带泄漏诊断功能的燃油蒸发物排放控制系统

文/北京 李强

一、燃油蒸发物的来源

由于较高的环境温度、燃油箱中的燃油泵功率损失而产生的热、没有用完的压缩汽油的回流、外部热辐射；行驶时的环境压力下降等因素，产生了HC排放物，它主要是来自燃油箱的燃油蒸气。

二、燃油蒸发物的控制

1. 真空源燃油蒸发控制系统

有专门的环保法规对燃油蒸发物排放进行限制。该法规要求安装燃油蒸发物排放控制系统(图1)，该系统配备有安装在燃油箱通风管末端的活性炭滤清器(活性炭罐)。滤清器主要是吸附燃油蒸汽，同时还提供了释放燃油箱压力的功能。发动机运行时进气管中会产生真空，空气流吸收了储存在活性炭中的燃油蒸汽，并把它们带到发动机中燃烧。

随着车辆的使用，一些橡胶元件会老化，导致燃油蒸汽控制系统不密封，有汽油蒸汽排向大气中。因此，要对燃油蒸汽控制系统进行泄漏诊断。在燃油蒸汽系统中为了更好地检测密封性，以普通的燃油蒸汽控制系统中增加系统诊断空气泵(图2)和空气滤清器部件。系统诊断空气泵是一个执行器，又是一个传感器。作为执行器时，它是一个空气泵，用来产生气体压强；作为传感器时，又是一个压力传感器，以检测系统压力降低情况。当系统启动诊断过程时，活性炭罐电磁阀将发动机进气管系统与燃油蒸发系统隔绝，通过系统诊断空气泵工作对燃油蒸发系统加压，发动机DME将通过系统诊断泵压力传感器，检测到的燃油蒸汽系统中气体压力，从而判断系统的密封性是否在正确范围。

系统诊断空气泵有三个接头，其中最上端连接发动机节气门后方的真空管，左下端接头连接燃油蒸汽控制系统，右下端接头连接空气滤清器。发动机DME控制炭罐电磁阀将真空引入到膜片上腔，膜片向上移动。在真空源断开后，膜片在弹簧作用下向下移动，产生气体压强，同时为了使膜片上腔不产生真空吸力，必须在膜片上腔引入空气进行压力平衡，空气将由空气滤清器通过连通管道到达膜片上腔，便于膜片向下移动，对系统进行加压。当燃油蒸汽控制系统密封不良时，膜片下移距离很大，安装在系统诊断空气泵上端的舌簧管接触开关就会闭合，向发动机电脑发出反馈指令，发动机电脑发出指令再次将膜片上拉和向下释放。如此反复，发动机就可以根据膜片上下移动的频率来确定系统是处于微小泄漏还是大量泄漏。图3(a)显示频率变化较小，发动机电脑根据频率可以判断，此系统为微小泄漏。图3(b)显示频率变化较大，则可判断此系统为大量泄漏。

燃油箱通风装置可以补充检查泄漏。燃油箱通风系统可分为三个状态：①活性炭罐是空的；②活性炭罐是满的；③活性炭罐的充满程度与某个化学当量混合汽比相当。在燃油箱通风系统已被激活时，如果活性炭罐里充满了燃油蒸气，那么燃油、空气混合汽就会被燃油蒸气加浓；如果活性炭罐是空的，燃油、空气混合汽就被稀释了。λ调节系统会侦测到燃油、空气混合汽的浓度变化，因此这就可以作为对燃油箱通风系统进行功能检测的一个辅助标准。

2.电动叶片泵式泄漏诊断模块系统

(1)BMW N62燃油泄漏诊断模块(DMTL)

为识别在燃油箱和燃油箱通气设备中的泄漏，为美规车辆安装了燃油箱泄漏诊断模块。该模块具有后续运行功能，此功能随着总线端KI.15的关闭并，同时满足判断标准而通过DME自动启动。燃油箱泄漏诊断模块DMTL可识别整个燃油蒸发系统中大于0.5mm的泄漏，并通过MIL故障指示灯显示。

燃油箱泄漏诊断模块D M T L通过一个电动空气泵在燃油箱中产生一个20～30mbar(1bar=100kPa)的压力，为达到压力所需要的泵电流由DME测量并作为燃油箱压力的间接值。每一次测量前，燃油箱泄漏诊断模块DMTL会进行一次比较测量。在比较测量过程中将建立起一个相当于参考泄漏量为0.5mm的计示压力并维持10～15s，同时测量为此所需要的泵电流为20～30mA。在随后进行的压力建立过程中，如果与先前测得的泵参考电流相比识别到电流有所下降，这就是在燃油系统中存在泄漏的信号；如果超过参考电流时表明系统中没有泄漏。

诊断过程可分三级，第1级为活性碳过滤器扫气(图4)；第2级为相对于一个参考孔进行参考测量(图5)；第3级进行真正的密封性检测(图6，60～220s，当系统密封时、200～300s，当有0.5mm的泄漏时、30～80s，当泄漏>1mm时)燃油箱通气阀在测量过程中关闭。测量时间由燃油箱油位决定。

(2)PORSCHE(美规)泄漏诊断模块的设计及结构原理

燃油箱泄漏诊断模块(图7)需要用来监控燃油箱通风系统是否发生轻微泄漏(超过0.5mm)和重大泄漏(超过1mm)。它由一台电动叶片泵和一个带有一体式基准开口)的转换阀组成。监控燃油箱系统是否泄漏的方法是，比较当前泵电机电流与燃油箱系统按标准化基准开口运行时泵电机电流的测量值。

如果不执行泄漏诊断，转换阀就会保持在位置(a)；如果泵未启用，燃油蒸汽就会通过活性碳过滤器、开启的转换阀和清洁空气过滤器输送到外部。

为了在车辆行驶过程中对活性碳过滤器进行再生，燃油箱通风阀(TEV)应在脉冲模式下运行。新鲜空气流经清洁空气过滤器→开启的转换阀(2设定在a位置)→活性碳过滤器和燃油箱通风阀进入进气管。活性碳过滤器可通过一个大流量横截面进行再生。这样只会使压力轻微下降,这对于实现提高活性碳过滤器再生率非常有利。清洁空气过滤器有助于防止泵、基准开口和转换阀受到污染。此外，再生空气不从泵流过，这对其使用寿命积极的影响。

当诊断条件满足时，燃油箱泄漏诊断会在关闭发动机后进行。要测量泵电机的基准电流，应在转换阀(2设定在a位置)和燃油箱通风阀关闭的情况下短时间开启测量泵。当过滤后的新鲜空气通过0.5mm的基准开口送入时，泵基准电流也随之被测量。

如图8所示，在诊断模式下转换阀2(设定在b位置)被切换，这样新鲜空气就会在燃油箱通风阀保持关闭的情况下被泵送到燃油箱系统。同时，燃油箱系统与周围环境隔绝。电机电流下降到零负荷水平，随后在活性碳过滤器和燃油箱内建立最低水平的过压。该压力将参考电机电流的上升值进行测量。在无泄漏系统中，电流特性与上部曲线相符。在Motronic控制单元内，将对每台泵电机的耗电量进行测量。系统通过比较电流特性及存在0.5mm泄漏的电流特性进行监控。如果这两种情况下耗电量相同，就可认定燃油箱系统中存在基准开口大小的泄漏。与基准节气门进行比较，将得出不受过压泵公差影响和任何环境影响的流程。

如图9所示，Porsche 911、Carrera(997)和Boxster(987)上的燃油箱通风系统(配备ORVR的美国款车辆)配备了一个四腔活性碳过滤器和一个诊断模块，该诊断模块主要负责检查通过过滤器进行通风的燃油箱是否存在泄漏(DM-TL)。当车辆在燃油箱通风系统启用的情况下行驶时，蒸汽将由四腔活性碳过滤器经脉冲式燃油箱通风阀输送到进气歧管。

三、系统典型故障案例

一辆2006款美规Cayenne S行驶65300Km，司机报修，启动车辆发动机故障灯亮。启动车辆，组合仪表中MAL灯亮起，确认故障现象存在。用PIWIS Tester进入DME控制单元调出系统故障码P0455，含义为燃油箱系统严重泄漏(超出极限)。根据引导性功能进行故障查询。

燃油箱泄漏诊断必须满足的条件：①车辆电压介于9～16V；②环境空气压力大于730hPa(低于海拔约2400～2700m)；③在发动机上次关闭和重新启动之间，发动机的温度必须至少降低42℃；④发动机温度高于5℃；⑤进气温度高于5℃；⑥进气温度波动小于12℃；⑦在长时间部分负荷条件下行驶；⑧车速介于3～150km/h之间。出现该故障码的可能故障原因有：①真空泄漏(系统包括真空泵、制动助力器、泄漏诊断泵、进气管切换阀、以及尾部消音器中的废气活门)；②真空泵故障；③燃油箱盖示正确关闭或有故障；④燃油箱通风孔存在机械故障；⑤泄漏诊断泵存在内部(膜片)或外部泄漏；⑥炭罐切断阀存在机械故障(加电后未完全关闭)；⑦炭罐切断阀的接头泄漏；⑧燃油箱系统(包括软管)泄漏。

检查燃油箱盖，密封功能正常；泄漏诊断泵线路连接正常。使用PIWIS Tester进入DME进行驱动链接测试，燃油系统泄漏诊断泵电磁阀开关动作，说明DME电控功能正常。断开真空软管连接，启动发动机，用真空压力表进行真空管路压力检查，显示为-0.7bar左右，真空系统状态正常，无泄漏。断开泄漏诊断泵进气与排气接口软管，执行系统短期测试功能，进出气口气流状态正常。堵住泄漏诊断泵出口侧(图10)，执行短期测试功能，显示测试已完成，故障码消失；再堵住泄漏诊断泵进气口侧，执行短期测试功能，显示测试不成功，同时生成另外一个故障码“Tank vent system: actual pumpcurent(低于下限值)”说明泄漏诊断泵功能正常。

清除故障码后，重新安装泄漏诊断泵，进行DME中短期测试功能，故障码再次出现。进行与活性碳过滤器连接管路的检查，分别短路与燃油蒸汽收集器、燃油通风阀的管路测试，发现在短期测试时燃油通风阀管路存在泄漏(在发动机启动后，除正常DME脉冲驱动结束后，手指堵上管接口留有微小气隙，管路中明显能听到有“咝咝”的细小漏气声现象存在)；进行炭罐电磁阀驱动链接功能测试，有“嗒嗒”的电器动作声音，DME电控功能正常。用压缩空气对炭罐电磁阀检测，炭罐电磁阀处于微量的常通状态。采用正常的部件替换后，再次进行短期测试功能，故障现象不再出现，测试功能显示成功完成，至此故障彻底排除。

故障原因为炭罐电磁阀内部机械卡滞，导致系统关闭不严，在车辆启动并达到自检条件后，发动机利用进气真检测蒸发排放系统是否泄漏，因无法建立正确的系统检测压力，而发出报警提示。更换炭罐电磁阀，清除故障码，发动机故障灯熄灭。