國六燃油蒸發系統泄漏診斷模塊介紹及測試

杜玉彪

國六燃油蒸發系統泄漏診斷模塊介紹及測試

杜玉彪

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

我國第六階段輕型車排放法規里新增了燃油蒸發系統泄漏診斷的要求，文章對于常見的油箱泄漏診斷模塊的硬件構成以及技術參數進行了簡要介紹，重點對DMTL在泄漏診斷未激活和激活兩種情況下的工作模式進行了詳細說明。文章最后還結合密閉系統和泄漏系統的實際診斷案例進行了測試分析，對于理解蒸發泄漏診斷以及DMTL的工作過程和診斷邏輯有一定的參考意義。

燃油蒸發系統；油箱泄漏診斷模塊；參考模式；1mm泄漏

前言

伴隨著我國經濟的持續快速發展，環境污染問題也日益嚴重，國家對環保的重視程度也越來越高。在機動車領域，2018年底我國保有量已經高達3.2億輛，其中汽車2.4億輛，小型載客汽車首次突破2億輛。如此規模龐大的汽車數量對環境的影響不言而喻，因此國家對汽車排放的要求也日趨嚴格，號稱史上最嚴的“輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）”（簡稱“國六”）就是在這種背景下出臺的。新的國六法規中不僅大大提高了傳統排放污染物的要求，而且在車載診斷OBD方面也從之前的歐標轉向了更為嚴格的美標，其中之一就是新增了本文提及的汽油車燃油蒸發系統（EVAP）泄漏診斷，目的是保障可以及時發現油箱及其管路系統存在的泄漏問題，避免油蒸汽持續泄漏到外界大氣中污染環境。

國六明確規定，OBD系統應監測蒸發系統的脫附流量，以及監測除炭罐閥與進氣歧管之間的管路和接頭之外的整個蒸發系統的完整性，防止燃油蒸氣泄漏到大氣中[1]。

對EVAP泄漏診斷的要求最早出現在美國相關法律中，為了滿足法規要求，各大整車廠先后開發了多種檢測系統和診斷策略。從不同角度又可以分為不同的類型，其中從診斷部件機構上可以將此分為被動類和主動類[2]，其中被動類以自發負壓泄漏檢測NVLD（Natural Vacuum Leak Detection）為代表，主要邏輯是依靠車輛熄火后的油箱溫度自然冷卻變化帶來的油箱壓力變化，來判斷是否存在泄漏；主動類以油箱泄漏診斷模塊DMTL（Diagnostic Module Tank Leak）為代表，主要邏輯是依靠空氣泵主動往油箱系統里泵氣，然后通過一定時間內的油箱壓力上升程度來判斷是否存在泄漏。這兩類診斷都存在有各自的優缺點，被動式診斷只需要借助壓力切換閥和傳感器即可，成本低，但是其受制于環境溫度影響大，檢測時間長，診斷的可靠性和診斷率相對較低；主動式的優點是建壓迅速，耗時短，受溫度影響較小，可靠性高，缺點就是需要額外的DMTL泵等硬件和相應軟件投入，成本高。

本文主要介紹的是主動式DMTL診斷的方案，以下具體從DMTL的硬件組成、典型的工作模式、常見的泄漏測試等方面逐一展開。

1 硬件介紹

DMTL單元通常布置在炭罐之前，如下示意圖1所示，其和炭罐一起作為總成件，有利于節省空間，并且不改變原有油箱至炭罐電磁閥等管路的布置。

圖1 DMTL系統布置示意圖

DMTL單元具體由空氣泵、電磁切換閥、加熱電路組成，如下圖2所示，空氣泵可以通過主動泵氣向油箱系統內打壓，并且通過反饋其自身的泵電流用于相應的泄漏診斷；電磁閥可以通過切換不同位置實現自身基礎參考模式、泄漏監控模式等不同狀態下的測量；加熱單元主要是為了避免診斷裝置內出現冷凝潮濕等影響測量精度的情況出現，保障DMTL在每次測量工作時內部空間和部件的干燥。

圖2 DMTL單元外觀與部件圖

DMTL單元內部結構示意圖見圖3所示，其自帶0.5mm標準孔通道，用于基礎的參考模式測量，這是DMTL每次進行泄漏測試的前提和基礎。DMTL的技術參數如下表1，需要注意的是其可檢測的環境溫度在4℃~35℃之間，過低或者過高的溫度容易導致測量精度問題；另外就是受制于泵的老化，其工作壽命只有1500h[3]，因此標定中需要特別注意激活DMTL診斷的條件，不應過于頻繁。

圖3 DMTL內部結構示意圖

表1 DMTL技術參數表

2 工作模式介紹

DMTL泄漏測試分為診斷未激活和泄漏診斷激活兩種工作模式，不同模式下對應有不同的工作狀態。

2.1 診斷未激活

在泄漏診斷未激活的時候，同正常國五階段沒有DMTL單元的情況一樣，油箱內的油蒸汽被吸附在炭罐內，一定程度后通過打開的炭罐電磁閥，在外界大氣和進氣歧管的壓差作用下將炭罐吸附的油蒸汽沖洗到進氣歧管進而到燃燒室內參與燃燒。如下圖4所示，泄漏診斷未激活，空氣泵不工作，切換閥在初始位置，新鮮空氣通過DMTL的閥門直通進入炭罐，進而將炭罐內的油蒸汽通過打開的電磁閥沖洗進入發動機的進氣歧管。

圖4 正常炭罐沖洗模式

2.2 診斷激活

在泄漏診斷激活后，根據先后又分為參考模式測量、監控模式測量兩部分。其中參考模式測量時基礎，監控模式測量是目的。

2.2.1 參考模式測量

在激活泄漏診斷后，系統首先進入0.5mm標準孔下的參考模式測量，目的是為了獲得當前環境狀態和DMTL狀態下的基準參考電流和泵頻率，如果二者在合理的范圍內則認為系統工作正常并進入下一個階段，否則診斷中斷。

對應參考模式下的工作示意圖如圖5所示，當泄漏診斷被激活時，系統首先關閉TEV電磁閥，對應在油箱及其管路上形成一個密閉空間，與此同時啟動DMTL泵的抽氣工作，這時空氣會首先經過DMTL單元內自帶的0.5mm標準孔，并且通過DMTL閥和外界大氣形成回路。當DMTL腔內的壓力達到平衡后，泵電流會趨于穩定，記錄此時的泵電流為參考電流，即對應在當前環境溫度和壓力下的0.5mm標準泄漏孔對應的泵電流值。此值用于泵狀態的診斷以及后續油箱相對壓力的計算。

圖5 參考模式工作示意圖

2.2.2 監控模式測量

在完成參考模式測量后，系統打開切換閥如下圖6所示，此時空氣在DMTL泵的作用下直接通過閥進入炭罐及油箱。這時由于背景油箱及其管路的容積相對于DMTL腔體容積來說非常之大，因此空氣泵在切換閥打開的瞬間相當于無負荷的空轉，記錄此時的泵電流為空轉電流，其和參考電流的差值作為后續診斷和測量的依據，差值的大小也可以一定程度上反映泵的工作能力；此后隨著空氣泵繼續往油箱內泵氣，對于一個密閉的油箱系統來說其壓力會逐步上升，對應泵電流也逐步增加，以此可以判定系統是否存在泄漏。即如果在一定的時間內泵電流或者對應的油箱相對壓力可以達到設定的閥值則認為系統是密封的；相反如果在一定的時間內泵電流或者油箱相對壓力始終無法上升到一定的閥值，則可以認為系統存在泄漏。

圖6 監控模式工作示意圖

3 常見泄漏測試分析

當前國六法規對于直徑不小于1mm的泄漏有著明確要求，屬于必須要監測的范圍，對于0.5mm~1mm之間的泄漏不作具體要求。以Bosch控制系統為例，通常對于DMTL診斷來說，其主要的使能條件如下：

（1）停機超過6h；這點主要是考慮泵的壽命，避免過于頻繁的診斷。

（2）啟動后時間不少于10min；目的是用于保障DMTL內的充分加熱，避免水凝氣導致的測量誤差。

（3）環境溫度要介于4℃和35℃之間；受限于DMTL自身的技術參數限制。

（4）發動機啟動溫度不低于4℃；同樣是受限于DMTL自身特性。

（5）海拔不超過2700m；過高的海拔對應空氣稀薄會對標定的可靠性帶來挑戰。

除此還有為了滿足診斷的穩定性，DMTL放在發動機熄火后進行等條件限制。通常對于正常的密閉系統大約在2min內可以完成診斷，對于存在泄漏的系統則需要10min左右完成確認。以下以二者為例進行診斷測試案例的介紹。

3.1 密閉系統測試

對于完全密封的油箱系統來說，在滿足DMTL診斷使能條件后，如圖7所示，系統激活DMTL診斷泵開始工作后，首先進入的是0.5mm標準孔的參考模式測量，當其完成后進入泄漏監控模式，在監控模式開始階段，電磁閥切換到另一種狀態，這時首先進行的是空轉模式測量，對應空轉電流，此后隨著空氣泵的持續泵氣，油箱內的相對壓力越來越大，如下圖所示在114s時油箱系統相對壓力達到了1mm泄漏對應的壓力限值，因此1mm泄漏診斷完成并且系統沒有泄漏存在，DMTL閥切換至初始狀態，同時DMTL泵停止工作。

圖7 密閉油箱系統DMTL診斷實測圖

3.2 泄漏系統測試

對于正常密閉的系統車輛更換帶有1mm標準孔的特制油箱蓋，用于模擬1mm泄漏。然后激活DMTL的診斷，對于1mm泄漏系統而言，初始的參考模式測量和監控模式開始階段的空轉測量與密閉系統類似，區別在于監控模式中，因為存在泄漏，如下圖8所示，在600s的診斷時間內油箱壓力最高只能達到15.7hPa，無法建立到限值水平，最終在診斷結束時診斷出有不小于1mm的泄漏存在。

理論上來講泄漏孔徑越大對應可以建立的油箱相對壓力越小，越容易被診斷出泄漏故障。

圖8 1mm泄漏系統診斷實測圖

4 結束語

燃油蒸發系統泄漏診斷作為國六的新增要求，對于整車廠甚至零部件廠都帶來了一定程度的挑戰。目前國內多數廠家都采用了DMTL方案，本文主要針對蒸發泄漏系統的要求以及DMTL的特性進行了介紹，重點對DMTL的工作模式以及泄漏案例進行了分析。除此以外，DMTL還可以用于炭罐電磁閥的診斷，借用DMTL泵主動加壓，此時DMTL作為傳感器使用，通過DMTL的電流波動可以判定電磁閥的開閉是否異常。因此DMTL單元的匹配至關重要，一個良好的匹配不僅可以保障泄漏監測系統正常工作，而且可以用于炭罐電磁閥診斷，充分發揮DMTL的優勢和價值。

[1] 環境保護部,國家質量監督檢驗檢疫總局. GB 18352.6-2016，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）（發布稿）.

[2] 錢國剛,李月華,解難.汽油車燃油蒸發控制系統泄露車載診斷及試驗[J].重慶理工大學學報（自然科學）,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，碩士研究生，主管工程師，2011年4月起就職于上汽大眾汽車有限公司產品研發部，從事發動機EMS標定工作。