燃油蒸发排放控制系统的碳罐结构优化

马春悦

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

随着环保理念日渐深入人心，国家对车辆排放控制的标准也越来越严格。低排放，低油耗的车辆成为顾客以及汽车制造商一致追求的目标。汽车排放控制问题越来越受到关注，对汽车排放控制的各项研究也应该得到更多重视。由于汽油的易挥发特性，使得在常温状态下汽车的燃油箱中常充满大量的燃油蒸气。为了保证安全，汽车燃油箱内的气压要保持在1个大气压左右，当外界影响使气压升高时，可使用单向阀将燃油蒸汽排出；气压下降时，使用另一个单向阀使外部的空气进入，由此而引起的燃油蒸汽排放量，占总排放量的20%。

因此，自20世纪90年代，我国就规定所有新出厂的汽车必须具备燃油蒸发排放控制系统（EVAP）。活性碳罐是EVAP的核心工作部件，其工作能力对车辆蒸发排放起到重要作用。本文所提出的碳罐空气口结构优化方案，意在改善碳罐进气质量，提高碳罐工作的稳定性，延长使用寿命，且成本较低，具有一定的实用性。

1 优化目的及研究现状

1.1 优化目的

（1）碳罐空气口一般裸露在外部容易被异物堵塞，当碳罐进行脱附工作时，一方面碳罐内燃油蒸汽不能同新鲜空气混合，使进气歧管内混合气变浓，可能会导致发动机热启动困难，无怠速或者怠速不稳，且加速无力；另一方面空气只能从油箱盖的单向进气阀进入，从而造成油箱供油时经常处于负压状态，增加了燃油箱内燃油蒸发的速度和耗油量，严重状态可能导致汽车排气管冒黑烟，汽车尾气排放不达标。

（2）碳罐空气口无过滤装置，碳罐进气时可能导致碳罐内活性碳被污染，甚至影响发动机寿命，因此改善碳罐空气口的环境和进气质量，具有重要的意义。

1.2 研究现状

由于碳罐空气口出现失效会产生诸多影响，工程师从改进碳罐空气口结构、增加空气过滤装置等措施入手，减少碳罐的失效。

张振兴、丁勇等对碳罐进行了结构优化，在碳罐内设置了一个盖板，通过弹簧作用在盖板上，将处于盖板和罐体之间的活性碳充分压紧，保证了活性炭的吸附性能；曾学勇、崔发成等在碳罐空气口增设了三通阀，一个端口连接碳罐进气口，另两个端口分别连接到机舱和前副车架，吸气时碳罐本体与机舱之间的管路接通，排气时碳罐本体与副车架处之间的管路接通，吸气与排气分开有效避免燃油蒸汽在机舱内囤积，同时在进气端采用防尘盖对空气进行过滤；罗张祥、黄波等通过EVAP中增设诊断开关，实现了对净化电磁阀是否工作正常的实时检测，避免净化电磁阀处于常闭失效，不能及时脱附碳罐蒸汽，或者处于常开失效，对发动机动力性、怠速性能以及燃油箱造成伤害；丛传明、雷术彬等在碳罐本体上集成空气滤清器，过滤碳罐进入碳罐的空气。

3 优化后EVAP工作原理

3.1 提升碳罐进气质量的措施

（1）在碳罐空气入口出增设空气滤清装置，改善进气环境，提高进气质量。

（2）将碳罐布置在相对封闭的位置，例如布置在前翼子板下面，避免外界泥污、灰尘进入，将碳罐进气口堵塞。

（3）对碳罐空气口结构进行优化减少灰尘泥污的进入。

3.2 优化后EVAP结构说明

图1为优化后EVAP原理图

（1）图1中两个翻车截止阀是为避免其中一个由于车辆不同工况液面不断晃动被堵塞，燃油蒸汽不能及时排出，使碳罐失去作用。

（2）图1中翻车截止阀，当汽车出现意外翻车事故，及时将翻车截止阀关闭，防止燃油外漏发生危险。

（3）图1中双通阀（即保压阀），油箱内部正压力达到双通阀开启压力时阀门打开燃油蒸汽排出；油箱内部负压力达到双通阀开启压力时阀门打开外界空气吸入，平衡油箱内部压力。一般油箱负压力绝对值小于正压力绝对值，发动机工作时使油箱保持正压力，有助于减少气阻、保证发动机动力性等。

（4）图 1中将碳罐空气口通过空气管连接到空气滤清器，与发动机进气管并联，当碳罐进行吸附工作时，燃油蒸汽进入碳罐被吸附，多余的空气由空气管进入发动机进气管；当碳罐进行脱附工作时，脱附电磁阀打开，进气歧管负压作用下，空气经过空气滤清器进入碳罐，将碳罐内的燃油蒸汽带入到进气歧管中供发动机燃烧。

（5）图1中脱附电磁阀为常闭，在发动机适时工况下，脱附电磁阀打开对碳罐进行脱附清理。

3.3 改进型EVAP原理

由于车辆行驶工况和外界环境影响，燃油箱内燃油温度升高以及燃油不断晃动，加剧燃油蒸发使油箱内部压力升高，当压力达到双通阀开启压力时，双通阀打开，燃油蒸汽通过翻车截止阀、吸附管、双通阀进入碳罐吸附；碳罐脱附时，根据发动机工况适时打开脱附电磁阀，在进气歧管真空压力的作用下，外界空气从空气滤清器、空气管、进入碳罐，将碳罐中的燃油蒸汽带走，通过脱附管，脱附电磁阀进入发动机进气歧管，供给发动机燃烧。

当燃油温度下降，燃油静止时，燃油蒸汽液化油箱内部压力下降，油箱产生负压达到双通阀开启压力，外界空气经过空气滤清器、空气管、碳罐、双通阀、吸附管进入到油箱补压。

3.4 改进型EVAP特点

目前的文献、专利介绍中大多采用增加空气过滤装置、在碳罐空气口增加防护结构来改善碳罐进气环境，本文采用将碳罐空气口通过空气管连接到发动机空气滤清器端与进气管并联的方式来提高气质量。该结构具有以下特点：

（1）改进后的碳罐空气口利用发动机空气滤清器对进入碳罐的空气进行过滤，省去了额外增加的空气过滤装置，其结构简单、空间利用率高，同时也避免发动机工作时，由于碳罐空气口堵塞使油箱长期处于负压状态，增加供油气阻，影响发动机动力性能。

（2）空气经过发动机空气滤清器过滤后有效的保证了进入碳罐的空气质量，在车辆维护时只需维护发动机空气滤清器，可以减少碳罐的维护次数，延长使用寿命，提高燃油蒸发排放控制系统工作稳定性。

（3）碳罐吸附达到饱和时，通过空气口向外界排放出燃油蒸汽，此结构可以减少燃油蒸汽进入驾驶舱内，产生刺激性汽油味。

（4）此结构实用性、可靠性较高，成本较低，具有一定的实用价值。

4 结论

对于减少汽车排放，燃油蒸发排放控制系统起着重要的作用，碳罐做为EVAP的核心部件之一，提升碳罐的工作能力，延长使用寿命具有很大的意义。影响碳罐的工作能力的因素有很多，本文从碳罐的空气口结构出发，利用发动机空气滤清器提高进入碳罐的空气质量，可有效地避免由于使用环境恶劣造成碳罐空气口堵塞，以及其失效后引起的一系列故障。该结构成本低廉，结构简单，具有一定的实用性。

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