淺析燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

畢國(guó)亮

（寧波震?？萍脊煞萦邢薰荆憬?寧波 315600）

燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)（EVAP）運(yùn)行過(guò)程要具備穩(wěn)定性，才能夠保證摩托車(chē)安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。為了解決這一問(wèn)題，很多工程師專(zhuān)門(mén)對(duì)摩托車(chē)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)中的碳罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，希望能夠碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)效率。為此，針對(duì)系統(tǒng)的電控優(yōu)化，通過(guò)碳罐電磁閥的操作了解發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，對(duì)碳罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提升碳罐吸附以及脫附性能，確保碳罐運(yùn)行穩(wěn)定性，避免因?yàn)楣苈范氯蛘咂屏褜?duì)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的碳罐結(jié)果造成影響。

1 研究背景

現(xiàn)在，人們逐漸意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，開(kāi)始在日常生活以及工作中加強(qiáng)重視。國(guó)家有關(guān)部門(mén)為了優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，也出臺(tái)了一系列車(chē)輛排放控制標(biāo)準(zhǔn)，以達(dá)到降低車(chē)輛排放的目的。在這一背景下，摩托車(chē)設(shè)計(jì)與制造面臨新要求，致力于降低排放與油耗，這不僅是行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，也是顧客所追求的目標(biāo)。目前，汽車(chē)排放控制得到了極大的關(guān)注，汽車(chē)排放控制相關(guān)研究也需要給予重視。因?yàn)槠腿菀讚]發(fā)，如果長(zhǎng)期保持在常溫狀態(tài)下，燃油箱內(nèi)便會(huì)生成大量燃油蒸氣?？紤]到行車(chē)安全，對(duì)于燃油箱的氣壓務(wù)必要控制在1 個(gè)大氣壓，一旦受外界因素影響提高氣壓，可以通過(guò)單向閥排出燃油蒸汽；若是氣壓降低，則可以通過(guò)另外的單向閥吸入外部空氣，這一行為所形成的燃油蒸汽排放量在總排放量中占比20%左右。

為此，我國(guó)從20 世紀(jì)末開(kāi)始，在研制摩托車(chē)時(shí)便已經(jīng)有了燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，活性碳罐屬于最為重要的部件，直接關(guān)系到車(chē)輛蒸發(fā)排放。為了使碳罐性能達(dá)到最佳，需要對(duì)碳罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，一方面可以將碳罐進(jìn)氣質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化；另一方面，也可以保證碳罐的穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)使用期限，節(jié)省成本。

2 碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化現(xiàn)狀

一方面，碳罐空氣口如果長(zhǎng)期暴露在外，便會(huì)被異物堵塞，一旦碳罐開(kāi)始執(zhí)行脫附工作，碳罐中的燃油蒸汽無(wú)法快速融合新鮮空氣，增加進(jìn)氣歧管中混合氣的濃度，這樣一來(lái)，便會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱啟動(dòng)的難度，加速力度不夠。另一方面，碳罐空氣口并沒(méi)有設(shè)置過(guò)濾裝備，碳罐進(jìn)氣可能會(huì)被碳罐中的活性碳所污染，長(zhǎng)此以往，便會(huì)縮減發(fā)動(dòng)機(jī)的使用時(shí)間，可見(jiàn)碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)于進(jìn)氣質(zhì)量以及尾氣排放質(zhì)量的重要作用。如果碳罐空氣口效用降低，會(huì)對(duì)摩托車(chē)運(yùn)行帶來(lái)一些影響，技術(shù)人員可以從碳罐空氣口結(jié)構(gòu)、空氣過(guò)濾裝置等方面著手，避免此問(wèn)題。在碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程中，可以在碳罐中放置蓋板，利用彈簧作用壓緊蓋板、罐體中間部位的活性碳，使活性炭吸附性達(dá)到最佳。碳罐空氣口處建議設(shè)置三通閥，其中一個(gè)端口與碳罐的進(jìn)氣口相連，另外兩個(gè)端口則和機(jī)艙、前副車(chē)架相連，吸氣狀態(tài)下碳罐和機(jī)艙所有管路連接，排氣狀態(tài)下碳罐和副車(chē)架的管路連接，吸氣、排氣脫離便可以規(guī)避機(jī)艙中燃油蒸汽堆積，進(jìn)氣端可以設(shè)置防塵蓋，將外部進(jìn)入的空氣過(guò)濾。燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)內(nèi)部還可以設(shè)置診斷開(kāi)關(guān)，負(fù)責(zé)凈化電磁閥運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，以免凈化電磁閥因?yàn)樘幱诔ｉ]狀態(tài)而失去效用，無(wú)法脫附碳罐蒸汽，或是因?yàn)閮艋姶砰y常開(kāi)狀態(tài)而失效，這樣一來(lái)，便會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和怠速性。摩托車(chē)碳罐建議設(shè)置空氣濾清器，對(duì)從外部進(jìn)入到碳罐內(nèi)的空氣進(jìn)行過(guò)濾。

3 燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 碳罐進(jìn)氣質(zhì)量控制

第一，碳罐空氣入口位置可以設(shè)置空氣濾清設(shè)備，對(duì)進(jìn)氣環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)也可以保證進(jìn)氣質(zhì)量；第二，將碳罐位置選擇在封閉處，以免外部環(huán)境的灰塵等進(jìn)入碳罐內(nèi)部，導(dǎo)致進(jìn)氣口被堵塞；第三，碳罐空氣口結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行優(yōu)化，預(yù)防灰塵、泥污等的進(jìn)入。

3.2 碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要對(duì)碳罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。第一，設(shè)置兩個(gè)翻車(chē)截止閥，以免因?yàn)檐?chē)摩托車(chē)工況差異，導(dǎo)致液面晃動(dòng)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，并因燃油蒸汽排出不及時(shí)對(duì)碳罐結(jié)構(gòu)運(yùn)行造成影響。第二，如果摩托車(chē)出現(xiàn)翻車(chē)現(xiàn)象，可以關(guān)閉翻車(chē)截止閥，以免因?yàn)槿加屯饴?duì)駕駛?cè)说娜松戆踩斐赏{。第三，油箱內(nèi)的正壓力如果已經(jīng)與開(kāi)啟雙通閥壓力相同，這時(shí)便可以打開(kāi)閥門(mén)，將內(nèi)部的燃油蒸汽及時(shí)排出；油箱中的負(fù)壓力若是已經(jīng)與雙通閥開(kāi)啟時(shí)的壓力相同，需要將閥門(mén)打開(kāi)，進(jìn)入外部空氣，使油箱內(nèi)壓力達(dá)到平衡。通常油箱的正壓力絕對(duì)值要大于負(fù)壓力絕對(duì)值，發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)下，要確保油箱維持在正壓力狀態(tài)，這對(duì)于降低氣阻，提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能有重要作用。第四，利用空氣管將碳罐空氣口和空氣濾清器進(jìn)行連接，保持其與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管處于并聯(lián)狀態(tài)，一旦碳罐開(kāi)始吸附工作，那么燃油蒸汽進(jìn)入到碳罐內(nèi)也會(huì)被吸附，其余空氣則會(huì)通過(guò)空氣管被吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管當(dāng)中；若是碳罐開(kāi)始脫附工作，這時(shí)便可以開(kāi)啟脫附電磁閥，在進(jìn)氣管負(fù)壓的前提下，空氣通過(guò)空氣濾清器便可以進(jìn)入碳罐內(nèi)部，碳罐結(jié)構(gòu)中的燃油蒸汽也會(huì)隨之進(jìn)入進(jìn)氣管當(dāng)中，為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒提供動(dòng)力。第五，脫附電磁閥處于常閉狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于適當(dāng)?shù)墓r，這時(shí)便可以開(kāi)啟脫附電磁閥，進(jìn)行碳罐脫附清理操作。

3.3 優(yōu)化燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)

因?yàn)槟ν熊?chē)運(yùn)行工況與外界環(huán)境等因素的影響，燃油箱中的燃油溫度會(huì)有所提升，這時(shí)燃油晃動(dòng)，使燃油蒸發(fā)速度加快，便會(huì)導(dǎo)致油箱壓力提升，一旦壓力與開(kāi)啟雙通閥壓力相同，雙通閥就會(huì)開(kāi)啟，內(nèi)部的燃油蒸汽便會(huì)利用翻車(chē)截止閥、吸附管以及雙通閥等機(jī)內(nèi)到碳罐結(jié)構(gòu)內(nèi)。若燃油溫度降低，使燃油處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)燃油蒸汽液化油箱中的壓力也會(huì)隨之降低，油箱會(huì)形成負(fù)壓，并且與雙通閥開(kāi)啟壓力相同，外部的空氣在空氣濾清器、碳罐以及空氣管等的作用下會(huì)進(jìn)入油箱補(bǔ)壓。

按照現(xiàn)有資料分析，發(fā)現(xiàn)摩托車(chē)碳罐結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)設(shè)置空氣過(guò)濾裝置，并且碳罐空氣口處也會(huì)增加防護(hù)結(jié)構(gòu)，以此對(duì)碳罐進(jìn)氣進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)上文提到的利用空氣管將碳罐空氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，空氣濾清器端、進(jìn)氣管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)在于全面提升氣質(zhì)量，具體特征如下：第一，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的碳罐空氣口，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣濾清器過(guò)濾碳罐內(nèi)部的空氣，如此一來(lái)，便無(wú)須再設(shè)置其他空氣過(guò)濾設(shè)備，且該結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可以利用現(xiàn)有空間，以免發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)樘脊蘅諝饪诙氯麑?dǎo)致油箱負(fù)壓運(yùn)行，供油氣阻提升，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性造成影響。第二，發(fā)動(dòng)機(jī)空氣濾清器對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾之后，確保碳罐內(nèi)部的空氣質(zhì)量，摩托車(chē)維護(hù)過(guò)程中，只需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)設(shè)置的空氣濾清器進(jìn)行維護(hù)，由此便可以縮減碳罐的維護(hù)數(shù)量，將使用期限延長(zhǎng)。第三，碳罐吸附如果已經(jīng)接近飽和，這時(shí)可以利用空氣口將燃油蒸汽排出，以免燃油蒸汽進(jìn)入至駕駛艙，形成帶有刺激性的汽油味道。

3.4 活性碳罐性能優(yōu)化

碳罐性能與有效吸附量、初始工作性能、最終工作性能、通氣阻力以及脫附殘存量等有關(guān)。在相關(guān)規(guī)定中，對(duì)碳罐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，汽油初始工作性能≥6.5g/100ml，汽油最終工作性能≥5.2g/100ml。為了更清晰地了解碳罐的性能，并對(duì)碳罐性能進(jìn)行優(yōu)化，下面針對(duì)碳罐臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)中的碳罐工作性能測(cè)驗(yàn)為例展開(kāi)分析，重點(diǎn)了解環(huán)境溫度、體積等對(duì)碳罐工作性能的影響。

試驗(yàn)在相同環(huán)境下進(jìn)行，首先使用有效容積1200ml 的碳罐脫附空氣，脫附流量設(shè)置為25L/min，脫附體積則為600 個(gè)碳罐的有效容積。其次，將5000 容積丁烷以及50 氮?dú)饣旌蠚庾鳛樵囼?yàn)用氣體，碳罐吸附速度分別為40g/h、50g/h、70g/h、90g/h、140g/h，當(dāng)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)便可結(jié)束，這時(shí)碳罐吸附飽和后，便會(huì)從通大氣口處將碳?xì)浠衔镆莩?，試?yàn)人員對(duì)吸附前、后碳罐的質(zhì)量差進(jìn)行測(cè)量，所有吸附速率的試驗(yàn)均要反復(fù)6 次，最后求取平均值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的碳罐結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其一需要增設(shè)空氣過(guò)濾裝置，對(duì)外部進(jìn)入的空氣進(jìn)行過(guò)濾，避免堵塞問(wèn)題，其二則要完善控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，從而提高摩托車(chē)運(yùn)行質(zhì)量，減少尾氣排放。