2019款豐田凱美瑞車A25A發(fā)動機(jī)燃油蒸發(fā)系統(tǒng)解析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘秀芹

2016年12月23日環(huán)境保護(hù)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）（以下簡稱“國六標(biāo)準(zhǔn)”），并自2020年7月1日起執(zhí)行。國六標(biāo)準(zhǔn)要求，車載診斷（OBD）系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測燃油蒸發(fā)（EVAP）系統(tǒng)的脫附流量，以及監(jiān)測除活性炭罐閥與進(jìn)氣歧管之間的管路和接頭之外的整個EVAP系統(tǒng)的完整性，防止燃油蒸氣泄漏到大氣中，并且要求對EVAP系統(tǒng)各單獨(dú)部件（如閥、傳感器等）進(jìn)行監(jiān)測；如果EVAP系統(tǒng)中存在1個或多個泄漏點(diǎn)，且這些泄漏點(diǎn)的泄漏量大于或等于直徑為1 mm的小孔產(chǎn)生的泄流量，則OBD系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)測到這種泄漏；車輛生產(chǎn)企業(yè)可使用大于或等于直徑為0.5 mm的小孔產(chǎn)生的泄漏量替代上述泄漏量標(biāo)準(zhǔn)。本文以滿足國六標(biāo)準(zhǔn)的2019款豐田凱美瑞車A25A發(fā)動機(jī)為例，介紹該車EVAP系統(tǒng)的工作及監(jiān)測原理。

1 EVAP系統(tǒng)的組成及工作原理

如圖1和圖2所示，2 019款豐田凱美瑞車A25A發(fā)動機(jī)燃油蒸發(fā)（EVAP）系統(tǒng)主要由活性炭罐、活性炭罐電磁閥（VSV）、活性炭罐泵模塊、活性炭罐濾清器及發(fā)動機(jī)控制模塊（ECM）等部件組成，其中活性炭罐泵模塊又由泄漏檢測泵、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔（0.5 mm）、活性炭罐壓力傳感器及通風(fēng)電磁閥等零件組成。相關(guān)零部件的作用如下。

圖1 EVAP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

（1）活性炭罐。內(nèi)部有活性炭，以吸收燃油箱內(nèi)產(chǎn)生的燃油蒸氣。

（2）VSV。VSV不工作時，活性炭罐與進(jìn)氣歧管之間的管路不通；VSV工作時，活性炭罐與進(jìn)氣歧管之間的管路相通。

（3）活性炭罐濾清器。防止新鮮空氣中的灰塵及雜物進(jìn)入EVAP系統(tǒng)。

（4）保溫計時器（內(nèi)置于ECM中）。負(fù)責(zé)計算點(diǎn)火開關(guān)置于OFF狀態(tài)的持續(xù)時間，并激活ECM。

（5）通風(fēng)電磁閥。通風(fēng)電磁閥不工作（圖3a）時，活性炭罐與新鮮空氣管路相通；通風(fēng)電磁閥工作（圖3b）時，活性炭罐與泄漏檢測泵相通。

圖3 通風(fēng)電磁閥的工作原理

（6）泄漏檢測泵。根據(jù)來自ECM的信號向EVAP系統(tǒng)施加真空，以進(jìn)行泄漏檢查。

（7）活性炭罐壓力傳感器。檢測EVAP系統(tǒng)中的壓力并將信號發(fā)送至ECM。

（8）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔。通過標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔產(chǎn)生真空，從而監(jiān)測參考壓力。EVAP系統(tǒng)進(jìn)行泄漏監(jiān)測時使用該參考壓力。

（9）ECM。根據(jù)來自各種傳感器的信號控制VSV，從而實(shí)現(xiàn)符合行駛狀態(tài)的燃油蒸氣凈化量。此外，ECM還監(jiān)控EVAP系統(tǒng)是否能夠正常工作，如果發(fā)現(xiàn)故障（泄漏、電氣故障等），將會存儲相關(guān)故障代碼（DTC）。

發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果滿足預(yù)定條件，則ECM將接通VSV，使活性炭罐中存儲的燃油蒸氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管，最終在氣缸中燃燒。凈化氣流量由進(jìn)氣歧管壓力和VSV的占空比決定，且允許大氣壓力進(jìn)入活性炭罐，以確保凈化真空施加到活性炭罐時，能夠保持連續(xù)的凈化氣流。

2 EVAP系統(tǒng)的監(jiān)測模式

為了保證EVAP系統(tǒng)能夠正常工作，EVAP系統(tǒng)有2種監(jiān)測模式，一種為凈化氣流監(jiān)測模式，另一種為泄漏監(jiān)測模式。凈化氣流監(jiān)測模式在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時進(jìn)行，泄漏檢測模式在點(diǎn)火開關(guān)處于OFF狀態(tài)時進(jìn)行。

2.1 凈化氣流監(jiān)測模式

如圖4所示，凈化氣流監(jiān)測模式分為以下2個步驟。

圖4 凈化氣流監(jiān)測模式的時序

（1）發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)且凈化VSV為ON（打開）時，ECM通過測量EVAP系統(tǒng)壓力變化監(jiān)測凈化氣流。如果未產(chǎn)生負(fù)壓，則ECM執(zhí)行下一個步驟。

（2）激活通風(fēng)電磁閥，然后測量EVAP系統(tǒng)壓力。如果壓力變化低于0.154 kPa，則ECM存儲故障代碼“P04419C EVAP不正確 清污氣流低/流量不足”。

為了確保準(zhǔn)確地檢測故障，在進(jìn)行凈化氣流監(jiān)視前后都要由ECM測量大氣壓力變化。

2.2 泄漏監(jiān)測模式

點(diǎn)火開關(guān)為OF F狀態(tài)，且持續(xù)時間達(dá)到5 h（保證燃油充分冷卻，使EVAP系統(tǒng)中的壓力穩(wěn)定，這樣監(jiān)測更精準(zhǔn)），保溫計時器激活ECM，然后ECM進(jìn)入EVAP系統(tǒng)泄漏監(jiān)測模式。同時還應(yīng)滿足的條件有：海拔低于2 400 m；蓄電池電壓至少為10.5 V；發(fā)動機(jī)冷卻液溫度為4.4 ℃ ~ 35 ℃；進(jìn)氣溫度為4.4 ℃~35 ℃。如果發(fā)動機(jī)冷卻液溫度未降到35 ℃以下，則時間將延長至7 h；如果延長至7 h后發(fā)動機(jī)冷卻液溫度仍未低于35 ℃，則將時間延長至9.5 h。

如圖5所示，泄漏監(jiān)測模式分為大氣壓力測量、第一參考壓力測量、泄漏檢查、VSV檢查、第二參考壓力測量及最終檢查等6個步驟，各步驟對應(yīng)設(shè)置的故障代碼如圖6所示。

圖5 泄漏監(jiān)測模式的時序

圖6 泄漏監(jiān)測模式中設(shè)置的故障代碼

（1）大氣壓力測量（圖7a）。VSV和通風(fēng)電磁閥均不工作，活性炭罐泵模塊經(jīng)過通風(fēng)電磁閥與大氣相通，ECM使用活性炭罐壓力傳感器測量大氣壓力。如果測量的大氣壓力超出范圍，則ECM激活泄漏檢測泵以監(jiān)控壓力變化。如果EVAP系統(tǒng)壓力未在70 kPa~110 kPa，則ECM取消EVAP系統(tǒng)監(jiān)測。若EVAP系統(tǒng)的壓力頻繁波動，且超出±0.3 kPa，則ECM判定活性炭罐壓力傳感器存在信號噪聲，存儲故障代碼“P04502F 活性炭罐壓力傳感器信號噪聲”。若EVAP系統(tǒng)的壓力低于42.11 kPa、高于123.761 kPa或偏離實(shí)際大氣壓力±10 kPa，則ECM判定活性炭罐壓力傳感器或其電路存在故障，存儲故障代碼“P045011 活性炭罐壓力傳感器電壓低”和故障代碼“P045015 活性炭罐壓力傳感器電壓高”。

（2）第一參考壓力測量（圖7b）。VSV和通風(fēng)電磁閥仍不工作，ECM激活泄漏檢測泵，在靠近活性炭罐壓力傳感器的管道中產(chǎn)生真空。若泄漏檢測泵激活4 s后，EVAP系統(tǒng)壓力高于-0.242 kPa，則ECM判定通風(fēng)電磁閥卡在關(guān)閉位置、泄漏檢測泵性能惡化或泄漏檢測泵電路故障（電路中存在較大電阻），存儲故障代碼“P24187E 通風(fēng)電磁閥卡在關(guān)閉位置”。待EVAP系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后，ECM將設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力（-4.85 kPa）與實(shí)際測量壓力進(jìn)行比較，如果測量壓力在容許范圍內(nèi)，則ECM將此測量壓力作為第一參考壓力存儲，以在隨后的泄漏測試步驟中進(jìn)行比較；如果測量壓力低于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力，則ECM判定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔堵塞，存儲故障代碼“P043E00 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔低流量”；如果測量壓力高于-1.068 kPa，則ECM判定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔高流量或泄漏檢測泵卡在關(guān)閉位置，存儲故障代碼“P043F00 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流孔高流量”和故障代碼“P24007F 泄漏檢測泵卡在關(guān)閉位置”。如果測量大氣壓力和測量第一參考壓力時的測量壓力差別不大，且均為負(fù)壓，則ECM判定泄漏檢測泵卡在打開位置，存儲故障代碼“P24007E 泄漏檢測泵卡在打開位置”。

圖7 泄漏監(jiān)測模式中的氣流狀態(tài)

（3）泄漏檢查（圖7c）。泄漏檢測泵保持激活狀態(tài)，ECM激活通風(fēng)電磁閥，活性炭罐中的壓力瞬間引入活性炭罐壓力傳感器的管道中，使其壓力瞬間升高，然后再逐漸下降。如果EVAP系統(tǒng)壓力始終為第一參考壓力，ECM判定通風(fēng)電磁閥卡在通風(fēng)位置或活性炭罐堵塞，存儲故障代碼“P24187F 通風(fēng)電磁閥卡在打開（通風(fēng)）位置”。待EVAP系統(tǒng)壓力穩(wěn)定時（EVAP系統(tǒng)壓力飽和一般需要幾min，若燃油箱內(nèi)幾乎沒有燃油，則需要約15 min），ECM將此時的測量壓力與第一參考壓力進(jìn)行比較，以確定是否存在泄漏。如果測量壓力低于第一參考壓力，則ECM判定EVAP系統(tǒng)無泄漏。如果測量壓力高于第一參考壓力且接近大氣壓力，則ECM判定EVAP系統(tǒng)存在大量泄漏，存儲故障代碼“P045500 EVAP大量泄漏”。如果測量壓力高于第一參考壓力，則ECM判定EVA P系統(tǒng)存在少量泄漏（輕微泄漏），存儲故障代碼“P045600 EVAP少量泄漏”。

（4）VSV檢查（圖7d）。完成泄漏檢查后，泄漏檢測泵和通風(fēng)電磁閥保持激活狀態(tài)，ECM激活VSV，將大氣壓力從進(jìn)氣歧管引入活性炭罐。如果此時壓力增加 0.3 kPa或更高，則ECM確定VSV工作正常。如果壓力增加不明顯，則ECM存儲故障代碼“P04417F VSV卡在關(guān)閉位置”。

（5）第二參考壓力測量。泄漏檢測泵繼續(xù)保持激活狀態(tài)，通風(fēng)電磁閥和VSV均停止工作，執(zhí)行第二參考壓力測量。對比泄漏檢查時的壓力和第二參考壓力，若泄漏檢查時的壓力高于第二參考壓力×0.2，ECM判定VSV卡在打開位置或EVAP系統(tǒng)大量泄漏，存儲故障代碼P04417E和P045500；若泄漏檢查時的壓力高于第二參考壓力，判定EVAP系統(tǒng)少量泄漏，存儲故障代碼P045600。

（6）最終檢查。ECM測量大氣壓力，然后記錄監(jiān)視結(jié)果。