HC排放控制淺析

【摘 要】本文通過對(duì)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的研究及對(duì)國外汽車燃油蒸發(fā)控制技術(shù)的分析，基于國內(nèi)汽車現(xiàn)狀，提出了對(duì)國產(chǎn)汽車燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的建議。

【關(guān)鍵詞】燃油蒸發(fā)；控制系統(tǒng)；炭罐；有效吸附率

汽車污染物主要來源于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放、曲軸箱通風(fēng)換氣以及燃油蒸發(fā)排放，對(duì)燃油蒸發(fā)進(jìn)行控制是控制汽車污染的重要方面。隨著越來越嚴(yán)格的排放控制法規(guī)出臺(tái)，汽車各生產(chǎn)廠家及研究機(jī)構(gòu)對(duì)汽車的燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，出現(xiàn)了許多新的汽車燃油蒸發(fā)控制技術(shù)。本文主要論述電噴汽油車的燃油蒸發(fā)排放控制。

1.HC蒸發(fā)排放的來源

1.1以發(fā)生的時(shí)刻來劃分，汽車的HC蒸發(fā)排放可分為運(yùn)轉(zhuǎn)蒸發(fā)排放、熱浸蒸發(fā)排放、晝間蒸發(fā)排放、駐車蒸發(fā)排放及加油蒸發(fā)排放。運(yùn)轉(zhuǎn)蒸發(fā)排放是指汽車行駛時(shí)從發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)逸散出的燃油蒸氣；晝間蒸發(fā)排放是指由于大氣溫度對(duì)停放汽車的加熱引起液體燃油蒸發(fā)，蒸氣膨脹并從油箱中排出；熱浸蒸發(fā)排放是指汽車行駛停止后，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；駐車蒸發(fā)排放是指車輛停放時(shí)，由于蒸氣的擴(kuò)散遷移所造成的燃油蒸發(fā)排放；加油蒸發(fā)排放是指汽車加油過程所造成的汽油蒸發(fā)排放。

1.2從空間角度分析汽車HC蒸發(fā)排放源自背景排放和燃油蒸發(fā)排放。背景排放主要來自汽車的橡膠及塑料制件，雖然數(shù)量相對(duì)很少，但其主要成分為苯等物質(zhì)。這些物質(zhì)具有刺激性的氣味和危害性大，嚴(yán)重影響汽車的舒適性。燃油蒸發(fā)排放主要來自汽車的燃油供給系統(tǒng)。環(huán)境溫度對(duì)油箱的傳熱、路面對(duì)油箱的熱輻射、排氣管對(duì)油箱的熱輻射、汽油泵的摩擦造成的熱量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的回油等帶來的熱量都會(huì)對(duì)燃油系統(tǒng)中的HC蒸發(fā)；燃油流經(jīng)管路時(shí)，由于管徑的突然變化，導(dǎo)致的壓力突然降低和燃油的潑濺。

2.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

燃油蒸氣控制系統(tǒng)主要包括燃油蒸氣暫存部件(炭罐)、吸附控制裝置(吸附閥)、脫附控制裝置(脫附閥)、油箱以及相關(guān)管路等。

炭罐、吸附閥和脫附閥常常被制成一個(gè)整體，便于它們之間的協(xié)調(diào)控制及其在整車上的安裝。炭罐是功能部件，吸附閥和脫附閥是協(xié)調(diào)控制部件。系統(tǒng)的性能，一方面與其部件性能有關(guān)，同時(shí)也受整車匹配效果及環(huán)境情況所影響。炭罐性能的主要衡量參數(shù)為有效吸附率，殘存吸附率及工作能力。國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的HCRJ047/1999文件中規(guī)定，炭罐的有效吸附率不低于18%，殘存吸附率不低于15%，工作能力不小于5.5g/100mL。炭罐的有效吸附率的因素很多，其中有活性炭的比表面積，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，有效吸附率也越大；再有活性炭孔徑分布，即活性炭孔隙按其直徑大小的分布規(guī)律，分布中過渡孔和微孔所占的比率越大，有效吸附率也越大；還有炭罐的結(jié)構(gòu)形式，即炭罐設(shè)計(jì)中盡量避免吸附盲區(qū)和脫附盲區(qū)的存在，使活性炭都能有效工作。此外，炭罐的長度/直徑比對(duì)其有效吸附率也有主要影響，該比值越大，在相同流量下脫附氣流的流速就越快，脫附力就越大，脫附出的燃油蒸氣就越多，殘留就越少，有效吸附率就越高。為有效提高炭罐的長度/直徑比，常在炭罐內(nèi)設(shè)置隔板。隔板位置、吸附口和脫附口位置都會(huì)對(duì)炭罐有效吸附率產(chǎn)生影響。炭罐是與吸附閥、脫附閥在汽車上配合工作。吸附閥和脫附閥的特性以及汽車的ECU內(nèi)設(shè)定的控制方案，都會(huì)影響燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)的工作能力。吸附閥開啟壓力設(shè)定值會(huì)對(duì)吸附工況下蒸氣流的溫度、壓力及成分產(chǎn)生影響。此壓力值若設(shè)定得高，閥門打開時(shí)油箱內(nèi)的蒸氣會(huì)快速大量地涌入炭罐，蒸氣流帶來的熱量加上吸附效應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，會(huì)使炭罐的溫度迅速升高，導(dǎo)致其吸附能力降低。脫附口的位置及脫附閥的特性會(huì)對(duì)脫附氣流的流量產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響炭罐的有效吸附率。選擇脫附口位置時(shí)，需要考慮此位置的真空度隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化規(guī)律，以便提供適量的脫附氣流。脫附閥分機(jī)械式及電控式。機(jī)械式脫附閥由脫附口的真空度控制，理想特性為，壓差過大或過小時(shí)，少進(jìn)氣或不進(jìn)氣，中等壓差時(shí)，多進(jìn)氣。電控式炭罐脫附閥由ECU控制，ECU根據(jù)汽車工況為其提供開關(guān)信號(hào)。汽車所處環(huán)境濕度，會(huì)對(duì)炭罐有效吸附率產(chǎn)生影響?；钚蕴繉?duì)燃油蒸氣及水蒸氣有很強(qiáng)的吸附作用。如果汽車長期工作在濕度過高環(huán)境下，炭罐里的活性炭會(huì)吸附大量的水蒸氣，降低炭罐對(duì)燃油蒸氣的吸附能力，導(dǎo)致炭罐的有效吸附率下降。煤基型活性炭罐中注水后會(huì)隨著注水量增加，炭罐的有效吸附能力顯著下降。

3.減少燃油蒸發(fā)排放的主要的技術(shù)措施

減少油箱內(nèi)產(chǎn)生燃油蒸氣的數(shù)量可有效控制燃油蒸發(fā)。技術(shù)措施包括采用不回油的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)，采用機(jī)械效率高、摩擦生熱少的不用燃油冷卻的汽油泵，將油箱布置得遠(yuǎn)離熱源以及提高炭罐的吸附閥的開啟壓力。

不回油的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)可以防止燃油從發(fā)動(dòng)機(jī)的油軌攜帶熱量到燃油箱，減少油箱內(nèi)的蒸氣產(chǎn)生量。采用機(jī)械效率高的汽油泵，并采用燃油之外的介質(zhì)來冷卻油泵，可減少由油泵傳導(dǎo)到油箱內(nèi)燃油的熱量，從而減少燃油的蒸發(fā)量。將油箱布置得遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)及尾氣排放系統(tǒng)等熱源，有助于減少因油箱受熱而產(chǎn)生的蒸氣量，提高炭罐的吸附閥的開啟壓力也可以減少油箱內(nèi)的蒸氣產(chǎn)生量，但過高的壓力對(duì)油箱的耐壓性能提出了更高的要求。

目前國外的塑料油箱多采用復(fù)合材料制成，來提高它的耐壓性能及抗?jié)B透性。另一方面，國外汽車的炭罐吸附閥的開啟壓力設(shè)定得比國內(nèi)產(chǎn)品低。通過提高炭罐有效吸附率、優(yōu)化ECU吸脫附控制邏輯及脫附氣流控制裝置以及采用體積更大的炭罐，可提高炭罐的處理能力，減少燃油蒸發(fā)排放。提高炭罐的有效吸附率的方法有采用優(yōu)質(zhì)活性炭和提高炭罐的長徑比等。炭罐容積越大，其中裝載的活性炭越多，炭罐能夠吸附的汽油蒸氣就越多，炭罐被突破的機(jī)會(huì)就會(huì)大大減少，蒸發(fā)排放就少。加油蒸發(fā)排放可以通過改造加油站的加油裝置或車載加油裝置來加以控制。車載式加油蒸發(fā)排放控制裝置不僅要在加油時(shí)對(duì)加油口進(jìn)行密封，而且要能順暢地將加油時(shí)油箱內(nèi)的蒸氣導(dǎo)向炭罐。具體的密封方式有機(jī)械式及液面式兩種，為了在加油時(shí)油箱內(nèi)的蒸氣導(dǎo)向炭罐，需要在加油口處安裝一個(gè)由加油閥控制的燃油蒸氣通路，該通路的開閉由一個(gè)能感知加油動(dòng)作的聯(lián)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。加油時(shí)，加油閥被打開，燃油蒸氣通過這個(gè)專設(shè)的通路流向炭罐，其余時(shí)間加油閥關(guān)閉，也封閉了這個(gè)通路。

4.結(jié)束語

本文根據(jù)國外對(duì)汽油車的HC蒸發(fā)排放的研究成果，對(duì)HC蒸發(fā)排放的來源、排放控制法規(guī)以及燃油蒸發(fā)的控制方法進(jìn)行了分析，為國內(nèi)的HC排放控制系統(tǒng)的改進(jìn)提供借鑒。 [科]

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