電控標(biāo)定解決誤報碳罐電磁閥常開故障研究

尹 兵

（一汽奔騰有限公司，吉林 長春 130000）

國Ⅵ階段，為了防止車輛使用的燃油揮發(fā)出來，對人體健康造成危害和對環(huán)境安全產(chǎn)生較大隱患，浪費資源，車輛一般采用燃油蒸發(fā)泄漏診斷系統(tǒng)來進(jìn)行預(yù)警提示。當(dāng)車輛油箱內(nèi)的燃油揮發(fā)出來，會被燃油蒸發(fā)系統(tǒng)中的碳罐吸附。車輛運行時，隨著碳罐電磁閥的開啟，被碳罐吸附的燃油蒸氣會被回收吸附到發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)，再次燃燒。這樣，既節(jié)約了寶貴的燃油，又減少了油氣對外界環(huán)境的污染，保障了人們生活的健康環(huán)境。

法規(guī)要求開展包括碳罐電磁閥在內(nèi)的燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的診斷，防止出現(xiàn)碳罐電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)、系統(tǒng)存在小孔泄漏等情況，出現(xiàn)蒸發(fā)排放污染。

1 燃油蒸發(fā)泄漏檢測方案

為了滿足國Ⅵ法規(guī)中的燃油蒸發(fā)泄漏檢測要求，車輛一般采用的方案包含如下幾種。

1）ELCM方案：車輛在發(fā)動機(jī)熄火后的5～6h，包含油箱在內(nèi)的整個燃油蒸發(fā)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，主要是通過主動從油箱抽氣（負(fù)壓）的方式。一般在碳罐進(jìn)氣口裝配一只ELCM模塊，該模塊包括有高端驅(qū)動電機(jī)、低端驅(qū)動切換閥、標(biāo)準(zhǔn)泄漏口和氣體壓力傳感器等，通過測量驅(qū)動電機(jī)電流的大小來判斷該蒸發(fā)系統(tǒng)的泄漏孔是否超限。

2）DMTL方案：車輛通過主動向油箱打氣（正壓）的方式，通過比較密閉燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的打氣阻力和標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔的打氣阻力來判斷該系統(tǒng)的等效泄漏尺寸是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔。打氣時，油箱壓力上升，氣泵電流的快速上升可以間接反映油箱內(nèi)壓力上升情況。如果油箱或燃油蒸發(fā)系統(tǒng)存在泄漏，油箱壓力會不上升或僅僅上升很小，氣泵電流不增大或緩慢增大。一般在碳罐進(jìn)氣口裝配一只DMTL模塊，該模塊包括有打氣泵、切換閥、標(biāo)準(zhǔn)泄漏口等。通過測量檢測狀態(tài)驅(qū)動電機(jī)電流的大小，比較參考狀態(tài)時的電流大小，來判斷該蒸發(fā)系統(tǒng)的泄漏孔是否超過標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔。

3）DTESK方案：車輛在怠速時，將碳罐電磁閥打開，將發(fā)動機(jī)燃燒時產(chǎn)生進(jìn)氣歧管真空度引入到燃油蒸發(fā)系統(tǒng)中，之后幾秒，立即切斷系統(tǒng)和大氣的連通，通過觀察蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度變化（負(fù)壓）來判斷其實際泄漏大小。

這幾種方案都是通過碳罐電磁閥打開前后的氣體壓力變化檢測燃油蒸發(fā)系統(tǒng)中的泄漏和相關(guān)部件的故障。所以必須確保碳罐電磁閥自身不出現(xiàn)開路或泄漏，EMS需要準(zhǔn)確識別出碳罐電磁閥的工作狀態(tài)，防止誤判燃油蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏。

2 誤報碳罐電磁閥開路故障案例分析

2.1 故障表現(xiàn)

在開發(fā)設(shè)計某國Ⅵ車型時，出現(xiàn)一個典型案例：該車型車輛采用ELCM燃油蒸發(fā)泄漏檢測方案，在試驗初期開展試制車輛相關(guān)道路驗證，未發(fā)現(xiàn)異常，但經(jīng)過耐久路試約3萬公里時，車輛冷起動后，出現(xiàn)發(fā)動機(jī)故障燈一直點亮故障。通過診斷設(shè)備讀取EMS故障碼為P0492故障（碳罐電磁閥常開故障）。使用診斷設(shè)備清掉故障碼進(jìn)行路試，故障碼會再次出現(xiàn)。

針對該車開展如下檢查步驟。

1）檢查發(fā)動機(jī)控制單元EMS和變速器控制單元TCU的軟件數(shù)據(jù)版本符合路試要求。

2）測量碳罐電磁閥的內(nèi)阻為21Ω，正常。

3）點火開關(guān)打到ON擋，測量碳罐電磁閥插頭1#引腳的電壓為12.06V，2#腳的電壓為12.06V，此時碳罐電磁閥關(guān)閉，內(nèi)部沒有發(fā)生漏氣。當(dāng)EMS的A98#引腳輸出低電平2V，碳罐電磁閥可以正常打開。故，正常。

4）碳罐電磁閥插頭2#腳到EMS的A98#腳的線束電阻為0.1Ω，正常。

5）檢查燃油蒸發(fā)系統(tǒng)管路無破損、無漏氣現(xiàn)象，正常。

6）檢查燃油蒸發(fā)泄漏檢測模塊ELCM的各引腳電壓和電阻未發(fā)現(xiàn)異常。

7）更換新的碳罐電磁閥和燃油蒸發(fā)泄漏檢測模塊，故障沒有消除。

2.2 診斷原理

根據(jù)國Ⅵ法規(guī)，在一個WLTC駕駛循環(huán)中需診斷完成包括碳罐電磁閥在內(nèi)的燃油蒸發(fā)泄漏檢測系統(tǒng)。在低負(fù)荷脫附管路診斷完成后，延遲一定時間（等待ELCM壓力信號穩(wěn)定），先主動關(guān)閉碳罐電磁閥，延遲0.1s后，再次打開ELCM切換閥，切斷ELCM與大氣通路。此時系統(tǒng)內(nèi)氣壓應(yīng)接近環(huán)境大氣壓。通過ELCM內(nèi)置壓力傳感器檢測燃油蒸發(fā)系統(tǒng)壓力信號基本穩(wěn)定，沒有超過故障診斷閾值，不報故障。假如車輛存在碳罐電磁閥常開（電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)，發(fā)動機(jī)燃燒產(chǎn)生真空度通過管路引入到燃油蒸發(fā)系統(tǒng)），那么ELCM的氣壓信號也會迅速產(chǎn)生壓降至診斷閾值低于-1.5kPa，此時EMS判斷碳罐電磁閥開路，報故障碼和點亮發(fā)動機(jī)故障燈。

2.3 排查方法

1）讀取車輛發(fā)生該故障時的EMS內(nèi)部變量，發(fā)現(xiàn)CPV常開診斷開始時刻，關(guān)閉CPV，ELCM切換閥打開后，EMS檢測到ECLM壓力下降到-1.5kPa，進(jìn)而報出碳罐電磁閥常開故障碼，如圖1所示參數(shù)曲線。結(jié)合車輛更換新的碳罐電磁閥（CPV閥）后，故障現(xiàn)象依舊，說明故障發(fā)生與原車碳罐電磁閥無關(guān)。

圖1 故障發(fā)生時的參數(shù)曲線

2）車輛更換新碳罐，車輛不再報碳罐電磁閥開路故障。讀取車輛診斷燃油蒸發(fā)時的EMS內(nèi)部變量，發(fā)現(xiàn)此時的ELCM壓力下降到-0.215kPa，沒有達(dá)到故障診斷閾值。如圖2所示。

圖2 更換新碳罐后，蒸發(fā)管路氣壓下降曲線

原故障車碳罐送至專業(yè)實驗室檢測，發(fā)現(xiàn)原故障車碳罐較新碳罐增重約200g（根據(jù)碳罐開發(fā)的試驗結(jié)果，吸附燃油蒸氣飽和時碳罐一般增重約245g），推斷故障車碳罐接近吸附飽和狀態(tài)。

原故障車碳罐與新碳罐進(jìn)行吸附流量和脫附流量測試對比。碳罐在10～60L/min流量條件下，與新碳罐的通氣阻力差值＜0.3kPa，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如表1和表2所示，通氣阻力測試合格，即雖然碳罐飽和，但屬于正常狀態(tài)。

表1 吸附流量對比測試

表2 脫附流量對比測試

更換新碳罐，蒸發(fā)系統(tǒng)阻力變小，即可減小壓降，說明碳罐內(nèi)部通氣阻力會對診斷過程中的管路達(dá)到平衡起到延遲作用。也就是說，在CPV閥關(guān)閉和ELCM切換閥打開隔絕大氣的0.1s內(nèi)，管路由于碳罐通氣阻力的作用，無法達(dá)到平衡，0.1s后，EMS進(jìn)行診斷，管路中的氣壓還處于下降狀態(tài)（發(fā)動機(jī)燃燒導(dǎo)致的真空負(fù)壓），被EMS誤判為碳罐電磁閥開路導(dǎo)致的。

3）通過EMS電控標(biāo)定調(diào)整車輛碳罐電磁閥關(guān)閉時刻與打開ELCM切換閥（切斷ELCM與大氣通路）時刻的間隔時間Δ=0.1s、2s、3s、4s、5s，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Δ≥2s時，強(qiáng)制EMS開始診斷，讀取管路氣壓，沒有超過診斷限值（-1.5kPa），故障不再出現(xiàn)。如圖3～圖6所示，說明Δ≥2s后，燃油蒸發(fā)管路可以達(dá)到氣體平衡，不會超過診斷閾值。

圖3 Δt=2s時，蒸發(fā)管路氣壓下降曲線

圖6 Δt=5s時，蒸發(fā)管路氣壓下降曲線

4）通過EMS電控標(biāo)定更改診斷閾值，從-1.5kPa→-5kPa，強(qiáng)制EMS開始診斷，雖然系統(tǒng)的氣壓下降到-1.7kPa和-1.5kPa，但沒有低于-5kPa，故障均不再出現(xiàn)。如圖7所示。

圖7 更改診斷閾值，蒸發(fā)管路氣壓下降曲線

2.4 解決方案

根據(jù)排查方法，獲得試驗結(jié)果匯總見表3。

1）根據(jù)表1和表2所示，說明車輛裝備的碳罐隨著試驗路試?yán)锍痰脑黾?，?nèi)部氣體阻力增加是不可避免的。EMS標(biāo)定參數(shù)Δ需要準(zhǔn)確涵蓋碳罐的變化帶來的燃油蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部氣壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時間，防止誤報。

表2 風(fēng)道優(yōu)化分風(fēng)條方案效果

2）根據(jù)表3所示，說明的是診斷閾值調(diào)整不會誤報的故障，但容易出現(xiàn)EMS漏報碳罐電磁閥開路故障。

表3 排查項目對應(yīng)的試驗結(jié)果

結(jié)合多次實車試驗結(jié)果，綜合判斷，該車型采用關(guān)閉碳罐電磁閥，間隔時間Δ標(biāo)定為1.5s后，打開ELCM切換閥進(jìn)行蒸發(fā)管路碳罐電磁閥診斷。診斷閾值標(biāo)定為-1.5kPa，可以報碼準(zhǔn)確，防止漏報。不同車型的燃油蒸發(fā)系統(tǒng)中的碳罐、脫附管路長度、油箱等均不相同，所以電控標(biāo)定參數(shù)間隔時間和診斷閾值需要根據(jù)具體車型具體分析，具體標(biāo)定，不能生搬硬套。

圖4 Δt=3s時，蒸發(fā)管路氣壓下降曲線

圖5 Δt=4s時，蒸發(fā)管路氣壓下降曲線

3 總結(jié)

隨著車輛排放法規(guī)升級，碳罐和燃油蒸發(fā)泄漏檢測模塊等部件越來越多地被使用，電控系統(tǒng)也日益復(fù)雜。當(dāng)車輛行駛里程增加時，碳罐的內(nèi)部通氣阻力也會逐漸變大。車型不同，車輛的燃油蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)的部件均不同，這些因素耦合在一起，對發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)標(biāo)定，提出了挑戰(zhàn)。只有通過不斷道路試驗驗證，準(zhǔn)確識別出來這些變化點，仔細(xì)調(diào)整和優(yōu)化標(biāo)定參數(shù)，才能做到覆蓋全里程的車輛狀況，防止出現(xiàn)誤報故障和漏報故障。所以，抓住試制車輛路試的狀態(tài)反饋，不斷優(yōu)化電控標(biāo)定參數(shù)，是解決此類問題的不二法門！