對于汽油車燃油系統(tǒng)來說，主要體現(xiàn)在燃油蒸發(fā)控制的加嚴，即從國Ⅴ法規(guī)的2 g/test（試驗循環(huán)）降低到國Ⅵ法規(guī)的0.7 g/test，并且增加了加油污染物排放試驗，其限值規(guī)定，校正后的加油過程蒸發(fā)污染物排放量不得超過0.05 g/L?；谝陨弦?，文章對車載油氣回收（ORVR）燃油系統(tǒng)與非ORVR燃油系統(tǒng)進行對比，根據(jù)對比結果，總結出ORVR系統(tǒng)對目前整車燃油系統(tǒng)減少排放量的重要意義。

1 ORVR系統(tǒng)發(fā)展進程及意義

ORVR系統(tǒng)是一種在加油過程中能夠回收大部分汽油蒸氣的系統(tǒng),該系統(tǒng)安裝在油箱和加油口上，能使加油過程中的汽油蒸氣幾乎不會從加油口排放到大氣中，在避免了大氣污染的同時也節(jié)約了能源。該技術是由美國環(huán)境保護署（EPA）在1994年推出的，以作為二級油氣回收系統(tǒng)的一種替代選擇[1]。到1998年，美國已經(jīng)在超過1.5×108輛汽車上安裝了ORVR系統(tǒng)，沒有遇到任何障礙，證實了ORVR具有非?？煽康募夹g[2]。2012年ORVR系統(tǒng)被廣泛地應用在美國整車上，而國內(nèi)整車尚未實施ORVR方案。根據(jù)美國EPA統(tǒng)計，每加1 L汽油，損失1.5 g油氣，損失率達到0.2%，按照美國汽車在用量1億輛計算，每年加油蒸發(fā)損失的汽油，可以供20萬輛汽車行駛1年。根據(jù)美國實施ORVR的經(jīng)驗，ORVR可以回收98%的加油蒸發(fā)損失，大大減少了汽油車燃油系統(tǒng)揮發(fā)性有機化合物的排放，對改善大氣環(huán)境具有重大意義。

2 ORVR燃油系統(tǒng)與非ORVR燃油系統(tǒng)的區(qū)別

2.1 加油管總成區(qū)別

加油管總成按材料分為2種：一種是金屬加油管，另一種是塑料加油管，而塑料加油管又分為注塑加油管和波紋加油管2種。目前，由于波紋加油管質(zhì)量輕和成本低而被廣泛應用。但在整車搭載ORVR系統(tǒng)后，由于波紋加油管滲透量相對較大，因此無法再被整車使用。而注塑加油管可采用多層結構，并可使用阻隔劑以達到降低燃油滲透量的目的，但成本比金屬加油管高。因此，ORVR燃油系統(tǒng)通常采用金屬加油管，金屬加油管的滲透量為0，并且加工工藝簡單，設計重點有2個。

1）管徑的設計。圖1示出加油管總成對比圖，其中從圖1a可以看出，非ORVR加油管的注油管道管徑一般為φ（28～35）mm，排氣管道為φ16 mm。從圖1b可以看出，ORVR加油管的注油管道管徑縮小到φ25.4 mm，以達到油液密封的效果，防止燃油蒸氣從注油管道排放到大氣中，油液密封示意圖，如圖2所示。同時排氣管道縮小到φ（2～3）mm，以保證加油的順利進行和降低碳罐的工作負荷。

圖1 加油管總成對比示意圖

圖2 油液密封示意圖

2）連接燃油箱軟管材料的選擇。非ORVR系統(tǒng)加油軟管材料一般為NBR和PVC的混合膠，而ORVR系統(tǒng)加油軟管按照蒸發(fā)要求可以設為5層管，由內(nèi)層到外層分別為丁腈橡膠（NBR），氫化丁腈橡膠（HNBR），（氟橡膠）FKM，四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的聚合物（THV）及海普?。–SM），以降低加油軟管的燃油滲透量。

2.2 燃油箱區(qū)別

燃油箱分為金屬燃油箱和塑料燃油箱，由于金屬燃油箱的滲透量為0，因此這里主要介紹塑料燃油箱的區(qū)別。目前整車上的塑料燃油箱采用多層材料結構，一般從內(nèi)層到外層分別為高密度聚乙烯（HDPE），線性低密度聚乙烯（LLDPE），阻隔層（EVOH），LLDPE，回料（REGRIND）及HDPE。在ORVR燃油系統(tǒng)中，燃油箱增加了EVOH的厚度，以降低燃油滲透量。同時，對汽油泵的安裝方式進行調(diào)整，由目前的鎖蓋式更改為卡盤式，密封圈材料由NBR改為FKM或THV，以降低安裝口的燃油滲透量。另外，對控制燃油箱加油量的排氣閥進行了結構調(diào)整，圖3示出非ORVR燃油箱與ORVR燃油箱對比圖，從圖3a可以看出，非ORVR燃油箱的加油量是通過重力閥（GVV）來控制的，燃油箱內(nèi)大量氣體通過GVV排出，少量氣體通過旋轉(zhuǎn)閥（ROV）被吸附到碳罐。從圖3b可以看出，ORVR燃油箱的加油量是通過限位閥(FLVV)來控制的，ROV與注油FLVV連通，燃油箱內(nèi)大量氣體通過FLVV被吸附到碳罐，少量氣體通過FLVV流向加油管排氣管道進行循環(huán)。同時ORVR燃油箱加油口必須有單向閥（ICV），而非ORVR燃油箱可選擇增加單向閥。

圖3 燃油箱對比示意圖

2.3 碳罐區(qū)別

碳罐在燃油系統(tǒng)中尤為重要，它是整個燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的關鍵部件，在ORVR燃油系統(tǒng)中更是重中之重。目前，整車燃油系統(tǒng)使用的碳罐基本在1 L左右，活性炭多采用WV-A1100型號，空氣壓降大，內(nèi)部結構簡單。圖4示出加油時燃油蒸氣流動圖，從圖4a可以看出，非ORVR燃油系統(tǒng)加油時，燃油箱中產(chǎn)生的燃油蒸氣一部分被碳罐吸收，另一部分從加油管排放到大氣中。而從圖4b可以看出，ORVR燃油系統(tǒng)在加油時，燃油箱中產(chǎn)生的燃油蒸氣全部被碳罐吸收。因此ORVR碳罐設計時需要注意以下2點：1）確保碳罐總成的有效容積，即碳罐要有足夠的內(nèi)部空間去裝填活性炭，以保證活性炭能夠完全吸附加油過程中產(chǎn)生的燃油蒸氣；2）碳罐需具備很低的通氣阻力，以保證加油的順利進行，防止出現(xiàn)外溢或反噴的現(xiàn)象。

a 非ORVR燃油系統(tǒng)

圖4 加油時燃油蒸氣流動對比示意圖

由于ORVR碳罐需要吸附加油時產(chǎn)生的全部燃油蒸氣，因此ORVR碳罐的有效容積一般為非ORVR碳罐的2倍，且活性炭選用柱狀炭，以降低碳罐的通氣阻力。不同的柱狀炭其工作能力不同，如圖5所示。相同體積的碳罐裝填不同型號的活性炭，其工作能力有很大的區(qū)別。因此，將活性炭進行合理的組合可降低碳罐的體積，從而降低碳罐布置的難度。

圖5 同體積碳罐填裝不同規(guī)格活性炭工作能力比較圖

2.4 管路的區(qū)別

管路按照材料分為金屬管路、尼龍管路及橡膠軟管。金屬管路一般用在車身地板下部，由于金屬管路耐腐蝕性要求較高、成本較大，且相對尼龍管路來說，質(zhì)量較重，因此從目前車輛設計注重低油耗，零部件的輕量化設計角度出發(fā)，尼龍管路更佳，它具有耐腐蝕性能高，且質(zhì)量輕的特點，但由于抗石擊能力稍弱，因此當尼龍管用于車身地板下部時，通常用保護板加以防護，因此在ORVR系統(tǒng)中，可采用金屬管路，若使用尼龍管路需要提高阻隔層厚度，以降低燃油滲透量。

橡膠軟管，由于工藝簡單，模具開發(fā)周期時間短，被廣泛應用于汽車領域。在普通的燃油系統(tǒng)中，橡膠軟管材料一般分為2種，一種是用于燃油蒸氣的軟管，其材料一般由內(nèi)層到外層分別為NBR和CSM；另一種是用于燃油的軟管，其材料一般從內(nèi)層到外層分別為FKM、表氯醇橡膠（ECO）、增強層及ECO。為了降低橡膠軟管的燃油滲透量，ORVR系統(tǒng)可采用5層材料軟管，從內(nèi)層到外層分別為FKM，THV，ECO，增強層及ECO。

3 結論

文章通過對ORVR燃油系統(tǒng)的加油管總成、燃油箱、碳罐和管路4個方面的結構、性能及工藝對比分析，說明該系統(tǒng)可以避免將加油過程中產(chǎn)生的燃油蒸氣排放到大氣中，能有效地降低污染，滿足國Ⅵ排放法規(guī)的要求。但是，ORVR系統(tǒng)作為應對國Ⅵ法規(guī)要求的措施，合資企業(yè)可以直接引進國外的成熟技術，而自主品牌企業(yè)，還需要進行更多的整車試驗驗證，以便順利搭載。