介紹一種滿足國六汽車排放的電磁式碳罐閥

靳石云

摘 要：本文介紹了一種滿足國六汽車排放的電磁式碳罐閥結構特性和基本性能，將國五碳罐閥與國六碳罐閥進行了對比，并對影響電磁式碳罐閥的若干問題進行了探討。

關鍵詞：電磁式碳罐閥 原理 結構特點

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

為了防止汽車油箱中汽油蒸氣對環境的污染并且提高燃油經濟性，現代汽車發動機管理系統將對燃油蒸氣進行控制。碳罐電磁閥是燃油蒸氣清洗控制子系統中的關鍵部件之一。在燃油蒸氣清洗控制系統中，燃油箱中的燃油蒸汽被碳罐中的活性碳所吸附。根據發動機的實際工作狀態，電子控制模塊通過輸出脈寬信號控制電磁閥的通斷，依靠進氣歧管中的真空度將燃油蒸汽吸入發動機的進氣道中， 最后進入發動機氣缸內進行燃燒。從而達到將活性碳罐中燃油蒸氣進行清洗，控制燃油蒸發污染排放的目的。

由于國六碳罐脫附流量增大，現有碳罐控制電磁閥（國五及之前）流量達不到國六流量要求，需要一款新的大流量碳罐控制電磁閥[1]。

2 電磁式碳罐閥結構及工作原理

本文介紹的碳罐電磁閥系一款滿足國六排放要求的產品。此款碳罐電磁閥利用通電線圈產生磁場原理設計而成，通過電磁力帶動閥門開啟、關閉。碳罐電磁閥為常閉式，未通電時，閥門是關閉的。由發動機電子控制模塊（ECM）根據發動機的實際工作狀態，通過調節輸入給碳罐控制電磁閥線圈的電脈沖寬度來控制由活性碳罐送入到進氣歧管的燃油蒸氣流量。在正常的發動機工作狀態，碳罐電磁閥的氣體流量與電脈沖輸入占空比成正比。其開啟時機和頻率均由發動機電子模塊控制。圖1是碳罐閥的外形尺寸和基本結構。

如圖2所示為這款電磁式碳罐閥內部結構原理圖，采用整體式結構，產品出廠無需額外標定、調整。帶有卡裝式安裝支架，安裝在發動機上，可容納較大固體顆粒流通（700μm），自帶濾網，可靠的耐久性設計。進氣口與出氣口采用φ11.8毫米軟管接口設計結構，滿足國內大多數汽車廠家要求。ECU電控輸入可通過碳罐閥快速端子連接，方便可靠。碳罐閥由勵磁線圈、固定芯軸、導磁套管、可動次級板組件、返回彈簧、濾網、真空管、下殼組成。其動作原理是這樣的，當線圈斷電時，次級板組件中的橡膠件在返回彈簧力和進氣回路（真空管端）負壓力的共同作用下堵住真空管通氣孔，切斷油氣通路。當線圈通電時，受激勵的線圈在磁路中產生磁場，處于磁場內的可動次級板組件受到電磁力作用，當電磁力大于返回彈簧反力和進氣回路（真空管端）負壓力的合力時，次級板組件便在電磁力的作用下，克服彈簧返力和真空管的負壓力，做機械運動，向限位軸方向運動，離開真空管通氣孔，打開油氣通路。

3 基本性能要求

3.1 △P=-700mbar時，流量為6.5m3/h。

3.2 額定電壓和電流：13.5V和0.85A

3.3 最小開啟電壓（△P=-600mbar：室溫）：10.5V

3.4 最小釋放電壓：1V;

3.5 線圈電阻（室溫）：16Ω;

3.6 典型觸發脈沖：～8ms;

3.7 泄漏量（△P=+700mbar）：≤33ml/min;

3.8 工作噪聲：在（23±5）℃下，線圈電壓：13.5V±0.1V，無真空負壓，10Hz，50%占空比，聲壓級<48dB;

3.9 在（23±5）℃下，UB=16.5V以及帶有Z 70V二極管的條件下的電感：～10mH（1KHz，500mA）;

3.10 耐久性：在環境溫度100℃±5℃下，頻率50Hz，電壓13V，占空比50%。燃油蒸氣溫度70℃±5℃。持續時間：264小時 （47，520，000 cycles）。

4 國六電磁式碳罐閥結構特點、設計理念及與國五碳罐閥的比較

4.1 國六電磁式碳罐閥結構特點、設計理念

4.1.1 電磁鐵組件

由于電磁式碳罐閥是ECU按照發動機的工況適時控制系統工作，將燃油引入發動機內部進行燃燒。如果ECU發出動作指令后，電磁式碳罐閥一直處于關閉狀態，碳罐內的汽油蒸汽就會越積愈多，最終充滿整個碳罐，其余汽油蒸汽只能溢出到大氣中了，既污染環境又浪費燃油。反之，若電磁式碳罐閥一直處于開啟狀態，發動機進氣道的混合氣體就一直處在加濃狀態，而同時，發動機的控制單元由于此時還沒有控制碳罐閥工作，不會發出降低噴油量的指令，這樣，就造成熱車時混合氣體過濃引起發動機熄火，以及熱車熄火不易啟動等問題。為了保證電磁式碳罐閥在ECU指令下可靠工作，標準其規定動作電壓不大于10.5V，斷電時碳罐閥可靠回位（釋放電壓不小于1V）。在結構設計中，限位軸零件和導磁套管零件加工精度要求高，

裝配尺寸一致性能好，必須保證限位軸的鉚接高度，如圖3。

4.1.2 線圈組件

本碳罐閥電磁鐵結構為螺管式，可動部分又采用導磁面積較大的極板（次級板組件），電磁吸力大，行程長，因此流量大。加之考慮到線圈輸入信號是脈沖信號，線圈熱損耗小，線圈繞組采用大線徑、低阻值，在有限的體積上充分提高了磁效率。

4.1.3 次級板組件

電磁式碳罐閥的泄漏和動作噪音也是要解決的問題。作為產品關鍵部件的次級板組件其材料選用和結構設計也非常重要，如圖4所示，它有內外兩組橡膠膠合固定在金屬板上，金屬板作為磁路的一部分，選用導磁性較好的純鐵或低碳鋼，中間有兩工藝孔便于裝配到限位軸上，表面鍍層耐腐蝕、耐油[2]。內外兩層橡膠件的選材選用耐高溫、耐油、耐磨損的氟硅橡膠，內圈材料要延展性好，抗疲勞，外圈橡膠設計成數個水滴形圓凸，減震降噪又提高產品釋放電壓，其材質應具有良好的耐磨性能。

4.1.4 真空管與下殼采用高強度、耐溫、耐腐蝕的尼龍增強材料，其連接采用超聲波塑封焊接，保證焊接尺寸、焊接質量，對產品的重要指標諸如流量、泄漏量、動作電壓有直接的影響。

4.2 國六電磁式碳罐閥與國五電磁式碳罐閥比較

4.2.1 流量增加：國五碳罐閥流量要求為流量為3±0.3m3/h，△P=-600mbar時，國六碳罐閥流量要求為流量為6.5±0.5m3/h，△P=-700mbar時。國六碳罐閥較國五碳罐閥流量更大，其下殼、真空管口部直徑都相應增加。

4.2.2 國六碳罐閥在保證閥的密封性、流量的前提下，增加了可動次級板面積，線圈結構緊湊，線圈電阻小，減少了線圈繞組銅的用量，降低成本。

4.2.3 結構簡化：相比于國五碳罐閥，國六碳罐閥結構簡潔，零組件少。限位軸一次鉚接到位，利用超聲波焊封可保證焊接尺寸進而保證流量、吸合電壓要求。而國五碳罐閥裝配后要調整限位軸高度調整流量，然后再封焊，工藝復雜，參數不容易保證。

5 結束語

本文闡述了一款符合國六排放要求的電磁式碳罐閥的結構原理、特點、性能指標要求，并對設計、材料、工藝要求進行了論述。此款電磁式碳罐閥設計結構簡潔，產品工藝性優良，生產過程中無需調整，流量參數易保證，可靠性高。相比于之前的國五碳罐閥具有流量大，結構簡單，制造工藝性好，零組件數量少，產品下線前無需調整，參數一致性好等特點。

參考文獻：

[1]周祥云，張磊，黃敬鋒，肖亮.基于國六法規的碳罐脫附流量對蒸發排放性能的影響[J].汽車實用技術，2020（02）：78-80.

[2]航空電器編寫組.《航空電器》.國防工業出版社.