HC排放控制浅析

【摘　要】本文通过对燃油蒸发控制系统的研究及对国外汽车燃油蒸发控制技术的分析，基于国内汽车现状，提出了对国产汽车燃油蒸发控制系统进行改进的建议。

【关键词】燃油蒸发；控制系统；炭罐；有效吸附率

汽车污染物主要来源于发动机尾气排放、曲轴箱通风换气以及燃油蒸发排放，对燃油蒸发进行控制是控制汽车污染的重要方面。随着越来越严格的排放控制法规出台，汽车各生产厂家及研究机构对汽车的燃油蒸发排放控制系统进行进一步的研究和改进，出现了许多新的汽车燃油蒸发控制技术。本文主要论述电喷汽油车的燃油蒸发排放控制。

1.HC蒸发排放的来源

1.1以发生的时刻来划分，汽车的HC蒸发排放可分为运转蒸发排放、热浸蒸发排放、昼间蒸发排放、驻车蒸发排放及加油蒸发排放。运转蒸发排放是指汽车行驶时从发动机燃油系统逸散出的燃油蒸气；昼间蒸发排放是指由于大气温度对停放汽车的加热引起液体燃油蒸发，蒸气膨胀并从油箱中排出；热浸蒸发排放是指汽车行驶停止后，风扇和迎风面的冷却也停止，发动机系统的残余热量使燃油温度升高而引起的蒸发排放；驻车蒸发排放是指车辆停放时，由于蒸气的扩散迁移所造成的燃油蒸发排放；加油蒸发排放是指汽车加油过程所造成的汽油蒸发排放。

1.2从空间角度分析汽车HC蒸发排放源自背景排放和燃油蒸发排放。背景排放主要来自汽车的橡胶及塑料制件，虽然数量相对很少，但其主要成分为苯等物质。这些物质具有刺激性的气味和危害性大，严重影响汽车的舒适性。燃油蒸发排放主要来自汽车的燃油供给系统。环境温度对油箱的传热、路面对油箱的热辐射、排气管对油箱的热辐射、汽油泵的摩擦造成的热量以及发动机的回油等带来的热量都会对燃油系统中的HC蒸发；燃油流经管路时，由于管径的突然变化，导致的压力突然降低和燃油的泼溅。

2.燃油蒸发控制系统

燃油蒸气控制系统主要包括燃油蒸气暂存部件(炭罐)、吸附控制装置(吸附阀)、脱附控制装置(脱附阀)、油箱以及相关管路等。

炭罐、吸附阀和脱附阀常常被制成一个整体，便于它们之间的协调控制及其在整车上的安装。炭罐是功能部件，吸附阀和脱附阀是协调控制部件。系统的性能，一方面与其部件性能有关，同时也受整车匹配效果及环境情况所影响。炭罐性能的主要衡量参数为有效吸附率，残存吸附率及工作能力。国家环境保护总局的HCRJ047/1999文件中规定，炭罐的有效吸附率不低于18%，残存吸附率不低于15%，工作能力不小于5.5g/100mL。炭罐的有效吸附率的因素很多，其中有活性炭的比表面积,即活性炭所有孔隙的表面积与其外形表面积之比，该比值越大，活性炭孔隙越多，有效吸附率也越大；再有活性炭孔径分布,即活性炭孔隙按其直径大小的分布规律，分布中过渡孔和微孔所占的比率越大，有效吸附率也越大；还有炭罐的结构形式，即炭罐设计中尽量避免吸附盲区和脱附盲区的存在，使活性炭都能有效工作。此外，炭罐的长度/直径比对其有效吸附率也有主要影响，该比值越大，在相同流量下脱附气流的流速就越快，脱附力就越大，脱附出的燃油蒸气就越多，残留就越少，有效吸附率就越高。为有效提高炭罐的长度/直径比，常在炭罐内设置隔板。隔板位置、吸附口和脱附口位置都会对炭罐有效吸附率产生影响。炭罐是与吸附阀、脱附阀在汽车上配合工作。吸附阀和脱附阀的特性以及汽车的ECU内设定的控制方案，都会影响燃油蒸发控制系统的工作能力。吸附阀开启压力设定值会对吸附工况下蒸气流的温度、压力及成分产生影响。此压力值若设定得高,阀门打开时油箱内的蒸气会快速大量地涌入炭罐，蒸气流带来的热量加上吸附效应所产生的热量,会使炭罐的温度迅速升高，导致其吸附能力降低。脱附口的位置及脱附阀的特性会对脱附气流的流量产生影响,进而影响炭罐的有效吸附率。选择脱附口位置时，需要考虑此位置的真空度随发动机工况的变化规律，以便提供适量的脱附气流。脱附阀分机械式及电控式。机械式脱附阀由脱附口的真空度控制，理想特性为,压差过大或过小时，少进气或不进气，中等压差时，多进气。电控式炭罐脱附阀由ECU控制，ECU根据汽车工况为其提供开关信号。汽车所处环境湿度，会对炭罐有效吸附率产生影响。活性炭对燃油蒸气及水蒸气有很强的吸附作用。如果汽车长期工作在湿度过高环境下，炭罐里的活性炭会吸附大量的水蒸气，降低炭罐对燃油蒸气的吸附能力，导致炭罐的有效吸附率下降。煤基型活性炭罐中注水后会随着注水量增加，炭罐的有效吸附能力显著下降。

3.减少燃油蒸发排放的主要的技术措施

减少油箱内产生燃油蒸气的数量可有效控制燃油蒸发。技术措施包括采用不回油的发动机燃油供给系统，采用机械效率高、摩擦生热少的不用燃油冷却的汽油泵，将油箱布置得远离热源以及提高炭罐的吸附阀的开启压力。

不回油的发动机燃油供给系统可以防止燃油从发动机的油轨携带热量到燃油箱，减少油箱内的蒸气产生量。采用机械效率高的汽油泵，并采用燃油之外的介质来冷却油泵，可减少由油泵传导到油箱内燃油的热量，从而减少燃油的蒸发量。将油箱布置得远离发动机动力系统及尾气排放系统等热源，有助于减少因油箱受热而产生的蒸气量，提高炭罐的吸附阀的开启压力也可以减少油箱内的蒸气产生量，但过高的压力对油箱的耐压性能提出了更高的要求。

目前国外的塑料油箱多采用复合材料制成，来提高它的耐压性能及抗渗透性。另一方面，国外汽车的炭罐吸附阀的开启压力设定得比国内产品低。通过提高炭罐有效吸附率、优化ECU吸脱附控制逻辑及脱附气流控制装置以及采用体积更大的炭罐，可提高炭罐的处理能力，减少燃油蒸发排放。提高炭罐的有效吸附率的方法有采用优质活性炭和提高炭罐的长径比等。炭罐容积越大，其中装载的活性炭越多，炭罐能够吸附的汽油蒸气就越多，炭罐被突破的机会就会大大减少，蒸发排放就少。加油蒸发排放可以通过改造加油站的加油装置或车载加油装置来加以控制。车载式加油蒸发排放控制装置不仅要在加油时对加油口进行密封，而且要能顺畅地将加油时油箱内的蒸气导向炭罐。具体的密封方式有机械式及液面式两种，为了在加油时油箱内的蒸气导向炭罐，需要在加油口处安装一个由加油阀控制的燃油蒸气通路，该通路的开闭由一个能感知加油动作的联动装置驱动。加油时，加油阀被打开，燃油蒸气通过这个专设的通路流向炭罐，其余时间加油阀关闭，也封闭了这个通路。

4.结束语

本文根据国外对汽油车的HC蒸发排放的研究成果,对HC蒸发排放的来源、排放控制法规以及燃油蒸发的控制方法进行了分析,为国内的HC排放控制系统的改进提供借鉴。　[科]

【参考文献】

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