介绍一种满足国六汽车排放的电磁式碳罐阀

靳石云

摘 要：本文介绍了一种满足国六汽车排放的电磁式碳罐阀结构特性和基本性能，将国五碳罐阀与国六碳罐阀进行了对比，并对影响电磁式碳罐阀的若干问题进行了探讨。

关键词：电磁式碳罐阀 原理 结构特点

Introduction t an Electromagnetic Carbon Canister Valve that Meets the Emission of National VI Vehicles

Jin Shiyun

Abstract：This article introduces the structural characteristics and basic performance of an electromagnetic canister valve that meets the emissions of National VI vehicles. It compares the National V carbon canister valve with the National VI carbon canister valve， and discusses several factors that affect the electromagnetic canister valve.

Key words：electromagnetic carbon canister valve， principle， structural characteristics

1 概述

為了防止汽车油箱中汽油蒸气对环境的污染并且提高燃油经济性，现代汽车发动机管理系统将对燃油蒸气进行控制。碳罐电磁阀是燃油蒸气清洗控制子系统中的关键部件之一。在燃油蒸气清洗控制系统中，燃油箱中的燃油蒸汽被碳罐中的活性碳所吸附。根据发动机的实际工作状态，电子控制模块通过输出脉宽信号控制电磁阀的通断，依靠进气歧管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机的进气道中， 最后进入发动机气缸内进行燃烧。从而达到将活性碳罐中燃油蒸气进行清洗，控制燃油蒸发污染排放的目的。

由于国六碳罐脱附流量增大，现有碳罐控制电磁阀（国五及之前）流量达不到国六流量要求，需要一款新的大流量碳罐控制电磁阀[1]。

2 电磁式碳罐阀结构及工作原理

本文介绍的碳罐电磁阀系一款满足国六排放要求的产品。此款碳罐电磁阀利用通电线圈产生磁场原理设计而成，通过电磁力带动阀门开启、关闭。碳罐电磁阀为常闭式，未通电时，阀门是关闭的。由发动机电子控制模块（ECM）根据发动机的实际工作状态，通过调节输入给碳罐控制电磁阀线圈的电脉冲宽度来控制由活性碳罐送入到进气歧管的燃油蒸气流量。在正常的发动机工作状态，碳罐电磁阀的气体流量与电脉冲输入占空比成正比。其开启时机和频率均由发动机电子模块控制。图1是碳罐阀的外形尺寸和基本结构。

如图2所示为这款电磁式碳罐阀内部结构原理图，采用整体式结构，产品出厂无需额外标定、调整。带有卡装式安装支架，安装在发动机上，可容纳较大固体颗粒流通（700μm），自带滤网，可靠的耐久性设计。进气口与出气口采用φ11.8毫米软管接口设计结构，满足国内大多数汽车厂家要求。ECU电控输入可通过碳罐阀快速端子连接，方便可靠。碳罐阀由励磁线圈、固定芯轴、导磁套管、可动次级板组件、返回弹簧、滤网、真空管、下壳组成。其动作原理是这样的，当线圈断电时，次级板组件中的橡胶件在返回弹簧力和进气回路（真空管端）负压力的共同作用下堵住真空管通气孔，切断油气通路。当线圈通电时，受激励的线圈在磁路中产生磁场，处于磁场内的可动次级板组件受到电磁力作用，当电磁力大于返回弹簧反力和进气回路（真空管端）负压力的合力时，次级板组件便在电磁力的作用下，克服弹簧返力和真空管的负压力，做机械运动，向限位轴方向运动，离开真空管通气孔，打开油气通路。

3 基本性能要求

3.1 △P=-700mbar时，流量为6.5m3/h。

3.2 额定电压和电流：13.5V和0.85A

3.3 最小开启电压（△P=-600mbar：室温）：10.5V

3.4 最小释放电压：1V;

3.5 线圈电阻（室温）：16Ω;

3.6 典型触发脉冲：～8ms;

3.7 泄漏量（△P=+700mbar）：≤33ml/min;

3.8 工作噪声：在（23±5）℃下，线圈电压：13.5V±0.1V，无真空负压，10Hz，50%占空比，声压级<48dB;

3.9 在（23±5）℃下，UB=16.5V以及带有Z 70V二极管的条件下的电感：～10mH（1KHz，500mA）;

3.10 耐久性：在环境温度100℃±5℃下，频率50Hz，电压13V，占空比50%。燃油蒸气温度70℃±5℃。持续时间：264小时 （47，520，000 cycles）。

4 国六电磁式碳罐阀结构特点、设计理念及与国五碳罐阀的比较

4.1 国六电磁式碳罐阀结构特点、设计理念

4.1.1 电磁铁组件

由于电磁式碳罐阀是ECU按照发动机的工况适时控制系统工作，将燃油引入发动机内部进行燃烧。如果ECU发出动作指令后，电磁式碳罐阀一直处于关闭状态，碳罐内的汽油蒸汽就会越积愈多，最终充满整个碳罐，其余汽油蒸汽只能溢出到大气中了，既污染环境又浪费燃油。反之，若电磁式碳罐阀一直处于开启状态，发动机进气道的混合气体就一直处在加浓状态，而同时，发动机的控制单元由于此时还没有控制碳罐阀工作，不会发出降低喷油量的指令，这样，就造成热车时混合气体过浓引起发动机熄火，以及热车熄火不易启动等问题。为了保证电磁式碳罐阀在ECU指令下可靠工作，标准其规定动作电压不大于10.5V，断电时碳罐阀可靠回位（释放电压不小于1V）。在结构设计中，限位轴零件和导磁套管零件加工精度要求高，

装配尺寸一致性能好，必须保证限位轴的铆接高度，如图3。

4.1.2 线圈组件

本碳罐阀电磁铁结构为螺管式，可动部分又采用导磁面积较大的极板（次级板组件），电磁吸力大，行程长，因此流量大。加之考虑到线圈输入信号是脉冲信号，线圈热损耗小，线圈绕组采用大线径、低阻值，在有限的体积上充分提高了磁效率。

4.1.3 次级板组件

电磁式碳罐阀的泄漏和动作噪音也是要解决的问题。作为产品关键部件的次级板组件其材料选用和结构设计也非常重要，如图4所示，它有内外两组橡胶胶合固定在金属板上，金属板作为磁路的一部分，选用导磁性较好的純铁或低碳钢，中间有两工艺孔便于装配到限位轴上，表面镀层耐腐蚀、耐油[2]。内外两层橡胶件的选材选用耐高温、耐油、耐磨损的氟硅橡胶，内圈材料要延展性好，抗疲劳，外圈橡胶设计成数个水滴形圆凸，减震降噪又提高产品释放电压，其材质应具有良好的耐磨性能。

4.1.4 真空管与下壳采用高强度、耐温、耐腐蚀的尼龙增强材料，其连接采用超声波塑封焊接，保证焊接尺寸、焊接质量，对产品的重要指标诸如流量、泄漏量、动作电压有直接的影响。

4.2 国六电磁式碳罐阀与国五电磁式碳罐阀比较

4.2.1 流量增加：国五碳罐阀流量要求为流量为3±0.3m3/h，△P=-600mbar时，国六碳罐阀流量要求为流量为6.5±0.5m3/h，△P=-700mbar时。国六碳罐阀较国五碳罐阀流量更大，其下壳、真空管口部直径都相应增加。

4.2.2 国六碳罐阀在保证阀的密封性、流量的前提下，增加了可动次级板面积，线圈结构紧凑，线圈电阻小，减少了线圈绕组铜的用量，降低成本。

4.2.3 结构简化：相比于国五碳罐阀，国六碳罐阀结构简洁，零组件少。限位轴一次铆接到位，利用超声波焊封可保证焊接尺寸进而保证流量、吸合电压要求。而国五碳罐阀装配后要调整限位轴高度调整流量，然后再封焊，工艺复杂，参数不容易保证。

5 结束语

本文阐述了一款符合国六排放要求的电磁式碳罐阀的结构原理、特点、性能指标要求，并对设计、材料、工艺要求进行了论述。此款电磁式碳罐阀设计结构简洁，产品工艺性优良，生产过程中无需调整，流量参数易保证，可靠性高。相比于之前的国五碳罐阀具有流量大，结构简单，制造工艺性好，零组件数量少，产品下线前无需调整，参数一致性好等特点。

参考文献：

[1]周祥云，张磊，黄敬锋，肖亮.基于国六法规的碳罐脱附流量对蒸发排放性能的影响[J].汽车实用技术，2020（02）：78-80.

[2]航空电器编写组.《航空电器》.国防工业出版社.