帶泄漏診斷功能的燃油蒸發物排放控制系統

文/北京 李強

一、燃油蒸發物的來源

由于較高的環境溫度、燃油箱中的燃油泵功率損失而產生的熱、沒有用完的壓縮汽油的回流、外部熱輻射；行駛時的環境壓力下降等因素，產生了HC排放物，它主要是來自燃油箱的燃油蒸氣。

二、燃油蒸發物的控制

1. 真空源燃油蒸發控制系統

有專門的環保法規對燃油蒸發物排放進行限制。該法規要求安裝燃油蒸發物排放控制系統(圖1)，該系統配備有安裝在燃油箱通風管末端的活性炭濾清器(活性炭罐)。濾清器主要是吸附燃油蒸汽，同時還提供了釋放燃油箱壓力的功能。發動機運行時進氣管中會產生真空，空氣流吸收了儲存在活性炭中的燃油蒸汽，并把它們帶到發動機中燃燒。

隨著車輛的使用，一些橡膠元件會老化，導致燃油蒸汽控制系統不密封，有汽油蒸汽排向大氣中。因此，要對燃油蒸汽控制系統進行泄漏診斷。在燃油蒸汽系統中為了更好地檢測密封性，以普通的燃油蒸汽控制系統中增加系統診斷空氣泵(圖2)和空氣濾清器部件。系統診斷空氣泵是一個執行器，又是一個傳感器。作為執行器時，它是一個空氣泵，用來產生氣體壓強；作為傳感器時，又是一個壓力傳感器，以檢測系統壓力降低情況。當系統啟動診斷過程時，活性炭罐電磁閥將發動機進氣管系統與燃油蒸發系統隔絕，通過系統診斷空氣泵工作對燃油蒸發系統加壓，發動機DME將通過系統診斷泵壓力傳感器，檢測到的燃油蒸汽系統中氣體壓力，從而判斷系統的密封性是否在正確范圍。

系統診斷空氣泵有三個接頭，其中最上端連接發動機節氣門后方的真空管，左下端接頭連接燃油蒸汽控制系統，右下端接頭連接空氣濾清器。發動機DME控制炭罐電磁閥將真空引入到膜片上腔，膜片向上移動。在真空源斷開后，膜片在彈簧作用下向下移動，產生氣體壓強，同時為了使膜片上腔不產生真空吸力，必須在膜片上腔引入空氣進行壓力平衡，空氣將由空氣濾清器通過連通管道到達膜片上腔，便于膜片向下移動，對系統進行加壓。當燃油蒸汽控制系統密封不良時，膜片下移距離很大，安裝在系統診斷空氣泵上端的舌簧管接觸開關就會閉合，向發動機電腦發出反饋指令，發動機電腦發出指令再次將膜片上拉和向下釋放。如此反復，發動機就可以根據膜片上下移動的頻率來確定系統是處于微小泄漏還是大量泄漏。圖3(a)顯示頻率變化較小，發動機電腦根據頻率可以判斷，此系統為微小泄漏。圖3(b)顯示頻率變化較大，則可判斷此系統為大量泄漏。

燃油箱通風裝置可以補充檢查泄漏。燃油箱通風系統可分為三個狀態：①活性炭罐是空的；②活性炭罐是滿的；③活性炭罐的充滿程度與某個化學當量混合汽比相當。在燃油箱通風系統已被激活時，如果活性炭罐里充滿了燃油蒸氣，那么燃油、空氣混合汽就會被燃油蒸氣加濃；如果活性炭罐是空的，燃油、空氣混合汽就被稀釋了。λ調節系統會偵測到燃油、空氣混合汽的濃度變化，因此這就可以作為對燃油箱通風系統進行功能檢測的一個輔助標準。

2.電動葉片泵式泄漏診斷模塊系統

(1)BMW N62燃油泄漏診斷模塊(DMTL)

為識別在燃油箱和燃油箱通氣設備中的泄漏，為美規車輛安裝了燃油箱泄漏診斷模塊。該模塊具有后續運行功能，此功能隨著總線端KI.15的關閉并，同時滿足判斷標準而通過DME自動啟動。燃油箱泄漏診斷模塊DMTL可識別整個燃油蒸發系統中大于0.5mm的泄漏，并通過MIL故障指示燈顯示。

燃油箱泄漏診斷模塊D M T L通過一個電動空氣泵在燃油箱中產生一個20～30mbar(1bar=100kPa)的壓力，為達到壓力所需要的泵電流由DME測量并作為燃油箱壓力的間接值。每一次測量前，燃油箱泄漏診斷模塊DMTL會進行一次比較測量。在比較測量過程中將建立起一個相當于參考泄漏量為0.5mm的計示壓力并維持10～15s，同時測量為此所需要的泵電流為20～30mA。在隨后進行的壓力建立過程中，如果與先前測得的泵參考電流相比識別到電流有所下降，這就是在燃油系統中存在泄漏的信號；如果超過參考電流時表明系統中沒有泄漏。

診斷過程可分三級，第1級為活性碳過濾器掃氣(圖4)；第2級為相對于一個參考孔進行參考測量(圖5)；第3級進行真正的密封性檢測(圖6，60～220s，當系統密封時、200～300s，當有0.5mm的泄漏時、30～80s，當泄漏>1mm時)燃油箱通氣閥在測量過程中關閉。測量時間由燃油箱油位決定。

(2)PORSCHE(美規)泄漏診斷模塊的設計及結構原理

燃油箱泄漏診斷模塊(圖7)需要用來監控燃油箱通風系統是否發生輕微泄漏(超過0.5mm)和重大泄漏(超過1mm)。它由一臺電動葉片泵和一個帶有一體式基準開口)的轉換閥組成。監控燃油箱系統是否泄漏的方法是，比較當前泵電機電流與燃油箱系統按標準化基準開口運行時泵電機電流的測量值。

如果不執行泄漏診斷，轉換閥就會保持在位置(a)；如果泵未啟用，燃油蒸汽就會通過活性碳過濾器、開啟的轉換閥和清潔空氣過濾器輸送到外部。

為了在車輛行駛過程中對活性碳過濾器進行再生，燃油箱通風閥(TEV)應在脈沖模式下運行。新鮮空氣流經清潔空氣過濾器→開啟的轉換閥(2設定在a位置)→活性碳過濾器和燃油箱通風閥進入進氣管。活性碳過濾器可通過一個大流量橫截面進行再生。這樣只會使壓力輕微下降,這對于實現提高活性碳過濾器再生率非常有利。清潔空氣過濾器有助于防止泵、基準開口和轉換閥受到污染。此外，再生空氣不從泵流過，這對其使用壽命積極的影響。

當診斷條件滿足時，燃油箱泄漏診斷會在關閉發動機后進行。要測量泵電機的基準電流，應在轉換閥(2設定在a位置)和燃油箱通風閥關閉的情況下短時間開啟測量泵。當過濾后的新鮮空氣通過0.5mm的基準開口送入時，泵基準電流也隨之被測量。

如圖8所示，在診斷模式下轉換閥2(設定在b位置)被切換，這樣新鮮空氣就會在燃油箱通風閥保持關閉的情況下被泵送到燃油箱系統。同時，燃油箱系統與周圍環境隔絕。電機電流下降到零負荷水平，隨后在活性碳過濾器和燃油箱內建立最低水平的過壓。該壓力將參考電機電流的上升值進行測量。在無泄漏系統中，電流特性與上部曲線相符。在Motronic控制單元內，將對每臺泵電機的耗電量進行測量。系統通過比較電流特性及存在0.5mm泄漏的電流特性進行監控。如果這兩種情況下耗電量相同，就可認定燃油箱系統中存在基準開口大小的泄漏。與基準節氣門進行比較，將得出不受過壓泵公差影響和任何環境影響的流程。

如圖9所示，Porsche 911、Carrera(997)和Boxster(987)上的燃油箱通風系統(配備ORVR的美國款車輛)配備了一個四腔活性碳過濾器和一個診斷模塊，該診斷模塊主要負責檢查通過過濾器進行通風的燃油箱是否存在泄漏(DM-TL)。當車輛在燃油箱通風系統啟用的情況下行駛時，蒸汽將由四腔活性碳過濾器經脈沖式燃油箱通風閥輸送到進氣歧管。

三、系統典型故障案例

一輛2006款美規Cayenne S行駛65300Km，司機報修，啟動車輛發動機故障燈亮。啟動車輛，組合儀表中MAL燈亮起，確認故障現象存在。用PIWIS Tester進入DME控制單元調出系統故障碼P0455，含義為燃油箱系統嚴重泄漏(超出極限)。根據引導性功能進行故障查詢。

燃油箱泄漏診斷必須滿足的條件：①車輛電壓介于9～16V；②環境空氣壓力大于730hPa(低于海拔約2400～2700m)；③在發動機上次關閉和重新啟動之間，發動機的溫度必須至少降低42℃；④發動機溫度高于5℃；⑤進氣溫度高于5℃；⑥進氣溫度波動小于12℃；⑦在長時間部分負荷條件下行駛；⑧車速介于3～150km/h之間。出現該故障碼的可能故障原因有：①真空泄漏(系統包括真空泵、制動助力器、泄漏診斷泵、進氣管切換閥、以及尾部消音器中的廢氣活門)；②真空泵故障；③燃油箱蓋示正確關閉或有故障；④燃油箱通風孔存在機械故障；⑤泄漏診斷泵存在內部(膜片)或外部泄漏；⑥炭罐切斷閥存在機械故障(加電后未完全關閉)；⑦炭罐切斷閥的接頭泄漏；⑧燃油箱系統(包括軟管)泄漏。

檢查燃油箱蓋，密封功能正常；泄漏診斷泵線路連接正常。使用PIWIS Tester進入DME進行驅動鏈接測試，燃油系統泄漏診斷泵電磁閥開關動作，說明DME電控功能正常。斷開真空軟管連接，啟動發動機，用真空壓力表進行真空管路壓力檢查，顯示為-0.7bar左右，真空系統狀態正常，無泄漏。斷開泄漏診斷泵進氣與排氣接口軟管，執行系統短期測試功能，進出氣口氣流狀態正常。堵住泄漏診斷泵出口側(圖10)，執行短期測試功能，顯示測試已完成，故障碼消失；再堵住泄漏診斷泵進氣口側，執行短期測試功能，顯示測試不成功，同時生成另外一個故障碼“Tank vent system: actual pumpcurent(低于下限值)”說明泄漏診斷泵功能正常。

清除故障碼后，重新安裝泄漏診斷泵，進行DME中短期測試功能，故障碼再次出現。進行與活性碳過濾器連接管路的檢查，分別短路與燃油蒸汽收集器、燃油通風閥的管路測試，發現在短期測試時燃油通風閥管路存在泄漏(在發動機啟動后，除正常DME脈沖驅動結束后，手指堵上管接口留有微小氣隙，管路中明顯能聽到有“咝咝”的細小漏氣聲現象存在)；進行炭罐電磁閥驅動鏈接功能測試，有“嗒嗒”的電器動作聲音，DME電控功能正常。用壓縮空氣對炭罐電磁閥檢測，炭罐電磁閥處于微量的常通狀態。采用正常的部件替換后，再次進行短期測試功能，故障現象不再出現，測試功能顯示成功完成，至此故障徹底排除。

故障原因為炭罐電磁閥內部機械卡滯，導致系統關閉不嚴，在車輛啟動并達到自檢條件后，發動機利用進氣真檢測蒸發排放系統是否泄漏，因無法建立正確的系統檢測壓力，而發出報警提示。更換炭罐電磁閥，清除故障碼，發動機故障燈熄滅。