基于UG的国六汽油燃油箱容积校核方法

徐靖 唐基荣 张允峰

关键词：燃油箱;容积校核;UG软件

0 引言

燃油供给系统是汽车的动力来源，燃油箱是固定于汽车上用于存储燃油的独立箱体总成[1]，是燃油供给系统的主要部件。作为整车上存储燃料的主要容器，燃油箱额定容积是决定整车续航里程的要素之一。因汽油特性原因，燃油箱总成必须具备至少一个通气阀，在汽油因温度、压力变化等原因导致燃油箱内部压力上升时可以及时泄压。该阀一般为常开状态，通过管路连接至炭罐。整车在日常使用过程中，因转弯、上下坡等工况下，汽油在燃油箱内部的液面也会相应变化。在极端工况下，液态汽油会从通气阀溢出至炭罐导致炭罐失效，甚至极端情况下，汽油可能淹没整个炭罐并溢出至地面，引发安全问题。

为避免该问题，需要在开发阶段对燃油箱的容积进行校核。本文通过UG 软件的模拟液面功能，对燃油箱容积校核提出了具体的方法。

1 燃油加注说明

车辆燃油加注过程实际上是燃油和燃油箱内部燃油蒸气的置换过程。随着燃油的进入，燃油箱内部的燃油蒸气排出到外界大气当中。为满足国六阶段VII 型试验（加油污染物排放）要求[2]， 该部分燃油蒸气需要经过炭罐的过滤，将燃油蒸气里面的汽油分子通过炭粉吸附后，排出干净的空气。

为避免燃油加注时液态燃油进入炭罐，国六燃油箱新增加了油位控制阀。当燃油液面淹没油位控制阀的通气孔时，因燃油蒸气无法快速排出燃油箱，内部的压力上升实现跳枪[3]。故通过调整油位控制阀的通气孔高度，即可实现控制跳枪时的燃油加注量。国六汽油车燃油加注简图如图1 所示。

2 燃油箱容积校核

根据燃油加注过程分析，为保证燃油箱额定容积（车辆制造厂规定加注的容积）的准确性，需要校对水平面下设计容积（额定容积和不可用容积之和，其中不可用容积为无法通过燃油泵泵出的体积）液面和液位控制阀通气孔高度关系。为减少极端工况下液态燃油进入炭罐的可能，同时为保证燃油箱通气性，需要校对设计容积与燃油箱总容积（燃油箱内部最大体积）的占比。校对各工况下设计容积液面和翻车阀及通气阀的位置关系，必须至少有一个阀是未被燃油淹没的。

2.1 燃油箱容积利用率校核

打开UG 软件进入建模模块，打开燃油箱数模， 封闭燃油箱所有开口后成封闭的箱体。选择菜单栏命令“分析”，进入内部容积计算器，打开内部容积计算器对话框，如图2 所示。

点击计算，得出燃油箱總容积，指定高度方向选择ZC，在高度输入6（燃油泵泵油所需的最低液面高度）， 得到不可用容积（图3）。

设计容积按照公式（1）计算。

V1=V2+V3 （ 1）式中 V1——设计容积，单位L

V2 ——额定容积，单位L

V3 ——不可用容积，单位L

容积利用率按照公式（2）计算，容积利用率应≤ 87%。

P=V1/V4×100% （ 2）式中 P——容积利用率

V1——设计容积，单位L

V4——燃油箱总容积，单位L

2.2 燃油箱设计容积校核

将整车最大技术条件定义的最大爬坡角度（如16.7°）作为前后左右倾斜的校核角度，则设计容积校核包含5 种工况，分别为水平面下、前倾16.7°、后倾16.7°、左倾16.7°以及右倾16.7°。

2.2.1 水平面下设计容积校核

进入UG 内部容积计算器模块，指定高度方向选择ZC，方法处选择体积，在体积输入设计容积，点击“添加新集”得到水平面下设计容积对应的液面（图4）。水平面下设计容积液面高度应与油位控制关闭高度重合，且不应淹没翻车阀。

2.2.2 前倾16.7°下设计容积校核

首先新建前倾16.7°的基准平面。点击菜单命令：插入——基准/ 点——基准平面，新建前倾16.7°基准平面（图5）。指定高度方向选择前倾16.7°基准平面，方法处选择体积，在体积输入设计容积，点击“添加新集”得到前倾16.7°设计容积对应的液面（图6）。前倾16.7°设计容积对应的液面不应同时淹没翻车阀和油位控制阀。

其余后倾16.7°、左倾16.7°和右倾16.7°工况设计容积校核参照前倾16.7°方法，均要求相应的设计容积对应的液面不应同时淹没翻车阀和油位控制阀。

3 总结

本文通过UG 的内部容积计算器的模拟液面功能，准确的模拟出各工况下的燃油液面。通过对比液面与相应的校核参照，实现对各工况燃油箱容积液面的精确校核。该方法已在多个燃油箱开发过程实施，模拟液面校核与实物实际校核的结果相符程度高，对于燃油箱开发过程中容积校核提供了较可靠的理论依据。