介紹一種滿足國(guó)六汽車排放的電磁式碳罐閥

靳石云

摘 要：本文介紹了一種滿足國(guó)六汽車排放的電磁式碳罐閥結(jié)構(gòu)特性和基本性能，將國(guó)五碳罐閥與國(guó)六碳罐閥進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)影響電磁式碳罐閥的若干問(wèn)題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：電磁式碳罐閥 原理 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Introduction t an Electromagnetic Carbon Canister Valve that Meets the Emission of National VI Vehicles

Jin Shiyun

Abstract：This article introduces the structural characteristics and basic performance of an electromagnetic canister valve that meets the emissions of National VI vehicles. It compares the National V carbon canister valve with the National VI carbon canister valve， and discusses several factors that affect the electromagnetic canister valve.

Key words：electromagnetic carbon canister valve， principle， structural characteristics

1 概述

為了防止汽車油箱中汽油蒸氣對(duì)環(huán)境的污染并且提高燃油經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)將對(duì)燃油蒸氣進(jìn)行控制。碳罐電磁閥是燃油蒸氣清洗控制子系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一。在燃油蒸氣清洗控制系統(tǒng)中，燃油箱中的燃油蒸汽被碳罐中的活性碳所吸附。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)，電子控制模塊通過(guò)輸出脈寬信號(hào)控制電磁閥的通斷，依靠進(jìn)氣歧管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道中， 最后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)進(jìn)行燃燒。從而達(dá)到將活性碳罐中燃油蒸氣進(jìn)行清洗，控制燃油蒸發(fā)污染排放的目的。

由于國(guó)六碳罐脫附流量增大，現(xiàn)有碳罐控制電磁閥（國(guó)五及之前）流量達(dá)不到國(guó)六流量要求，需要一款新的大流量碳罐控制電磁閥[1]。

2 電磁式碳罐閥結(jié)構(gòu)及工作原理

本文介紹的碳罐電磁閥系一款滿足國(guó)六排放要求的產(chǎn)品。此款碳罐電磁閥利用通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)原理設(shè)計(jì)而成，通過(guò)電磁力帶動(dòng)閥門開(kāi)啟、關(guān)閉。碳罐電磁閥為常閉式，未通電時(shí)，閥門是關(guān)閉的。由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制模塊（ECM）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入給碳罐控制電磁閥線圈的電脈沖寬度來(lái)控制由活性碳罐送入到進(jìn)氣歧管的燃油蒸氣流量。在正常的發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，碳罐電磁閥的氣體流量與電脈沖輸入占空比成正比。其開(kāi)啟時(shí)機(jī)和頻率均由發(fā)動(dòng)機(jī)電子模塊控制。圖1是碳罐閥的外形尺寸和基本結(jié)構(gòu)。

如圖2所示為這款電磁式碳罐閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，采用整體式結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品出廠無(wú)需額外標(biāo)定、調(diào)整。帶有卡裝式安裝支架，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，可容納較大固體顆粒流通（700μm），自帶濾網(wǎng)，可靠的耐久性設(shè)計(jì)。進(jìn)氣口與出氣口采用φ11.8毫米軟管接口設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，滿足國(guó)內(nèi)大多數(shù)汽車廠家要求。ECU電控輸入可通過(guò)碳罐閥快速端子連接，方便可靠。碳罐閥由勵(lì)磁線圈、固定芯軸、導(dǎo)磁套管、可動(dòng)次級(jí)板組件、返回彈簧、濾網(wǎng)、真空管、下殼組成。其動(dòng)作原理是這樣的，當(dāng)線圈斷電時(shí)，次級(jí)板組件中的橡膠件在返回彈簧力和進(jìn)氣回路（真空管端）負(fù)壓力的共同作用下堵住真空管通氣孔，切斷油氣通路。當(dāng)線圈通電時(shí)，受激勵(lì)的線圈在磁路中產(chǎn)生磁場(chǎng)，處于磁場(chǎng)內(nèi)的可動(dòng)次級(jí)板組件受到電磁力作用，當(dāng)電磁力大于返回彈簧反力和進(jìn)氣回路（真空管端）負(fù)壓力的合力時(shí)，次級(jí)板組件便在電磁力的作用下，克服彈簧返力和真空管的負(fù)壓力，做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，向限位軸方向運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)真空管通氣孔，打開(kāi)油氣通路。

3 基本性能要求

3.1 △P=-700mbar時(shí)，流量為6.5m3/h。

3.2 額定電壓和電流：13.5V和0.85A

3.3 最小開(kāi)啟電壓（△P=-600mbar：室溫）：10.5V

3.4 最小釋放電壓：1V;

3.5 線圈電阻（室溫）：16Ω;

3.6 典型觸發(fā)脈沖：～8ms;

3.7 泄漏量（△P=+700mbar）：≤33ml/min;

3.8 工作噪聲：在（23±5）℃下，線圈電壓：13.5V±0.1V，無(wú)真空負(fù)壓，10Hz，50%占空比，聲壓級(jí)<48dB;

3.9 在（23±5）℃下，UB=16.5V以及帶有Z 70V二極管的條件下的電感：～10mH（1KHz，500mA）;

3.10 耐久性：在環(huán)境溫度100℃±5℃下，頻率50Hz，電壓13V，占空比50%。燃油蒸氣溫度70℃±5℃。持續(xù)時(shí)間：264小時(shí) （47，520，000 cycles）。

4 國(guó)六電磁式碳罐閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)理念及與國(guó)五碳罐閥的比較

4.1 國(guó)六電磁式碳罐閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)理念

4.1.1 電磁鐵組件

由于電磁式碳罐閥是ECU按照發(fā)動(dòng)機(jī)的工況適時(shí)控制系統(tǒng)工作，將燃油引入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行燃燒。如果ECU發(fā)出動(dòng)作指令后，電磁式碳罐閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，碳罐內(nèi)的汽油蒸汽就會(huì)越積愈多，最終充滿整個(gè)碳罐，其余汽油蒸汽只能溢出到大氣中了，既污染環(huán)境又浪費(fèi)燃油。反之，若電磁式碳罐閥一直處于開(kāi)啟狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的混合氣體就一直處在加濃狀態(tài)，而同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元由于此時(shí)還沒(méi)有控制碳罐閥工作，不會(huì)發(fā)出降低噴油量的指令，這樣，就造成熱車時(shí)混合氣體過(guò)濃引起發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，以及熱車熄火不易啟動(dòng)等問(wèn)題。為了保證電磁式碳罐閥在ECU指令下可靠工作，標(biāo)準(zhǔn)其規(guī)定動(dòng)作電壓不大于10.5V，斷電時(shí)碳罐閥可靠回位（釋放電壓不小于1V）。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，限位軸零件和導(dǎo)磁套管零件加工精度要求高，

裝配尺寸一致性能好，必須保證限位軸的鉚接高度，如圖3。

4.1.2 線圈組件

本碳罐閥電磁鐵結(jié)構(gòu)為螺管式，可動(dòng)部分又采用導(dǎo)磁面積較大的極板（次級(jí)板組件），電磁吸力大，行程長(zhǎng)，因此流量大。加之考慮到線圈輸入信號(hào)是脈沖信號(hào)，線圈熱損耗小，線圈繞組采用大線徑、低阻值，在有限的體積上充分提高了磁效率。

4.1.3 次級(jí)板組件

電磁式碳罐閥的泄漏和動(dòng)作噪音也是要解決的問(wèn)題。作為產(chǎn)品關(guān)鍵部件的次級(jí)板組件其材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也非常重要，如圖4所示，它有內(nèi)外兩組橡膠膠合固定在金屬板上，金屬板作為磁路的一部分，選用導(dǎo)磁性較好的純鐵或低碳鋼，中間有兩工藝孔便于裝配到限位軸上，表面鍍層耐腐蝕、耐油[2]。內(nèi)外兩層橡膠件的選材選用耐高溫、耐油、耐磨損的氟硅橡膠，內(nèi)圈材料要延展性好，抗疲勞，外圈橡膠設(shè)計(jì)成數(shù)個(gè)水滴形圓凸，減震降噪又提高產(chǎn)品釋放電壓，其材質(zhì)應(yīng)具有良好的耐磨性能。

4.1.4 真空管與下殼采用高強(qiáng)度、耐溫、耐腐蝕的尼龍?jiān)鰪?qiáng)材料，其連接采用超聲波塑封焊接，保證焊接尺寸、焊接質(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品的重要指標(biāo)諸如流量、泄漏量、動(dòng)作電壓有直接的影響。

4.2 國(guó)六電磁式碳罐閥與國(guó)五電磁式碳罐閥比較

4.2.1 流量增加：國(guó)五碳罐閥流量要求為流量為3±0.3m3/h，△P=-600mbar時(shí)，國(guó)六碳罐閥流量要求為流量為6.5±0.5m3/h，△P=-700mbar時(shí)。國(guó)六碳罐閥較國(guó)五碳罐閥流量更大，其下殼、真空管口部直徑都相應(yīng)增加。

4.2.2 國(guó)六碳罐閥在保證閥的密封性、流量的前提下，增加了可動(dòng)次級(jí)板面積，線圈結(jié)構(gòu)緊湊，線圈電阻小，減少了線圈繞組銅的用量，降低成本。

4.2.3 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化：相比于國(guó)五碳罐閥，國(guó)六碳罐閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，零組件少。限位軸一次鉚接到位，利用超聲波焊封可保證焊接尺寸進(jìn)而保證流量、吸合電壓要求。而國(guó)五碳罐閥裝配后要調(diào)整限位軸高度調(diào)整流量，然后再封焊，工藝復(fù)雜，參數(shù)不容易保證。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了一款符合國(guó)六排放要求的電磁式碳罐閥的結(jié)構(gòu)原理、特點(diǎn)、性能指標(biāo)要求，并對(duì)設(shè)計(jì)、材料、工藝要求進(jìn)行了論述。此款電磁式碳罐閥設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，產(chǎn)品工藝性優(yōu)良，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需調(diào)整，流量參數(shù)易保證，可靠性高。相比于之前的國(guó)五碳罐閥具有流量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝性好，零組件數(shù)量少，產(chǎn)品下線前無(wú)需調(diào)整，參數(shù)一致性好等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周祥云，張磊，黃敬鋒，肖亮.基于國(guó)六法規(guī)的碳罐脫附流量對(duì)蒸發(fā)排放性能的影響[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2020（02）：78-80.

[2]航空電器編寫組.《航空電器》.國(guó)防工業(yè)出版社.