汽车燃油系统碳罐外壳结构设计

　　做汽车燃油系统周边结构设计快十年，碳罐壳体这个零件看着不起眼，实际要兼顾的边界条件比很多外露件还多。先从实际装车场景说，这个碳罐一般布置在发动机舱靠近翼子板的空位，或者底盘油箱附近的车架安装点，周边要么是高温的排气侧构件，要么是容易溅到泥水、路面抛射物的区域，所以外壳首先要扛得住-40℃到120℃的交变温度，还要耐燃油蒸汽腐蚀、耐常见的车用油品与路面融雪剂侵蚀，普通ABS材料根本扛不住，一般都用改性加纤的PP或者PA材质，壁厚设计的时候要兼顾成型收缩率和结构强度，主体壁厚控制在2.5mm左右，加强筋的厚度不超过主体壁厚的60%，避免注塑的时候出现缩痕、翘曲，毕竟这个壳体是要做密封焊接的，安装面的平面度要求控制在0.2mm以内，不然焊接之后容易出现蒸汽泄漏，过不了国六的蒸发排放测试。

　　再看结构功能，这个壳体是碳罐的承载主体，内部要装填活性炭颗粒，还要预留蒸汽管路的接口、脱附管路的接口，还有大气通气口的接口，你看模型上的三个接口，两个快插接口是接燃油箱和发动机进气歧管的，那个带格栅的接口是大气通口，要做防尘结构但不能堵死通气路径，不然碳罐脱附的时候会形成负压，把壳体吸瘪。接口的尺寸都是按行业快插标准做的，常用的Φ8、Φ10快插接头的安装卡紧位，要预留足够的操作空间，工人在总装线上插接头的时候，手和工具要有至少30mm的操作间隙，不然装配效率上不去，还容易插不到位导致泄漏。

　　安装结构的设计也有讲究，模型底部带的一体成型安装支架，不是随便加个支脚就行，要考虑整车的振动工况，发动机怠速、不同路况下的振动频率要避开碳罐本身的固有频率，不然长期振动会导致支架断裂、壳体开裂。安装孔的位置要和车架上的安装点精准匹配，孔位公差控制在±0.3mm，安装孔里要嵌装金属衬套，避免打螺栓的时候把塑料支架压裂，衬套的压装力要控制在800-1200N，防止车辆运行过程中衬套松脱。壳体的边角都做了R3以上的圆角，一方面是注塑的时候料流顺畅，减少应力集中，另一方面也避免装车的时候划伤周边的线束、胶管，毕竟发动机舱里的线束布置很密，尖锐的边角很容易磨破线皮导致短路。

　　外形尺寸这块，这个壳体的主体是近似长方体的结构，长度大概160mm，宽度65mm，高度70mm，这个尺寸是根据内部需要装填的活性炭量算出来的，国六车型的碳罐活性炭装填量一般在300-500g，根据油箱容积调整，壳体的内部容积要留够15%左右的冗余，避免活性炭颗粒因为温度变化膨胀之后堵死气路。壳体的外表面做了细微的网格纹理，不是为了好看，一是减少注塑件的表面缩痕视觉影响，二是增加壳体的表面散热面积，毕竟靠近排气侧的时候，表面温度会高一些，纹理能稍微提升一点散热效率，还有就是搬运、装配的时候增加摩擦力，不容易打滑。

　　设计的时候还要考虑维修便利性，碳罐是有使用寿命的，一般整车寿命周期内可能需要更换1-2次，所以安装位置要保证维修人员不用拆太多周边零件就能摸到安装螺栓和管路接头，壳体的外形不能和周边的车架梁、线束支架有干涉，最小间隙要留够10mm以上，考虑到车辆运行过程中的零部件位移、胶管老化膨胀的量，间隙太小容易磨穿壳体。还有密封结构，壳体是上下两半振动摩擦焊接在一起的，焊接筋的高度设计在1.8mm，焊接余量0.8mm，焊接之后的焊缝强度要能承受30kPa的气压不泄漏，这个是蒸发排放系统的硬性要求，一旦泄漏就会导致故障灯亮，年检过不了。

　　很多刚入行的工程师做这个零件的时候，容易忽略通气阻力的问题，壳体内部的气路设计要让燃油蒸汽均匀流过活性炭层，不能出现短路，不然碳罐的吸附脱附效率不够，会导致燃油蒸汽排到大气里，排放不达标。外壳上的接口位置要和内部的气路挡板对应，不能让蒸汽刚进碳罐就直接从脱附口出去，要让气流在活性炭层里走完整的路径，充分吸附燃油分子。还有大气通口的位置，不能朝向车辆行驶的正前方，不然雨天行车的时候雨水会顺着通口进到碳罐里，打湿活性炭导致失效，一般通口要朝下或者朝侧面，还要加防尘防水的透气膜，透气膜的透气量要满足大负荷脱附的时候的空气流量要求，不能因为透气膜阻力太大导致脱附不畅。

　　另外，材料的选择还要考虑回收性，现在整车的可回收利用率要求越来越高，壳体尽量用单一材质，不要复合不同类型的塑料，方便后期报废拆解的时候回收。还有阻燃性，虽然碳罐里是燃油蒸汽，但壳体要达到UL94-V0的阻燃等级，万一周边出现明火，不会快速燃烧导致火势蔓延。安装支架的强度要做CAE仿真分析，在20g的冲击载荷下不能出现断裂，毕竟车辆发生碰撞的时候，碳罐不能脱落破裂，不然燃油蒸汽漏出来很容易引发火灾。

　　实际建模的时候，这些接口的位置、安装孔的坐标都要和整车总布置的硬点对齐，不能随便摆位置，不然到了装车的时候就会出现干涉，改模的成本很高。壁厚过渡要平缓，不能出现突然的壁厚变化，不然注塑的时候会有气泡、熔接痕，影响壳体的强度。所有的拔模角度要按材料的特性设置，PP材料的拔模角度一般做1度以上，筋位的拔模角度可以适当大一点，方便脱模，减少顶白的问题。顶针的位置要布置在安装支架、接口这些强度比较高的位置，不要顶在外观面上，不然会留下顶针印，影响外观。其实这类汽车功能件的设计，从来不是看着好看就行，每一个结构、每一个尺寸、每一处圆角，背后都是实际装车的工况要求、装配要求、法规要求，差一点都过不了整车的验证环节。