2019款豐田凱美瑞車A25A發動機燃油蒸發系統解析

南京交通職業技術學院 甘秀芹

2016年12月23日環境保護部和國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016）（以下簡稱“國六標準”），并自2020年7月1日起執行。國六標準要求，車載診斷（OBD）系統應監測燃油蒸發（EVAP）系統的脫附流量，以及監測除活性炭罐閥與進氣歧管之間的管路和接頭之外的整個EVAP系統的完整性，防止燃油蒸氣泄漏到大氣中，并且要求對EVAP系統各單獨部件（如閥、傳感器等）進行監測；如果EVAP系統中存在1個或多個泄漏點，且這些泄漏點的泄漏量大于或等于直徑為1 mm的小孔產生的泄流量，則OBD系統應能監測到這種泄漏；車輛生產企業可使用大于或等于直徑為0.5 mm的小孔產生的泄漏量替代上述泄漏量標準。本文以滿足國六標準的2019款豐田凱美瑞車A25A發動機為例，介紹該車EVAP系統的工作及監測原理。

1 EVAP系統的組成及工作原理

如圖1和圖2所示，2 019款豐田凱美瑞車A25A發動機燃油蒸發（EVAP）系統主要由活性炭罐、活性炭罐電磁閥（VSV）、活性炭罐泵模塊、活性炭罐濾清器及發動機控制模塊（ECM）等部件組成，其中活性炭罐泵模塊又由泄漏檢測泵、標準節流孔（0.5 mm）、活性炭罐壓力傳感器及通風電磁閥等零件組成。相關零部件的作用如下。

圖1 EVAP系統結構示意

（1）活性炭罐。內部有活性炭，以吸收燃油箱內產生的燃油蒸氣。

（2）VSV。VSV不工作時，活性炭罐與進氣歧管之間的管路不通；VSV工作時，活性炭罐與進氣歧管之間的管路相通。

（3）活性炭罐濾清器。防止新鮮空氣中的灰塵及雜物進入EVAP系統。

（4）保溫計時器（內置于ECM中）。負責計算點火開關置于OFF狀態的持續時間，并激活ECM。

（5）通風電磁閥。通風電磁閥不工作（圖3a）時，活性炭罐與新鮮空氣管路相通；通風電磁閥工作（圖3b）時，活性炭罐與泄漏檢測泵相通。

圖3 通風電磁閥的工作原理

（6）泄漏檢測泵。根據來自ECM的信號向EVAP系統施加真空，以進行泄漏檢查。

（7）活性炭罐壓力傳感器。檢測EVAP系統中的壓力并將信號發送至ECM。

（8）標準節流孔。通過標準節流孔產生真空，從而監測參考壓力。EVAP系統進行泄漏監測時使用該參考壓力。

（9）ECM。根據來自各種傳感器的信號控制VSV，從而實現符合行駛狀態的燃油蒸氣凈化量。此外，ECM還監控EVAP系統是否能夠正常工作，如果發現故障（泄漏、電氣故障等），將會存儲相關故障代碼（DTC）。

發動機運轉時，如果滿足預定條件，則ECM將接通VSV，使活性炭罐中存儲的燃油蒸氣進入進氣歧管，最終在氣缸中燃燒。凈化氣流量由進氣歧管壓力和VSV的占空比決定，且允許大氣壓力進入活性炭罐，以確保凈化真空施加到活性炭罐時，能夠保持連續的凈化氣流。

2 EVAP系統的監測模式

為了保證EVAP系統能夠正常工作，EVAP系統有2種監測模式，一種為凈化氣流監測模式，另一種為泄漏監測模式。凈化氣流監測模式在發動機運行時進行，泄漏檢測模式在點火開關處于OFF狀態時進行。

2.1 凈化氣流監測模式

如圖4所示，凈化氣流監測模式分為以下2個步驟。

圖4 凈化氣流監測模式的時序

（1）發動機運轉且凈化VSV為ON（打開）時，ECM通過測量EVAP系統壓力變化監測凈化氣流。如果未產生負壓，則ECM執行下一個步驟。

（2）激活通風電磁閥，然后測量EVAP系統壓力。如果壓力變化低于0.154 kPa，則ECM存儲故障代碼“P04419C EVAP不正確 清污氣流低/流量不足”。

為了確保準確地檢測故障，在進行凈化氣流監視前后都要由ECM測量大氣壓力變化。

2.2 泄漏監測模式

點火開關為OF F狀態，且持續時間達到5 h（保證燃油充分冷卻，使EVAP系統中的壓力穩定，這樣監測更精準），保溫計時器激活ECM，然后ECM進入EVAP系統泄漏監測模式。同時還應滿足的條件有：海拔低于2 400 m；蓄電池電壓至少為10.5 V；發動機冷卻液溫度為4.4 ℃ ~ 35 ℃；進氣溫度為4.4 ℃~35 ℃。如果發動機冷卻液溫度未降到35 ℃以下，則時間將延長至7 h；如果延長至7 h后發動機冷卻液溫度仍未低于35 ℃，則將時間延長至9.5 h。

如圖5所示，泄漏監測模式分為大氣壓力測量、第一參考壓力測量、泄漏檢查、VSV檢查、第二參考壓力測量及最終檢查等6個步驟，各步驟對應設置的故障代碼如圖6所示。

圖5 泄漏監測模式的時序

圖6 泄漏監測模式中設置的故障代碼

（1）大氣壓力測量（圖7a）。VSV和通風電磁閥均不工作，活性炭罐泵模塊經過通風電磁閥與大氣相通，ECM使用活性炭罐壓力傳感器測量大氣壓力。如果測量的大氣壓力超出范圍，則ECM激活泄漏檢測泵以監控壓力變化。如果EVAP系統壓力未在70 kPa~110 kPa，則ECM取消EVAP系統監測。若EVAP系統的壓力頻繁波動，且超出±0.3 kPa，則ECM判定活性炭罐壓力傳感器存在信號噪聲，存儲故障代碼“P04502F 活性炭罐壓力傳感器信號噪聲”。若EVAP系統的壓力低于42.11 kPa、高于123.761 kPa或偏離實際大氣壓力±10 kPa，則ECM判定活性炭罐壓力傳感器或其電路存在故障，存儲故障代碼“P045011 活性炭罐壓力傳感器電壓低”和故障代碼“P045015 活性炭罐壓力傳感器電壓高”。

（2）第一參考壓力測量（圖7b）。VSV和通風電磁閥仍不工作，ECM激活泄漏檢測泵，在靠近活性炭罐壓力傳感器的管道中產生真空。若泄漏檢測泵激活4 s后，EVAP系統壓力高于-0.242 kPa，則ECM判定通風電磁閥卡在關閉位置、泄漏檢測泵性能惡化或泄漏檢測泵電路故障（電路中存在較大電阻），存儲故障代碼“P24187E 通風電磁閥卡在關閉位置”。待EVAP系統壓力穩定后，ECM將設定的標準壓力（-4.85 kPa）與實際測量壓力進行比較，如果測量壓力在容許范圍內，則ECM將此測量壓力作為第一參考壓力存儲，以在隨后的泄漏測試步驟中進行比較；如果測量壓力低于設定的標準壓力，則ECM判定標準節流孔堵塞，存儲故障代碼“P043E00 標準節流孔低流量”；如果測量壓力高于-1.068 kPa，則ECM判定標準節流孔高流量或泄漏檢測泵卡在關閉位置，存儲故障代碼“P043F00 標準節流孔高流量”和故障代碼“P24007F 泄漏檢測泵卡在關閉位置”。如果測量大氣壓力和測量第一參考壓力時的測量壓力差別不大，且均為負壓，則ECM判定泄漏檢測泵卡在打開位置，存儲故障代碼“P24007E 泄漏檢測泵卡在打開位置”。

圖7 泄漏監測模式中的氣流狀態

（3）泄漏檢查（圖7c）。泄漏檢測泵保持激活狀態，ECM激活通風電磁閥，活性炭罐中的壓力瞬間引入活性炭罐壓力傳感器的管道中，使其壓力瞬間升高，然后再逐漸下降。如果EVAP系統壓力始終為第一參考壓力，ECM判定通風電磁閥卡在通風位置或活性炭罐堵塞，存儲故障代碼“P24187F 通風電磁閥卡在打開（通風）位置”。待EVAP系統壓力穩定時（EVAP系統壓力飽和一般需要幾min，若燃油箱內幾乎沒有燃油，則需要約15 min），ECM將此時的測量壓力與第一參考壓力進行比較，以確定是否存在泄漏。如果測量壓力低于第一參考壓力，則ECM判定EVAP系統無泄漏。如果測量壓力高于第一參考壓力且接近大氣壓力，則ECM判定EVAP系統存在大量泄漏，存儲故障代碼“P045500 EVAP大量泄漏”。如果測量壓力高于第一參考壓力，則ECM判定EVA P系統存在少量泄漏（輕微泄漏），存儲故障代碼“P045600 EVAP少量泄漏”。

（4）VSV檢查（圖7d）。完成泄漏檢查后，泄漏檢測泵和通風電磁閥保持激活狀態，ECM激活VSV，將大氣壓力從進氣歧管引入活性炭罐。如果此時壓力增加 0.3 kPa或更高，則ECM確定VSV工作正常。如果壓力增加不明顯，則ECM存儲故障代碼“P04417F VSV卡在關閉位置”。

（5）第二參考壓力測量。泄漏檢測泵繼續保持激活狀態，通風電磁閥和VSV均停止工作，執行第二參考壓力測量。對比泄漏檢查時的壓力和第二參考壓力，若泄漏檢查時的壓力高于第二參考壓力×0.2，ECM判定VSV卡在打開位置或EVAP系統大量泄漏，存儲故障代碼P04417E和P045500；若泄漏檢查時的壓力高于第二參考壓力，判定EVAP系統少量泄漏，存儲故障代碼P045600。

（6）最終檢查。ECM測量大氣壓力，然后記錄監視結果。