丁 一

(泛亚汽车技术中心有限公司 底盘工程部，上海，201201)

随着排放法规的日益严格，加油排放也逐渐受到重视.车载加油回收系统(ORVR)是目前解决加油排放最有效的办法，它的原理是通过碳罐、油箱以及加油管的设计优化，使加油中产生的油蒸汽通过碳罐进行吸收，吸收的油蒸汽再通过发动机脱附燃烧[1-2].

车载加油回收系统的结构设计涉及到的零件主要包括碳罐、加油管、油箱以及附属管路等.根据经验，使用车载加油回收系统(ORVR)的车辆，其加油排放量可以从1.5 g/L下降到0.05 g/L.其带来的社会效益：一方面可以节约大量燃油；另一方面可以促进大气环境的改善.如何使结构设计更为优化，产生最大的效率，这就需要对影响系统设计的主要因素进行分析[3].

1 加油排放回收系统的主要影响因素分析

1.1 设计方案的选择

车载加油回收系统(ORVR)的设计方案主要有两种实现形式：一是机械密封的方案，即采用无加油盖的设计，采用机械结构对加油枪进行包裹，确保油蒸气不逸出；二是非机械密封的方案，这种方案较机械密封需要对加油管和加油循环管的直径进行巧妙设计，来确保油蒸气不从加油管口逸出.

两种方案比较，机械密封的耐久性能较差，长期使用后容易出现密封失效的情况，非机械密封的方案没有耐久失效的问题，且成本较低，因此，选用非机械密封方案作为设计方案.

1.2 主要影响因素的选择

根据设计经验，结合可操作的设计结构，如图1所示.将碳罐结构、加油阀(ICV)位置、加油管直径、排气循环管直径4个因素作为最主要的影响因素.

图1 加油排放主要影响因素示意图

选择各个影响因素的不同结构和参数，如表1所示.最终将在这些不同参数中选择出一组最优的组合方案.

表1 影响因素的结构和参数

1.3 建立仿真所需的正交序列

因为有4个控制因子，每个因子有两个水平，所以，选择L8正交试验方案，方案选用望小特性.望小特性是统计质量管理术语，它是愈接近于零愈好的质量特性.这意味着需要得到8组不同参数组合策略的加油排放值，如表2所示.

表2 L8正交试验方案

由于市面上的加油枪枪头长度不同，所以，插入加油管的深度就不同，这同样会影响加油排放性能.通常的，加油枪插入越深，其排放泄露越少，因此，选择了国内加油站广泛使用的长度较长(OPW 11B)和较短(ZVA GR)的两种加油枪，作为噪声输入.其中,长度较长(OPW 11B)的加油枪是最有利于噪声水平组合(噪声N1)，长度较短(ZVA GR)的加油枪是最不利于噪声水平组合(噪声N2).

1.4 仿真不同组合策略的排放值

由于制作样件的时间成本和材料成本太高，使用CAE仿真不同组合策略的加油排放值，如表3所示.由于对碳罐的吸收模拟还不成熟，所以，在仿真时，只考虑生成的油蒸气量，不考虑吸收量，因此，仿真的数值偏大，不能对不同组合进行定量分析，但是可以进行定性研究.

表3 L8正交试验方案下的加油排放仿真结果

通过使用正交数组设计优化工具，可以计算出各控制因子在不同方案下的信噪比以及均值，如表4，表5所示.

表4 信噪比

表5 均值结果

信噪比的选择策略是越大越好，均值结果的选择策略是越小越好.根据信噪比和均值结果，不难看到，A2，B2，C2，D1的组合是最优设计方案，即三腔碳罐，ICV位于下壳体的油箱，加油主管直径25.4 mm，循环管8 mm的燃油系统是待选车载加油回收系统(ORVR)方案中的最优设计方案.

2 加油排放回收系统最优设计方案验证

根据仿真数据结果，选择出了最优的设计方案，即三腔碳罐，ICV位于下壳体的油箱,加油主管直径25.4 mm，循环管8 mm的车载加油回收系统.按照这些设计要求，制作了工程样件，并按照目前国六标准GB18352.6-2016进行了测试[4]，试验结果如表6.

表6 加油排放测试结果

目前国六标准对加油排放的要求是低于0.05 g/L，该试验数据远低于该标准要求，符合该标准.

3 结 论

1)通过六西格玛(DFSS)的方法，研究了影响车载加油排放系统的主要因素之间的交互作用，得到了它们之间最优的组合方案;

2)通过信噪比数据得到了各影响因素对系统影响的程度.可以指导设计中平衡各影响因素的权重，并且优先考虑影响大的因素;

3)通过对优选方案的试验验证，表明该方案能很好的满足国六标准的要求，该设计方案已经成功应用于产品开发.