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基于国六法规的碳罐脱附流量对蒸发排放性能的影响

周祥云张磊黄敬锋肖亮

摘 要:国内整车排放不断加严,对燃油系统的开发带来了极大的挑战.为了应对国VI法规对蒸发排放性能的要求,文章以某一车型蒸发排放试验超过限值为引入点,详细分析了影响蒸发排放性能的各个因素,总结出在开发过程中控制蒸发排放性能的方法.关键词:国VI法规;碳罐脱附流量;燃油系统;蒸发排放中图分类号:X-652  文献标识码:A  文章编号:1671-7988(2020)02-78-03

Abstract: The increasing regulations of vehicle emission in China he posed great challenges to the development of fuel system. In order to meet the requirements of China VI regulations on evaporation emission performance, this paper takes a vehicle evaporation emission as the introduction point, analyses in detail the various factors affecting the evaporation emission performance, and summarizes the methods of controlling the evaporation emission performance in the development process.Keywords: China VI regulations; Purge flow of carbon canister; Fuel system; EVAP EmissionCLC NO.: X-652  Document Code: A  Article ID: 1671-7988(2020)02-78-03

前言

随着我国政府对空气质量的日益重视,由国家环保部制定并发布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》法规也已经于2019年7月1日在我国大部分省市实施.其中,国VI法规相较与原国V法规在蒸发排放限值方面加严到0.7g/test.蒸发排放的污染物主要来自车辆的内外饰、油液、轮胎等非燃油系统和燃油系统两部分.对于目前国六车型,非燃油系统所产生的CH污染物较为稳定,燃油系统所产生的CH污染物变动较大,碳罐是燃油蒸发排放系统的核心工作部件[1],而碳罐脱附流量的多少在燃油系统污染物排放中起主要作用.为此,我们进行了一系列探究分析.

1 蒸发排放性能问题

1、1 问题背景

在某车型开发中,选用经过3000Km磨合过的国六车,参照国VI法规中规定的蒸发排放试验流程,选用密闭室法进行试验.试验中选用搭载3000Km磨合的老化碳罐,碳罐容积为3500ml,碳罐工作能力为6.2g/100ml,试验中高温行驶时的碳罐脱附流量为375L,脱附量比为107BV(375L/3.5L 等于107BV),试验结果值为810mg高于国VI法规中要求的700mg/test,未能满足国VI法规要求.为探究碳罐脱附流量对蒸发排放结果的影响,我们使用同一辆车,重新进行试验,区别在于试验中在热浸试验之前,高温行駛之后,把碳罐更换为相同型号的同样搭载过3000Km磨合的老化碳罐,但是对该碳罐先加载到2g击穿,再进行了300BV冲洗脱附,其他试验条件不变.此次实验结果值为235mg,符合国VI法规要求.试验结果如表1所示:

1、2 结果分析

该车实验前做过72h烘烤处理,非燃油系统所产生的CH污染物排放趋于稳定,根据前期试验测得其值在100mg/test左右.对比两次试验,1h热浸排放差别不大,主要差别在48h昼间排放,通过分析可以得到首次试验高温行驶时碳罐脱附流量不足,碳罐未能完全再生,虽然在车辆热浸的时候仍可发挥部分作用,但在48h昼间测试的时候碳罐已被击穿,CH污染物从碳罐通大气口大量溢出造成第一次排放结果超过法规限值.而第二次试验碳罐进行了300BV的脱附之后,碳罐工作能力有了较大的再生,48h昼间测试时可以有效吸附油箱中逸出的油气,保证了试验结果低于国VI法规限值.对比两次结果我们不难得到,碳罐脱附流量的大小直接影响到蒸发排放试验的结果优劣.

1、3 拓展分析

根据相关试验数据表明,碳罐的再生工作能力与碳罐的脱附量存在正相关关系.相同的结构,相同的碳粉配比体积,相同的吸脱附速率下,碳罐脱附流量越大,碳罐被脱附掉的CH污染物就越多,碳罐再生能力越好.碳罐再生能力在100BV处存在一个突变,小于100BV,再生能力迅速降低,如图1.

根据碳罐的工作原理和国VI法规中所规定的蒸发排放试验流程,我们得出在高温行驶时的碳罐脱附流量越大,碳罐脱附的越彻底,其蒸发排放控制越好[2],对试验后面的1h热浸和两昼间排放结果越有利.但是脱附流量过大会造成碳罐中的油气大量进入发动机进气歧管,导致混合气过浓,影响发动机燃烧,从而对整车尾气放造成负面影响,导致国VI法规要求的常温下冷启动后排气污染物排放试验的结果值超过法规限值,严重的还会导致发动机熄火.因此在国VI车型的开发过程中我们需要平衡碳罐脱附流量的大小、尾气排放及发动机燃烧稳定性三者之间的关系.根据对我司前期不同车型已通过国VI公告的试验结果的分析,统计结果如表2.我们总结出当国VI蒸发排放试验中高温行驶中的碳罐脱附流量在150BV-200BV左右时,国VI蒸发排放性能、尾气排放及发动机燃烧稳定性都维持在一个较好的状态.

2 蒸发排放超标的解决方案

针對蒸发排放试验超标的问题,目前主要可以从三个方面进行优化:

2、1 调整碳罐容积

容积小的碳罐吸附的CH污染物少,容易在试验中被击穿,较易恢复工作能力.容积大的碳罐能吸附更多的CH污染物,但同时需要更多的脱附量才能恢复工作能力.如果碳罐开发之初设计的过小,碳罐没有足够的吸附污染物的能力,导致蒸发污染物排放超标,那么我们就需要增大碳罐的容积来满足法规要求.由于碳罐脱附流量和整车布置空间的限制,碳罐容积不能无限制的加大,根据油箱的大小,国六车型所搭载的碳罐容积一般在2L-4L之间.由于碳罐脱附能力的限制,在相同碳罐脱附能力的情况下,适当的减小碳罐的容积会增强碳罐的再生能力,反而可以有利于蒸发排放.同时我们还需注意,更改碳罐的容积会导致碳罐重新设计开发,需重新进行各种性能试验,重新搭载路试,重新进行公告申报,更改周期长,花费成本高,并且不利于零部件的通用化.

2、2 调整碳粉配比

碳罐工作能力主要取决于碳罐所使用的活性碳的工作能力和不同种类活性碳的配比.在相同的碳罐容积下可以通过使用工作能力更大的碳粉或增加工作能力大的碳粉的比例来增大碳罐工作能力.目前各种类的活性碳的工作能力是BAX 1700>BAX1500>BAX1100,但是具有更大工作能力的活性碳的会更高,提高碳罐中工作能力强的活性碳粉的配比,会增加碳罐的成本.另外调整碳罐中活性碳的空间布置,把再生率高的活性碳,如BAX1100,布置在碳罐通大气口处,能降低碳罐的溢出排放.

2、3 增大碳罐脱附流量

通过增大高温行驶中的碳罐脱附流量,使碳罐脱附的更彻底,尽可能大的恢复碳罐工作能力,避免碳罐在两昼间排放过程中被击穿.碳罐脱附流量的大小主要由脱附管的负压和碳罐控制阀的开启所决定.通过增大脱附管的负压来增大碳罐脱附流量,目前国内主要采用两种设计方案来增大脱附管的负压:一种是增加文丘里管部件,利用文丘里特性增大脱附管的负压,从而增大碳罐脱附流量;另外一种是利用冲洗泵,造一个恒定的负压,从而增大碳罐脱附流量.碳罐控制阀是占空比控制阀,通过衔铁的吸合来实现关闭,只有全开和全关两种状态.碳罐控制阀的工作是通过ECU控制碳罐控制阀的占空比来进行驱动的,改变占空比的大小可以控制碳罐控制阀的开度,因此,可以通过修改标定数据调整对占空比的周期控制来调整碳罐脱附流量.这种方法花费时间短,成本低,结果可靠.

综上分析,对我司蒸发排放超过限制的车型的标定数据进行调整,把碳罐脱附流量增大到150BV-200BV之间.重新安排蒸发排放试验,试验中高温行驶时的碳罐脱附流量为553L,脱附量比为158BV,试验结果值为350mg,满足国VI法规要求.

3 结论

蒸发排放受多方面的影响,燃油系统开发之前规划好碳罐脱附的形式,碳罐的容积和碳粉的配比,选择合适的碳罐,避免蒸发排放公告试验无法通过时再去对碳罐进行结构调整,影响项目进度.碳罐脱附流量对蒸发排放有着关键作用,尽量在前期标定时就明确碳罐脱附流量的最低限值,在不影响尾气排放及发动机性能的情况下尽量增大碳罐脱附流量.在蒸发排放试验超过限制时,可优先通过调整标定数据增大碳罐脱附流量,来降低蒸发试验中CH污染物排放值.

参考文献

[1] 马春悦.燃油蒸发排放控制系统的碳罐结构优化[J].汽车实用技术, 2017(24):30-32.

[2] 王凯,杨正军,冯驰.不同工况下脱附流量与碳罐工作能力对蒸发排放的影响[J].北京汽车,2016(02):42-46.

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