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轿车车载加油蒸汽回收装置设计 Design of ORVR System for Gasoline Vehicles 学院名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆 0805 学生 姓名 ：倪明明 指导 教师姓名 ：何仁 指导 教师 职称 ： 教授、博士生导师 研究背景 • 公安交通局数据显示：截至2011年 8月底，我国机动车保有量达到了 2.19亿量，其中轿车首次突破 1亿量，占机动车总量的 45.88% • 图 1.2 我国机动车保有量 • Fig 1.2 China's vehicle fleet 研究背景 • 图 1.3 我国原油进口量走势 图 Fig 1.3 Chart of China's crude oil imports • 2011年，我国的原油产量2.04亿 吨，进口原油 2.51亿 吨 • 在 石油炼制中，汽油的收益率在 30%左右，则汽油产量为 1.365亿吨 • 按 汽油 加工 过程 中，油气 总损失率为 0.72%计算，那么油气总损失量已达 98.26万吨。

经济损失 表 4.1 93#汽油 价格 • Table 4.1 93 # gasoline prices • 93#汽油的密度是 725Kg/m3， 按油价按目前的 7.9元 /L计算 ，上述 所挥发的 汽油总损失 为 ： 北京 上海 江苏 吉林 内蒙古 山东 山西 浙江 深圳 8.33 8.21 7.89 7.88 7.84 7.88 7.92 7.88 8.05 天津 重庆 福建 甘肃 广东 广西 贵州 海南 河南 7.91 8.03 7.81 7.75 8.17 7.75 7.90 8.95 7.89 433339 8 . 2 6 1 0 1 0 1 0 / 7 . 9 / 1 0 7 .17 2 5 /Kg L m LK g m   元 亿 元研究意义 • 能源浪费 • 火灾爆炸隐患 • 光化学烟雾的前体物或刺激气体 • 降低油品质 量影响油 品正常 使用 研究内容 • 图 1.1 加油排放过程 • Fig 1.1 Refueling emission process • 渗透及迁移 损失 • 加油蒸发排放 损失 • 运转 损失 • 昼间换气损失 研究内容 • 加油排放过程 • 车载加油蒸汽回收装置 • On board refueling vapor recovery • ORVR装置 小巧 • 回收 效率很 高 • 成本 却非常低 • Michael Tschantz博士 • 图 1.4 车载油气回收系统的效率 • Fig 1.4 ORVR Efficiency 国内外研究现状 对比 • 70年代中国石化建立吸收法装置 • 80年代长岭 炼油厂建成吸收法的油气回收 装置 ，并使用 至今 • 80年代中国石化从国外引入冷凝法、吸收法、吸附法装置 • 1999年镇海炼油厂建立冷凝法，使用情况良好 • 1998年美国 40%轿车要求 安装 ORVR • 1999年美国 80％轿车要求安装 ORVR • 2000年 以后美国所有轿车强制 要求安装 ORVR • 90年代早期德国要求安装油气回收装置，并于1997年底强制所有企业完成这项指标 ORVR的功用 • 将 来自油箱的蒸汽排出并送到活性炭 罐 • 设置 油箱液面高度的 极限值 • 除 加油停止的瞬间外，不 允许油箱排出蒸汽 • 行驶 时，保持坡度阀没入燃油内，并可 翻转 我国目前的加油系统 • 图 2.1 我国当前的加油系统组成 • Fig 2.1 Current fuel system components in China 图 2.2 加油 过程 • Fig 2.2 refueling process 安装 ORVR后的加油系统 • 图 2.3 改装后的车载加油蒸汽回收系统 • Fig 2.3 Onboard refueling vapor recovery (ORVR) after modification • 图 2.4 改装后的车载加油蒸汽回收系统 加油过程 • Fig 2.4 refueling process of ORVR after modification 车载加油回收装置的关键技术部件 • 单向阀 8 • 油 量控制阀 9 • 坡度 阀 11 1活性炭罐 2电磁阀 3油气分离器 4燃油控制阀 5泄压阀 6加油枪 7加油管 8单向阀 9油量控制阀 10油箱 11坡度阀 图 2.7 车载加油蒸汽回收装置的组成 Fig 2.7 Components of ORVR 单向阀 设计 单向阀装配图爆炸视图 • 阀座、阀门密封圈、单向阀阀门 • 圆柱螺旋弹簧、单向阀阀体 单向阀设计 • 1圆柱螺旋弹簧 2单向阀阀门 • 3阀门密封圈 4阀座 • 5单向阀 阀体 • 图 3.2单向阀 结构 • Fig 3.2 One-way valve structure • 单向阀固定在加油管的下方 • 燃油 向下沿油管流动时单向阀 打开 • 燃油 向上 流动时单向阀关闭，阻止 回流 • 单向阀常闭 • 耐寒、耐热、耐蠕变、耐应力开裂、耐大气老化、耐溶剂及化学药品等 性能（共聚甲醛） 单向阀阀门设计 • 图 3.3 阀门的外形 • Fig 3.3 The shape of the valve • 加 油管总成直径大约 36mm左右 • 初选单向阀阀门外径 28mm • 通过 CATIA建模求阀门体积为 • 共聚甲醛 密度为 • 单向阀阀门重量 633 .7 6 3 1 0 m31.4 /g cm1G 0 .0 5 1 6F N单向阀阀门密封圈设计 • 图 3.4 阀门密封圈 • Fig 3.4 Valve seals • 通过 CATIA建模得出体积 • 材料：丁腈橡胶 • 密度： 1.0g/cm3 • 密封圈重量 • 为 加油管轴向与水平面的夹角，这里选取为 。

• 弹簧预紧力（最小工作载荷） 631 .0 6 2 1 0 m1 0 .0 1 0 4DGN040 1 1 1 1s i n s i n 0 . 0 4 2 6FDF G G G N   单向阀设计 • 单向阀正向开启所需燃油重力 G2 • 燃油冲击力 G3 • 单向阀最大 工作载荷 F2 2 1 2 3( ) s i n 0 . 5 3 8F G G G N    22 c o t 0 . 1 3 9G A h R g N  3 2 1 = 0 . 4 2 1 NG q V q V单向阀弹簧设计 • 由于油气具有腐蚀性，且此处涉及的弹簧都不需要承受很大的 力 • 根据 表 3.2，此处弹簧材料选为硅 青铜 丝 • 表 3.2 常见弹簧材料的 性能 • Tab 3.2 The performance of the common spring materials 材料 碳素弹簧钢丝 琴钢丝 硅锰弹簧钢丝 油淬火回火硅锰弹簧钢丝 弹簧用不锈钢丝 硅青铜丝 性能 强度高，性能好 强度高，韧性好 强度高，有较好的强度，易脱碳。

用与普通机械的较大弹簧 强度搞，弹性好，用于较高载荷的弹簧 耐腐蚀，耐高、低温，用于腐蚀或高低温下的小弹簧 有较高的耐腐蚀性，用于机械或仪表中的弹性元件 单向阀弹簧设计 3.5圆柱螺旋弹簧 • Fig 3.5 Cylindrical coil spring • 主要标准参数有：簧丝直径 d， 弹簧中径 D • 有效圈数 n ，自由高度 H0 单向阀弹簧设计 • 1受力按照 Ⅲ 类载荷 （受静载荷或者动载荷次数在 1000次以下） 计算： • 2选择旋绕比 C（此处涉及弹簧承受载荷较小， C取大些，初取 C=12） • 3弹簧钢丝直径 d • 4估算弹簧中径 D • 考虑到单向阀阀体下端为 6mm，取弹簧中径 7mm 0 . 4 0 . 4 4 5 0 = 1 8 0pb M P a  4 1 0 . 6 1 5 1 . 1 244CK CC  曲 度 系 数21 . 6 0 . 3 2 1pF K Cd m m328 = 3 .8 4pFD K C m m单向阀弹簧设计 • 表 3.4 经过计算后的弹簧特性 • Tab 3.4 Spring characteristic after figuration • 5弹簧工作行程取 8mm • 6取弹簧有效圈数 n=14 • 7根据标准，节距 t=4.13mm • 8自由高度 • 9试验下的载荷变形量 • 10弹簧刚度 簧丝直径 /d m m 弹簧中径 /D m m 节距 /t m m 试验载荷/sFN 有效圈数 n 0. 5 7.0 4.13 6.53 2.5~14.5 试验载荷下的形变量 /sf m m弹簧刚度'/ ( / )K N m m 最大心轴直径 /XD m m最小套筒直径 /TD m m3 . 6 3 n 1 . 8 0 / n 5.5 8.5 0 1 . 8 = 5 8 . 7 4 6 0H n t d m m m m 取 标 准 的3 . 6 3 5 0 . 8 2sf n m m' 1 . 8 0 / 0 . 1 2 8 6 /K n N m m单向阀弹簧校核 • 由公式 计算 • 许用应力 • 满足要求 ' 2038 FDKd m a x 38 0 . 5 3 8 71 . 1 2 8 5 . 9 30 . 5 M P a   [ ] 1 8 0 M P a 油量控制阀的设计 • 1定位钉 2阀盖 3阀门 4圆柱螺旋弹簧 5浮子 6阀体 7 弹簧座 8螺母 • 图 3.6 油量控制阀结构 • Fig 3.6 Fuel control valve structure • 常开阀，加油满时关闭 • 加油 前，弹簧承受来自阀门和浮子的最大载荷 • 抗冲击力、抗渗漏、阻燃、防爆 • 聚乙烯 +氟化、硫化处理 油量控制阀的两种工作状态 • 图 3.9.1 加油前浮子和阀门的位置 • Fig 3.9.1 The position of float and valve before refueling 图 2.5加油过程（储油量小于 95%） • Fig 2.5 Refueling process (oil less than 95%) ORVR加油过程 图 2.6加油过程（储油量大于 95%） Fig 2.6 Refueling process (oil above 95%) 图 3.9.2 加油后浮子和阀门的位置 Fig 3.9.2 The position of float and valve after refueling 油量控制阀设计 • 图 3.7 浮子（尼龙） • Fig 3.7 float • 图 3.8 阀门（共聚甲醛） • Fi。