杜玉彪

國六燃油蒸發(fā)系統(tǒng)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(guī)里新增了燃油蒸發(fā)系統(tǒng)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(gòu)成以及技術(shù)參數(shù)進(jìn)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(jìn)行了詳細(xì)說明。文章最后還結(jié)合密閉系統(tǒng)和泄漏系統(tǒng)的實際診斷案例進(jìn)行了測試分析，對于理解蒸發(fā)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(fā)系統(tǒng)；油箱泄漏診斷模塊；參考模式；1mm泄漏

前言

伴隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，國家對環(huán)保的重視程度也越來越高。在機動車領(lǐng)域，2018年底我國保有量已經(jīng)高達(dá)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(guī)模龐大的汽車數(shù)量對環(huán)境的影響不言而喻，因此國家對汽車排放的要求也日趨嚴(yán)格，號稱史上最嚴(yán)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(guī)中不僅大大提高了傳統(tǒng)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(biāo)轉(zhuǎn)向了更為嚴(yán)格的美標(biāo)，其中之一就是新增了本文提及的汽油車燃油蒸發(fā)系統(tǒng)（EVAP）泄漏診斷，目的是保障可以及時發(fā)現(xiàn)油箱及其管路系統(tǒng)存在的泄漏問題，避免油蒸汽持續(xù)泄漏到外界大氣中污染環(huán)境。

國六明確規(guī)定，OBD系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測蒸發(fā)系統(tǒng)的脫附流量，以及監(jiān)測除炭罐閥與進(jìn)氣歧管之間的管路和接頭之外的整個蒸發(fā)系統(tǒng)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(xiàn)在美國相關(guān)法律中，為了滿足法規(guī)要求，各大整車廠先后開發(fā)了多種檢測系統(tǒng)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(gòu)上可以將此分為被動類和主動類[2]，其中被動類以自發(fā)負(fù)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(tǒng)里泵氣，然后通過一定時間內(nèi)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(yōu)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(huán)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(yōu)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(yīng)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(jié)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(tǒng)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(tǒng)內(nèi)打壓，并且通過反饋其自身的泵電流用于相應(yīng)的泄漏診斷；電磁閥可以通過切換不同位置實現(xiàn)自身基礎(chǔ)參考模式、泄漏監(jiān)控模式等不同狀態(tài)下的測量；加熱單元主要是為了避免診斷裝置內(nèi)出現(xiàn)冷凝潮濕等影響測量精度的情況出現(xiàn)，保障DMTL在每次測量工作時內(nèi)部空間和部件的干燥。

圖2 DMTL單元外觀與部件圖

DMTL單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖見圖3所示，其自帶0.5mm標(biāo)準(zhǔn)孔通道，用于基礎(chǔ)的參考模式測量，這是DMTL每次進(jìn)行泄漏測試的前提和基礎(chǔ)。DMTL的技術(shù)參數(shù)如下表1，需要注意的是其可檢測的環(huán)境溫度在4℃~35℃之間，過低或者過高的溫度容易導(dǎo)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(biāo)定中需要特別注意激活DMTL診斷的條件，不應(yīng)過于頻繁。

圖3 DMTL內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

表1 DMTL技術(shù)參數(shù)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(yīng)有不同的工作狀態(tài)。

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(nèi)的油蒸汽被吸附在炭罐內(nèi)，一定程度后通過打開的炭罐電磁閥，在外界大氣和進(jìn)氣歧管的壓差作用下將炭罐吸附的油蒸汽沖洗到進(jìn)氣歧管進(jìn)而到燃燒室內(nèi)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(jìn)入炭罐，進(jìn)而將炭罐內(nèi)的油蒸汽通過打開的電磁閥沖洗進(jìn)入發(fā)動機的進(jìn)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(jù)先后又分為參考模式測量、監(jiān)控模式測量兩部分。其中參考模式測量時基礎(chǔ)，監(jiān)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(tǒng)首先進(jìn)入0.5mm標(biāo)準(zhǔn)孔下的參考模式測量，目的是為了獲得當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)和DMTL狀態(tài)下的基準(zhǔn)參考電流和泵頻率，如果二者在合理的范圍內(nèi)則認(rèn)為系統(tǒng)工作正常并進(jìn)入下一個階段，否則診斷中斷。

對應(yīng)參考模式下的工作示意圖如圖5所示，當(dāng)泄漏診斷被激活時，系統(tǒng)首先關(guān)閉TEV電磁閥，對應(yīng)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(jīng)過DMTL單元內(nèi)自帶的0.5mm標(biāo)準(zhǔn)孔，并且通過DMTL閥和外界大氣形成回路。當(dāng)DMTL腔內(nèi)的壓力達(dá)到平衡后，泵電流會趨于穩(wěn)定，記錄此時的泵電流為參考電流，即對應(yīng)在當(dāng)前環(huán)境溫度和壓力下的0.5mm標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔對應(yīng)的泵電流值。此值用于泵狀態(tài)的診斷以及后續(xù)油箱相對壓力的計算。

圖5 參考模式工作示意圖

2.2.2 監(jiān)控模式測量

在完成參考模式測量后，系統(tǒng)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(jìn)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(dāng)于無負(fù)荷的空轉(zhuǎn)，記錄此時的泵電流為空轉(zhuǎn)電流，其和參考電流的差值作為后續(xù)診斷和測量的依據(jù)，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(xù)往油箱內(nèi)泵氣，對于一個密閉的油箱系統(tǒng)來說其壓力會逐步上升，對應(yīng)泵電流也逐步增加，以此可以判定系統(tǒng)是否存在泄漏。即如果在一定的時間內(nèi)泵電流或者對應(yīng)的油箱相對壓力可以達(dá)到設(shè)定的閥值則認(rèn)為系統(tǒng)是密封的；相反如果在一定的時間內(nèi)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(rèn)為系統(tǒng)存在泄漏。

圖6 監(jiān)控模式工作示意圖

3 常見泄漏測試分析

當(dāng)前國六法規(guī)對于直徑不小于1mm的泄漏有著明確要求，屬于必須要監(jiān)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(tǒng)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(nèi)的充分加熱，避免水凝氣導(dǎo)致的測量誤差。

（3）環(huán)境溫度要介于4℃和35℃之間；受限于DMTL自身的技術(shù)參數(shù)限制。

（4）發(fā)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(yīng)空氣稀薄會對標(biāo)定的可靠性帶來挑戰(zhàn)。

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

3.1 密閉系統(tǒng)測試

對于完全密封的油箱系統(tǒng)來說，在滿足DMTL診斷使能條件后，如圖7所示，系統(tǒng)激活DMTL診斷泵開始工作后，首先進(jìn)入的是0.5mm標(biāo)準(zhǔn)孔的參考模式測量，當(dāng)其完成后進(jìn)入泄漏監(jiān)控模式，在監(jiān)控模式開始階段，電磁閥切換到另一種狀態(tài)，這時首先進(jìn)行的是空轉(zhuǎn)模式測量，對應(yīng)空轉(zhuǎn)電流，此后隨著空氣泵的持續(xù)泵氣，油箱內(nèi)的相對壓力越來越大，如下圖所示在114s時油箱系統(tǒng)相對壓力達(dá)到了1mm泄漏對應(yīng)的壓力限值，因此1mm泄漏診斷完成并且系統(tǒng)沒有泄漏存在，DMTL閥切換至初始狀態(tài)，同時DMTL泵停止工作。

圖7 密閉油箱系統(tǒng)DMTL診斷實測圖

3.2 泄漏系統(tǒng)測試

對于正常密閉的系統(tǒng)車輛更換帶有1mm標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)而言，初始的參考模式測量和監(jiān)控模式開始階段的空轉(zhuǎn)測量與密閉系統(tǒng)類似，區(qū)別在于監(jiān)控模式中，因為存在泄漏，如下圖8所示，在600s的診斷時間內(nèi)油箱壓力最高只能達(dá)到15.7hPa，無法建立到限值水平，最終在診斷結(jié)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(yīng)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(tǒng)診斷實測圖

4 結(jié)束語

燃油蒸發(fā)系統(tǒng)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(zhàn)。目前國內(nèi)多數(shù)廠家都采用了DMTL方案，本文主要針對蒸發(fā)泄漏系統(tǒng)的要求以及DMTL的特性進(jìn)行了介紹，重點對DMTL的工作模式以及泄漏案例進(jìn)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(guān)重要，一個良好的匹配不僅可以保障泄漏監(jiān)測系統(tǒng)正常工作，而且可以用于炭罐電磁閥診斷，充分發(fā)揮DMTL的優(yōu)勢和價值。

[1] 環(huán)境保護(hù)部,國家質(zhì)量監(jiān)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(fā)布稿）.

[2] 錢國剛,李月華,解難.汽油車燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)泄露車載診斷及試驗[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)）,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(chǎn)品研發(fā)部，從事發(fā)動機EMS標(biāo)定工作。