國(guó)六有關(guān)蒸發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)解決方案

今年，對(duì)大汽車(chē)制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，國(guó)六排放法規(guī)無(wú)疑是最爆炸新聞之一。要說(shuō)OBD系統(tǒng)里面國(guó)六和國(guó)五的重要區(qū)別在哪里，蒸發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)肯定就是最顯眼的地方之一。

蒸發(fā)系統(tǒng)及控制

汽油是容易在表面發(fā)生汽化的液體，這種現(xiàn)象叫蒸發(fā)。物質(zhì)蒸發(fā)的這種固有趨勢(shì)稱為蒸發(fā)性，或揮發(fā)性。汽油的蒸發(fā)主要受環(huán)境溫度，汽油表面積、表面空氣流速和表面壓力的制約。汽油被加進(jìn)汽車(chē)相比密閉的油箱后，溫度是其蒸發(fā)速度的最主要的影響因素，溫度高則蒸發(fā)快。因此呢，只要天氣一熱，或者車(chē)輛跑一陣后，油箱會(huì)受到周?chē)h(huán)境和零部件（比如排氣管）的熱輻射，里面的溫度就會(huì)升高，汽油的揮發(fā)速度就會(huì)加快，油箱里面累積的油蒸氣就會(huì)越來(lái)越多，壓力就會(huì)越來(lái)越大……想象一下如果我們把油箱做成密封的會(huì)怎樣？對(duì)了，聰明的你肯定猜到了，總有一天油箱是要爆掉的，這會(huì)產(chǎn)生很?chē)?yán)重的安全問(wèn)題。還有，當(dāng)油箱液位因汽油被大量消耗而下降時(shí)，如果新產(chǎn)生的蒸氣不足以填充油箱液位下降而騰出來(lái)空間，油箱內(nèi)的壓力將下降進(jìn)而形成負(fù)壓，達(dá)到一定程度，一方面同樣會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題，另一方面，還會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)供油困難，供不上油，汽車(chē)也就歇菜了。這么看，油箱是需要“呼吸”的，因此，通常要把油箱做成不是密閉的。當(dāng)然也有一種策略通過(guò)壓力限制閥把油箱做成密閉的，但這里不做討論。

既然油箱不是密封的，那么油蒸氣肯定是要跑出來(lái)溜達(dá)的，我們這些愛(ài)環(huán)境愛(ài)生活的人類們?cè)趺茨軌蛉萑踢@樣的事情發(fā)生呢！于是我們把油箱通大氣的道路上設(shè)置了一個(gè)叫碳罐的東西，里面裝滿了活性炭，把跑出來(lái)溜達(dá)的油蒸氣統(tǒng)統(tǒng)抓起來(lái)。這樣呢，通過(guò)碳罐的通風(fēng)管路，油箱就能與大氣正常地“呼吸”了——若因環(huán)境溫度升高而引起油箱里的油氣增多壓力升高時(shí)，油氣就會(huì)流向碳罐，被碳罐里面的活性碳捕獲，油氣就不會(huì)跑到大氣中而污染環(huán)境；當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，油箱里的壓力也會(huì)跟著降低，甚至低于大氣壓，這時(shí)大氣就可以通過(guò)碳罐跑到油箱，從而起到了保護(hù)油箱的作用。

此刻，你可能會(huì)有疑問(wèn)了：碳罐吸附油蒸氣飽和了怎么辦。這也不用擔(dān)心，碳罐的第三個(gè)通道（另外的兩個(gè)通道分別是前面提到的連接油箱和大氣的通道），也是最后一個(gè)通道，這時(shí)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。了解發(fā)動(dòng)機(jī)的人肯定都知道，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，它的進(jìn)氣歧管會(huì)產(chǎn)生的一定的真空。碳罐的第三個(gè)通道就是與這樣的進(jìn)氣歧管相連的，這樣，大氣就會(huì)被從碳罐的通風(fēng)口吸入到進(jìn)氣歧管——這股氣流我們叫它為脫附氣流，與此同時(shí)，吸入的空氣會(huì)帶走附著在活性碳上的油氣，把企圖逃逸的油氣關(guān)進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，實(shí)施“慘無(wú)油道”的“十大酷刑”之一——火燒。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)不工作的時(shí)候怎么辦，油蒸氣會(huì)不會(huì)從發(fā)動(dòng)機(jī)那邊跑出去？嗯，你的擔(dān)心很有道理，不過(guò)這個(gè)我們?cè)缦氲搅?。在碳罐通進(jìn)氣歧管的管路上，我們?cè)O(shè)置了一只“攔油虎”，我們管它為碳罐閥。它的作用可是很了不起，它不僅在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后能將油氣逃逸的通道堵住，只讓油氣從碳罐那邊跑，它還能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的時(shí)候控制流向進(jìn)氣歧管的脫附氣流的流量，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不影響排放。

說(shuō)到這里，聰明的你可能已經(jīng)基本明白什么是蒸發(fā)系統(tǒng)，它有包含那些東西了！對(duì)了，蒸發(fā)系統(tǒng)包含油箱（油箱蓋）、碳罐、碳罐閥、它們之間的管路，以及連接到進(jìn)氣歧管的管路和管路上的零部件。

蒸發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法規(guī)要求

前面蒸發(fā)系統(tǒng)和控制似乎已經(jīng)完美地解決了蒸發(fā)排放的問(wèn)題，但法規(guī)的要求還不止于此。當(dāng)蒸發(fā)系統(tǒng)中存在泄漏時(shí)，比如在上圖碳罐閥左邊的部分中，這樣，油箱中揮發(fā)的油蒸氣就會(huì)繞開(kāi)碳罐而跑到大氣中；或者上圖碳罐閥右邊的部分存在堵塞，導(dǎo)致不能形成脫附氣流，從而不能及時(shí)脫附碳罐，維持碳罐的吸附能力。這些情況都會(huì)使蒸發(fā)系統(tǒng)對(duì)蒸發(fā)排放的控制效果下降或能力喪失。這就需要法規(guī)中OBD部分要求的蒸發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)粉墨登場(chǎng)了。

在國(guó)六征求意見(jiàn)稿中，要求OBD系統(tǒng)在下列情況出現(xiàn)時(shí)應(yīng)檢測(cè)到蒸發(fā)系統(tǒng)的故障：

OBD系統(tǒng)監(jiān)測(cè)不到從燃油蒸發(fā)系統(tǒng)到發(fā)動(dòng)機(jī)（指到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)被封閉的區(qū)域）的脫附流量；

整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)中存在一個(gè)或多個(gè)泄漏點(diǎn)，這些泄漏點(diǎn)的泄漏量大于或等于直徑為1mm的小孔產(chǎn)生的泄漏量；

如制造廠提出要求，可使用大于或等于直徑為0.5mm的小孔產(chǎn)生的泄漏量的要求替代J.4.4.2.2(B)中的要求；

對(duì)于增壓進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)輛上的高負(fù)荷的脫附管路（例如，在進(jìn)氣歧管壓力大于環(huán)境壓力的條件下的碳罐蒸發(fā)系統(tǒng)脫附管路），如果沒(méi)有從蒸發(fā)系統(tǒng)到發(fā)動(dòng)機(jī)的脫附氣流，OBD系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)測(cè)到故障。

可能你沒(méi)看懂法規(guī)說(shuō)了些啥，沒(méi)事，我這里用地球人都能懂的語(yǔ)言幫你歸納一下：法規(guī)要求你監(jiān)測(cè)油箱到碳罐閥之間的管路和零部件的密封性，要求其泄漏量不能超過(guò)相當(dāng)于0.5mm或1mm孔徑小孔產(chǎn)生的泄漏量；而剩下的蒸發(fā)系統(tǒng)部分要求你監(jiān)測(cè)沒(méi)有脫附氣流通過(guò)，比如管道堵塞或脫落。

蒸發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案

如何才能滿足國(guó)六法規(guī)對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)的這些監(jiān)測(cè)要求呢？聯(lián)合電子引進(jìn)了成熟的蒸發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的解決方案，請(qǐng)各位坐好觀看。

對(duì)于通常的蒸發(fā)系統(tǒng)的泄漏診斷，我們共有三種對(duì)付大招，一種叫DTESK，第二種叫EONV，第三種叫DMTL。

首先是DTESK方案。DTESK方案需要額外兩個(gè)零部件，其中一個(gè)是壓力傳感器，安裝在油箱上或靠近油箱的管路上，它用來(lái)測(cè)量油箱壓力的變化；另外一個(gè)是安裝在碳罐的通風(fēng)口上叫碳罐通風(fēng)閥，可以叫它為AAV或CVV，顧名思義，它是碳罐與大氣的隔離開(kāi)關(guān)，通常情況下，它是常開(kāi)的。在環(huán)境條件和發(fā)動(dòng)機(jī)的工況條件，比如環(huán)境溫度、起動(dòng)條件、車(chē)速條件、進(jìn)氣歧管的壓力等滿足時(shí)，AAV會(huì)關(guān)閉，把蒸發(fā)系統(tǒng)與大氣的聯(lián)通切斷，這時(shí)進(jìn)氣歧管的真空會(huì)把蒸發(fā)系統(tǒng)的氣抽走一部分，使蒸發(fā)系統(tǒng)也有一定的真空度。如果此時(shí)連真空都建立不了，那說(shuō)明蒸發(fā)系統(tǒng)有很大的泄漏，比如油箱蓋沒(méi)有關(guān)的情況。真空建立之后，碳罐閥也會(huì)關(guān)閉，形成一個(gè)密閉空間，這個(gè)時(shí)候ECU就會(huì)監(jiān)測(cè)一定時(shí)間范圍內(nèi)的真空衰減速度：如果系統(tǒng)是密封的，那么真空應(yīng)該不會(huì)有多大改變，但如果有泄漏，且泄漏的孔徑越大，那么真空會(huì)越快消失。ECU就會(huì)根據(jù)這個(gè)真空衰減速度來(lái)判定存在多大的泄漏。

接著是EONV方案。大家都學(xué)過(guò)氣體方程吧，沒(méi)學(xué)過(guò)或忘了也沒(méi)事，大家只要理解公式PV=nRT里的P、T和V就行——P是壓力，T是溫度，V是容器體積。顯然，根據(jù)公式如果容器的容積V一定，n和R對(duì)于同樣的氣體都為常數(shù)，那么溫度越高，容器內(nèi)的壓力就越大，反之壓力越小。EONV就是利用了這個(gè)原理。車(chē)輛運(yùn)行結(jié)束后，油箱會(huì)吸收周?chē)悴考貏e是排氣管的熱量，使其溫度上升，而一段時(shí)間過(guò)后，油箱和周?chē)牧悴考紩?huì)慢慢冷卻，溫度慢慢降低。因此，油箱內(nèi)的壓力也會(huì)出現(xiàn)同樣的趨勢(shì)，即先上升再慢慢下降。如果油箱出現(xiàn)了泄漏，那么溫度上升和下降的過(guò)程中，油箱內(nèi)的氣體會(huì)溢出到大氣中或大氣中的氣體會(huì)補(bǔ)償進(jìn)入油箱，使油箱壓力的上升和下降變緩。泄漏的孔徑越大，變緩的程度越厲害。因此，它可以根據(jù)壓力上升和下降變緩的程度來(lái)判斷泄漏的大小。該方案用到的硬件配置與DTESK相同。一般情況下，EONV用來(lái)診斷0.5mm泄漏，DTESK用來(lái)診斷1mm泄漏。

最后是DMTL方案。該方案要求在碳罐的通風(fēng)口處加裝一個(gè)DMTL模塊——內(nèi)部包含充氣泵，雙向閥和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)孔。想象一下，你往大氣吹氣和往一個(gè)小氣球吹氣的感受，是不是往小氣球吹氣需要的力氣大一些；如果把小氣球戳個(gè)洞，那么這個(gè)時(shí)候往小氣球吹氣是不是要輕松一些。對(duì)了，ECU就是監(jiān)測(cè)充氣泵向油箱系統(tǒng)吹氣的難易程度，具體表現(xiàn)為充氣泵電流的大小，通過(guò)對(duì)比向標(biāo)準(zhǔn)孔吹氣的電流大小來(lái)判斷存在多大的泄漏。

充氣泵往標(biāo)準(zhǔn)孔吹氣

充氣泵往油箱吹氣

前兩種方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況有要求，因而不能適用所有的車(chē)輛配置（比如混動(dòng)），但價(jià)格實(shí)惠，而DMTL則相反，它適用于所有的車(chē)輛配置。

對(duì)于脫附流量診斷，聯(lián)合電子修煉的招式也很多：

基于DTESK方案的診斷。利用DTESK方案的相關(guān)硬件，監(jiān)測(cè)關(guān)閉碳罐閥時(shí)蒸發(fā)系統(tǒng)是否還存在負(fù)壓，或監(jiān)測(cè)碳罐脫附時(shí)能否按預(yù)期形成真空，來(lái)判斷碳罐閥和脫附管路是否有故障。

基于DMTL方案的診斷。通過(guò)向蒸發(fā)系統(tǒng)泵氣，主動(dòng)控制碳罐閥的開(kāi)度，監(jiān)測(cè)此時(shí)的充氣泵的電流變化來(lái)判斷是否存在故障。

主動(dòng)診斷法。通過(guò)主動(dòng)開(kāi)關(guān)碳罐閥，比較碳罐閥打開(kāi)前后的進(jìn)氣歧管壓力的變化來(lái)判斷故障。若存在高壓脫附管路，則需要在高壓脫附管路上加一個(gè)壓力傳感器，監(jiān)測(cè)碳罐閥打開(kāi)前后該管路壓力變化的大小。

蒸發(fā)排放控制對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)年平均氣溫較高的國(guó)家非常關(guān)鍵。相信有了國(guó)六法規(guī)中更加嚴(yán)格的蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)以及OBD部分的蒸發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)要求，一定對(duì)會(huì)環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)多多。