淺析汽車(chē)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

何彥彬，杜曉琳，劉維峰

（1.長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000；2.河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，保定 071000）

淺析汽車(chē)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

何彥彬，杜曉琳，劉維峰

（1.長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000；2.河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，保定 071000）

本文對(duì)汽油機(jī)汽車(chē)燃油系統(tǒng)在不同時(shí)期燃油蒸發(fā)排放產(chǎn)生的原因及排放量進(jìn)行了分析，闡述了汽油機(jī)汽車(chē)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)各功能零部件的主要功能及設(shè)計(jì)要點(diǎn)本文對(duì)汽油機(jī)汽車(chē)燃油系統(tǒng)在不同時(shí)期燃油蒸發(fā)排放產(chǎn)生的原因及排放量進(jìn)行了分析，闡述了汽油機(jī)汽車(chē)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)各功能零部件的主要功能及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

HC 蒸發(fā)排放；燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

CLC NO.: U464.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

根據(jù)公安部交通管理局?jǐn)?shù)據(jù)顯示截至今年11月，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)2.23億輛，汽車(chē)保有量達(dá)1.37億輛，大中城市中汽車(chē)保有量達(dá)到100萬(wàn)輛以上的城市數(shù)量達(dá)14個(gè)。可以說(shuō)中國(guó)正在逐步步入汽車(chē)時(shí)代，但隨之而來(lái)的就是環(huán)境問(wèn)題

。國(guó)家對(duì)汽車(chē)的污染物的控制也越來(lái)越嚴(yán)格。其中污染物來(lái)源基本上包括：汽車(chē)尾氣，曲軸箱泄漏和燃料供給系統(tǒng)中燃油的蒸發(fā)。燃油蒸發(fā)排放的主要成分是HC，它占汽車(chē)總HC排放量的20%左右。各6591.74大汽車(chē)公司為了控制HC的揮出均設(shè)置了汽車(chē)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)。

1、整車(chē)HC的主要來(lái)源

整車(chē)HC的主要是由整車(chē)塑料件析出物、橡膠件析出物、曲軸箱析出物，燃油系統(tǒng)析出物構(gòu)成，本文以介紹燃油系統(tǒng)析出物為主。

1.1 汽車(chē)行駛過(guò)程中的蒸發(fā)排放

汽車(chē)行駛過(guò)程中燃油蒸氣是指從發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)析出的燃油蒸汽。

車(chē)型行駛過(guò)程中空氣流經(jīng)燃油箱總成，從而帶走燃油箱溫度，使溫度不會(huì)積聚。當(dāng)燃油箱內(nèi)燃油溫度低時(shí)，蒸發(fā)緩慢，油氣產(chǎn)生較少。

當(dāng)溫度越高時(shí)，壓力越低，燃油的蒸發(fā)性會(huì)越強(qiáng)。如果整車(chē)采用全回油系統(tǒng)，這時(shí)回油管路壓力相對(duì)供油管路壓力低，并且存在壓力變化，產(chǎn)生燃油蒸汽的機(jī)率高，所以相比較而言無(wú)回油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以有效的減少燃油蒸氣量。

1.2 晝間蒸發(fā)排放

晝間蒸發(fā)排放是指由于大氣溫度對(duì)停放汽車(chē)的加熱所引發(fā)的燃油蒸發(fā)，蒸氣膨脹并從油箱中溢出。

車(chē)輛行駛及停放過(guò)程中，由于整車(chē)燃油系統(tǒng)基本均處于車(chē)輛底部，這時(shí)路面及環(huán)境溫度對(duì)燃油供給系統(tǒng)就會(huì)有較大的影響。

如圖1所示，在中午10：00～14∶00點(diǎn)時(shí)路面溫度升高到最高點(diǎn)，這時(shí)由于環(huán)境溫度使油箱溫度逐漸升高，油箱內(nèi)的蒸氣量逐漸增多；當(dāng)壓力值高于設(shè)定的系統(tǒng)壓力值時(shí)，蒸氣流經(jīng)管路被碳罐吸附暫存；但由于碳罐容積限制，當(dāng)大量蒸汽不斷涌出，碳罐將吸附飽和，少量蒸氣會(huì)克服碳罐的阻擋而溢出，造成晝間蒸發(fā)排放。在16∶00～8∶00點(diǎn)時(shí)間段中，環(huán)境溫度降低油箱內(nèi)的溫度逐步隨之降低，燃油蒸氣的壓力逐漸降低，當(dāng)壓力低于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)蒸氣停止外溢；油箱的壓力繼續(xù)降低，當(dāng)壓力低于大氣壓力時(shí)，真空度作用下逆向打開(kāi)，外界空氣就會(huì)被吸進(jìn)燃油箱?？諝庠谶M(jìn)入油箱的過(guò)程中會(huì)對(duì)碳罐產(chǎn)生逆向吹洗，將碳罐內(nèi)吸附的部分蒸氣吹回油箱，這一過(guò)程稱(chēng)為反向脫附過(guò)程。脫附效應(yīng)可使碳罐的吸附能力得到一定程度的恢復(fù)。

1.3 熱浸蒸發(fā)排放

熱浸蒸發(fā)排放是指汽車(chē)行駛停止后，風(fēng)扇和迎風(fēng)面的冷卻也停止，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的殘余熱量使燃油溫度升高而引起的蒸發(fā)排放。

它主要發(fā)生在車(chē)輛停止后1 h或更短的時(shí)間內(nèi)。由于汽車(chē)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后燃油箱風(fēng)冷效能消失，這時(shí)燃油溫度受環(huán)境溫度、電子燃油泵溫度釋放、燃油管路溫度積聚等導(dǎo)致汽車(chē)燃油箱的溫度顯著高于車(chē)輛全天正常溫度。由于燃油蒸發(fā)排放量與油箱溫度密切相關(guān)，所以這段時(shí)間雖然很短，但燃油蒸發(fā)量卻非常突出。

1.4 燃油加注蒸發(fā)排放

燃油加注蒸發(fā)排放是指汽車(chē)加油過(guò)程所造成的汽油蒸發(fā)排放。在加油的開(kāi)始時(shí)，有時(shí)燃油箱內(nèi)的正壓力較高，打開(kāi)油箱蓋時(shí)燃油蒸氣會(huì)在壓力作用下溢出油箱；在加油過(guò)程中，油箱的蒸氣容積不斷減小，油箱內(nèi)的氣體向外排出，這時(shí)燃油蒸氣及加油時(shí)的汽油沖擊作用所形成的小液滴就隨之流入大氣。另外，加油管在插入及撥出加油口時(shí)還會(huì)有燃油的滴漏現(xiàn)象。

2、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

汽車(chē)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)主要由活性碳罐，安全閥，碳罐電磁閥，空氣濾清器，管路及支架等組成（見(jiàn)圖2）。其系統(tǒng)的性能，一方面與其部件性能有關(guān)，同時(shí)也受整車(chē)匹配效果及環(huán)境情況所影響。

整個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)整個(gè)排放貢獻(xiàn)最大的就是碳罐。碳罐的性能衡量參數(shù)主要是有效吸附率及脫附能力。而碳罐的吸附及脫附能力主要依靠活性碳粉的工作能力。其中影響活性炭性能的主要指標(biāo)分別為：（1）比表面積，即活性炭所有孔隙的表面積與其外形表面積之比，該比值越大，活性炭孔隙越多，有效吸附能力越高；（2）活性炭孔徑分布，即活性炭孔隙按其直徑大小的分布規(guī)律，分布中過(guò)渡孔和微孔所占的比率越大，有效吸附率也越大。當(dāng)然在選擇過(guò)程中不能只追求微孔的數(shù)量，如碳粉中存在大量微孔將直接導(dǎo)致碳粉脫附能力下降，碳罐極易飽和，無(wú)法脫附最終失效。另當(dāng)車(chē)輛長(zhǎng)期工作在陰霾大霧天氣中，這時(shí)空氣中的水蒸汽將被活性碳吸附，從而減低活性炭的對(duì)汽油的吸附能力（見(jiàn)圖3）。不過(guò)當(dāng)空氣干燥時(shí)，碳罐內(nèi)水分蒸發(fā)后，碳罐工作能力可以基本恢復(fù)。

碳罐的結(jié)構(gòu)形式對(duì)碳罐工作能力也有一定的影響，在碳罐設(shè)計(jì)中盡量避免死角，使空氣及燃油蒸汽可以盡可能的流經(jīng)炭粉。

為應(yīng)對(duì)更為苛刻的法規(guī)要求，避免加油過(guò)程中的燃油蒸發(fā)造成對(duì)環(huán)境的影響，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主機(jī)廠也正在開(kāi)發(fā)用于控制加油蒸發(fā)的系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ORVR系統(tǒng)），其主要手段是增加碳罐容積，使燃油加注過(guò)程中的燃油蒸汽儲(chǔ)存在碳罐內(nèi)部，防止蒸汽外溢。

安全閥一邊連接油箱，一邊連接碳罐。發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，環(huán)境氣溫升高，油箱內(nèi)產(chǎn)生汽油蒸汽形成正壓，汽油蒸汽通過(guò)此閥進(jìn)入碳罐，被活性碳吸附；環(huán)境氣溫下降汽油蒸汽凝結(jié)，油箱內(nèi)形成負(fù)壓時(shí)，大氣通過(guò)碳罐和此閥進(jìn)入油箱，給油箱補(bǔ)氣。其主要設(shè)計(jì)點(diǎn)在于開(kāi)啟壓力設(shè)定值。如果油箱負(fù)壓較大時(shí)此閥不能打開(kāi)的話(huà)，就存在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)將發(fā)生油箱吸扁或發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)滅火的隱患。如果油箱正壓時(shí)，此閥開(kāi)啟壓力不得大于3.63kPa，否則供油系統(tǒng)不滿(mǎn)足我國(guó)法規(guī)關(guān)于通氣性的要求。不過(guò)可以適當(dāng)?shù)奶岣叽碎y的正向開(kāi)啟壓力，這樣就可以把較多的燃油蒸汽儲(chǔ)存在燃油箱（需考慮燃油箱設(shè)計(jì)耐正壓能力）內(nèi)，可以使碳罐的容積減小，同樣也可以通過(guò)整車(chē)測(cè)試。

碳罐電磁閥也稱(chēng)脫附控制閥?，F(xiàn)在電噴汽車(chē)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制，碳罐電磁閥設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，它直接關(guān)系到碳罐的清洗效果和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。若碳罐電磁閥的開(kāi)啟設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致碳罐中汽油蒸氣不能及時(shí)脫附到發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒掉，而是從碳罐中溢出，使得蒸發(fā)排放增加?；蛘咴谔脊廾摳竭^(guò)程中，較大的脫附流量雖然保證有良好的脫附效果，但可能會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比，從而破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，對(duì)其整個(gè)系統(tǒng)中硬件造成不良影響。要保證碳罐既有良好的清洗效果又不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，對(duì)脫附閥的設(shè)計(jì)有如下要求：大負(fù)荷情況下少進(jìn)氣；中等負(fù)荷時(shí)在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的前提下允許多進(jìn)氣（在不影響系統(tǒng)其他硬件的前提下）；怠速時(shí)盡量少進(jìn)氣或不進(jìn)氣。

3、結(jié)論

本文對(duì)汽油車(chē)燃油供給系統(tǒng)在不同時(shí)期的HC產(chǎn)生機(jī)理，系統(tǒng)零部件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要點(diǎn)進(jìn)行了分析闡述，為提升汽車(chē)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的性能提供一個(gè)借鑒方向。

[1] 解建光.汽油車(chē)燃油蒸發(fā)排放控制裝置的研究 小型內(nèi)燃機(jī).2000.

[2] 程勇.付鐵強(qiáng).李洧.高俊華.方茂東. 國(guó)產(chǎn)輕型汽油車(chē)蒸發(fā)排放現(xiàn)狀與分析.汽車(chē)工程.2002.

[3] 石磊.汽車(chē)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng).汽車(chē)工程師.2013.

[4] 韋海燕. 汽油車(chē)燃油蒸發(fā)污染物控制技術(shù)探討.農(nóng)機(jī)化研究.2008.

Analysis Of vehicle fuel evaporative control system

He Yanbin, Du Xiaolin, Liu Weifeng

（1. Great Wall Motor Company Limited Technology Center, Hebei Baoding 071000；
2. Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Hebei Baoding 071000）

The text analyses emission pollutant volume caused by evaporation of the fuel injection system in petrol vehicle in the different period, also explains major functions and critical designs in all parts of evaporation emission system.

HC Evaporation emission；Fuel evaporation control system

U464.3

A

1671-7988(2015)03--

何彥彬，就職于長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司。