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基于国六法规的燃油系统ORVR解决方案

发表时间：2020/7/22

来源：《科学与技术》2020年2月6期

作者：王昆 李茹

[导读]

整车开发过程中，整车排放要求在不断加严。

摘 要：整车开发过程中，整车排放要求在不断加严。其中车载加油油气回收系统（ORVR）对控制加油过程蒸发污染物排放起到了关键作用。文章通过对比 ORVR 与非 ORVR 燃油系统，详述主要零部件设计变化，并结合实际案例及测试结果，得出一套针对燃油系统 ORVR 设计升级的有效方案。

关键词：国Ⅵ法规；燃油系统；ORVR

1 国Ⅵ法规介绍

国Ⅵ法规中有两项试验针对燃油系统，分别为Ⅳ型整车蒸发污染物排放试验和Ⅶ型 ORVR 加油污染物排放试验。Ⅳ型试验加严了限值要求，与国Ⅴ法规相比，即便不考虑加严的测试循环和条件，燃油系统的排放水平需要控制在国Ⅴ时的 50%以下，对蒸发排放控制水平提出了更高的要求。Ⅶ型试验是新增要求，目前只有美国实施类似法规，ORVR 是 Onboard Refueling Vapor Recovery 的缩写，可解释为车载加油油气回收系统，是一种车辆加油过程油气排放控制系统。根据美国环保署统计，无 ORVR 系统车辆每加 1L 汽油，会损1.5g油气，按汽车保有量 1 亿辆计算，可供 20 万辆汽车行驶 1年。而通过加装 ORVR系统，可将排放损失降低 98%，大大减少了汽油车燃油系统挥发性有机物的排放，对改善大气环境意义重大。

本文针对燃油系统Ⅶ型 ORVR 试验的解决方案进行说明。

2 ORVR 与 NON-ORVR 系统对比

非 ORVR 燃油系统示意图如图 1 所示，开发非 ORVR 系统，重点需要考虑加油量达到目标容积，并且加油顺畅没有中途加油跳枪，但汽油加入燃油箱的同时，产生的大量燃油蒸汽会通过加油循环管和加油管内径的缝隙排放到大气中，造成污染和浪费。

图 1 非 ORVR 燃油系统示意图

ORVR 燃油系统示意图如图 2 所示，加装 ORVR 系统后，通过缩小加油管内径，加油过程中使管路实现液封，可防止燃油蒸汽排放到大气中。同时产生的油气通过炭罐净化后才排放到大气中，炭罐吸附的油气在发动机启动后会被带入发动机燃烧，实现有效利用。

图 2 ORVR 燃油系统示意图

ORVR 系统虽然效果明显，但也大幅提升了系统设计难度。系统需要保证：

（1）管路实现液封；

（2）燃油箱内蒸汽迅速排除，避免加油跳枪；

（3）炭罐具备充足吸附能力。

3 各零部件 ORVR 设计方案

以下内容分别针对上文中提出的 3 项设计要点，详细说明各零部件开发要求。

3.1 加油管液封及加注顺畅性控制方案

加油管实现液封的目的是防止燃油蒸汽在加油过程中排放到大气中，通常液封可以通过减小加油管内径实现，目前业内常用标准是内经Φ25.4mm。然而，减小加油管内径会提升加油提前跳枪的风险，如图 3 所示，国六加油管设计需要重点关注以下参数，设计值越大，对加注顺畅性控制越有利

（1）加注管第一段直线段长度；

（2）加注管口与水平地面倾角；

（3）加注管首个折弯角度；

（4）加注管首个折弯半径；

（5）加注管口到油箱连接处高度。

图 3 国六加注管设计重要参数

加注管走向设计需要从加注口一直向下，中间不可出现向上挑高设计，并且在加注管下部（连接油箱处）增加水平段，可以更有效实现液封。目前具备 ORVR 功能的 99%以上车型均采用液封方式，但如果车身环境无法同时实现液封和加注顺畅性控制，也可考虑采用机械密封的方式。机械密封无需减小加注管内径，对加注顺畅性控制有利，并且针对加注口高度不足，加注管走向过于简单（无拐点或拐点过少），无法实现液封车型可以提供解决方案。无论采用哪种密封方式，出于此性能的不确定性，在正式启动模具工作前，建议使用快速样件尽早进行验证。

3.2 燃油箱内压力控制方案

加油过程中，燃油箱内会产生大量燃油蒸汽，如果蒸汽无法迅速排除，会造成燃油箱内压力升高，影响加注顺畅性。国六 ORVR 系统，蒸汽需要通过炭罐净化，无法直接通过加注管排放到大气中，故要求排气通路具备尽量小的压降性能。

（1）燃油箱上采用通气性能优秀阀体（FLVV 和 GRV）；

（2）燃油箱连接炭罐总成管路扩大管径，内径由Φ6mm扩大到Φ13.5mm，降低管路压降；

（3）降低炭罐总成通气阻力，碳粉采用柱状碳代替破碎碳，通常炭罐总成吸附压降要求小于 1kPa@60LPM。

3.3 炭罐吸附能力设计方案

由于加油过程中产生的燃油蒸汽需要通过炭罐回收净化，不能直接排放到大气中，炭罐设计需要考虑具备足够的燃油蒸汽吸附能力，并根据吸附能力确定炭罐容积。

3.3.1 炭罐吸附能力

炭罐吸附能力评估需要考虑燃油箱的加油容积（额定容积）、加油过程中燃油蒸汽生成速率并设定安全系数，可以参照以下公式进行计算。炭罐吸附能力＞燃油箱额定容积 x0.9x 蒸汽生成率 x 安全系数，参考美国 ORVR 设计经验，一般加油过程中的蒸汽生成率在 1.1~1.5g/L 之间，初期可以使用 1.4g/L 进行计算，后期依据实际试验数值进行调整。安全系数建议使用 1.1 数值。以额定容积 50L 燃油箱为例，按上述公式可计算得出加油过程会产生燃油蒸汽 69.3g，炭罐设计吸附能力需要大于此数值。

4 结论

文章通过对比 ORVR 及非 ORVR 系统，从三项关键性能入手，说明了关键零部件燃油箱总成，加注管和炭罐总成对ORVR 性能的影响，提出了各零部件优化方案。各车型开发可以结合自身实际情况，成本等因素，选择性确定国Ⅵ方案。ORVR 系统虽能有效的降低污染，但对系统设计，匹配能力要求较高，还需要各自主品牌企业进行充分验证，以便顺利搭载。

参考文献

[1] GB 18352.6-2016,轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）.

[2] GB 18352.5-2013,轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）.

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