汽车燃油系统

《汽车燃油系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车燃油系统（37页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 汽车燃油系统1 燃油系统的各部分构造 近些年来，由于机动车安全立法，排放原则的规定日趋严格，同步，对于驾乘舒服性，客户也更加挑剔，汽车工程中所波及的现代燃油系统已发展成为一种波及多种学科的复杂的构造单元。今天，除了向发动机提供燃料以外，燃油系统还具有减少噪音，油位控制，燃油辅助加热的功能，对于减少排放，燃油系统也成为其中不可或缺的一种重要方面。这方面的例子如三元催化转换器的预热，车载诊断系统以及碳罐的再生。根据发动机的形式（汽油发动机或是柴油发动机），以及车辆的应用领域，燃油系统的设计也有所区别，但是，构成燃油系统的基本零件涉及：燃油泵，油箱，燃油管路，计量与控制单元（图1）对于各个系统来说

2、都是必不可少的。 图1CPV: 碳罐排放阀 ACF: 活性炭碳罐燃油箱目前，基于材料的物理特性与成本方面的考虑，市场上存在两种材料制成的燃油箱：金属油箱或是塑料油箱（重要是高密度聚乙烯），塑料油箱的重要长处在于它的成型性能。（图2）吹塑成型是将塑料的管状熔体通过气体加压的措施制成特定的形状，通过这种技术，我们可以将油箱制成适合于车体空间的任意形状，但是，汽油对塑料的渗入性又会使这种长处大打折扣，为此，我们需要加上特别的防渗层，吹塑时塑料共挤的措施是其中之一，我们还可以通过氟化的措施即将氟原子注入油箱壁中以形成阻隔层。此外，我们通过将油箱的进出油管等零件预埋在模具中减少油箱的开口数量，从而达到减

3、少排放的目的。而对于老式的吹塑，我们只能通过燃油泵在油箱上的预留孔来安装这些零件。相比而言，金属油箱则不存在此类问题，金属油箱一般由上下两个壳体拼接而成，在此类油箱上，我们只能进行某些简朴的装配，如装配某些已焊接好的组件。一般就燃油系统而言，驾驶人员在平常行驶过程中只会接触到加油管。如果我们无法将加油口与油箱集成在一起，那么，就需要用一根直径为30到50毫米的弹性软管连接油箱与加油口，这时，这根油管还能补偿油箱与车体之间的装配工差。 图2空气通风系统油箱的空气通风是油箱的基本功能之一。当燃油系统的油位与环境温度变化时，这项功能保证了系统内外的压力平衡，由于立法对燃油挥发的限制，燃油蒸汽严格严禁

4、排放到大气中。为此我们需要对加油与行驶时的不同情形区别看待。蒸汽回收系统的原理：当我们在向油箱加注燃油时，将燃油与空气的混合物通过加油的管路排出。我们在燃油加注管的一旁并联一根排气管，它的一端置于油箱的最高处，此外一端放置在加油口附近，这样，燃油油雾将由于加注时的负压被引回加油口，这种系统目前在欧洲得到绝大多数国家的承认。在德国，所有加油站在1998年之前必须将它们的油泵更换成如上的系统，而在北美，此类系统的规定是必须在车辆中安装车载油雾回收系统，因此，所有销往北美的车辆，车上都装有活性炭滤清器（碳罐）来吸取燃油蒸汽（图3）。图3 图4滤清器中的活性炭可以通过表面吸附来吸取碳氢化合物，这些碳氢

5、化合物在新鲜空气的作用下又会从活性炭上分离出来，我们通过连接在油箱上的碳罐与发动机舱中进气系统之间的排放阀CPV（图4）来实现这种功能。当车辆在运营过程中，排放阀门定期打开，进气系统产生负压，吸入新鲜空气，新鲜空气通过碳罐，将碳氢化合物带入发动机燃烧室中。不仅在加油的过程中，在正常行驶或是怠速状态，燃油蒸汽也会产生，因此，在其她国家销售的车辆也需装有活性炭滤清器来满足环保的需要。由于燃油温度的变化或者燃油消耗，油箱需要与外界空气保持一种呼吸的状态以免油箱中的压力发生太大的变化。尽管在欧洲加油站中装有法规规定的油雾回收系统，活性炭滤清器的作用不是那么至关重要，即便如此，那些不受美国法规（车载油雾

6、回收系统）限制的车辆，也都在排气管路中安装一只体积较小的活性炭滤清器，滤清器的另一端与发动机的进气单元相连。所不同的是在美国碳罐的安装位置接近油箱，而在欧洲，碳罐一般都装在发动机舱中。以上我们所谈到的活性炭滤清器重要用于汽油车辆，而对于柴油车辆，由于燃油的挥发性较小，因此，它的系统一般都做成开放式管路。但不管是哪一种系统，都不容许车辆在倾覆时发生燃油泄漏。发生此类意外状况时，安装在油箱或管路尽头中的倾覆截止阀便会起作用。油箱的通风，燃油蒸汽的回收系统，与底盘下的管路一般所有采用带有迅速接头的塑料管路，而在发动机侧，其管路所波及的材料品种却非常庞杂，它们涉及织物增强或无增强的橡胶管，也许是直管，

7、也也许是波纹管，一般上其内径为612mm，而加油的排气管为了尽量快地排出空气，则相对来说要粗某些，在欧洲，其直径为10-16mm，而美国的原则为16-20mm。我们可以通过车载诊断系统来对油箱，燃油回收系统，以及加油管路进行气密性检测。此类系统可以检测出0.5毫升的泄漏，由此可以减少排放的限度。电动燃油泵恒定的燃油压力是现代喷射系统正常工作的先决条件，当发动机起动时，电动燃油泵可以满足此类规定，电动燃油泵可以使系统的压力在流量为50到200l/h时维持在2.5到4.5巴之间的某一恒定值，对于直喷系统，电动燃油泵作为高压泵的初始压力来源，其压力也许高达8.0巴。电动燃油泵（图5）可以与油位传感器

8、，燃油滤清器，燃油压力控制阀，吸油泵，燃油泵预滤网, 燃油挡板装配在一起构成一种整体后再装在油箱上（图6）。 图5 图6燃油供应与回油系统燃油供应系统的主角是油箱内的电动燃油泵，燃油通过燃油管，滤清器总成，提供应发动机上的油轨。油轨上的燃油压力调节阀将油轨中的压力调节到4.0巴左右,这个压力与车辆的工况无关（图7）。 图7 多余的燃油通过压力调节阀经回油管路回到油箱内的燃油挡板中，燃油泵放置在燃油挡板内，它可以保证车辆在忽然加速或是其她极端条件如燃油基本耗尽或是车辆急转时，燃油泵可以吸入充足的燃油。对于后轮驱动或是四轮驱动的车辆来说，燃油挡板的内外部管路连接较为复杂，需要在设计时特别看待。在这

9、些车辆中，由于车辆的后置驱动轴的缘故，油箱需要做成特别的马鞍形。这样，油泵此外一侧的燃油需要一方面输送至油泵一侧的油箱中，柴油商用车也会波及到类似构造，但是柴油车中的电动燃油泵的压力更低，只有大概0.15巴，它的实际喷嘴压力是由发动机所驱动的机械泵所产生。对于商用车，这种机械泵所产生的真空吸力足以保证系统的供油，因此，油箱中的燃油泵变得无足轻重。商用车与乘用车的此外一种区别是燃油滤清器的位置，乘用车的汽油滤清器一般设立在油箱附近，而商用车的柴油滤清器却被设立在发动机舱中。在寒冷的天气中，柴油易于析出石蜡晶体，这些结晶会堵塞滤清器，而发动机所产生的热量会对柴油进行加热从而减少堵塞的限度。在有些车

10、辆中，我们也采用如下的设计来避免滤清器堵塞：将柴油回油管接入滤清器，运用回油来提高燃油的整体温度。然而，对于柴油直喷系统，发动机的回油会带来某些问题，这种回油的油温较高，如果未经 冷却直接流回油箱，会带来安全以及油箱材料老化等一系列问题，在这种状况下，就必须在回油油路中使用油冷器。部分回油系统在装有供应与返回燃油系统的汽油车辆中，汽油在发动机舱中被持续地加热，由此引起汽油箱温度升高。一般来说，平均每小时燃油泵向油轨输送100升的燃料，而其中仅有10升左右被消耗，其她的90升燃油在发动机舱中被加热后重新输送回油箱，会引起大量的汽油蒸发，而这又与目前的法规背道而驰，这样,部分回油系统便应运而生。在

11、该系统中，燃油并非任何时刻都完全通过油轨与调压阀流回油箱，只是在刚开始点火时，燃油布满油轨的那一小段时间才是如此，我们可以在车身下安装一种两位三通的电磁阀以及调压阀来实现该功能。（图8）这个电磁阀可以在两种回路之间进行切换，在刚点火时，燃油进入油轨达到额定的压力，然后，电磁阀将多余的燃油直接流回油箱，只有正常工作所需要的那部分燃油才流进油轨。无回油管路系统虽然上述系统有效地避免了燃油过热，但是其复杂的设计仍然使成本居高不下，从油轨回流图8的管路事实上工作时间很短。因此，汽车管路设计目前的趋势是无回油管路。这该系统中，我们将燃油压力调节阀安装在油箱附近，而大多数状况下，我们还可以将压力调节器与滤

12、清器集成在一起（图9）。 图9近来的开发方向是最后将回油管路彻底取消，其措施是将压力调节阀与油箱中的燃油泵连在一起，在这种设计中，燃油挡板中的燃油补充来自输油管路中少量的旁路燃油或是来自内部的回油。我们在此所讲述的供油与回油管路均安装在油箱上或是车辆底部，它们与油泵及油箱相连，由一系列组合在一起的塑料或金属油管（一般直径在612mm）通过一系列的方式连接在一起，燃油管路的材料取决于它们的安装位置，环境温度，系统条件（压力，压力波动，油温，振动，安装便捷性），车辆级别，所在国的法律法规，以及车辆制造商对安全质量环境的理念。发动机舱安装在车辆底部与油箱相连的燃油供应系统由于车辆的级别的差别而在设计

13、上的区别非常明显，同样，发动机舱中的布局也是千差万别，这重要取决于发动机的布局以及车底的管路。特别是对于横置式发动机，油轨与车底的管路的连接需要以单一的材料进行简朴的布局。由于法律的规定，复杂的管路布局需要在发动机舱中占用很大的空间，设计中需要特别考虑碰撞以及防火的规定，这在很大限度上影响了管路的设计。除此以外，由于发动机隔音封闭的规定，三元催化转换器，涡轮增压器的位置与发动机更近，直喷发动机系统中更高的燃油温度，所有这些因素，都对燃油供应系统的材料，布局以及连接提出了更高规定。汽油发动机目前，那种由单个喷嘴向所有缸体供油的单点电喷系统已被多点电喷系统或直接喷射系统所取代，多点电喷系统是由油轨

14、上与各缸体相应的喷嘴向各自的燃烧室供油（图10），而直接喷射系统则是将燃油直接喷射到燃烧室中。图10图11燃油供应及回油管路的一段与油轨相连，此外一端与车底的管路相接。这些管路具有一定的挠性，足以抵偿车辆发生事故时发动机的移位，直喷系统与无回油系统仅有一根管路与喷油泵相连。大多数公司选择胶管作为发动机舱中的燃油管，这重要由于胶管优秀的耐温，耐火，耐冲击性能以及其良好的弹性。有某些公司基于成本考虑，目前已经开发了某些带有耐温阻燃涂层的塑料管，但是由于塑料管的弹性欠佳，其管路布局设计比胶管要复杂得多，此外，由于塑料管无法用卡夹与接头连接，其安装方式也需重新设计。柴油发动机由于柴油的渗入性相对较小，

15、其管路材料的选择范畴要广得多，此外由于其管路压力较低，接头的方式也多种多样。然而，由于柴油滤清器需布置在发动机舱中，输油管一方面与滤清器连接，再由滤清器引出至喷油泵（图11），这使得管路的整体布置比汽油管路复杂得多。发动机舱中的高温以及喷油泵中回油的热量保证了柴油车辆在冬季可靠地运营，在这种状况下，回流的柴油通过滤清器上的温度阀进入滤清器中。有时为保证柴油不在滤清器中凝结，我们还可以在滤清器中集成一种电加热器，此时，回油管路便直接接入输油管。柴油乘用车的发动机舱中的燃油管路重要由胶管或是塑料管构成。为了保证管路对的连接避免泄漏，在管路接头上需做有特殊标记或是采用特别设计。2 法律法规燃油蒸汽的

16、挥发有如下几种途径：管路的接头与连接处的蒸汽泄漏，以及管壁处的渗漏，由于聚合物的分子构造与金属不同，这使得燃油易于从其管壁中挥发出来，形成渗漏（图12）。据记录，1990年在欧洲，这种渗漏占到所有烃类物质排放的36%。这使得渗漏成为各国立法的众矢之的。根据美国的“密闭空间的排放测定”实验，欧盟制定了70/220/EEC：“根据附录4，每实验循环的蒸发物排放不得高于2克”，附录4还依次规定了具体实验循环顺序。这里的“2克”是指车辆整体所释放的碳氢化合物的总和。根据车型的不同，燃油系统占所所释放的碳氢化合物综合的50%以上。图12图153燃油燃油提供汽车迈进的动力，燃油是从原油中提炼出来的一系列化

17、学材料的总称（图15），其重要成分是碳氢化合物，也被称为烃类燃料。在发动机中烃类与空气中的氧气发生反映，形成热稳定性更高的CO2与水，同步释放出能量。汽油火花点火式发动机所消耗的燃料重要是由分子中碳原子数量介于4-12之间的烃类物质构成（图16），而每一种燃料其中的构成成分的比例差别很大，但是汽油具有如下的共性：无色透明，易挥发，具有特殊气味，易燃易爆。由于其成分的差别，其特性也不太明显，但是我们可以以一定的“波段”将它们辨别开来。图16其中我们最为熟悉的就是以辛烷值RON来表达的爆震指数，这种分类所示的是汽油在发动机中可控的燃烧能力，我们将正庚烷的指数规定为0，而将异辛烷的指数规定为100，

18、而在实际中这种指数依托添加剂来调节，以往，我们用有机醇酸铅来调节爆震指数，而目前所使用添加剂的毒性要小得多。但她们共同目的是使得燃烧过程更加稳定并尽量避免初期燃烧。添加剂的目的不仅仅是增长燃油的抗爆震能力，同步还可以改善汽油的其他特性，这些添加剂涉及：燃烧增进剂，抗氧化剂，抗蚀剂，金属钝化剂等。在诸多状况下，这些添加剂并不是纯正的烃类物质，它们还包具有许多种的杂环原子：一般是氮，氧，以及卤素原子。虽然这些添加剂的成分仅占燃油体积的1%左右，但是这些物质会与燃油管路发生远较烃类剧烈的反映。从1970年以来，原油的价格一路飞涨，替代能源已经吸引了公众越来越多的目光，这其中重要是醇类物质，特别是甲醇

19、乙醇，同步也涉及异丙醇与异丁醇。柴油与汽油发动机不同，柴油发动机需要燃料具有较低的易燃性，柴油一般是由原油中碳原子数10到18的烃类物质构成。由于其分子量较大，粘度也较高，并且挥发性较低。对于我们来说，柴油的两个特性是较为重要的，一方面是它的燃烧特性：十六烷值。另一方面，倾点是反映柴油在冬季工作特性的重要指标。3 燃油管路燃油油管按其构成构造可以分为：阻隔层，增强层，外覆层。不同的功能可以由单独的材料实现，也可以通过不同的材料的组合实现。金属硬管的作用是在两个接头之间实现相对刚性的连接，而胶管的连接较为柔性，减震性能与装配公差补偿的能力也较硬管明显，对于温度规定不高的场合，胶管也有一定的成本优

20、势。金属管重要应用在温度较高的场合，同步它的机械性能及耐化学腐蚀性能也较高。对于以上这些状况，在设计中需要分别看待。车辆底部油管的设计规定取决于正常的行驶条件，发动机舱由于发动机的散热，其温度常常会超过室温。直喷柴油发动机的回油温度与喷射压力成正比，其回油管路须承受较高的热应力。而在输油管路中，交变应力是我们需要考虑的重要因素，其材料需承受脉冲压力与持续振动。从燃油管路的作用中我们不难得出对其化学性能的规定，一方面，管路必须可以抵御燃油的侵蚀，必须在车辆的寿命周期内经受多种环境条件的考验，另一方面，燃油不会被管路材料所污染，这里我们需要指出的是：磨损或产品残留物与化学过程产生的污染有着明显的不

21、同。例如：燃油中的氨基甲酸酯与燃油泵中的铜发生反映产生氨基甲酸铜便是一种化学反映，这种反映会导致燃油泵失效。在讨论燃油管路的耐化学性能时，我们有必要引入这样的两个词汇：惰性与劣化，后者会导致管路材料的膨胀，分解，燃油渗入，有关这一点我们可以从材料的空间构造与其极性上做出解释。“同性相溶”是材料之间互相反映的原则，例如：极性材料（氢键）溶于极性的溶剂中，非极性材料溶于非极性溶剂中，反之，这就是说极性材料对非极性溶剂的耐蚀能力较高。在有机分子中，氢键是重要的极性来源，这是由于其她原子相对氢原子来说有较强的电子亲和力。管路的耐渗入性能取决于材料分子的空间构造，燃油分子越大，管路材料的分子量越高，燃油

22、渗入的也许性就越低（图17）。 图17图18选择管路材料时需要考虑这两种物质的互相反映，一般来说，燃油是非极性物质，而其管路则是由极性大分子物质构成以减少膨胀减少渗入，燃油管路的膨胀是由于管路材料中的烃类物质溶解所致，这会导致尺寸上的变化并减少机械性能，而这又直接损害了接头的气密性，影响了管路的总体尺寸布置。燃油胶管一般由橡胶材料构成，橡胶与热塑性聚合物的区别在于其分子链中涉及了诸多化学交联的构造，硫化是形成交联的重要手段（图18），交联构造使得橡胶拥有一致均匀的弹性。此类物质被称为非结晶或是无定形物质。4 橡胶燃油管一般上来说，橡胶燃油管由如下三层构成：内层，增强层，外覆层（图19）。在某些

23、场合，这三层材料其中的某一种可以省略或是反复浮现。图20列出了几种最为重要的燃油胶管材料。内层燃油胶管中内层最为常用的材料是丁碃橡胶（NBR），这种橡胶的极性的大小可以通过调节胶料中的丙烯氰与丁二烯的比例来获得。由于柴油的分子量较高，中档极性（38%ACN）的丁碃橡胶对于一般柴油具有足够的耐蚀能力，而对于汽油来说，具有40%CAN的极性更大的丁碃胶才适合。而在乙醇汽油中，我们需要使用品有45%的丙烯氰胶料。这种措施的着眼点在于减少烃类物质的挥发但同步却增长了醇类物质的逃逸。因此丁碃橡胶在高醇汽油中便显得有些力不从心，同样的状况也会发生在RME或是含硫油品的场合，这些酸性物质会与丁二烯中的双键反

24、映破坏其分子构造（图21）。图19图20图21氢化丁碃橡胶（HNBR）是丁碃橡胶中的双键被氢原子饱和交联所得的产物，由双键所产生的耐蚀性与低温性能不佳等缺陷也被一一克服。但是这种材料不能改善丁碃橡胶的耐渗入的性能，并且这种材料的性价比不是较好。氯醇橡胶（ECO）一般上是一种氯醇的均聚物与氧化乙烯的共聚物的混合体，其极性重要来之氯化甲醇。与丁碃橡胶相比，由于其构造的饱和性，它的长处重要在于抗氧化性能。除此以外，这种胶料的耐酸能力较差，同样也不适合在RME中使用，在汽油中它的耐膨胀性能也不比丁碃橡胶更杰出。在元素周期表中，氟是化学电负性最强的元素，与碳元素相比，其与氢原子形成的共价键的键能要强得多

25、，键长也相对较短。因此氟素聚合物的化学性能非常优秀，其密度与极性也较高。这使得它们成为抱负的胶管内层材料。氟胶是极性最强的胶种，氟原子与碳原子形成的键能也是所有键中最高的。其胶料具有最佳的耐化学性能，最高的密度与极性，它是燃油胶管最佳的衬里材料。FPM一般上指的是偏氟乙烯与四氟乙烯的共聚物，有时会添加一部分的全氟丙烯，其中的氟含量决定了橡胶的耐油性，一般其氟含量为66%到71%，而胶管的氟含量一般为70%到71%。对于耐油性与抗渗入能力来说，热塑性材料明显地优于橡胶材料，但是其硬度与脆性却限制了它们的使用，因此，只有那些相对较软具有弹性的塑料材料才合用于燃油软管，然而这些材料一般上来说都是低结

26、晶的材料，这就意味着它们的抗渗入性能较弱（图22）。图22热塑性氟塑料（THV）由此在市场上占据了一席之地，在多层材料的胶管中，虽然其厚度仅有0.2mm，但是由该种材料构成的胶管，无论是耐渗入能力或是耐化学品的腐蚀能力均赛过其她的胶管。并且由于它的厚度较小，这种胶管的经济性也相对较好。波纹状金属阻隔层的出目前很大限度上变化了原有的观念（图23），波纹金属管可以满足管路弯曲的规定，由于波纹管在承受压力时会自动身长并且壁厚较小，因此其抗振动的性能不佳，必须将其包裹在橡胶材料中使用，并且需要增强层来保持稳定。同步它也无法与一般的接头连接，而只能以焊接的方式与管路的其他部分结合在一起。这种构造可以10

27、0%地避免渗入的发生。图23增强层为了承受诸如管路内部的压力，拉伸力，弯曲扭转等机械应力，同步也为了获得更好的冲击性能，根据使用条件的不同，我们对胶管采用了不同的增强手段，这同步也取决于制造工艺及其材料之间的相容性。编织材料诸如棉，人造丝，涤纶，黏胶纤维，芳纶等是重要的增强材料，为了提高层与层之间的结合力，编织层需通过浸渍的措施进行化学解决。增强编织的工艺有如下几种：辫状编织，螺旋编织，针织（图24）。图24对于辫状编织，最重要的参数是编织角，它决定了线束在橡胶中的网络构造（图25），对于相似的线长，编织角为中性角54度44分时，其所包裹的体积最大。若角度不符，在管内有压力的状况下，胶管会产生

28、倾向该角度的偏位。运用编织管的这个特性，我们可以有目的地同步增长其接头的插拔力，同样还可以运用这种特性部分抵消压力对管路的冲击。图25当编织层采用螺旋编织时，线束并没有像辫状编织那样互相交错在一起，而是单股以 螺旋形缠绕在胶管上，前面所讲过的中性角的原则在此同样合用，但是这种编制措施由于线束没有互相交错，其耐压比辫状编织要低得多。而针织增强的胶管由于线束的使用量更少，其使用压力最低，但是由于其较高的弹性，使得加工较为以便，因此可以用于尺寸较大的复杂零件的成型。外覆层为了保护内部的增强层，胶管一般都加有外覆层。此类橡胶层能抵御外界的不同的物理化学侵蚀，特别是抵御燃油侵蚀，耐磨，耐冲击，且具有阻燃

29、能力。其中最为重要的是其耐温特性，必须根据其汽车发动机与油箱之间的具体状况来选择材料，表1列出了某些典型材料的使用温度。橡胶种类持续使用温度（摄氏度）氯丁橡胶（CR）90氯磺化聚乙烯（CSM）110氯化聚乙烯（CM）115氯醇橡胶（ECO）125醋酸乙烯橡胶（EVM）150乙烯丙烯酸酯（AEM）150氟胶（FPM）200 表1成本是我们选择材料时所需考虑的另一种重要方面，一般说来，温度规定越苛刻，成本也越高。中间层对于由氟胶衬里的燃油管，其中间层的重要作用是减少成本，这样内层就不必所有由昂贵的氟胶来构成。而对于热塑性材料作为内层的管路，我们就可以将热塑性材料层做得尽量地薄，这样一来，胶管的弹性

30、便会有所增长而又不致对性能有所削弱。而在某些场合，中间层仅仅起着连接衬里与外覆层的作用。这种状况下，原则上所有衬里与外覆的橡胶种类均可作为中间层，但需注意的是，当热塑性材料非常薄时橡胶必须耐油。胶管构造原则上，不管是由几层材料构成，胶管必须满足所有的性能规定，如下是几种最重要的构造类型（图26）：图26不含织物的燃油胶管（图27）顾名思义，这种胶管不具有任何织物增强的成分，此类产品合用于低压燃油或其蒸汽管路（如加油管），可以由两层或以上的层数构成，这重要是由于橡胶材料不能同步满足耐油与耐候的规定。设计时必须考虑在管路内层加上阻隔层以避免燃油渗入。外层编织的燃油胶管（图28） 图27 图 28此

31、类胶管的内层与前一类胶管完全相似，外层织物的重要作用是在受压时维持原有的尺寸稳定性以及较好的碰撞性能。目前此类胶管重要应用在真空及排气管路中，带有NBR衬里的原则燃油管路直到1980年左右才被取代，由于它的耐温耐臭氧耐磨性能不佳，同步与其她材料的兼容性相对较差，目前绝大多数车辆制造商已不再将其作为燃油管来使用。3到4层材料的复合管（图29）3层材料的复合燃油管是在织物外再包覆一层材料，这种胶管取代了外层为编织材料的燃油关（构造NBR/CMD/CR），到了1990年，四层材料复合的燃油管便开始崭露头角（图30），当下，此类燃油管已经成为汽车燃油系统的原则配备，这种油管的材料涉及：阻隔层：氟胶或是

32、热塑性氟塑料中间层：氯醇橡胶或是丁碃橡胶（低温合用），AEM（乙烯丙烯酸酯）（高温合用）编制增强层：芳纶（Aramide）外层胶管的制造无论是橡胶或是塑料管，我们都要波及挤出这样一种工艺，我们需要通过一根供料螺杆将原料在受压状态下从圆型的挤出模具中挤出，为了保证尺寸公差，橡胶材料一般被挤在以橡胶或塑料制作的管芯上，我们也可以向管内输入压缩空气，但这样会增长尺寸公差。胶管典型的加工工艺如下：内层及中间层挤出-增强织物缠绕（图31）-外层挤出-硫化-取出管芯这其中每一过程可以根据产品的不同进行单独生产，在这之间，织物缠绕工序决定了胶管的生产速度。硫化过程是吸热反映，其反映温度一般在150-180度

33、之间，一般上我们在烘箱中以热空气对产品进行硫化，也可以用高压釜以过热蒸汽作为媒介来硫化，后者由于在压力下硫化，产品硫化的热传播较为均匀，各层之间的结合也较稳定。预成型胶管在汽车中的应用非常广泛，借助于某些金属的工装，未经硫化的胶管在外力的作用下被固定在夹具上后进入硫化工序。由于管子的形状千差万别，这个过程很难实现自动化（图32）。图31图325 塑料燃油管燃油系统中大量使用的是塑料燃油管，其尺寸见表2。塑料燃油油管由于其成本低廉，在某些场合下其性能也较好，因此获得设计人员的垂青，本章前面所提到的某些原则也合用于塑料油管。在各类塑料油管中，最为简朴的是按照DIN 73378由PA11及PA12所

34、制造的单一材料的油管，材料中的数字所示的是极性酰胺分子中的碳原子的数目，其数字越小，耐油性耐温性能越好，由于化学物质的耐蚀性能较差（ZnCl2），成本较低的PA6或是聚酯最初并没有得到注重。管路尺寸（mm）应用场合5X1.5辅助加热管路6X1回油管，维护保养用油管8X1输油管，回油管，燃油蒸汽管10X1燃油蒸汽管12X1燃油蒸汽蒸发管15X1.5燃油通风管18X1.5燃油通风管22X1.5燃油通风管对蒸发排放物不断严格的立法以及减少成本的需求使得我们开发出具有单独功能的多层材料的复合塑料管，其生产工艺与胶管的生产类似，由于各层之间没有粘结力，因此需要加上特别的粘结层。在此类燃油管中，PA6毫无

35、悬念地充当了增强层，而最外层常常由PA12构成，此外尚有阻隔层，这一类物质一般是PVDF（偏氟乙烯），EVAL（乙烯醇），她们一般位于各层之间，同步它们还改善了整个管路的低温脆性，因此，整个管路的层数取决于粘结层的数量，是它们保证了各层之间的有效粘结（图33）。 图34由于渗入性能以及其她功能规定（图34，35），目前这些多层燃油管仅在具体场合运用上有所差别。图35与胶管不同，塑料燃油油管的生产工艺并不因管子的构造而异。一方面多层塑料管通过共挤出的工艺制得，所有塑料材料层通过一种多层挤出头挤出（图36），然后通过一种真空装置对直径进行定型，最后通过水冷并切割成定长或被卷绕起来。多层共挤出技术所

36、需的材料是它们的熔点与粘度非常接近。第二阶段的工作是将这些管子调节成具有不同几何空间尺寸形状，我们将在下面讲述这些内容。图36所有这些工艺措施的共同点均是将塑料管加热后在模具中冷却定型，这就是说塑料材料一方面被加热从而发生塑性变形，然后被定形成我们需要的形状，这只是当材料有足够塑性时才也许做到。在蒸汽弯曲的工艺过程中，塑料管一方面被放入弯曲模具中（图37），向管内通以蒸气后浸入冷水中，若果使用热空气加热，则热空气是从外部对管子进行加热，这里我们同样需要用到管子的弯曲模具，其她弯曲的措施与之类似，仅是加热方式有所不同，此类油管一般用于车辆底部，这些管子一般长度较长（图38），而弯头的数量又较少。

37、由于此类加工的成本较高，因此，柔性的波纹管越来越得到广泛地应用，此类管子的成本较低且安装以便（图39）。金属油管汽车中所使用的金属油管重要材料是钢管或铝管。根据其具体应用场合或材料自身特性，表面解决并非是不可或缺的手段。在选择材料时，我们重要考虑如下各个方面：耐外界腐蚀性能，抵御内部燃油的腐蚀性能，机械强度，电化学性能，表面解决方式，安装位置，环境温度，加工解决特性等。对于发动机舱中的燃油管，其外观也会成为考虑的重要方面。图40综合表达了汽车燃油系统金属管所波及的材料，构造，特性的概况。 图37 图38图39燃油管的公称直径一般介于8到12毫米之间，其壁厚一般为0.7到1.2毫米。下面举两个例

38、子来着重阐明如何对的选择燃油管的类型纵向焊接的管子一般只用于某些特定的场合，由于纵向的焊缝，其头部接口处极有也许发生失效，因此其成型有特殊的规定。在生物柴油的管路中，对铝材的质量规定特别严格，在此，起决定作用的因素是使用场合，某一特定类型的材料也许在某一位置特别合适，而在此外的地方却有也许带来很大的麻烦。总的来说，我们在将一根金属管加工成一根可以在车辆上安装的燃油管时，对于其材料与解决措施等方面必须小心从事。除了运送燃油并保证其密封之外，燃油管还必须集成其她功能诸如：支撑，连接，甚至需要对某些直喷的柴油发动机的回油管进行散热，一般说来，我们必须用多种预涂层的材料通过多种成型工艺获得我们需要的空

39、间几何形状的管路。必须想方设法避免某些工艺规定较高的工序如钎焊，焊接，机加工，后续表面解决。管材在切割后（考虑后到所有工序的余量），紧接着加工接头头部的形状，最后再进行弯曲等工序。最常用的工序（图41）是镦头和制筋。预涂层材料的涂层必须具有足够的延伸性能和优秀的附着力，才可以在这些工序中安然无恙。在某些较高变形量的场合或是特别的表面规定，我们也可以同步使用制筋与滚压的复合成型措施。滚压的工艺过程是使用一组工具在管子的外部旋转同步由外至内进行挤压，这种工艺重要用于对管子的接头部分进行加工。管子的其她加工工艺还涉及径向锻造，液压静力成型，这些工艺重要用来加工与胶管的接头。当需要获得更加复杂的接头如

40、螺纹或是三通（T型接头）时，我们不可避免地要波及到机加工，焊接等工艺过程。如果机加工的对象不是不锈钢，加工完毕后我们需要对工件进行表面解决。由于安装空间的日益减少，我们需要对管子进行复杂的弯曲以迎合这种需要，制造厂必须使用先进的技术以保证4米长的管子具有非常小的公差。根据不同的规定，人工弯曲的夹具或是数控弯管设备都能在此找到用武之地。在长管的弯曲中我们常常会遇到如下问题：在数台数控弯管机加工后我们发现弯曲常常会超过规定。为了避免此类问题的发生，需要合适减少弯曲的速度，我们可以从两端同步开始弯曲的工序，图42就显示了这样的一台设备。弯曲好的管子常常会加上某些其他附件，完整地组件通过螺栓固定在车体

41、上，固定附件也许是通过钎焊，铆接等方式与管子连接在一起，其她某些附件如散热器护罩也是必不可少的。图41 图42燃油系统的接头如前所述，燃油系统是由诸多零件组合而成。在系统中，不同零件的连结点称为接头，接头位置的布局很大限度上取决于管件在装配或维护时她们与否需要装接或是拆卸。据此，接头分为两类：可拆卸或不可拆卸的接头。但是这些接头有一种共同的特性：都是使用某些零件的组合被动地避免泄漏。由于接头均要承受持续的压力，所有材料特别是热塑性材料和橡胶材料，在压力的作用下会发生蠕变。并且这种作用会由于热应力而加快。于是，接头处的防漏特性会由于这种作用而逐渐劣化，一种很明显的例子就是金属管与胶管的连接接头，

42、在这里，胶管扮演了密封的角色，而管夹则起着固定的作用。胶料的变形会带来泄漏的问题，此类问题可以通过减少所用材料的蠕变来解决。原则上，有两类泄漏：微观的（气体泄漏）与宏观的（液体泄漏）。气体泄漏涉及燃油蒸汽渗漏，即气体分子通过固体材料扩散。由于燃油的液体形式以及其高浓度，宏观意义上的泄漏会给乘员带来直接的伤害。对于燃油管路特别是某些特殊的接头，针对碰撞安全性能，老化，耐温性能，管路构造以及材料的应用将不断需要进行发展与优化，可拆卸接头燃油管路的零件装配与更换需要我们在设计中用到可拆卸式接头。塑料管与胶管的连接处总是有塑料管发生脱开的也许，一般来说，如果没有其她技术因素限制的话，我们可以用一种弹簧

43、卡箍解决此类问题（见图43），与其她刚性管夹相比，弹簧卡箍对管子的力要小得多，它可以有效避免橡胶从塑料接头上滑脱，同步也可以补偿材料的蠕变从而减少泄漏的也许性。但是另一方面，卡箍却也许减少接头之间的最大拉脱力。图43目前，如何使装配快捷安全已成为一种趋势，因此迅速接头便应运而生（图44）。其原理是采用一组O型圈在直管上进行密封而此外用一种自锁的接头保证装配的牢固。在美国原则SAE2044中对常常用到的迅速接头基本特性涉及密封尺寸与拉拔力有着具体的描述。与胶管及塑料管连接的迅速接头的材料有钢制的和塑料的两种（图45，46），而对于塑料管的连接方式又分为如下两种：运用倒扣使管子自锁，或是运用螺扣将

44、管子固定在接头上。而近来，得益于直喷系统应用趋势以及柴油系统较高的油路温度需求，以焊接作为连接的方式正悄然兴起。综合来说，目前管路的迅速接头有如下几类区别：尺寸的不同，几何角度的差别，材料的区别，应用场合。虽然胶管的连接方式最为简朴，但是将来我们有也许会将其与迅速接头组合在一起形成一种组件进行应用。这重要得益于制造过程可靠性的提高。此外，我们可以将其制造过程集成化从而达到简化妆配的目的。这将会大大地提高主机厂的工作效率。 图44图45，46不可拆卸的接头不可拆卸的接头一般是由上游供应商在其制造车间内进行装配，而非在车厂内进行。在这其中最为人所熟悉的就是将管套与胶管在押管机上压合在一起，这种工艺

45、就是先将胶管与接头套在一起，然后在压管机上采用特制的夹具将她们径向变形使之结合在一起的方式。对于此类技术，管套的设计也许会对接头的寿命带来很大的影响。同步压缩量也要控制得恰到好处，以免蠕变带来泄漏的风险（图47）。因此一般上我们会采用带有双条凸筋的接头同步对管套进行两次压合以保证其可靠地密封。这样做我们就将液压管路所产生的冲击及其振动对管路密封处的影响降到最低。 图47此外一类不可拆卸的接头就是塑料管与其压入式接头（倒齿形状）的连接（图48），胀大后的塑料管壁对接头产生径向的包紧力保证了此类接头的密封。 图48而对于塑料油管与橡胶软管的不可拆卸的接头，在设计中很难做到首尾兼顾。由于塑料油管的强

46、度因素使得压入式接头的应用受到很大限制，在这里，我们越来越多地采用上述两种设计的综合方式，即在金属管的一端以倒齿的方式与塑料管连接，而在此外一端以压紧的方式与胶管连接（图49）。 图49为了有效地减少成本，减少排放，减少泄漏的风险，在油箱通风系统中我们越来越多地采用新型双组分注塑成型的不可拆卸接头，图50表达了一种可以直接接入塑料油管的双组分注塑接头，以往，为了保证油管接头与油箱可靠地焊接在一起，接头材料一般采用的是不含任何织物增强的高密度聚乙烯，但是，此类材料在高温下的蠕变倾向非常明显，这就有也许产生泄漏或是增长有机物排放。在采用双组分注塑成型时，外壳我们可以采用玻纤增强的尼龙材料，而对于与

47、油箱焊接的管路部分，我们仍然可以采用容易焊接的HDPE，这样一来，我们在保持接头焊接性能的同步，又可以满足较长的耐候规定。其他连接技术与上述所讲的接头形式有所区别的是某些其他的接头技术，例如，我们在将金属管连接起来的时候，我们也许会用到带螺纹球形接头，或是空心螺栓，也也许是锥形的螺纹接头（图51，52），或是如图53的那种直接锥形接头连接两根铝制油管的形式。此类接头的抗蠕变的性能十分优秀，密封性能也特别突出。尽管在安装时需要对扭矩进行精确控制，但是由于它具有以上这些特点，对于某些高压场合如共轨系统的管路，喷油泵，燃料电池中应用还是较多。6 性能测试燃油系统中的每一种零件根据它们所在位置与功能差

48、别，其需求也千差万别，这一点无论从设计方面或是制造过程我们都可以明显地将她们辨别出来。这些需求也许涉及如下方面：负载状态（寿命范畴内）：温度，压力，振动状况中档载荷耐蚀性能密封性能耐渗入性能装配的便捷性耐碰撞性能流阻及声学特性负载状态这个实验重要用来模拟车辆的加速老化过程，这些实验都是从法律法规或是客户规定中汇总而来的。从成本上来考虑，研发工程师需要制定最大或至少规定以拟定产品的屈服点以避免过度开支。典型的实验项目涉及温度交变，内部的脉冲实验，受激振荡，为此，我们需要将燃油管路的整个系统放入温度交变的实验箱以模拟外界温度的变化（例如发动机舱中的温度状况），有异于外界温度的燃油介质不断地充入系统

49、的管路中，实验中所达到的内部或外部的最高温度被拟定为实验的极限温度。一方面这是为了安全，此外一种方面也是为了节省实验时间，同样，我们会在低温时测试零件的低温性能，这时我们也可以同步进行冷启动实验以及检查零件的低温密封性能。输油管路一般在启动时达到管路的最高压力，在耐久性实验中，我们一般会以1Hz的频率对压力以梯形波的形式进行升降（图54），这种实验的脉冲次数至少要达到25万到100万次，这就是说这种实验会持续一到两个星期。燃油管路振动实验的频率与振幅取决于管路的安装位置，最大振动发生在那些安装在发动机上的部件。有时我们会对这些状况作进一步的研究，例如发动机的缸数，主轴的平衡状况。原则的振动涉及

50、正弦振动，随机振动与冲击振动（图55）。这些实验还明确规定了实验用油，由于易燃易爆的关系，汽油发动机的管路只能在防爆实验台上进行各类实验（图56，57）。 图57耐蚀性能实验管路对输送燃油的耐蚀性能在耐久性实验中有明确规定，在不同的温度条件下，原则试样不仅浸泡在燃油中并且还不断地通以实验介质（在前一章节我们已经简介了温度交变的状况），管路中的金属件还需要按照Din 50021的规定承受耐蚀实验，车辆底部没有防护的零件还需要根据Din55996的规定进行石击实验，除此以外，这些零件还需要进行外界物质的耐蚀实验例如机油，臭氧，水，清洗剂等。气密性与渗入性能由于立法的规定，近几年来，渗入性能的原则不

51、断地提高。这些规定迫使汽车制造商采用明确的环节来减少燃油系统中烃类物质的渗入。渗入涉及两类：接头与密封处的微泄漏，以及烃类物质从系统零件壁的逃逸。这些具体的规定已经使得燃油管路的密封状况大为改观，绝对的零泄漏无法达到，而根据Din1779，零泄漏的含义是不能被观测到。简朴起见，我们以一定压力一定温度下的特定的气体泄漏来规定泄漏率。其原则单位是Pa M3/s，或是mBar L/s，表3表达实际中所使用的某些泄漏率。而影响渗入性能的重要因素是：管路的材料，管路的构造，燃油的成分，温度，压力。图58表达的是气体作为媒介进行测量系统渗入性的示意图。燃油箱与测量模块被放入一种温度恒定的实验箱中，然后我们

52、将某一给定长度表面积的测试对象密封好后放入实验箱中，紧接着我们对测试对象不断地通油，借助于火焰离子探测仪（FID）我们可以对媒介气体进行分析（一般是氮气），从而得出管路渗入性的有关信息，在这里我们也可以用气相色谱仪来进行分析（CG）。此类实验需要在恒定的燃油压力下进行测试，或是在恒定的燃油蒸汽压力下进行，燃油蒸汽压力是与温度紧密有关的。由于测试时间较长，我们也建议在较高的温度条件下进行测试，这样就可以缩短实验时间。在图59中，8个单独的测试零件被放入同一种实验箱中，除了测试管路的渗入性能之外，这个系统同步也可以对管路接头进行微泄漏分析。 图58图60表达的是一种小型的屏蔽系统，它有2.8立方米

53、的容积，可以对整个管路系统进行渗入性能的测试，通过一定期间间隔对腔内气体的取样可以发现系统渗入的时间曲线。安装对于最后的装配人员来说，管路装配的力越小越好，为此我们须在产品的初始阶段进行此类插入力的实验。为了保证系统在其寿命期限内的正常工作状态，螺栓的锁紧力矩也必须明确规定，这些都需要通过压力实验，密封性实验与温度交变实验来验证。碰撞性能在发生交通事故时，燃油系统的零件有也许发生变形或是移位，燃油管路必须可以抵御预先设计所规定的拉伸或是压缩力，以及冲击时的冲量。这些冲击力被明确地定义为管路接头的扯断力，管路方向上所能承受的最大冲击力与振动。流阻与噪声基于如下的因素我们需要管路具有最小的流阻：减少输油泵的功率，采用最小直径的管路，减少液体噪音，测量流阻的原理图如图61。同步为了改善乘员的舒服性，我们需要切实地减少管路的流体噪音。