汽車ORVR燃油系統用炭罐設計

劉隆嬌 蔣金隆

摘要：碳罐一般裝在汽油箱和發動機之間，由于汽油是一種易揮發的液體，在常溫下燃油箱經常充滿蒸氣，燃料蒸發排放控制系統的作用是將蒸氣引入燃燒并防止揮發到大氣中。這個過程起重要作用的是活性碳罐貯存裝置。

關鍵詞：炭罐；活性炭；ORVR燃油系統

1前言

汽車蒸發排放產生的HC約占整車HC排放總量的20%左右。在燃油加注時會產生大量的油蒸汽。為了控制加油排放量，美國早在2000開始要求轎車安裝車載油氣回收裝置（即ORVR系統）。ORVR系統主要控制油蒸汽的走向，避免從加油管通向大氣，而通過管路進入炭罐。這就需要炭罐體積大、工作能力高。怎樣合理設計炭罐，使之滿足整車性能要求，是很重要的問題。

2炭罐吸脫附工作原理

炭罐的工作原理為燃油系統因溫度變化等產生油蒸汽，ORVR系統還包括加油時產生的大量蒸汽進入炭罐，被活性炭上面的空隙吸附；當發動機運轉，炭罐清洗閥滿足開啟條件時開啟，存儲在炭罐內部的油蒸汽在發動機進氣歧管內部負壓的作用下，進入發動機參與燃燒。

3炭罐結構介紹

炭罐主要由上下蓋、本體、濾網、活性炭、積液腔、接口管嘴等部件組成。有的還包括“雙向閥”。

4炭罐設計關鍵點

評價炭罐性能的只要指標是工作能力，指100ml活性炭在規定條件下吸附丁烷的數量，又叫丁烷工作能力，即BWC（Butane WorkingCapacity），單位是g/100ml。

工作能力又跟活性炭材料、炭罐內部結構、裝碳量密切相關。

4.1活性炭選擇

炭罐性能的主要影響因素是活性炭。活性炭分木基炭、果殼基炭和煤基炭。木基炭的吸附能力強、強度高，價格高；果殼基炭吸附能力強，但強度不高。煤基炭比果殼基炭和木基炭的吸附能力稍弱，但強度較高。

活性炭的性能主要由孔隙結構、孔隙率和孔隙表面積決定。孔隙結構即為活性炭的孔道結構，分為微孔道、中孔道和大孔道。其中微孔道吸附后不易脫附；中孔道對汽油的吸附作用和脫附作用最好；大孔道吸附能力較弱。

表1是果殼活性炭和木基活性炭的對比，從中可以看出：中孔道越多，孔隙率和孔隙表面積越大，則活性炭的吸附能力和脫附能力越強。

ORVR活性炭罐通氣阻力要求一般為60L/min時≤2.0kPa，普通果殼基活性炭很難達到要求，因此，ORVR系統用炭罐選用木基柱狀炭。

4.2炭罐內部結構設計

炭罐內部結構形式是影響炭罐工作能力和炭罐排放的重要因素。

炭罐的長徑比對炭罐的有效吸附率有較大影響，長徑比越大，相同流速下脫附氣流的流速越大，脫附能力越大，有效吸附率增高。為增大炭罐的長徑比，可通過在內部設置隔板進行分區來實現。但長徑比不能無限制的增加，因為隨著長徑比的增加，通氣阻力隨之升高，因此，需要綜合考慮長徑比的大小。圖1是一組測試數據，可以看出，長徑比在3.5之后上升幅度減緩，5.5之后開始下降。因此，3～4.5的長徑比是一個合理的范圍。

炭罐的容積比對于炭罐也是一個重要的參數。從圖2可以得出，一般3：2的容積比能夠獲得較好的炭罐排放性能。