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国六有关蒸发系统监测解决方案

2019-08-10 10:19:00

今年，对大汽车制造行业来说，国六排放法规无疑是最爆炸新闻之一。要说OBD系统里面国六和国五的重要区别在哪里，蒸发系统监测肯定就是最显眼的地方之一。

蒸发系统及控制

汽油是容易在表面发生汽化的液体，这种现象叫蒸发。物质蒸发的这种固有趋势称为蒸发性，或挥发性。汽油的蒸发主要受环境温度，汽油表面积、表面空气流速和表面压力的制约。汽油被加进汽车相比密闭的油箱后，温度是其蒸发速度的最主要的影响因素，温度高则蒸发快。因此呢，只要天气一热，或者车辆跑一阵后，油箱会受到周围环境和零部件（比如排气管）的热辐射，里面的温度就会升高，汽油的挥发速度就会加快，油箱里面累积的油蒸气就会越来越多，压力就会越来越大……想象一下如果我们把油箱做成密封的会怎样？对了，聪明的你肯定猜到了，总有一天油箱是要爆掉的，这会产生很严重的安全问题。还有，当油箱液位因汽油被大量消耗而下降时，如果新产生的蒸气不足以填充油箱液位下降而腾出来空间，油箱内的压力将下降进而形成负压，达到一定程度，一方面同样会产生安全问题，另一方面，还会造成发动机运行时供油困难，供不上油，汽车也就歇菜了。这么看，油箱是需要“呼吸”的，因此，通常要把油箱做成不是密闭的。当然也有一种策略通过压力限制阀把油箱做成密闭的，但这里不做讨论。

既然油箱不是密封的，那么油蒸气肯定是要跑出来溜达的，我们这些爱环境爱生活的人类们怎么能够容忍这样的事情发生呢！于是我们把油箱通大气的道路上设置了一个叫碳罐的东西，里面装满了活性炭，把跑出来溜达的油蒸气统统抓起来。这样呢，通过碳罐的通风管路，油箱就能与大气正常地“呼吸”了——若因环境温度升高而引起油箱里的油气增多压力升高时，油气就会流向碳罐，被碳罐里面的活性碳捕获，油气就不会跑到大气中而污染环境；当环境温度降低时，油箱里的压力也会跟着降低，甚至低于大气压，这时大气就可以通过碳罐跑到油箱，从而起到了保护油箱的作用。

此刻，你可能会有疑问了：碳罐吸附油蒸气饱和了怎么办。这也不用担心，碳罐的第三个通道（另外的两个通道分别是前面提到的连接油箱和大气的通道），也是最后一个通道，这时发挥了至关重要的作用。了解发动机的人肯定都知道，当发动机工作时，它的进气歧管会产生的一定的真空。碳罐的第三个通道就是与这样的进气歧管相连的，这样，大气就会被从碳罐的通风口吸入到进气歧管——这股气流我们叫它为脱附气流，与此同时，吸入的空气会带走附着在活性碳上的油气，把企图逃逸的油气关进发动机的燃烧室，实施“惨无油道”的“十大酷刑”之一——火烧。

如果发动机不工作的时候怎么办，油蒸气会不会从发动机那边跑出去？嗯，你的担心很有道理，不过这个我们早想到了。在碳罐通进气歧管的管路上，我们设置了一只“拦油虎”，我们管它为碳罐阀。它的作用可是很了不起，它不仅在发动机熄火后能将油气逃逸的通道堵住，只让油气从碳罐那边跑，它还能在发动机运行的时候控制流向进气歧管的脱附气流的流量，使发动机能够运转平稳，不影响排放。

说到这里，聪明的你可能已经基本明白什么是蒸发系统，它有包含那些东西了！对了，蒸发系统包含油箱（油箱盖）、碳罐、碳罐阀、它们之间的管路，以及连接到进气歧管的管路和管路上的零部件。

蒸发系统监测法规要求

前面蒸发系统和控制似乎已经完美地解决了蒸发排放的问题，但法规的要求还不止于此。当蒸发系统中存在泄漏时，比如在上图碳罐阀左边的部分中，这样，油箱中挥发的油蒸气就会绕开碳罐而跑到大气中；或者上图碳罐阀右边的部分存在堵塞，导致不能形成脱附气流，从而不能及时脱附碳罐，维持碳罐的吸附能力。这些情况都会使蒸发系统对蒸发排放的控制效果下降或能力丧失。这就需要法规中OBD部分要求的蒸发系统监测粉墨登场了。

在国六征求意见稿中，要求OBD系统在下列情况出现时应检测到蒸发系统的故障：

OBD系统监测不到从燃油蒸发系统到发动机（指到发动机进气系统被封闭的区域）的脱附流量；

整个蒸发系统中存在一个或多个泄漏点，这些泄漏点的泄漏量大于或等于直径为1mm的小孔产生的泄漏量；

如制造厂提出要求，可使用大于或等于直径为0.5mm的小孔产生的泄漏量的要求替代J.4.4.2.2(B)中的要求；

对于增压进气发动机车辆上的高负荷的脱附管路（例如，在进气歧管压力大于环境压力的条件下的碳罐蒸发系统脱附管路），如果没有从蒸发系统到发动机的脱附气流，OBD系统应能监测到故障。

可能你没看懂法规说了些啥，没事，我这里用地球人都能懂的语言帮你归纳一下：法规要求你监测油箱到碳罐阀之间的管路和零部件的密封性，要求其泄漏量不能超过相当于0.5mm或1mm孔径小孔产生的泄漏量；而剩下的蒸发系统部分要求你监测没有脱附气流通过，比如管道堵塞或脱落。

蒸发系统监测方案

如何才能满足国六法规对蒸发系统的这些监测要求呢？联合电子引进了成熟的蒸发系统监测的解决方案，请各位坐好观看。

对于通常的蒸发系统的泄漏诊断，我们共有三种对付大招，一种叫DTESK，第二种叫EONV，第三种叫DMTL。

首先是DTESK方案。DTESK方案需要额外两个零部件，其中一个是压力传感器，安装在油箱上或靠近油箱的管路上，它用来测量油箱压力的变化；另外一个是安装在碳罐的通风口上叫碳罐通风阀，可以叫它为AAV或CVV，顾名思义，它是碳罐与大气的隔离开关，通常情况下，它是常开的。在环境条件和发动机的工况条件，比如环境温度、起动条件、车速条件、进气歧管的压力等满足时，AAV会关闭，把蒸发系统与大气的联通切断，这时进气歧管的真空会把蒸发系统的气抽走一部分，使蒸发系统也有一定的真空度。如果此时连真空都建立不了，那说明蒸发系统有很大的泄漏，比如油箱盖没有关的情况。真空建立之后，碳罐阀也会关闭，形成一个密闭空间，这个时候ECU就会监测一定时间范围内的真空衰减速度：如果系统是密封的，那么真空应该不会有多大改变，但如果有泄漏，且泄漏的孔径越大，那么真空会越快消失。ECU就会根据这个真空衰减速度来判定存在多大的泄漏。

接着是EONV方案。大家都学过气体方程吧，没学过或忘了也没事，大家只要理解公式PV=nRT里的P、T和V就行——P是压力，T是温度，V是容器体积。显然，根据公式如果容器的容积V一定，n和R对于同样的气体都为常数，那么温度越高，容器内的压力就越大，反之压力越小。EONV就是利用了这个原理。车辆运行结束后，油箱会吸收周围零部件特别是排气管的热量，使其温度上升，而一段时间过后，油箱和周围的零部件都会慢慢冷却，温度慢慢降低。因此，油箱内的压力也会出现同样的趋势，即先上升再慢慢下降。如果油箱出现了泄漏，那么温度上升和下降的过程中，油箱内的气体会溢出到大气中或大气中的气体会补偿进入油箱，使油箱压力的上升和下降变缓。泄漏的孔径越大，变缓的程度越厉害。因此，它可以根据压力上升和下降变缓的程度来判断泄漏的大小。该方案用到的硬件配置与DTESK相同。一般情况下，EONV用来诊断0.5mm泄漏，DTESK用来诊断1mm泄漏。

最后是DMTL方案。该方案要求在碳罐的通风口处加装一个DMTL模块——内部包含充气泵，双向阀和一个标准孔。想象一下，你往大气吹气和往一个小气球吹气的感受，是不是往小气球吹气需要的力气大一些；如果把小气球戳个洞，那么这个时候往小气球吹气是不是要轻松一些。对了，ECU就是监测充气泵向油箱系统吹气的难易程度，具体表现为充气泵电流的大小，通过对比向标准孔吹气的电流大小来判断存在多大的泄漏。