浅析汽车燃油蒸发控制系统

何彦彬，杜晓琳，刘维峰

（1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

浅析汽车燃油蒸发控制系统

何彦彬，杜晓琳，刘维峰

（1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

本文对汽油机汽车燃油系统在不同时期燃油蒸发排放产生的原因及排放量进行了分析，阐述了汽油机汽车燃油蒸发控制系统各功能零部件的主要功能及设计要点本文对汽油机汽车燃油系统在不同时期燃油蒸发排放产生的原因及排放量进行了分析，阐述了汽油机汽车燃油蒸发控制系统各功能零部件的主要功能及设计要点。

HC 蒸发排放；燃油蒸发控制系统

CLC NO.: U464.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

根据公安部交通管理局数据显示截至今年11月，我国机动车保有量达2.23亿辆，汽车保有量达1.37亿辆，大中城市中汽车保有量达到100万辆以上的城市数量达14个。可以说中国正在逐步步入汽车时代，但随之而来的就是环境问题

。国家对汽车的污染物的控制也越来越严格。其中污染物来源基本上包括：汽车尾气，曲轴箱泄漏和燃料供给系统中燃油的蒸发。燃油蒸发排放的主要成分是HC，它占汽车总HC排放量的20%左右。各6591.74大汽车公司为了控制HC的挥出均设置了汽车燃油蒸发控制系统。

1、整车HC的主要来源

整车HC的主要是由整车塑料件析出物、橡胶件析出物、曲轴箱析出物，燃油系统析出物构成，本文以介绍燃油系统析出物为主。

1.1 汽车行驶过程中的蒸发排放

汽车行驶过程中燃油蒸气是指从发动机燃油供给系统析出的燃油蒸汽。

车型行驶过程中空气流经燃油箱总成，从而带走燃油箱温度，使温度不会积聚。当燃油箱内燃油温度低时，蒸发缓慢，油气产生较少。

当温度越高时，压力越低，燃油的蒸发性会越强。如果整车采用全回油系统，这时回油管路压力相对供油管路压力低，并且存在压力变化，产生燃油蒸汽的机率高，所以相比较而言无回油系统的设计可以有效的减少燃油蒸气量。

1.2 昼间蒸发排放

昼间蒸发排放是指由于大气温度对停放汽车的加热所引发的燃油蒸发，蒸气膨胀并从油箱中溢出。

车辆行驶及停放过程中，由于整车燃油系统基本均处于车辆底部，这时路面及环境温度对燃油供给系统就会有较大的影响。

如图1所示，在中午10：00～14∶00点时路面温度升高到最高点，这时由于环境温度使油箱温度逐渐升高，油箱内的蒸气量逐渐增多；当压力值高于设定的系统压力值时，蒸气流经管路被碳罐吸附暂存；但由于碳罐容积限制，当大量蒸汽不断涌出，碳罐将吸附饱和，少量蒸气会克服碳罐的阻挡而溢出，造成昼间蒸发排放。在16∶00～8∶00点时间段中，环境温度降低油箱内的温度逐步随之降低，燃油蒸气的压力逐渐降低，当压力低于系统设定值时蒸气停止外溢；油箱的压力继续降低，当压力低于大气压力时，真空度作用下逆向打开，外界空气就会被吸进燃油箱。空气在进入油箱的过程中会对碳罐产生逆向吹洗，将碳罐内吸附的部分蒸气吹回油箱，这一过程称为反向脱附过程。脱附效应可使碳罐的吸附能力得到一定程度的恢复。

1.3 热浸蒸发排放

热浸蒸发排放是指汽车行驶停止后，风扇和迎风面的冷却也停止，发动机系统的残余热量使燃油温度升高而引起的蒸发排放。

它主要发生在车辆停止后1 h或更短的时间内。由于汽车停止运转后燃油箱风冷效能消失，这时燃油温度受环境温度、电子燃油泵温度释放、燃油管路温度积聚等导致汽车燃油箱的温度显著高于车辆全天正常温度。由于燃油蒸发排放量与油箱温度密切相关，所以这段时间虽然很短，但燃油蒸发量却非常突出。

1.4 燃油加注蒸发排放

燃油加注蒸发排放是指汽车加油过程所造成的汽油蒸发排放。在加油的开始时，有时燃油箱内的正压力较高，打开油箱盖时燃油蒸气会在压力作用下溢出油箱；在加油过程中，油箱的蒸气容积不断减小，油箱内的气体向外排出，这时燃油蒸气及加油时的汽油冲击作用所形成的小液滴就随之流入大气。另外，加油管在插入及拨出加油口时还会有燃油的滴漏现象。

2、燃油蒸发控制系统

汽车燃油蒸发控制系统主要由活性碳罐，安全阀，碳罐电磁阀，空气滤清器，管路及支架等组成（见图2）。其系统的性能，一方面与其部件性能有关，同时也受整车匹配效果及环境情况所影响。

整个系统中，对整个排放贡献最大的就是碳罐。碳罐的性能衡量参数主要是有效吸附率及脱附能力。而碳罐的吸附及脱附能力主要依靠活性碳粉的工作能力。其中影响活性炭性能的主要指标分别为：（1）比表面积，即活性炭所有孔隙的表面积与其外形表面积之比，该比值越大，活性炭孔隙越多，有效吸附能力越高；（2）活性炭孔径分布，即活性炭孔隙按其直径大小的分布规律，分布中过渡孔和微孔所占的比率越大，有效吸附率也越大。当然在选择过程中不能只追求微孔的数量，如碳粉中存在大量微孔将直接导致碳粉脱附能力下降，碳罐极易饱和，无法脱附最终失效。另当车辆长期工作在阴霾大雾天气中，这时空气中的水蒸汽将被活性碳吸附，从而减低活性炭的对汽油的吸附能力（见图3）。不过当空气干燥时，碳罐内水分蒸发后，碳罐工作能力可以基本恢复。

碳罐的结构形式对碳罐工作能力也有一定的影响，在碳罐设计中尽量避免死角，使空气及燃油蒸汽可以尽可能的流经炭粉。

为应对更为苛刻的法规要求，避免加油过程中的燃油蒸发造成对环境的影响，现在国内主机厂也正在开发用于控制加油蒸发的系统（简称ORVR系统），其主要手段是增加碳罐容积，使燃油加注过程中的燃油蒸汽储存在碳罐内部，防止蒸汽外溢。

安全阀一边连接油箱，一边连接碳罐。发动机不工作时，环境气温升高，油箱内产生汽油蒸汽形成正压，汽油蒸汽通过此阀进入碳罐，被活性碳吸附；环境气温下降汽油蒸汽凝结，油箱内形成负压时，大气通过碳罐和此阀进入油箱，给油箱补气。其主要设计点在于开启压力设定值。如果油箱负压较大时此阀不能打开的话，就存在发动机工作时将发生油箱吸扁或发动机抖动灭火的隐患。如果油箱正压时，此阀开启压力不得大于3.63kPa，否则供油系统不满足我国法规关于通气性的要求。不过可以适当的提高此阀的正向开启压力，这样就可以把较多的燃油蒸汽储存在燃油箱（需考虑燃油箱设计耐正压能力）内，可以使碳罐的容积减小，同样也可以通过整车测试。

碳罐电磁阀也称脱附控制阀。现在电喷汽车主要由发动机ECU控制，碳罐电磁阀设计非常关键，它直接关系到碳罐的清洗效果和对发动机性能的影响。若碳罐电磁阀的开启设计不合理，会导致碳罐中汽油蒸气不能及时脱附到发动机中燃烧掉，而是从碳罐中溢出，使得蒸发排放增加。或者在碳罐脱附过程中，较大的脱附流量虽然保证有良好的脱附效果，但可能会影响发动机的空燃比，从而破坏发动机的性能，对其整个系统中硬件造成不良影响。要保证碳罐既有良好的清洗效果又不影响发动机的性能，对脱附阀的设计有如下要求：大负荷情况下少进气；中等负荷时在不影响发动机性能的前提下允许多进气（在不影响系统其他硬件的前提下）；怠速时尽量少进气或不进气。

3、结论

本文对汽油车燃油供给系统在不同时期的HC产生机理，系统零部件的设计开发要点进行了分析阐述，为提升汽车燃油蒸发控制系统的性能提供一个借鉴方向。

[1] 解建光.汽油车燃油蒸发排放控制装置的研究 小型内燃机.2000.

[2] 程勇.付铁强.李洧.高俊华.方茂东. 国产轻型汽油车蒸发排放现状与分析.汽车工程.2002.

[3] 石磊.汽车燃油蒸发排放控制系统.汽车工程师.2013.

[4] 韦海燕. 汽油车燃油蒸发污染物控制技术探讨.农机化研究.2008.

Analysis Of vehicle fuel evaporative control system

He Yanbin, Du Xiaolin, Liu Weifeng

（1. Great Wall Motor Company Limited Technology Center, Hebei Baoding 071000；
2. Hebei Automotive Engineering Technology Research Center, Hebei Baoding 071000）

The text analyses emission pollutant volume caused by evaporation of the fuel injection system in petrol vehicle in the different period, also explains major functions and critical designs in all parts of evaporation emission system.

HC Evaporation emission；Fuel evaporation control system

U464.3

A

1671-7988(2015)03--

何彦彬，就职于长城汽车股份有限公司。