帶泄漏診斷功能的燃油蒸發(fā)物排放控制系統(tǒng)

文/北京 李強(qiáng)

一、燃油蒸發(fā)物的來源

由于較高的環(huán)境溫度、燃油箱中的燃油泵功率損失而產(chǎn)生的熱、沒有用完的壓縮汽油的回流、外部熱輻射；行駛時(shí)的環(huán)境壓力下降等因素，產(chǎn)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(fā)物的控制

1. 真空源燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

有專門的環(huán)保法規(guī)對燃油蒸發(fā)物排放進(jìn)行限制。該法規(guī)要求安裝燃油蒸發(fā)物排放控制系統(tǒng)(圖1)，該系統(tǒng)配備有安裝在燃油箱通風(fēng)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(shí)還提供了釋放燃油箱壓力的功能。發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)氣管中會產(chǎn)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(fā)動機(jī)中燃燒。

隨著車輛的使用，一些橡膠元件會老化，導(dǎo)致燃油蒸汽控制系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行泄漏診斷。在燃油蒸汽系統(tǒng)中為了更好地檢測密封性，以普通的燃油蒸汽控制系統(tǒng)中增加系統(tǒng)診斷空氣泵(圖2)和空氣濾清器部件。系統(tǒng)診斷空氣泵是一個(gè)執(zhí)行器，又是一個(gè)傳感器。作為執(zhí)行器時(shí)，它是一個(gè)空氣泵，用來產(chǎn)生氣體壓強(qiáng)；作為傳感器時(shí)，又是一個(gè)壓力傳感器，以檢測系統(tǒng)壓力降低情況。當(dāng)系統(tǒng)啟動診斷過程時(shí)，活性炭罐電磁閥將發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管系統(tǒng)與燃油蒸發(fā)系統(tǒng)隔絕，通過系統(tǒng)診斷空氣泵工作對燃油蒸發(fā)系統(tǒng)加壓，發(fā)動機(jī)DME將通過系統(tǒng)診斷泵壓力傳感器，檢測到的燃油蒸汽系統(tǒng)中氣體壓力，從而判斷系統(tǒng)的密封性是否在正確范圍。

系統(tǒng)診斷空氣泵有三個(gè)接頭，其中最上端連接發(fā)動機(jī)節(jié)氣門后方的真空管，左下端接頭連接燃油蒸汽控制系統(tǒng)，右下端接頭連接空氣濾清器。發(fā)動機(jī)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(chǎn)生氣體壓強(qiáng)，同時(shí)為了使膜片上腔不產(chǎn)生真空吸力，必須在膜片上腔引入空氣進(jìn)行壓力平衡，空氣將由空氣濾清器通過連通管道到達(dá)膜片上腔，便于膜片向下移動，對系統(tǒng)進(jìn)行加壓。當(dāng)燃油蒸汽控制系統(tǒng)密封不良時(shí)，膜片下移距離很大，安裝在系統(tǒng)診斷空氣泵上端的舌簧管接觸開關(guān)就會閉合，向發(fā)動機(jī)電腦發(fā)出反饋指令，發(fā)動機(jī)電腦發(fā)出指令再次將膜片上拉和向下釋放。如此反復(fù)，發(fā)動機(jī)就可以根據(jù)膜片上下移動的頻率來確定系統(tǒng)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(fā)動機(jī)電腦根據(jù)頻率可以判斷，此系統(tǒng)為微小泄漏。圖3(b)顯示頻率變化較大，則可判斷此系統(tǒng)為大量泄漏。

燃油箱通風(fēng)裝置可以補(bǔ)充檢查泄漏。燃油箱通風(fēng)系統(tǒng)可分為三個(gè)狀態(tài)：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(gè)化學(xué)當(dāng)量混合汽比相當(dāng)。在燃油箱通風(fēng)系統(tǒng)已被激活時(shí)，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(diào)節(jié)系統(tǒng)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(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行功能檢測的一個(gè)輔助標(biāo)準(zhǔn)。

2.電動葉片泵式泄漏診斷模塊系統(tǒng)

(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(shè)備中的泄漏，為美規(guī)車輛安裝了燃油箱泄漏診斷模塊。該模塊具有后續(xù)運(yùn)行功能，此功能隨著總線端KI.15的關(guān)閉并，同時(shí)滿足判斷標(biāo)準(zhǔn)而通過DME自動啟動。燃油箱泄漏診斷模塊DMTL可識別整個(gè)燃油蒸發(fā)系統(tǒng)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(gè)電動空氣泵在燃油箱中產(chǎn)生一個(gè)20～30mbar(1bar=100kPa)的壓力，為達(dá)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(jìn)行一次比較測量。在比較測量過程中將建立起一個(gè)相當(dāng)于參考泄漏量為0.5mm的計(jì)示壓力并維持10～15s，同時(shí)測量為此所需要的泵電流為20～30mA。在隨后進(jìn)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(tǒng)中存在泄漏的信號；如果超過參考電流時(shí)表明系統(tǒng)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(gè)參考孔進(jìn)行參考測量(圖5)；第3級進(jìn)行真正的密封性檢測(圖6，60～220s，當(dāng)系統(tǒng)密封時(shí)、200～300s，當(dāng)有0.5mm的泄漏時(shí)、30～80s，當(dāng)泄漏>1mm時(shí))燃油箱通氣閥在測量過程中關(guān)閉。測量時(shí)間由燃油箱油位決定。

(2)PORSCHE(美規(guī))泄漏診斷模塊的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)原理

燃油箱泄漏診斷模塊(圖7)需要用來監(jiān)控燃油箱通風(fēng)系統(tǒng)是否發(fā)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(gè)帶有一體式基準(zhǔn)開口)的轉(zhuǎn)換閥組成。監(jiān)控燃油箱系統(tǒng)是否泄漏的方法是，比較當(dāng)前泵電機(jī)電流與燃油箱系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)開口運(yùn)行時(shí)泵電機(jī)電流的測量值。

如果不執(zhí)行泄漏診斷，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)行再生，燃油箱通風(fēng)閥(TEV)應(yīng)在脈沖模式下運(yùn)行。新鮮空氣流經(jīng)清潔空氣過濾器→開啟的轉(zhuǎn)換閥(2設(shè)定在a位置)→活性碳過濾器和燃油箱通風(fēng)閥進(jìn)入進(jìn)氣管。活性碳過濾器可通過一個(gè)大流量橫截面進(jìn)行再生。這樣只會使壓力輕微下降,這對于實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)開口和轉(zhuǎn)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(dāng)診斷條件滿足時(shí)，燃油箱泄漏診斷會在關(guān)閉發(fā)動機(jī)后進(jìn)行。要測量泵電機(jī)的基準(zhǔn)電流，應(yīng)在轉(zhuǎn)換閥(2設(shè)定在a位置)和燃油箱通風(fēng)閥關(guān)閉的情況下短時(shí)間開啟測量泵。當(dāng)過濾后的新鮮空氣通過0.5mm的基準(zhǔn)開口送入時(shí)，泵基準(zhǔn)電流也隨之被測量。

如圖8所示，在診斷模式下轉(zhuǎn)換閥2(設(shè)定在b位置)被切換，這樣新鮮空氣就會在燃油箱通風(fēng)閥保持關(guān)閉的情況下被泵送到燃油箱系統(tǒng)。同時(shí)，燃油箱系統(tǒng)與周圍環(huán)境隔絕。電機(jī)電流下降到零負(fù)荷水平，隨后在活性碳過濾器和燃油箱內(nèi)建立最低水平的過壓。該壓力將參考電機(jī)電流的上升值進(jìn)行測量。在無泄漏系統(tǒng)中，電流特性與上部曲線相符。在Motronic控制單元內(nèi)，將對每臺泵電機(jī)的耗電量進(jìn)行測量。系統(tǒng)通過比較電流特性及存在0.5mm泄漏的電流特性進(jìn)行監(jiān)控。如果這兩種情況下耗電量相同，就可認(rèn)定燃油箱系統(tǒng)中存在基準(zhǔn)開口大小的泄漏。與基準(zhǔn)節(jié)氣門進(jìn)行比較，將得出不受過壓泵公差影響和任何環(huán)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(fēng)系統(tǒng)(配備ORVR的美國款車輛)配備了一個(gè)四腔活性碳過濾器和一個(gè)診斷模塊，該診斷模塊主要負(fù)責(zé)檢查通過過濾器進(jìn)行通風(fēng)的燃油箱是否存在泄漏(DM-TL)。當(dāng)車輛在燃油箱通風(fēng)系統(tǒng)啟用的情況下行駛時(shí)，蒸汽將由四腔活性碳過濾器經(jīng)脈沖式燃油箱通風(fēng)閥輸送到進(jìn)氣歧管。

三、系統(tǒng)典型故障案例

一輛2006款美規(guī)Cayenne S行駛65300Km，司機(jī)報(bào)修，啟動車輛發(fā)動機(jī)故障燈亮。啟動車輛，組合儀表中MAL燈亮起，確認(rèn)故障現(xiàn)象存在。用PIWIS Tester進(jìn)入DME控制單元調(diào)出系統(tǒng)故障碼P0455，含義為燃油箱系統(tǒng)嚴(yán)重泄漏(超出極限)。根據(jù)引導(dǎo)性功能進(jìn)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(huán)境空氣壓力大于730hPa(低于海拔約2400～2700m)；③在發(fā)動機(jī)上次關(guān)閉和重新啟動之間，發(fā)動機(jī)的溫度必須至少降低42℃；④發(fā)動機(jī)溫度高于5℃；⑤進(jìn)氣溫度高于5℃；⑥進(jìn)氣溫度波動小于12℃；⑦在長時(shí)間部分負(fù)荷條件下行駛；⑧車速介于3～150km/h之間。出現(xiàn)該故障碼的可能故障原因有：①真空泄漏(系統(tǒng)包括真空泵、制動助力器、泄漏診斷泵、進(jìn)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(guān)閉或有故障；④燃油箱通風(fēng)孔存在機(jī)械故障；⑤泄漏診斷泵存在內(nèi)部(膜片)或外部泄漏；⑥炭罐切斷閥存在機(jī)械故障(加電后未完全關(guān)閉)；⑦炭罐切斷閥的接頭泄漏；⑧燃油箱系統(tǒng)(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(jìn)入DME進(jìn)行驅(qū)動鏈接測試，燃油系統(tǒng)泄漏診斷泵電磁閥開關(guān)動作，說明DME電控功能正常。斷開真空軟管連接，啟動發(fā)動機(jī)，用真空壓力表進(jìn)行真空管路壓力檢查，顯示為-0.7bar左右，真空系統(tǒng)狀態(tài)正常，無泄漏。斷開泄漏診斷泵進(jìn)氣與排氣接口軟管，執(zhí)行系統(tǒng)短期測試功能，進(jìn)出氣口氣流狀態(tài)正常。堵住泄漏診斷泵出口側(cè)(圖10)，執(zhí)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(jìn)氣口側(cè)，執(zhí)行短期測試功能，顯示測試不成功，同時(shí)生成另外一個(gè)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(jìn)行DME中短期測試功能，故障碼再次出現(xiàn)。進(jìn)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(fēng)閥的管路測試，發(fā)現(xiàn)在短期測試時(shí)燃油通風(fēng)閥管路存在泄漏(在發(fā)動機(jī)啟動后，除正常DME脈沖驅(qū)動結(jié)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(xì)小漏氣聲現(xiàn)象存在)；進(jìn)行炭罐電磁閥驅(qū)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(tài)。采用正常的部件替換后，再次進(jìn)行短期測試功能，故障現(xiàn)象不再出現(xiàn)，測試功能顯示成功完成，至此故障徹底排除。

故障原因?yàn)樘抗揠姶砰y內(nèi)部機(jī)械卡滯，導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)閉不嚴(yán)，在車輛啟動并達(dá)到自檢條件后，發(fā)動機(jī)利用進(jìn)氣真檢測蒸發(fā)排放系統(tǒng)是否泄漏，因無法建立正確的系統(tǒng)檢測壓力，而發(fā)出報(bào)警提示。更換炭罐電磁閥，清除故障碼，發(fā)動機(jī)故障燈熄滅。