1.法规
环保意识的不断增强和伴随而来的严格的排放立法以及对交通参与者的安全性的不断高要求,是对燃料供给系统开发者提出的新的挑战,而且还要保持在不断提高的整车寿命内的排放限值。
法规主要有国家或多个相比毗邻的国家(地区)适用的范围。当然也有在其他一些国家认证的基础上而引用法规中相同或相似要求的法规。协调法规要求的目的是统一目前世界上最重要的美国、欧洲共同体和日本的法规。大多数其他国家的法规要求目前确定在下面3个法规范围。
1)StVZO§45和§46(德国)。这个国家法规不只在德国使用,对在欧盟范围的车型批准法规被相应的欧盟指令(EU-Richtlinie)替代。
2)70/156EWG。按这个框架指令(Rahmenrichtlinie),允许汽车在欧盟内行驶。其中有在欧洲共同体指令(EG-Richtlinie)下对汽车各个系统的要求(如燃料供给系统、排放、制动、噪声辐射)或相当的欧洲经济委员会规定(ECE-Regelungen)的说明。在这些规定中重申保持的限值和检测要求。
3)70/221/EWG。该指令规定对燃料箱的要求和一些设计原则。燃料箱必须防腐、耐0.3bar表压和压力补偿系统。燃料箱不应放入乘员室。另外,加燃料口不应在行李舱或发动机室。从燃料箱或加燃料的管接头排出的燃料不应进入车内,排出泄漏的燃料不应被热的部件点燃,在汽车正常行驶时不应从燃料箱盖或通气系统流出燃料。在汽车倾翻时允许流出少量液滴。燃料箱应这样安装在汽车上:使在汽车前、后碰撞时不受损伤。在燃料箱和加燃料的管接头上没有静电荷。
塑料燃料箱需进行一系列试验,试验结束后还要检验它的密封性。
①用金字塔状的钢摆在-40℃、30N·m下进行冲击试验。
②力学强度试验:在53℃、0.3bar表压下保持5h。
③在40℃、储存燃料8个星期处于渗透平衡的燃料箱燃料渗透性试验(限值:损失质量为20g/24h)。
④燃料稳定性试验:在试验3后必须再进行试验1和试验2。
⑤燃料试验:充有50%燃料的燃料箱用定义的火焰燃烧2min熄灭。
⑥充有50%水的燃料箱在95℃保持1h的形状稳定性。
4)TRIAS 42。日本法规。内容符合欧洲指令70/221/EWG。
5)GB 18296。中国法规。它是在70/221/EWG指令基础上附加定义的振动幅值和加速度的振动试验。
6)49 CFR 571.301(FMVSS 301)。美国规范。按定义的碰撞试验检验燃料系统密封性。要求的内容包括:在-30℃~+30℃、48km/h车速对准刚性障碍物的前碰撞(燃料箱前配置);以80km/h速度运动的、可变形的障碍物后碰撞;与以53km/h速度运动的可变形的障碍物侧向碰撞(燃料箱配置在被碰撞侧的另一侧)。在每次碰撞试验后接着进行静态翻滚试验(汽车绕纵轴转动)。燃料箱在进行各项试验时使用代用液体充灌燃料箱,容积达90%~95%的燃料箱容积。在每次试验结束只允许损失规定的液体量。
7)TRIAS 33。在日本的法规中同样规定碰撞试验,以检验燃料箱的密封性。当然,FMVSS 301规范也是刚性地要求做碰撞试验。(www.xing528.com)
8)ECE R34。该规定(在前碰撞时的乘员保护)同样包括对燃料系统的密封性要求,即在以56km/h车速对可变形的障碍物、只有40%接触面的前碰撞。碰撞后燃料泄漏量不允许超过30g/min。
9)蒸发排放。在这期间,限制乘用车中的碳氢化合物蒸发排放几乎是世界性的规范。整车的蒸发排放是在气密的密闭室测量燃料蒸发量(SHED)。各个国家的SHED试验过程不尽相同,但它们总是由使汽车处于可再现状态的预调整和原有的碳氢化合物蒸气排放试验组成的。在试验中,碳氢化合物蒸气排放量是在1h热停车和1个或多个24h停车循环试验测定的(图7.6-2)。当前,美国的碳氢化合物蒸发排放试验内容最广,限值特别是加利福尼亚的LEVⅡ(0.5g/每一试验)和PZEV是最严格的。在这期间,美国的其他州(如纽约、马萨诸塞、缅因、福蒙特等州)也采用加利福尼亚州的碳氢化合物蒸气排放规范。美国立法的其他特点是车上添加燃料蒸汽回收(ORVR—On Board Refueling Vapour Recovery)。与欧洲的要求不同,汽车必须收集在加燃料时产生的燃料蒸气。
整车的碳氢化合物蒸气排放要满足所有这些规范。为开发汽车或部件,将碳氢化合物蒸气排放源分为两类。
首先是“燃料排放”,也就是蒸发的燃料排放。在汽车上燃料蒸气来自燃料本身和引导燃料蒸气排出的部件,这里还可分为3种来源:
①宏观泄漏(来自零件连接处)。
②渗透(如通过活性炭罐中的活性炭)。
③移动(通过部件壁面)。
另一类是“非燃料排放”,即它不是来自燃料的排放,而是来自工作介质中的碳氢化合物排放,如冷却液、空调设备中的制冷液、加油、润滑油等。其他的还有油漆、粘接材料、粘结剂、防腐剂、塑料(如轮胎)、车内装饰件、隔声材料、面板、碳氢化合物等的非燃料排放(图7.6-1)。
图7.6-1 乘用车上碳氢化合物排放源(资料来源:宝马)
在开发汽车部件系统时要在微型密封室按法规规定的汽车碳氢化合物蒸气排放试验分解(分担)的限值进行部件试验。这些试验的限值可分为生产厂家专门的部件目标值和部件系统的目标值。可调温度的碳氢化合物检测装置如图7.6-2所示。
10)车载诊断系统第二阶段(OBDⅡ)。这个作为“加利福尼亚法规(CCR)标题13的1968.1部分”的正式规定从1994年生产的车型起在加利福尼亚生效。其目的是降低有害气体排放。当催化转化器或发动机控制排放以及燃料蒸气排放功能失效就要不断监控由于部件故障引起的有害气体排放,并在失效情况下通过仪表板上的报警灯很快显示。它不仅可以识别部件的故障,而且可以检测排放超过的限值。OBDⅡ是OBDⅠ的发展与进步。按这种方式,系统的物理功能(如燃料系统的密封性)可以在线控制。燃料系统可以通过低压系统、高压系统的转换实现汽车静止或行驶。
图7.6-2 可调温度的碳氢化合物检测装置(资料来源:宝马)
2.用户特有的要求
除了法规要求外,用户特有的要求当然也会显著影响产品设计。这些要求一般都在设计任务书(LH)、借贷技术条件(TL)、质量规范(QV)、试验规范(PV)和试验指令(VR)、生产厂家内部标准和技术条件中列出。粗略地还可分为功能要求和材料要求。
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