汽车燃油蒸发控制系统

汽车燃油蒸发控制系统1，汽车燃油蒸发控制系统的组成及功能汽车燃油蒸发控制系统主要由活性碳罐，双通阀，脱附控制阀，空气滤清器或者吸气除尘器，水截止阀，集液器{液汽分离器}，快速插接头，管路及支架等组成，如果装有车载诊断系统OBD（OnBoardDiagnosticsystem）就还包括气泵，电磁阀，压力传感器等。美国克莱斯勒公司300C轿车最新燃油系统OBD装置为ESIM（EvaporSystemIntegratyMonitor）代替了气泵、电磁阀、压力传感器。ESIM的功能是检测系统是否有泄露、脱附流量是否满足要求、ORVR(OnBoardRefuelingRecovery)系统加油阻力是否过大。燃油蒸发控制系统的主要功能是发动机不工作时防止汽油蒸汽排放到大气，由活性碳罐吸附，保护环境；发动机工作时又把罐中的汽油蒸汽吸到发动机中燃烧掉，节约能源。上海大众汽车公司1998年初，对桑塔纳汽车作过对比实验。不装碳罐时，一个燃油蒸发排放测试循环，汽油蒸汽HC排放量为28克；装华安公司碳罐时，一个燃油蒸发排放测试循环，汽油蒸汽HC排放量仅为0.14克。有资料表明，一般汽油车在良好状况下运行一天排放出约560余克污染物（HC,CO,NOx，少量SO2和铅化物）。其中60%来自尾气，20%来自油箱，20%来自曲轴箱。所以国家有3个相关环保法规加以限制。不限制将对大气环境造成严重的污染。即造成能源浪费又危害人体健康。例如，北京现在汽车保有量约350万辆左右，如果不限制一天将排放1960吨污染物。光油箱排放（燃油蒸发排放），一天就是392吨左右。所以，如果北京的汽车都不装碳罐，等于一天向北京市洒392吨左右汽油。不算不知道，一算吓一跳。汽油蒸汽含有多种HC化合物，其中有醛类和多环芳香烃，前者引起结膜炎、鼻炎和支气管炎，后者是强致癌物质。由此可见燃油蒸发控制系统的经济效益和社会效益之大了。1—1，活性碳罐：形状各异的罐体内装有，对汽油蒸汽吸附和脱附能力很强的汽车专用活性碳。对汽油蒸汽起吸附和脱附作用。碳罐的结构分为或单腔或双腔甚至三腔式。单腔结构简单但长细比较低，工作能力较小；双腔或三腔长细比较大，结构较复杂，活性碳相同容积情况下，工作能力提高20%至40%。或有集液器或无集液器。一般有三个通气口，一个接双通阀通油箱，一个接脱附控制阀通发动机，一个通大气。大气口或分为两口，一口碳罐吸附时通大气，一口碳罐脱附时通大气。脱附通气口因是进气口，有时还加一个空气过滤器。美日碳罐内部的脱附通路上多加阻尼器或扰流器，以减少油箱内的汽油蒸汽直接进入发动机进气管，影响空燃比和发动机转速的平稳性。1--2，双通阀：也叫保压阀和吸附控制阀，一头通油箱，一头通碳罐。发动机不工作时，环境气温升高，油箱内产生汽油蒸汽形成正压，汽油蒸汽通过此阀进入碳罐，被活性碳吸附；环境气温下降汽油蒸汽凝结，油箱内形成负压时，大气通过碳罐和此阀进入油箱，给油箱补气。此阀比较关键，如果油箱负压时此阀不通，发动机工作时将发生油箱吸扁或发动机灭火。西安秦川汽车公司奥拓汽车曾发生过此问题，因而停止了原碳罐厂家供货而选用我公司的碳罐。如果油箱正压时，此阀开启压力过大，如大于3，63KPA，则供油系统做通气性能检测时，将达不到我国法规的要求。即充气压3，63KPA之后，打开碳罐大气口，2MIN之内，压力降不到0，98KPA以下。为此湖南长丰汽车公司委托我公司重新开发了此阀。我公司开发的新阀达到了我国法规要求。德国大众汽车公司双通阀正压开起压力较低，只有0.3Kpa。当正压达1Kpa时，气流量为7至16L/mln，满足我国法规要求。美，日汽车公司双通阀正压开起压力较高，日本阀开起压力一般2.94至3.92Kpa，甚至更高，4.0Kpa时气流量1L/mln以下。美国双通阀开启压力7.0Kpa以上。美日双通阀不能满足我国汽车供油系统通气性能的法规要求。如果此阀的正压开启压力较高，可把较多的汽油蒸汽憋在油箱内，这样碳罐容积较小，整车燃油蒸发排放测试也能达标。根据气体方程PV/T=常数的原理，保压阀的开启压力对应一定的油箱内的蒸汽温度，当环境温度在此温度以下时，不会有蒸汽打开此阀进入碳罐，油蒸汽被憋在油箱内。此阀另外一个重要的功能是，发动机工作时使发动机进气管与油箱通气管为截止状态。这是德国大众汽车的优势。由此，发动机转速的平稳性不受油箱浓汽油蒸汽的干扰，关电源后，发动机马上灭火，否则，则不能。其他国家双通阀无此优势。进气管的负压有可能打开此阀，与油箱相通，对发动机的转速发生影响。为稳定发动机转速，美国和日本在碳罐结构上想办法，加扰流器或阻尼器以缓冲油箱的浓汽油蒸汽进入发动机。此法不佳，降低了碳罐的工作能力。桑塔纳的老碳罐即取消了扰流器。1—3，脱附控制阀{PCV}：化油器式发动机为真空控制式脱附阀，由分电器真空膜盒的真空压力所控制，与点火提前角同步工作，即发动机转速愈高，提前角越大，脱附阀的开起越大，脱附流量也越大。怠速时脱附流量为零以免影响发动机的启动性能和怠速稳定性。2000年春天保定长城汽车公司碳罐脱附控制阀性能能欠佳，发动机不好启动，请我公司给以技术支持解决了此问题。电喷发动机为电磁控制式脱附阀，其脱附时间和气流量由ECU电脑通过调整脉冲电流的占空比，来控制脱附流量的变化。其流量变化范围一般为0至70L/min。此阀也是关键件。阀的功能不好或控制不佳，将直接影响发动机运转的平稳性和碳罐脱附的有效性。如，上海通用赛欧汽车碳罐的活性碳被汽油浸透，就是因为不能有效脱附造成的。一汽大众和上海大众都发生用户报怨脱附电磁阀噪声的问题。1—4，水截止阀：由下部吸附单向阀、上部脱附单向阀、脱附气流过滤器、及脱附管和吸附管组成。吸附时来自油箱的汽油蒸汽通过碳罐、下部单向阀和通气管通向大气。脱附时，大气流通过过滤器、管道及上部单向阀、通过碳罐、脱附控制阀进入发动机。其主要功能是汽车涉水时，防止水进入碳罐和发动机。一汽大众Audi汽车和上海大众Passat汽车，此阀为从德国KAYSER公司进口的原装件。因进气单向阀膜片共振噪声用户抱怨极大，碳罐总成拆下退货索赔，华安公司遭受了极大的经济损失。本来是德国KAYSER公司的责任。其实问题很简单，气流鼓动频率与膜片固有频率相等时，便发生共振。膜片固有频率F=1/2π√——只要改变膜片的M值或K值，便可避开共振。但德国KAYSER公司从2001年8月直到2003年9月经过两年多的时间还没有解决此问题。1—5，集液器：一般集成在碳罐上，非分立元件。其作用是把通向碳罐的汽油蒸汽凝结的油液收集储存起来，防止油液直接浸到活性碳中，如果活性炭浸泡，将阻止汽油蒸汽通过，妨碍后部活性碳对汽油蒸汽的吸附。集液器中油液有两种方式回收，一是靠油箱负压吸回油箱，或是靠发动机进气管负压使油液再汽化通过脱附阀进入发动机燃烧。1—6，快插接头及管路：把燃油蒸发控制系统各元器联接起来，完成系统的功能。以上是奥迪A6和帕萨特B5汽车燃油蒸发控制系统的组成及功能。其他车型的系统与此系统大同小异。2，燃油蒸发控制系统的新发展随着环保法规的不断提高，美国燃油蒸发控制系统发展很快。2000年美国国家法规规定，轿车全部安装ORVR装置，轻型卡车也要在5年之内全部装ORVR。ORVR即汽车加油过程汽油蒸汽回收装置的英文缩写，OnBoardRefuelingVaporRecovery。加油时油枪塞住加油口，油箱中全部汽油蒸汽经过系统气阻小的短路导管进入碳罐。空气流量5kg/h时，压差小于62mbar，1分钟左右，约30至40克的汽油蒸汽全部被碳罐吸附。在美国此项举挫不仅大大改善了大气环境而且每年可节约30至40万吨汽油。有ORVR系统的碳罐结构更复杂，活性碳的透气性更好，工作容量更大，活性碳的容积也更大，可达2至4L。加油口盖也较复杂，除了密封装置外，还有气路切换装置。加油过程油箱中的汽油蒸汽不通过保压阀直接进入碳罐。近期美国加州对汽车燃油蒸发排放又提出了近零排放的法规{PZEV}，2至3天的排放限值为0.05g/Test。而美国环保局的法规是2至3天排放限值是0.95g/test。由于加州法规的提高，目前美国加州有20º/。的汽车在碳罐的出气口又加了一个honeycomb装置，是一个用蜂窝状的活性碳滤芯做成的小碳罐。这样，整车燃油蒸发排放2至3天可小于0.05克/test。为严防燃油系统泄露，最近燃油蒸发控制系统又加了车载诊断系统（OBD）。3，燃油蒸发控制系统的发展历史.1970年左右，美国加州立法汽车必须安装活性碳罐，以防止油箱通气口的汽油蒸汽排放到大气。那时的活性碳是煤基碳，工作容量较低，只有5g/100ml左右。汽车整车燃油蒸发排放测试方法是收集法，一小时测试循环排放限值是6g/test，处于低级阶段。1975年美国生产出了木基汽车专用活性碳，工作容量提高了一倍。1980年左右，汽车燃油蒸发采用密闭室测试方法，也叫浓度法。一小时测试循环排放限值是2g/test。1995年以后，仍为密闭室法，2至3天测试循环排放限值是2g/test。2000年左右汽车燃油蒸发控制系统开始安装ORVR装置。排放限值更为严格，美国环保局标准2至3天测试循环限值为0.95g/test，而加州标准则为0.5g/test，甚至提出了近零排放的标准（PZEV），2至3天排放限值为0.05G/test。我国1990年切诺基Cherokee汽车开始装进口的汽车碳罐，1995年开始装国产碳罐。1996年BJ212汽车开始大批量装我公司生产的国产碳罐。1997年上海大众和柳州五菱开始大批量装我公司生产的国产碳罐。1998年一汽大众开始大批量装我公司生产的国产碳罐。现在，所有在中国生产的汽油轿车都必须安装碳罐，或是进口，或是国产。我国燃油蒸发排放沿用的法规是欧洲标准。第一个法规1995年制定，等同欧I标准，即收集法。一个测试循环从碳罐大气口和空滤器大气口排放的HC限值为2g/test。现在普遍采用欧II标准，正向欧III标准过渡。两标准皆为密闭室HC浓度测量法。排放限值皆为2g/test。只不过加热方法不一样。欧II加热方法为：油箱从15°C一小时加热温升到30°C模拟昼夜换气损失。40KM/h运行40分钟停车一小时，测量热浸损失。欧III加热方法是整车在密闭室内加热，从20°C，11小时升温到35°C，再从35°C13小时降到20°C。测量密闭室内HC浓度，温度，气压，密闭室容积，利用这四个参数依据公式计算出HC总的排放克数。密闭室HC浓度测量方法测得的HC克数不仅是燃油系统的排放，还有整车油漆，内饰，外饰件所有能够挥发HC物质的排放，叫背景排放。这就对碳罐提出了更高的要求，要求从碳大气口排出的HC更少，整车排放才能达标。影4,影响响燃油蒸发控制系统功能的因素燃油蒸发控制系统的每个元件，每部分结构都有它特定的功能。因为此系统是附属于动力统的一部分，其性能的好坏不仅影响燃油蒸发污染物排放的限值，而且直接影响发动机的启动性能，转速平稳性等动力性能。活性碳罐是系统中最关键的元件。影响碳罐吸附和脱附工作能力的因素如下。碳罐工作容量的指标是BWC和GWC。BWC是ButaneWorkingCapacity即丁烷工作能力的英文缩写，单位是g/100ml；GWC是GasolineWorkingCapacity即汽油工作能力的英文缩写，单位也是g/100ml。BWC与GWC成线性正比关系。斜率大小与所用活性碳种类和测试条件有关，一般BWC是GWC的1.6至3.3倍。BWC越大，GWC也越大。丁烷是单质材料，BWC测试值重复性较好，检测手段较简便，便于活性碳生产过程产品质量的及时控制。GWC一般用于活性碳罐的检测。汽油为多种碳氢化合物的混合物，蒸发温度或挥发性各不相同。GWC的测量值受多种因素的影响。不同种类的汽油，同种类不同批号的汽油，汽油的使用次数，加载率，环境温度，气压等等多种因素影响着GWC值。所以，GWC检测的重复性较差。同一个碳罐，不同情况测得的GWC值很不一样。因此，现在一般碳罐检测方法也逐渐使用BWC。对于碳罐来说BWC和GWC可以等同认