淺析燃油蒸發排放控制系統碳罐結構優化

畢國亮

（寧波震裕科技股份有限公司，浙江 寧波 315600）

燃油蒸發排放控制系統（EVAP）運行過程要具備穩定性，才能夠保證摩托車安全、平穩的運行。為了解決這一問題，很多工程師專門對摩托車燃油蒸發排放控制系統中的碳罐結構進行研究，希望能夠碳罐結構優化，提高燃油蒸發排放控制系統效率。為此，針對系統的電控優化，通過碳罐電磁閥的操作了解發動機的運行工況，對碳罐結構進行優化，提升碳罐吸附以及脫附性能，確保碳罐運行穩定性，避免因為管路堵塞或者破裂對燃油蒸發排放控制系統的碳罐結果造成影響。

1 研究背景

現在，人們逐漸意識到環境保護的重要性，開始在日常生活以及工作中加強重視。國家有關部門為了優化生態環境，也出臺了一系列車輛排放控制標準，以達到降低車輛排放的目的。在這一背景下，摩托車設計與制造面臨新要求，致力于降低排放與油耗，這不僅是行業發展趨勢，也是顧客所追求的目標。目前，汽車排放控制得到了極大的關注，汽車排放控制相關研究也需要給予重視。因為汽油容易揮發，如果長期保持在常溫狀態下，燃油箱內便會生成大量燃油蒸氣。考慮到行車安全，對于燃油箱的氣壓務必要控制在1 個大氣壓，一旦受外界因素影響提高氣壓，可以通過單向閥排出燃油蒸汽；若是氣壓降低，則可以通過另外的單向閥吸入外部空氣，這一行為所形成的燃油蒸汽排放量在總排放量中占比20%左右。

為此，我國從20 世紀末開始，在研制摩托車時便已經有了燃油蒸發排放控制系統。該系統中，活性碳罐屬于最為重要的部件，直接關系到車輛蒸發排放。為了使碳罐性能達到最佳，需要對碳罐結構進行優化，一方面可以將碳罐進氣質量進行優化；另一方面，也可以保證碳罐的穩定運行，延長使用期限，節省成本。

2 碳罐結構優化現狀

一方面，碳罐空氣口如果長期暴露在外，便會被異物堵塞，一旦碳罐開始執行脫附工作，碳罐中的燃油蒸汽無法快速融合新鮮空氣，增加進氣歧管中混合氣的濃度，這樣一來，便會提高發動機熱啟動的難度，加速力度不夠。另一方面，碳罐空氣口并沒有設置過濾裝備，碳罐進氣可能會被碳罐中的活性碳所污染，長此以往，便會縮減發動機的使用時間，可見碳罐結構優化對于進氣質量以及尾氣排放質量的重要作用。如果碳罐空氣口效用降低，會對摩托車運行帶來一些影響，技術人員可以從碳罐空氣口結構、空氣過濾裝置等方面著手，避免此問題。在碳罐結構優化的過程中，可以在碳罐中放置蓋板，利用彈簧作用壓緊蓋板、罐體中間部位的活性碳，使活性炭吸附性達到最佳。碳罐空氣口處建議設置三通閥，其中一個端口與碳罐的進氣口相連，另外兩個端口則和機艙、前副車架相連，吸氣狀態下碳罐和機艙所有管路連接，排氣狀態下碳罐和副車架的管路連接，吸氣、排氣脫離便可以規避機艙中燃油蒸汽堆積，進氣端可以設置防塵蓋，將外部進入的空氣過濾。燃油蒸發排放控制系統內部還可以設置診斷開關，負責凈化電磁閥運行狀態的檢測，以免凈化電磁閥因為處于常閉狀態而失去效用，無法脫附碳罐蒸汽，或是因為凈化電磁閥常開狀態而失效，這樣一來，便會直接影響發動機的動力性和怠速性。摩托車碳罐建議設置空氣濾清器，對從外部進入到碳罐內的空氣進行過濾。

3 燃油蒸發排放控制系統的碳罐結構優化

3.1 碳罐進氣質量控制

第一，碳罐空氣入口位置可以設置空氣濾清設備，對進氣環境進行優化，同時也可以保證進氣質量；第二，將碳罐位置選擇在封閉處，以免外部環境的灰塵等進入碳罐內部，導致進氣口被堵塞；第三，碳罐空氣口結構需要進行優化，預防灰塵、泥污等的進入。

3.2 碳罐結構優化

為了實現燃油蒸發排放系統的正常運行，需要對碳罐結構進行優化。第一，設置兩個翻車截止閥，以免因為車摩托車工況差異，導致液面晃動出現堵塞現象，并因燃油蒸汽排出不及時對碳罐結構運行造成影響。第二，如果摩托車出現翻車現象，可以關閉翻車截止閥，以免因為燃油外漏對駕駛人的人身安全造成威脅。第三，油箱內的正壓力如果已經與開啟雙通閥壓力相同，這時便可以打開閥門，將內部的燃油蒸汽及時排出；油箱中的負壓力若是已經與雙通閥開啟時的壓力相同，需要將閥門打開，進入外部空氣，使油箱內壓力達到平衡。通常油箱的正壓力絕對值要大于負壓力絕對值，發動機處于運行狀態下，要確保油箱維持在正壓力狀態，這對于降低氣阻，提高發動機動力性能有重要作用。第四，利用空氣管將碳罐空氣口和空氣濾清器進行連接，保持其與發動機進氣管處于并聯狀態，一旦碳罐開始吸附工作，那么燃油蒸汽進入到碳罐內也會被吸附，其余空氣則會通過空氣管被吸入到發動機進氣管當中；若是碳罐開始脫附工作，這時便可以開啟脫附電磁閥，在進氣管負壓的前提下，空氣通過空氣濾清器便可以進入碳罐內部，碳罐結構中的燃油蒸汽也會隨之進入進氣管當中，為發動機燃燒提供動力。第五，脫附電磁閥處于常閉狀態，當發動機處于適當的工況，這時便可以開啟脫附電磁閥，進行碳罐脫附清理操作。

3.3 優化燃油蒸發排放控制系統

因為摩托車運行工況與外界環境等因素的影響，燃油箱中的燃油溫度會有所提升，這時燃油晃動，使燃油蒸發速度加快，便會導致油箱壓力提升，一旦壓力與開啟雙通閥壓力相同，雙通閥就會開啟，內部的燃油蒸汽便會利用翻車截止閥、吸附管以及雙通閥等機內到碳罐結構內。若燃油溫度降低，使燃油處于靜止狀態，這時燃油蒸汽液化油箱中的壓力也會隨之降低，油箱會形成負壓，并且與雙通閥開啟壓力相同，外部的空氣在空氣濾清器、碳罐以及空氣管等的作用下會進入油箱補壓。

按照現有資料分析，發現摩托車碳罐結構內部會設置空氣過濾裝置，并且碳罐空氣口處也會增加防護結構，以此對碳罐進氣進行優化。針對上文提到的利用空氣管將碳罐空氣口與發動機相連，空氣濾清器端、進氣管并聯的結構，其優勢在于全面提升氣質量，具體特征如下：第一，經過優化的碳罐空氣口，通過發動機空氣濾清器過濾碳罐內部的空氣，如此一來，便無須再設置其他空氣過濾設備，且該結構比較簡單，可以利用現有空間，以免發動機運行過程中因為碳罐空氣口堵塞導致油箱負壓運行，供油氣阻提升，對發動機的動力性造成影響。第二，發動機空氣濾清器對空氣進行過濾之后，確保碳罐內部的空氣質量，摩托車維護過程中，只需要對發動機內設置的空氣濾清器進行維護，由此便可以縮減碳罐的維護數量，將使用期限延長。第三，碳罐吸附如果已經接近飽和，這時可以利用空氣口將燃油蒸汽排出，以免燃油蒸汽進入至駕駛艙，形成帶有刺激性的汽油味道。

3.4 活性碳罐性能優化

碳罐性能與有效吸附量、初始工作性能、最終工作性能、通氣阻力以及脫附殘存量等有關。在相關規定中，對碳罐運行參數進行了規定，汽油初始工作性能≥6.5g/100ml，汽油最終工作性能≥5.2g/100ml。為了更清晰地了解碳罐的性能，并對碳罐性能進行優化，下面針對碳罐臺架測試系統中的碳罐工作性能測驗為例展開分析，重點了解環境溫度、體積等對碳罐工作性能的影響。

試驗在相同環境下進行，首先使用有效容積1200ml 的碳罐脫附空氣，脫附流量設置為25L/min，脫附體積則為600 個碳罐的有效容積。其次，將5000 容積丁烷以及50 氮氣混合氣作為試驗用氣體，碳罐吸附速度分別為40g/h、50g/h、70g/h、90g/h、140g/h，當達到臨界點時便可結束，這時碳罐吸附飽和后，便會從通大氣口處將碳氫化合物逸出，試驗人員對吸附前、后碳罐的質量差進行測量，所有吸附速率的試驗均要反復6 次，最后求取平均值。

4 結語

綜上所述，燃油蒸發排放控制系統的碳罐結構優化，其一需要增設空氣過濾裝置，對外部進入的空氣進行過濾，避免堵塞問題，其二則要完善控制系統，保證系統運行穩定性，從而提高摩托車運行質量，減少尾氣排放。