国六燃油蒸发系统泄漏诊断模块介绍及测试
2019-12-27杜玉彪
杜玉彪
国六燃油蒸发系统泄漏诊断模块介绍及测试
杜玉彪
(上汽大众汽车有限公司,上海 201805)
我国第六阶段轻型车排放法规里新增了燃油蒸发系统泄漏诊断的要求,文章对于常见的油箱泄漏诊断模块的硬件构成以及技术参数进行了简要介绍,重点对DMTL在泄漏诊断未激活和激活两种情况下的工作模式进行了详细说明。文章最后还结合密闭系统和泄漏系统的实际诊断案例进行了测试分析,对于理解蒸发泄漏诊断以及DMTL的工作过程和诊断逻辑有一定的参考意义。
燃油蒸发系统;油箱泄漏诊断模块;参考模式;1mm泄漏
前言
伴随着我国经济的持续快速发展,环境污染问题也日益严重,国家对环保的重视程度也越来越高。在机动车领域,2018年底我国保有量已经高达3.2亿辆,其中汽车2.4亿辆,小型载客汽车首次突破2亿辆。如此规模庞大的汽车数量对环境的影响不言而喻,因此国家对汽车排放的要求也日趋严格,号称史上最严的“轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)”(简称“国六”)就是在这种背景下出台的。新的国六法规中不仅大大提高了传统排放污染物的要求,而且在车载诊断OBD方面也从之前的欧标转向了更为严格的美标,其中之一就是新增了本文提及的汽油车燃油蒸发系统(EVAP)泄漏诊断,目的是保障可以及时发现油箱及其管路系统存在的泄漏问题,避免油蒸汽持续泄漏到外界大气中污染环境。
国六明确规定,OBD系统应监测蒸发系统的脱附流量,以及监测除炭罐阀与进气歧管之间的管路和接头之外的整个蒸发系统的完整性,防止燃油蒸气泄漏到大气中[1]。
对EVAP泄漏诊断的要求最早出现在美国相关法律中,为了满足法规要求,各大整车厂先后开发了多种检测系统和诊断策略。从不同角度又可以分为不同的类型,其中从诊断部件机构上可以将此分为被动类和主动类[2],其中被动类以自发负压泄漏检测NVLD(Natural Vacuum Leak Detection)为代表,主要逻辑是依靠车辆熄火后的油箱温度自然冷却变化带来的油箱压力变化,来判断是否存在泄漏;主动类以油箱泄漏诊断模块DMTL(Diagnostic Module Tank Leak)为代表,主要逻辑是依靠空气泵主动往油箱系统里泵气,然后通过一定时间内的油箱压力上升程度来判断是否存在泄漏。这两类诊断都存在有各自的优缺点,被动式诊断只需要借助压力切换阀和传感器即可,成本低,但是其受制于环境温度影响大,检测时间长,诊断的可靠性和诊断率相对较低;主动式的优点是建压迅速,耗时短,受温度影响较小,可靠性高,缺点就是需要额外的DMTL泵等硬件和相应软件投入,成本高。
本文主要介绍的是主动式DMTL诊断的方案,以下具体从DMTL的硬件组成、典型的工作模式、常见的泄漏测试等方面逐一展开。
1 硬件介绍
DMTL单元通常布置在炭罐之前,如下示意图1所示,其和炭罐一起作为总成件,有利于节省空间,并且不改变原有油箱至炭罐电磁阀等管路的布置。
图1 DMTL系统布置示意图
DMTL单元具体由空气泵、电磁切换阀、加热电路组成,如下图2所示,空气泵可以通过主动泵气向油箱系统内打压,并且通过反馈其自身的泵电流用于相应的泄漏诊断;电磁阀可以通过切换不同位置实现自身基础参考模式、泄漏监控模式等不同状态下的测量;加热单元主要是为了避免诊断装置内出现冷凝潮湿等影响测量精度的情况出现,保障DMTL在每次测量工作时内部空间和部件的干燥。
图2 DMTL单元外观与部件图
DMTL单元内部结构示意图见图3所示,其自带0.5mm标准孔通道,用于基础的参考模式测量,这是DMTL每次进行泄漏测试的前提和基础。DMTL的技术参数如下表1,需要注意的是其可检测的环境温度在4℃~35℃之间,过低或者过高的温度容易导致测量精度问题;另外就是受制于泵的老化,其工作寿命只有1500h[3],因此标定中需要特别注意激活DMTL诊断的条件,不应过于频繁。
图3 DMTL内部结构示意图
表1 DMTL技术参数表
2 工作模式介绍
DMTL泄漏测试分为诊断未激活和泄漏诊断激活两种工作模式,不同模式下对应有不同的工作状态。
2.1 诊断未激活
在泄漏诊断未激活的时候,同正常国五阶段没有DMTL单元的情况一样,油箱内的油蒸汽被吸附在炭罐内,一定程度后通过打开的炭罐电磁阀,在外界大气和进气歧管的压差作用下将炭罐吸附的油蒸汽冲洗到进气歧管进而到燃烧室内参与燃烧。如下图4所示,泄漏诊断未激活,空气泵不工作,切换阀在初始位置,新鲜空气通过DMTL的阀门直通进入炭罐,进而将炭罐内的油蒸汽通过打开的电磁阀冲洗进入发动机的进气歧管。
图4 正常炭罐冲洗模式
2.2 诊断激活
在泄漏诊断激活后,根据先后又分为参考模式测量、监控模式测量两部分。其中参考模式测量时基础,监控模式测量是目的。
2.2.1 参考模式测量
在激活泄漏诊断后,系统首先进入0.5mm标准孔下的参考模式测量,目的是为了获得当前环境状态和DMTL状态下的基准参考电流和泵频率,如果二者在合理的范围内则认为系统工作正常并进入下一个阶段,否则诊断中断。
对应参考模式下的工作示意图如图5所示,当泄漏诊断被激活时,系统首先关闭TEV电磁阀,对应在油箱及其管路上形成一个密闭空间,与此同时启动DMTL泵的抽气工作,这时空气会首先经过DMTL单元内自带的0.5mm标准孔,并且通过DMTL阀和外界大气形成回路。当DMTL腔内的压力达到平衡后,泵电流会趋于稳定,记录此时的泵电流为参考电流,即对应在当前环境温度和压力下的0.5mm标准泄漏孔对应的泵电流值。此值用于泵状态的诊断以及后续油箱相对压力的计算。
图5 参考模式工作示意图
2.2.2 监控模式测量
在完成参考模式测量后,系统打开切换阀如下图6所示,此时空气在DMTL泵的作用下直接通过阀进入炭罐及油箱。这时由于背景油箱及其管路的容积相对于DMTL腔体容积来说非常之大,因此空气泵在切换阀打开的瞬间相当于无负荷的空转,记录此时的泵电流为空转电流,其和参考电流的差值作为后续诊断和测量的依据,差值的大小也可以一定程度上反映泵的工作能力;此后随着空气泵继续往油箱内泵气,对于一个密闭的油箱系统来说其压力会逐步上升,对应泵电流也逐步增加,以此可以判定系统是否存在泄漏。即如果在一定的时间内泵电流或者对应的油箱相对压力可以达到设定的阀值则认为系统是密封的;相反如果在一定的时间内泵电流或者油箱相对压力始终无法上升到一定的阀值,则可以认为系统存在泄漏。
图6 监控模式工作示意图
3 常见泄漏测试分析
当前国六法规对于直径不小于1mm的泄漏有着明确要求,属于必须要监测的范围,对于0.5mm~1mm之间的泄漏不作具体要求。以Bosch控制系统为例,通常对于DMTL诊断来说,其主要的使能条件如下:
(1)停机超过6h;这点主要是考虑泵的寿命,避免过于频繁的诊断。
(2)启动后时间不少于10min;目的是用于保障DMTL内的充分加热,避免水凝气导致的测量误差。
(3)环境温度要介于4℃和35℃之间;受限于DMTL自身的技术参数限制。
(4)发动机启动温度不低于4℃;同样是受限于DMTL自身特性。
(5)海拔不超过2700m;过高的海拔对应空气稀薄会对标定的可靠性带来挑战。
除此还有为了满足诊断的稳定性,DMTL放在发动机熄火后进行等条件限制。通常对于正常的密闭系统大约在2min内可以完成诊断,对于存在泄漏的系统则需要10min左右完成确认。以下以二者为例进行诊断测试案例的介绍。
3.1 密闭系统测试
对于完全密封的油箱系统来说,在满足DMTL诊断使能条件后,如图7所示,系统激活DMTL诊断泵开始工作后,首先进入的是0.5mm标准孔的参考模式测量,当其完成后进入泄漏监控模式,在监控模式开始阶段,电磁阀切换到另一种状态,这时首先进行的是空转模式测量,对应空转电流,此后随着空气泵的持续泵气,油箱内的相对压力越来越大,如下图所示在114s时油箱系统相对压力达到了1mm泄漏对应的压力限值,因此1mm泄漏诊断完成并且系统没有泄漏存在,DMTL阀切换至初始状态,同时DMTL泵停止工作。
图7 密闭油箱系统DMTL诊断实测图
3.2 泄漏系统测试
对于正常密闭的系统车辆更换带有1mm标准孔的特制油箱盖,用于模拟1mm泄漏。然后激活DMTL的诊断,对于1mm泄漏系统而言,初始的参考模式测量和监控模式开始阶段的空转测量与密闭系统类似,区别在于监控模式中,因为存在泄漏,如下图8所示,在600s的诊断时间内油箱压力最高只能达到15.7hPa,无法建立到限值水平,最终在诊断结束时诊断出有不小于1mm的泄漏存在。
理论上来讲泄漏孔径越大对应可以建立的油箱相对压力越小,越容易被诊断出泄漏故障。
图8 1mm泄漏系统诊断实测图
4 结束语
燃油蒸发系统泄漏诊断作为国六的新增要求,对于整车厂甚至零部件厂都带来了一定程度的挑战。目前国内多数厂家都采用了DMTL方案,本文主要针对蒸发泄漏系统的要求以及DMTL的特性进行了介绍,重点对DMTL的工作模式以及泄漏案例进行了分析。除此以外,DMTL还可以用于炭罐电磁阀的诊断,借用DMTL泵主动加压,此时DMTL作为传感器使用,通过DMTL的电流波动可以判定电磁阀的开闭是否异常。因此DMTL单元的匹配至关重要,一个良好的匹配不仅可以保障泄漏监测系统正常工作,而且可以用于炭罐电磁阀诊断,充分发挥DMTL的优势和价值。
[1] 环境保护部,国家质量监督检验检疫总局. GB 18352.6-2016,轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)(发布稿).
[2] 钱国刚,李月华,解难.汽油车燃油蒸发控制系统泄露车载诊断及试验[J].重庆理工大学学报(自然科学),2016(10):23-33.
[3] Robert Bosch GmbH. General Technical Customer Information, Diagnosis Module Tank Leakage. 2007.02.20.
Introduction and Test of the DMTL in C6 EVAP System
Du Yubiao
( SAIC Volkswagen Automotive Co., Ltd., Shanghai 201805 )
The leakage detection of EVAP system is introduced into the China 6th stage emission standard of light-duty vehicles. The introduction of the DMTL hardware and the technical parameter is carried on this paper. And most importantly, the detail operation mode of DMTL corresponding to the leakage diagnosis is expounded. At last the paper analyzes the real diagnosis process of tight system and leakage system, which helps to understand the EVAP system leakage diagnosis and the DMTL operation process.
EVAP; DMTL; Reference Mode; 1mm leakage
U260.331+.3
A
1671-7988(2019)24-61-04
U260.331+.3
A
1671-7988(2019)24-61-04
10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.020
杜玉彪,男,硕士研究生,主管工程师,2011年4月起就职于上汽大众汽车有限公司产品研发部,从事发动机EMS标定工作。