淺析汽車燃油蒸發控制系統

何彥彬，杜曉琳，劉維峰

（1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北 保定 071000；2.河北省汽車工程技術研究中心，保定 071000）

淺析汽車燃油蒸發控制系統

何彥彬，杜曉琳，劉維峰

（1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北 保定 071000；2.河北省汽車工程技術研究中心，保定 071000）

本文對汽油機汽車燃油系統在不同時期燃油蒸發排放產生的原因及排放量進行了分析，闡述了汽油機汽車燃油蒸發控制系統各功能零部件的主要功能及設計要點本文對汽油機汽車燃油系統在不同時期燃油蒸發排放產生的原因及排放量進行了分析，闡述了汽油機汽車燃油蒸發控制系統各功能零部件的主要功能及設計要點。

HC 蒸發排放；燃油蒸發控制系統

CLC NO.: U464.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

根據公安部交通管理局數據顯示截至今年11月，我國機動車保有量達2.23億輛，汽車保有量達1.37億輛，大中城市中汽車保有量達到100萬輛以上的城市數量達14個。可以說中國正在逐步步入汽車時代，但隨之而來的就是環境問題

。國家對汽車的污染物的控制也越來越嚴格。其中污染物來源基本上包括：汽車尾氣，曲軸箱泄漏和燃料供給系統中燃油的蒸發。燃油蒸發排放的主要成分是HC，它占汽車總HC排放量的20%左右。各6591.74大汽車公司為了控制HC的揮出均設置了汽車燃油蒸發控制系統。

1、整車HC的主要來源

整車HC的主要是由整車塑料件析出物、橡膠件析出物、曲軸箱析出物，燃油系統析出物構成，本文以介紹燃油系統析出物為主。

1.1 汽車行駛過程中的蒸發排放

汽車行駛過程中燃油蒸氣是指從發動機燃油供給系統析出的燃油蒸汽。

車型行駛過程中空氣流經燃油箱總成，從而帶走燃油箱溫度，使溫度不會積聚。當燃油箱內燃油溫度低時，蒸發緩慢，油氣產生較少。

當溫度越高時，壓力越低，燃油的蒸發性會越強。如果整車采用全回油系統，這時回油管路壓力相對供油管路壓力低，并且存在壓力變化，產生燃油蒸汽的機率高，所以相比較而言無回油系統的設計可以有效的減少燃油蒸氣量。

1.2 晝間蒸發排放

晝間蒸發排放是指由于大氣溫度對停放汽車的加熱所引發的燃油蒸發，蒸氣膨脹并從油箱中溢出。

車輛行駛及停放過程中，由于整車燃油系統基本均處于車輛底部，這時路面及環境溫度對燃油供給系統就會有較大的影響。

如圖1所示，在中午10：00～14∶00點時路面溫度升高到最高點，這時由于環境溫度使油箱溫度逐漸升高，油箱內的蒸氣量逐漸增多；當壓力值高于設定的系統壓力值時，蒸氣流經管路被碳罐吸附暫存；但由于碳罐容積限制，當大量蒸汽不斷涌出，碳罐將吸附飽和，少量蒸氣會克服碳罐的阻擋而溢出，造成晝間蒸發排放。在16∶00～8∶00點時間段中，環境溫度降低油箱內的溫度逐步隨之降低，燃油蒸氣的壓力逐漸降低，當壓力低于系統設定值時蒸氣停止外溢；油箱的壓力繼續降低，當壓力低于大氣壓力時，真空度作用下逆向打開，外界空氣就會被吸進燃油箱。空氣在進入油箱的過程中會對碳罐產生逆向吹洗，將碳罐內吸附的部分蒸氣吹回油箱，這一過程稱為反向脫附過程。脫附效應可使碳罐的吸附能力得到一定程度的恢復。

1.3 熱浸蒸發排放

熱浸蒸發排放是指汽車行駛停止后，風扇和迎風面的冷卻也停止，發動機系統的殘余熱量使燃油溫度升高而引起的蒸發排放。

它主要發生在車輛停止后1 h或更短的時間內。由于汽車停止運轉后燃油箱風冷效能消失，這時燃油溫度受環境溫度、電子燃油泵溫度釋放、燃油管路溫度積聚等導致汽車燃油箱的溫度顯著高于車輛全天正常溫度。由于燃油蒸發排放量與油箱溫度密切相關，所以這段時間雖然很短，但燃油蒸發量卻非常突出。

1.4 燃油加注蒸發排放

燃油加注蒸發排放是指汽車加油過程所造成的汽油蒸發排放。在加油的開始時，有時燃油箱內的正壓力較高，打開油箱蓋時燃油蒸氣會在壓力作用下溢出油箱；在加油過程中，油箱的蒸氣容積不斷減小，油箱內的氣體向外排出，這時燃油蒸氣及加油時的汽油沖擊作用所形成的小液滴就隨之流入大氣。另外，加油管在插入及撥出加油口時還會有燃油的滴漏現象。

2、燃油蒸發控制系統

汽車燃油蒸發控制系統主要由活性碳罐，安全閥，碳罐電磁閥，空氣濾清器，管路及支架等組成（見圖2）。其系統的性能，一方面與其部件性能有關，同時也受整車匹配效果及環境情況所影響。

整個系統中，對整個排放貢獻最大的就是碳罐。碳罐的性能衡量參數主要是有效吸附率及脫附能力。而碳罐的吸附及脫附能力主要依靠活性碳粉的工作能力。其中影響活性炭性能的主要指標分別為：（1）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，有效吸附能力越高；（2）活性炭孔徑分布，即活性炭孔隙按其直徑大小的分布規律，分布中過渡孔和微孔所占的比率越大，有效吸附率也越大。當然在選擇過程中不能只追求微孔的數量，如碳粉中存在大量微孔將直接導致碳粉脫附能力下降，碳罐極易飽和，無法脫附最終失效。另當車輛長期工作在陰霾大霧天氣中，這時空氣中的水蒸汽將被活性碳吸附，從而減低活性炭的對汽油的吸附能力（見圖3）。不過當空氣干燥時，碳罐內水分蒸發后，碳罐工作能力可以基本恢復。

碳罐的結構形式對碳罐工作能力也有一定的影響，在碳罐設計中盡量避免死角，使空氣及燃油蒸汽可以盡可能的流經炭粉。

為應對更為苛刻的法規要求，避免加油過程中的燃油蒸發造成對環境的影響，現在國內主機廠也正在開發用于控制加油蒸發的系統（簡稱ORVR系統），其主要手段是增加碳罐容積，使燃油加注過程中的燃油蒸汽儲存在碳罐內部，防止蒸汽外溢。

安全閥一邊連接油箱，一邊連接碳罐。發動機不工作時，環境氣溫升高，油箱內產生汽油蒸汽形成正壓，汽油蒸汽通過此閥進入碳罐，被活性碳吸附；環境氣溫下降汽油蒸汽凝結，油箱內形成負壓時，大氣通過碳罐和此閥進入油箱，給油箱補氣。其主要設計點在于開啟壓力設定值。如果油箱負壓較大時此閥不能打開的話，就存在發動機工作時將發生油箱吸扁或發動機抖動滅火的隱患。如果油箱正壓時，此閥開啟壓力不得大于3.63kPa，否則供油系統不滿足我國法規關于通氣性的要求。不過可以適當的提高此閥的正向開啟壓力，這樣就可以把較多的燃油蒸汽儲存在燃油箱（需考慮燃油箱設計耐正壓能力）內，可以使碳罐的容積減小，同樣也可以通過整車測試。

碳罐電磁閥也稱脫附控制閥。現在電噴汽車主要由發動機ECU控制，碳罐電磁閥設計非常關鍵，它直接關系到碳罐的清洗效果和對發動機性能的影響。若碳罐電磁閥的開啟設計不合理，會導致碳罐中汽油蒸氣不能及時脫附到發動機中燃燒掉，而是從碳罐中溢出，使得蒸發排放增加。或者在碳罐脫附過程中，較大的脫附流量雖然保證有良好的脫附效果，但可能會影響發動機的空燃比，從而破壞發動機的性能，對其整個系統中硬件造成不良影響。要保證碳罐既有良好的清洗效果又不影響發動機的性能，對脫附閥的設計有如下要求：大負荷情況下少進氣；中等負荷時在不影響發動機性能的前提下允許多進氣（在不影響系統其他硬件的前提下）；怠速時盡量少進氣或不進氣。

3、結論

本文對汽油車燃油供給系統在不同時期的HC產生機理，系統零部件的設計開發要點進行了分析闡述，為提升汽車燃油蒸發控制系統的性能提供一個借鑒方向。

[1] 解建光.汽油車燃油蒸發排放控制裝置的研究 小型內燃機.2000.

[2] 程勇.付鐵強.李洧.高俊華.方茂東. 國產輕型汽油車蒸發排放現狀與分析.汽車工程.2002.

[3] 石磊.汽車燃油蒸發排放控制系統.汽車工程師.2013.

[4] 韋海燕. 汽油車燃油蒸發污染物控制技術探討.農機化研究.2008.

Analysis Of vehicle fuel evaporative control system

He Yanbin, Du Xiaolin, Liu Weifeng

（1. Great Wall Motor Company Limited Technology Center, Hebei Baoding 071000；
2. Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Hebei Baoding 071000）

The text analyses emission pollutant volume caused by evaporation of the fuel injection system in petrol vehicle in the different period, also explains major functions and critical designs in all parts of evaporation emission system.

HC Evaporation emission；Fuel evaporation control system

U464.3

A

1671-7988(2015)03--

何彥彬，就職于長城汽車股份有限公司。