燃油蒸發排放控制系統的碳罐結構優化

馬春悅

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

隨著環保理念日漸深入人心，國家對車輛排放控制的標準也越來越嚴格。低排放，低油耗的車輛成為顧客以及汽車制造商一致追求的目標。汽車排放控制問題越來越受到關注，對汽車排放控制的各項研究也應該得到更多重視。由于汽油的易揮發特性，使得在常溫狀態下汽車的燃油箱中常充滿大量的燃油蒸氣。為了保證安全，汽車燃油箱內的氣壓要保持在1個大氣壓左右，當外界影響使氣壓升高時，可使用單向閥將燃油蒸汽排出；氣壓下降時，使用另一個單向閥使外部的空氣進入，由此而引起的燃油蒸汽排放量，占總排放量的20%。

因此，自20世紀90年代，我國就規定所有新出廠的汽車必須具備燃油蒸發排放控制系統（EVAP）。活性碳罐是EVAP的核心工作部件，其工作能力對車輛蒸發排放起到重要作用。本文所提出的碳罐空氣口結構優化方案，意在改善碳罐進氣質量，提高碳罐工作的穩定性，延長使用壽命，且成本較低，具有一定的實用性。

1 優化目的及研究現狀

1.1 優化目的

（1）碳罐空氣口一般裸露在外部容易被異物堵塞，當碳罐進行脫附工作時，一方面碳罐內燃油蒸汽不能同新鮮空氣混合，使進氣歧管內混合氣變濃，可能會導致發動機熱啟動困難，無怠速或者怠速不穩，且加速無力；另一方面空氣只能從油箱蓋的單向進氣閥進入，從而造成油箱供油時經常處于負壓狀態，增加了燃油箱內燃油蒸發的速度和耗油量，嚴重狀態可能導致汽車排氣管冒黑煙，汽車尾氣排放不達標。

（2）碳罐空氣口無過濾裝置，碳罐進氣時可能導致碳罐內活性碳被污染，甚至影響發動機壽命，因此改善碳罐空氣口的環境和進氣質量，具有重要的意義。

1.2 研究現狀

由于碳罐空氣口出現失效會產生諸多影響，工程師從改進碳罐空氣口結構、增加空氣過濾裝置等措施入手，減少碳罐的失效。

張振興、丁勇等對碳罐進行了結構優化，在碳罐內設置了一個蓋板，通過彈簧作用在蓋板上，將處于蓋板和罐體之間的活性碳充分壓緊，保證了活性炭的吸附性能；曾學勇、崔發成等在碳罐空氣口增設了三通閥，一個端口連接碳罐進氣口，另兩個端口分別連接到機艙和前副車架，吸氣時碳罐本體與機艙之間的管路接通，排氣時碳罐本體與副車架處之間的管路接通，吸氣與排氣分開有效避免燃油蒸汽在機艙內囤積，同時在進氣端采用防塵蓋對空氣進行過濾；羅張祥、黃波等通過EVAP中增設診斷開關，實現了對凈化電磁閥是否工作正常的實時檢測，避免凈化電磁閥處于常閉失效，不能及時脫附碳罐蒸汽，或者處于常開失效，對發動機動力性、怠速性能以及燃油箱造成傷害；叢傳明、雷術彬等在碳罐本體上集成空氣濾清器，過濾碳罐進入碳罐的空氣。

3 優化后EVAP工作原理

3.1 提升碳罐進氣質量的措施

（1）在碳罐空氣入口出增設空氣濾清裝置，改善進氣環境，提高進氣質量。

（2）將碳罐布置在相對封閉的位置，例如布置在前翼子板下面，避免外界泥污、灰塵進入，將碳罐進氣口堵塞。

（3）對碳罐空氣口結構進行優化減少灰塵泥污的進入。

3.2 優化后EVAP結構說明

圖1為優化后EVAP原理圖

（1）圖1中兩個翻車截止閥是為避免其中一個由于車輛不同工況液面不斷晃動被堵塞，燃油蒸汽不能及時排出，使碳罐失去作用。

（2）圖1中翻車截止閥，當汽車出現意外翻車事故，及時將翻車截止閥關閉，防止燃油外漏發生危險。

（3）圖1中雙通閥（即保壓閥），油箱內部正壓力達到雙通閥開啟壓力時閥門打開燃油蒸汽排出；油箱內部負壓力達到雙通閥開啟壓力時閥門打開外界空氣吸入，平衡油箱內部壓力。一般油箱負壓力絕對值小于正壓力絕對值，發動機工作時使油箱保持正壓力，有助于減少氣阻、保證發動機動力性等。

（4）圖 1中將碳罐空氣口通過空氣管連接到空氣濾清器，與發動機進氣管并聯，當碳罐進行吸附工作時，燃油蒸汽進入碳罐被吸附，多余的空氣由空氣管進入發動機進氣管；當碳罐進行脫附工作時，脫附電磁閥打開，進氣歧管負壓作用下，空氣經過空氣濾清器進入碳罐，將碳罐內的燃油蒸汽帶入到進氣歧管中供發動機燃燒。

（5）圖1中脫附電磁閥為常閉，在發動機適時工況下，脫附電磁閥打開對碳罐進行脫附清理。

3.3 改進型EVAP原理

由于車輛行駛工況和外界環境影響，燃油箱內燃油溫度升高以及燃油不斷晃動，加劇燃油蒸發使油箱內部壓力升高，當壓力達到雙通閥開啟壓力時，雙通閥打開，燃油蒸汽通過翻車截止閥、吸附管、雙通閥進入碳罐吸附；碳罐脫附時，根據發動機工況適時打開脫附電磁閥，在進氣歧管真空壓力的作用下，外界空氣從空氣濾清器、空氣管、進入碳罐，將碳罐中的燃油蒸汽帶走，通過脫附管，脫附電磁閥進入發動機進氣歧管，供給發動機燃燒。

當燃油溫度下降，燃油靜止時，燃油蒸汽液化油箱內部壓力下降，油箱產生負壓達到雙通閥開啟壓力，外界空氣經過空氣濾清器、空氣管、碳罐、雙通閥、吸附管進入到油箱補壓。

3.4 改進型EVAP特點

目前的文獻、專利介紹中大多采用增加空氣過濾裝置、在碳罐空氣口增加防護結構來改善碳罐進氣環境，本文采用將碳罐空氣口通過空氣管連接到發動機空氣濾清器端與進氣管并聯的方式來提高氣質量。該結構具有以下特點：

（1）改進后的碳罐空氣口利用發動機空氣濾清器對進入碳罐的空氣進行過濾，省去了額外增加的空氣過濾裝置，其結構簡單、空間利用率高，同時也避免發動機工作時，由于碳罐空氣口堵塞使油箱長期處于負壓狀態，增加供油氣阻，影響發動機動力性能。

（2）空氣經過發動機空氣濾清器過濾后有效的保證了進入碳罐的空氣質量，在車輛維護時只需維護發動機空氣濾清器，可以減少碳罐的維護次數，延長使用壽命，提高燃油蒸發排放控制系統工作穩定性。

（3）碳罐吸附達到飽和時，通過空氣口向外界排放出燃油蒸汽，此結構可以減少燃油蒸汽進入駕駛艙內，產生刺激性汽油味。

（4）此結構實用性、可靠性較高，成本較低，具有一定的實用價值。

4 結論

對于減少汽車排放，燃油蒸發排放控制系統起著重要的作用，碳罐做為EVAP的核心部件之一，提升碳罐的工作能力，延長使用壽命具有很大的意義。影響碳罐的工作能力的因素有很多，本文從碳罐的空氣口結構出發，利用發動機空氣濾清器提高進入碳罐的空氣質量，可有效地避免由于使用環境惡劣造成碳罐空氣口堵塞，以及其失效后引起的一系列故障。該結構成本低廉，結構簡單，具有一定的實用性。

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