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究竟压力有多高？- 对国六PHEV燃油系统的困惑
2019-10-31 23:13:02· 来源：国六燃油系统平台
Part 01法规条件下系统的运行状态上图中是传统汽车通过国六法规经常会遇到的难点：在高温行驶中发动机提供的脱附量不够，炭罐脱附的不充分，昼夜试验过程中油箱
Part 01 法规条件下系统的运行状态
上图中是传统汽车通过国六法规经常会遇到的难点：在高温行驶中发动机提供的脱附量不够，炭罐脱附的不充分，昼夜试验过程中油箱内油气大量排向炭罐，导致炭罐被击穿，排放超标。PHEV比传统汽车面临的问题更加严峻，发动机可提供的脱附量更低。既然发动机的脱附量难以调整，是否可以控制油箱向炭罐排出的蒸汽量？
F.1.1.4非整体仅控制加油排放炭罐系统( NIRCO全称Non- Integrated refueling canister-only)是非整体控制系统的一种，活性炭炭罐设计的主要目的是仅吸附加油时产生的油气。其他非加油过程产生的油气均储存在油箱或排放到发动机燃烧而不是储存在该炭罐中。
F.1.1.4.1能够满足以下要求的也可视为 NIRCO系统:
(1)使用附录K规定的基准燃料进行F.5.12昼夜换气试验时，密闭油箱或由油箱和炭罐共同组成的密闭系统内的油气不会排放到大气中。
(2)当车内的发动机运行时，油箱内产生的油气必须导向发动机被燃烧或被临时储存在炭罐内。
(3)当车内发动机不运行时，任何从密闭油箱里向外排出的油气必须被导向炭罐。
F.1.1.4.2上述F.1.1.4.1中的要求不适用于紧急情况时启动的油箱紧急泄压系统，启动油箱紧急泄压时的油箱压力必须高于本附录規定的蒸发试验以及在用时碰到的合理压力。
国六法规中NIRCO系统就是将油气储存在油箱中，适用于PHEV车型，将油气储存在油箱中会造成：
1、持续蒸发造成的油箱压力升高；
2、压力状态下油箱的变形；
3、持续压力下的密封性；
4、加油时的泄压操作。
因此我们需要一款能承受高压力，泄压可控的燃油箱，这就是高压燃油箱的诞生。
油箱内的压力主要靠油气的蒸发、冷凝产生，油液及环境温度对系统压力影响非常大，上图是不同法规下ORVR及蒸发排放试验的试验条件，我们可以看到：
1、测试的油温和环境温度、温差存在较大的差异；
2、蒸发排放限值计算的方法存在较大的差异。
Q：从通过法规的角度出发：不同法规测试条件，是否造成系统不一样的压力范围？目前业内广泛应用的-15~35kPa的耐压范围，合理么？符合国六么？
A：不同法规测试条件中，温度是最直接的不同点，也是决定压力范围的试验要素，整个试验流程中的温度变化，直接会造成系统不一样的压力范围。
目前广泛应用的-15~35kpa的耐压范围是由VW等主流OEM厂经过详细的测量论证后定义的，他们的试验标准基于北美CARB LEVIII等国外标准，国六试验中影响压力范围的主要因素：温度，经过前面的参数对比，与北美差异很大。-15~35kpa的耐压范围是否符合国六？需要基于国六标准进行大量的测试和研究，我们将基于国六法规中温度的变化对油箱内部压力进行测试。
完整的国六法规IV型试验包含了许多试验预处理的步骤，每一步的温度变化都会对压力等试验结果产生巨大的影响。根据每一步中的温度值，调整试验步骤的先后顺序，都会对我们研究排放试验中燃油系统的压力范围具有重大的意义。
国六法规完整的试验流程，从加油放油（第四步）的步骤开始，后面的实验步骤中燃油系统都是一个密封的环境，所以压力研究从炭罐预处理、放油加油开始。根据法规中的温度变化，监测燃油系统内部的压力变化。
Part 02 燃油系统需面对的最恶劣工况
高压油箱的使用需求为需要两种以上的能量来源，且除燃油系统外的能源可独立工作，混合动力汽车和增程式电动汽车具备高压油箱的使用条件。
可实现纯电动行驶50km以上，在整个法规测试过程中，发动机都无法启动，无法提供脱附。
燃油系统在整个测试中，都需保持完全密封， 密封时间达到122小时
Q：纯电动模式，发动机全程无启动；持续时间长，从法规试验开始到最终结束，燃油系统全程不能排除蒸汽
A：不管是混合动力汽车，还是增程式电动汽车，都可以在纯电模式下运行，发动机全程不启动，也就是无脱附功能。车辆在行驶过程中温度升高，燃油箱内产生大量燃油蒸汽。如果使用常压燃油系统，蒸汽将全部被炭罐吸收，在进行法规试验前炭罐增加了非常大的负载，增大了法规试验的通过难度；如果我们利用一些方法，将蒸汽储存在油箱内，不给炭罐增加额外负载，即使在零脱附的最恶劣工况下，依然有通过法规试验的可能性。在零脱附的工况下，我们需要做的就是在IV型试验中，如何让油气储存在油箱内，不给炭罐增加额外负载。首先，我们需要确定油箱在试验中需要承受的压力范围。
国六IV型试验法规中，对于高压燃油系统做出了让步，炭罐的负载由2g临界点变为95%加油时炭罐所增加的负载，增大了试验通过的成功率。
Part 03 实测燃油系统压力
因为纯电模式中电池包的存在，所以高压燃油箱的标称容积不会特别大，油箱样件的标称容积取自常见车型50L，为保证油箱的耐压力性能，使用1.35mm的不锈钢材料。泵口结构采用标准的SAE结构，保证样件的准确性、密封性，试验具有可参考价值。
试验研究结果的准确性主要靠样件的适用性和试验设备的精确度两方面控制，试验前对样件进行爆破测试及密封性检查确认样件可适用于高压燃油系统研究，精密快速温变箱拥有两个储气罐，可精确调节箱内高低温环境，真实的按照国六法规温度变化试验，配合大容量数据采集设备，精确研究高压油箱国六法规下的内部压力变化。
研究高压燃油系统，对应的试验流程按照国六法规NIRCO系统执行，因完整的试验周期过长，我们直接开始试验中最关键的步骤：2昼夜试验，先了解一下2昼夜间燃油箱内的压力变化。
完整的国六法规试验过程中，昼夜温变的压力是峰值吗？其他步骤压力如何。进行一次完整的测试看一看：
单独的2昼夜试验的压力范围是0~23kpa，因为燃油温度初始为20℃，试验温度变化20~35℃，燃油箱在试验过程中温度始终不低于初始温度20℃，所以没有出现负压情况。在完整的国六法规试验中，高温浸车38℃和常温浸车20℃会改变燃油箱进入2昼夜试验前的初始状态，接下来我们一起看看压力会如何变化。
在国六IV型温度曲线中，在高温浸车以前，包括预处理行驶，、炭罐预处理、加油和放油，环境温度都在23℃，属于样件准备阶段，共计43h。此后燃油系统保持全程密封，试验开始，进入高温浸车、高温行驶、热浸，共计38h，此过程中预计油箱内压力升高；然后开始常温浸车环节36h，预计压力下降；最后为2昼夜试验，压力情况如何呢？
试验过程中，我们使用热电偶测量燃油箱上表面温度，从上图可以看出，试验环境的温度变化与国六法规IV型试验温度曲线保持一致，说明试验条件合格。油箱在进入温箱前，温度低于23℃，所以油箱内部会有2kpa的压力。在放油加油过程中，会打开油泵法兰，所以油箱内压力为零。加入20℃的燃油，在高温浸车38℃时，油箱内压力升至14kpa；20℃常温浸车时，油箱内压力变为-11kpa，最后2昼夜试验中油箱内压力范围-11kpa~8kpa。
由上图压力曲线得知：在完整的IV型国六试验中，2昼夜试验前油箱的初始状态为负压状态，降低了燃油系统在昼夜试验中的压力范围：从0~23kpa变为-11~8kpa。
完整测试中昼夜试验件压力有一个波动，油箱从-11kpa变为6kpa，判断燃油箱产生了较大变形（相对单独48h全正压环境），降低了油箱压力。
对比结果：
1、压力变化是否存在负压，影响油箱的变形趋势
2、适当的变形可以降低油箱内部压力。
3、不同的预处理温度，会影响系统压力值。
4、通过温变△T，不能得出系统压力范围
5、油箱内部压力变化的斜率是一致的。
要点解析：第4点中，受油箱样件结构设计影响，油箱内部压力发生变化，由此可知，油箱内压力范围可通过燃油系统设计控制，这对我们通过法规试验以及满足其他特殊要求提供了更广阔的思路。
在高温浸车的前后，燃油箱表面温度由23℃变为20℃，△T=3℃，燃油箱内部压力由2kpa变为-11kpa，△P=13kpa。
由此进一步确认，不能只从环境温变△T判断油箱内压力变化△P，试验过程中的处理非常重要，试验中温度的变化，油温等都会影响油箱的内部压力。
Part 04 关于高压燃油系统的思考
上图是按照NIRCO系统流程，加入燃油的油温从20℃变为24℃，其余试验条件未变，系统的极限负压从-11kpa变为-14kpa，按照此规律，如果起始环境温度走上偏差＋5℃，系统的极限负压将更低，引起更加苛刻的负压条件。
上图中上面两图是按照欧6d标准进行的昼夜蒸发排放试验中燃油箱内部压力变化，试验过程中燃油箱密封与非密封不影响油箱的内部压力；下面图按照国六IV型试验标准，将试验的前处理阶段环境温度由23℃变为20℃，系统无负压状态，但是极限高压变为32kpa。
Q：适应中国第六阶段法规要求，高压油箱承压范围是多少？
A：市场对标，行业推荐的压力值都在35Kpa左右，依据实测的数据，可以考虑调整到25kPa，甚至以下，负压耐受性可能更关键。不同市场，可能有不同策略。
Q：高压油箱匹配的FTIV阀体开合策略如何优化？
A：如果将高压油箱归类为NIRCO系统，FTIV可以选择在更低的压力下开启一阶段排气，策略不”对标”。
Q：满足中国第六阶段法规的，高压油箱减重工作的方向？
A：油箱承受压力的下降，带来强度的需求降低，更轻薄的不锈钢应用，可以降低系统的总重。
国六法规下的针对性压力研究后，实际使用状态的压力趋势同样重要！
DEV团队持续进行高压系统的研究
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