孟平平 ，陳 浩 ，任 彪

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007；2.桂林客車發(fā)展有限責任公司，廣西 桂林541000）

某款汽油—天然氣兩用燃料小型公交車，采用的是四缸汽油發(fā)動機，發(fā)動機管理系統(tǒng)為多點電子噴射系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)為半回油系統(tǒng)。該車型性能突出，其動力性、經(jīng)濟性、舒適性、通過性等深受用戶好評。在上市初期，有部分地區(qū)用戶反映，在夏季高溫天氣時，在行車或行駛一段距離停車后，車輛發(fā)動機艙有明顯的汽油味，嚴重時駕駛區(qū)都能聞到汽油味，且引發(fā)了發(fā)動機艙的燃氣泄漏報警裝置報警。針對該問題，對故障車輛及故障發(fā)生區(qū)域進行了詳細的調查分析，本文對解決過程進行總結論述。

1 問題原因分析

1.1 行駛工況調查

該區(qū)域公交線路行駛一趟為20 min，期間停車20 min，停車時會怠速開空調，中午最長停車怠速1 h以上，公交線路均為3檔以下低速行駛，車輛最高車速40 km/h，環(huán)境溫度37.4℃，地表溫度56.1℃，燃油箱溫度最高時達71℃（局部），汽油蒸汽量很大。

燃油箱內的汽油蒸汽通過安全閥、燃油蒸汽管路進入碳罐，被活性炭吸附，在合適的工況下碳罐電磁閥開啟，在進氣歧管內真空吸力的作用下，汽油蒸汽隨空氣一起被吸入發(fā)動機氣缸內參與燃燒。碳罐電磁閥由發(fā)動機ECU控制，碳罐電磁閥的開啟時間、開度大小直接影響到發(fā)動機的性能，通常有如下要求：大負荷工況下少進氣，中等負荷時在不降低發(fā)動機功率的前提下，允許多進氣，小負荷時少進氣，怠速時很少或不進氣[1]。

出現(xiàn)故障的車輛怠速時間長，車輛負荷小，此工況下進氣量小，而環(huán)境溫度及地表溫度均很高，油氣蒸發(fā)量大，故導致碳罐中的汽油蒸汽不能及時脫附到發(fā)動機參與燃燒，而是從碳罐溢出，使得車輛出現(xiàn)汽油味重的情況。

1.2 車輛檢查分析

首先檢查發(fā)動機的燃油管路及燃油蒸汽管路是否存在泄漏的地方：一是連接不夠牢靠，仔細檢查燃油泵—燃油濾清器—發(fā)動機之間的管路連接；二是管路老化產生了裂紋滲漏導致。檢查故障車輛，燃油及蒸汽管路無泄漏、接頭連接牢靠，碳罐上吸附膠管、脫附膠管外表異常龜裂，對該車吸附膠管、脫附膠管進行更換，更換后行駛一段里程，汽油味依然存在，由此可判斷膠管龜裂不是導致出現(xiàn)汽油味的根本原因。

其次對燃油系統(tǒng)各零件的布置進行分析，具體如圖1所示，通過觀察及對比其他沒有該問題的車型，發(fā)現(xiàn)有如下幾處問題：

（1）發(fā)動機排氣歧管在后部，靠近前隔板，致使發(fā)動機艙的溫度比其他車型要高；

（2）催化器布置在燃油箱的正前方，催化器工作溫度高達600～700℃，冷卻風扇吹來的熱氣流經(jīng)過催化器的進一步加熱，吹熱燃油箱；

（3）排氣管前段與燃油箱間的最小間隙為100 mm，有大量的熱輻射傳遞到燃油箱側面。將碳罐上吸附膠管拆開后，將手放在吸附膠管口部能明顯感覺到有熱氣流從油箱向外流，說明此時油箱內溫度高、壓力大，燃油蒸汽產生速率過高，碳罐被擊穿后燃油蒸汽溢出，從而聞到汽油味。

圖1 燃油系統(tǒng)各零件布置圖

再次，重新核算碳罐容積是否與燃油箱容積相匹配。采用估算法，計算方法如下所示：

碳罐容積=油箱額定容積×油箱中汽油蒸氣發(fā)生率（1.6g/L）÷碳罐中活性炭的工作能力×0.5[2]

其中：油箱額定容積為40 L，活性炭工作能力為45 g/L.

計算得出V=0.711 L

而該車所匹配碳罐的容積為0.95 L，安全系數(shù)為1.33，碳罐容積匹配合理，不存在碳罐偏小的情況。

最后，檢查故障車輛上碳罐是否堵塞，將碳罐拆下，從碳罐吸附口通氣，堵住脫附口，氣流從通大氣口流出，說明碳罐沒有被堵塞。

1.3 汽油特性分析

汽油是從石油中提煉出來的，餾出溫度小于200℃的餾分。汽油是由100多種碳氫化合物組成的混合物，各種成分的性質不同，物理性質也不相同。與蒸發(fā)系統(tǒng)有關的性質主要有蒸氣壓和餾程。

蒸氣壓是指在某一溫度下一種物質的液相與其上方的氣相呈平衡狀態(tài)時的壓力，也稱飽和蒸氣壓。蒸氣壓表示該液體在一定溫度下的蒸發(fā)和汽化的能力。蒸氣壓的高低表明了液體汽化或蒸發(fā)的能力，車用汽油的蒸氣壓與溫度和汽化率有關，蒸氣壓越高，說明液體越容易汽化。汽油蒸氣壓以雷德蒸氣壓來評估，雷德蒸氣壓（Reid Vapor Pressure），簡稱 RVP，是在溫度為37.8℃所測出的燃油蒸氣壓力。

餾程是指以油品在規(guī)定條件下蒸餾所得到，從初餾點到終餾點表示蒸發(fā)特征的溫度范圍（即沸程）。整個餾程包括的項目有初餾點和終餾點（也稱干點），10%、50%、90%餾出溫度，殘留量。

目前中國實行的GB17930-2016《車用汽油》規(guī)定中規(guī)定的國Ⅴ車用汽油的技術要求如下表1[3]所示。

表1 國Ⅴ車用汽油技術要求

根據(jù)以上1.1、1.2、1.3的分析，初步判斷原因可能是燃油箱熱負荷高，油氣產生量過大，同時碳罐控制閥在公交工況低速低負荷下脫附量不足，導致碳罐無法吸附過量的燃油蒸汽而被擊穿，從而燃油蒸汽從碳罐通大氣口擴散到大氣中，導致車輛周圍彌漫著汽油味。

為此，專門對燃油箱、排氣管等相關部位的溫度進行了測試（見表2），目的是了解燃油箱各部位的溫度具體數(shù)值，查找高溫的來源，制定相應的改進對策。

表2 燃油箱、排氣管溫度測試

從以上結果可以得知，在環(huán)境溫度為33℃時，開空調停車怠速1 h后，燃油箱側面靠近排氣管的地方最高溫度達到了71℃，而遠離排氣管部分的燃油箱側面最高溫度為58℃.說明排氣系統(tǒng)確實傳遞了很多熱量。

2 改進對策

根據(jù)上述分析及溫度測量的結果制定了如下對策：

2.1 降低燃油箱的熱負荷

（1）調整排氣管路走向，使排氣管遠離燃油箱；

（2）在三元催化器和排氣管上增加隔熱材料，減小對燃油箱的熱輻射；

（3）在燃油箱和排氣管之間增加隔熱板、隔熱墊，減少對燃油箱的熱輻射，同時還可以避免熱氣流向燃油箱流動。

針對上述（1）、（2）、（3）條改進對策，制定了如下圖2所示的試驗方案，有三種不同走向的排氣管與是否增加隔熱材料、隔熱材料的增加部位，共計9種溫度測試工況。

圖2 降低燃油箱熱負荷的試驗方案及溫度測試工況

2.2 調整標定，針對公交工況優(yōu)化ECU碳罐脫附控制策略

如圖3為碳罐脫附標定曲線，其中橫坐標為發(fā)動機進氣量，縱坐標為碳罐電磁閥開度，由圖可以看出，隨著發(fā)動機進氣量的增加，碳罐電磁閥開度逐漸加大，當進氣量達到50 g/s時，碳罐電磁閥開度達到96%，低負荷下的脫附量得以增加。

圖3 碳罐脫附標定曲線

3 試驗驗證

（1）不同走向排氣管、有隔熱、無隔熱的油箱溫度對比試驗

由圖4可以看出，增加隔熱措施后油箱溫度可大大降低，原車消排+油箱前、底部增加隔熱后燃油箱溫度可以控制在50℃（極限工況60℃）以下。

圖4 不同排氣管走向、有隔熱、無隔熱油箱溫度對比測試

（2）不更改排氣管走向，不增加隔熱措施，只調整ECU碳罐脫附控制策略，試驗后，車輛仍然有較重的汽油味，對策無效；

（3）增加隔熱，ECU碳罐脫附控制策略不調整，試驗情況如下：

由圖5的測試結果可以看出，增加燃油箱隔熱后車輛在公交工況行車過程中碳罐重量仍然在增加，且2#測試車輛在行車過程中仍然有較重的汽油味，說明僅增加燃油箱隔熱措施不能滿足燃油箱油氣蒸發(fā)和碳罐脫附需求。

圖5 增加燃油箱隔熱后碳罐重量測試

（4）增加隔熱，調整ECU碳罐脫附控制策略

從圖6的測試結果可以看出，增加隔熱和調整ECU碳罐脫附控制策略后，公交工況運行下碳罐重量成遞減趨勢，沒有再被擊穿，試驗過程中車輛也沒有再出現(xiàn)汽油味，說明該對策有效。

圖6 增加隔熱、調整ECU脫附策略后碳罐重量測試

4 結束語

針對目前日益嚴格的蒸發(fā)排放法規(guī)要求，燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)越來越重要；在項目開發(fā)初期需要采取相應的對策：

（1）排氣管與燃油箱間距大于200 mm為好，由于空間布置原因無法達到200 mm則需要增加隔熱措施，確保燃油箱溫度低于60℃，避免汽油大量蒸發(fā)，擊穿碳罐，確保車輛安全；

（2）油泵改為發(fā)熱量小的油泵；

（3）采用無回油系統(tǒng)，減少回油帶來的熱量；

（4）充分驗證碳罐電磁閥的脫附策略，滿足極限工況下的使用要求，同時保證整車排放滿足要求；

（5）燃油管路材料性能要滿足法規(guī)要求，不得有泄漏風險。

參考文獻：

[1]夏云鏵，袁銀南．汽油車燃油蒸發(fā)污染物的控制系統(tǒng)研究[J]．汽車工程，2000，22（5）：354-357.

[2]史廣寶，張海燕，邵忠瑛．國Ⅳ階段蒸發(fā)排放控制的試驗研究 [J]．汽車技術，2010（7）：59-61.

[3]GB 17930-2016，車用汽油[S].北京：國家標準化管理委員會，2016.