陳 強(qiáng)，耿培林，仲崇智，張?zhí)┾?，孫家興，于鐵飛

(中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司，天津 300300)

為了控制汽車帶來的污染問題，各國均引入了OBD作為控制在用車污染排放的手段。其中，美國不僅對尾氣排放進(jìn)行OBD監(jiān)控，同時還對蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控[1]。在我國最新發(fā)布的GB 18352.6—2016[2](以下稱國六標(biāo)準(zhǔn))，將蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)納入到OBD診斷中，提出了針對0.5 mm或1 mm泄漏孔進(jìn)行OBD診斷和最小在用監(jiān)測頻率(IUPR)的要求。

為了應(yīng)對排放法規(guī)升級的要求，各大主機(jī)廠和零部件供應(yīng)商合作，先后開發(fā)出多種蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)的OBD診斷方法，如VLDS、EONV、NVLD、DMTL、ELCM等。本文將對這常用的5種方法進(jìn)行介紹和對比，總結(jié)出各自的適用環(huán)境。

1 蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)OBD泄漏診斷方法

現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中都沒有提到OBD泄漏診斷的具體方法，只是要求對蒸發(fā)系統(tǒng)的氣密性進(jìn)行在線監(jiān)測，無論什么方法，只要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求并予以聲明即可。

1.1 VLDS診斷方法

圖1 VLDS診斷方法原理示意圖

VLDS(Vacuum Leak Detection System)診斷方法是一種在車輛運行中進(jìn)行的主動式負(fù)壓檢測方法，也是最早出現(xiàn)的蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)的OBD泄漏診斷方法之一[3]。如圖1所示，VLDS診斷方法的實現(xiàn)需要炭罐電磁閥(Canister Purge Valve, CPV)、炭罐通風(fēng)閥(Canister Vent Solenoid, CVS)和燃油蒸汽壓力傳感器(Vapor Pressure Sensor, VPS)3個必要的硬件。在CVS和CPV均關(guān)閉的情況下，蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)就形成了一個密閉的空間，VLDS診斷方法的工作原理就是利用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣過程所產(chǎn)生的真空使蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)建立負(fù)壓，然后ECU驅(qū)動CVS及CPV關(guān)閉，觀察一段時間內(nèi)蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)內(nèi)部的壓力上升水平來判定泄漏水平。

VLDS診斷方法的一般工作流程包含4部分：

1) CPV故障診斷。蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)在常壓的條件下，同時關(guān)閉CPV及CVS，通過VPS監(jiān)控壓力變化，若未建立負(fù)壓則視為CPV無故障，如果出現(xiàn)真空(即負(fù)壓建立)則視為CPV有故障。

2) CVS故障診斷。在蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)已建立負(fù)壓的條件下，打開CVS并關(guān)閉CPV，通過VPS監(jiān)控壓力變化，若恢復(fù)常壓則視為CVS無故障，如負(fù)壓仍存在則視為CVS有故障。

3) 大泄漏診斷。任意條件下，打開CPV并關(guān)閉CVS，如無法建立設(shè)定的目標(biāo)壓力則視為蒸發(fā)污染控制系統(tǒng)存在大泄漏。

4) 標(biāo)準(zhǔn)孔診斷。在大泄漏診斷通過后，關(guān)閉CPV和CVS，保持一段時間，通過VPS監(jiān)控壓力變化，過程中如壓力達(dá)到觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)孔目標(biāo)壓力值則視為蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)存在超過標(biāo)準(zhǔn)孔的微小泄漏。

不同廠家會采用不同的順序進(jìn)行檢測。標(biāo)準(zhǔn)孔目標(biāo)壓力值與環(huán)境溫度、海拔高度、油箱形狀等因素有關(guān)，需要在開發(fā)前期通過大量的標(biāo)定工作來確定。為了獲得穩(wěn)定的壓力源，標(biāo)準(zhǔn)孔診斷過程會選擇在怠速工況進(jìn)行[4]，檢測時長一般在30 s左右。

VLDS診斷方法的診斷時機(jī)一般會選擇在啟動過程中、等紅燈過程中或交通擁堵的怠速過程中完成，對于順暢的行駛過程或持續(xù)行駛過程將無法完成，因此VLDS診斷方法的IUPR并不高。

1.2 EONV診斷方法

EONV(Engine Off Natural Vacuum)診斷方法是一種在停車后進(jìn)行的被動式負(fù)壓檢測方法[5]。其工作原理是由于排氣管熱輻射和燃油泵運行發(fā)熱造成了油箱內(nèi)燃油溫度升高，利用車輛熄火后一段時間內(nèi)燃油溫度由高溫降至環(huán)境溫度的過程中其壓力的變化進(jìn)行診斷。EONV診斷方法所需的必要硬件與VLDS診斷方法一樣。

EONV診斷方法的工作流程非常簡單，只需要在停機(jī)后關(guān)閉CPV和CVS，監(jiān)控一段時間內(nèi)油箱壓力的變化情況即可。但該診斷方法的標(biāo)準(zhǔn)孔目標(biāo)壓力值對海拔高度、油箱內(nèi)油量、燃油雷德蒸汽壓(Reid Vapor Pressure, RVP)、環(huán)境溫度等因素都很敏感，因此需要在車型開發(fā)階段進(jìn)行大量的標(biāo)定工作來確定[6]。

EONV檢測時長一般在1 800 s左右[7]，停車時長超過這種情況很多，IUPR率較高。因為EONV診斷方法與VLDS方案采用同樣的硬件，所以可以共同使用來提升IUPR。

1.3 NVLD診斷方法

圖2 NVLD檢測溫度曲線示意圖

NVLD(Natural Vacuum Leak Detection)診斷方法是一種在停車后進(jìn)行的被動式負(fù)壓檢測方法[8]。NVLD診斷方法工作原理與EONV診斷方法類似，也是利用車輛熄火后油箱內(nèi)部的余熱造成的壓力變化進(jìn)行的檢測，不同的是NVLD診斷方法采集了油箱表面溫度代替箱內(nèi)燃油溫度(兩者的趨勢相同，見圖2)，因此大大降低了標(biāo)定的工作量。NVLD診斷方法的硬件布置如圖3所示。它需要在油箱表面布置智能模塊用于感知油箱表面的溫度，在炭罐通大氣口位置布置基礎(chǔ)模塊。該基礎(chǔ)模塊內(nèi)有電磁閥和真空開關(guān)，電磁閥與CVS類似，關(guān)閉后可以使蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)形成密閉空間；真空開關(guān)用于判定泄漏水平是否達(dá)標(biāo)。

圖3 NVLD診斷方法硬件布置示意圖

車輛熄火后外部環(huán)境溫度、油箱內(nèi)燃油溫度和油箱表面溫度的走勢如圖2所示。在前90 min的時間段內(nèi)，油箱表面溫度與油箱內(nèi)燃油溫度斜率符合性較差，不能進(jìn)行診斷，而在90 min后的2 h時間里，溫差足夠且智能模塊采集的油箱表面溫度與油箱內(nèi)燃油溫度斜率符合性好。因此，NVLD診斷方法的診斷時機(jī)選擇在車輛熄火后90 min開始，2 h內(nèi)完成診斷。

檢測時ECU驅(qū)動NVLD基礎(chǔ)模塊的電磁閥關(guān)閉,使蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)形成一個密閉空間。診斷過程如下：

1) 若NVLD智能模塊在2 h的檢測時間內(nèi)檢測到油箱表面溫差達(dá)到-8 ℃，則視為有效檢測，否則視為無效檢測。

2) 若觸發(fā)真空開關(guān)，則氣密性良好；如未觸發(fā)真空開關(guān)，則視為泄漏。

3) 若連續(xù)判定兩次泄漏，則點亮MIL燈。

NVLD診斷方法至少需要1.5 h的停車時間來完成診斷，如出現(xiàn)加油、環(huán)境溫度驟變、未完成檢測車輛再次啟動等情況均會導(dǎo)致無效診斷的情況出現(xiàn)。因此，NVLD診斷方法的理論IUPR不及EONV診斷方法。

1.4 DMTL診斷方法

圖4 DMTL硬件布置示意圖

DMTL(Diagnostic Module Tank Leak)診斷方法是一種在停車后進(jìn)行的主動式正壓檢測方法[9]，DMTL應(yīng)布置在炭罐通大氣口外側(cè)，如圖4所示。DMTL內(nèi)部主要包含空氣泵、電磁閥、加熱單元和標(biāo)準(zhǔn)小孔部件4部分，如圖5所示。

(a) 參考模式

(b) 診斷模式

DMTL的工作原理是通過其內(nèi)部的空氣泵持續(xù)對蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)打氣加壓，將通過空氣泵電機(jī)的反饋電流與標(biāo)定電流進(jìn)行比對，以確定蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)是否存在泄漏。其診斷過程如下：

1) 車輛啟動后，加熱單元會對DMTL進(jìn)行加熱，保證DMTL在診斷過程中內(nèi)部部件保持干燥。

2) 車輛停車后，ECU控制DMTL進(jìn)入?yún)⒖寄Ｊ綑z測，電磁閥切換至如圖5(a)所示的位置，空氣泵打氣，采集內(nèi)部預(yù)置的0.5 mm標(biāo)準(zhǔn)小孔通路的電流。

3) 參考模式診斷完成后，ECU控制DMTL進(jìn)入診斷模式，電磁閥切換至如圖5(b)所示的位置，空氣泵向蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)打氣，采集空氣泵電流，與預(yù)先標(biāo)定值作比對判定是否存在泄漏。

DMTL內(nèi)部布置了一個0.5 mm小孔作為比對基準(zhǔn)，其他孔徑標(biāo)準(zhǔn)的泄漏需要通過前期標(biāo)定并進(jìn)行計算模擬獲得，如圖6所示。

圖6 DMTL診斷電流曲線

對于密封良好的蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)，在停車后大約2 min左右DMTL就可以完成診斷；而對于存在泄漏的系統(tǒng)也僅需要10 min左右的時間來完成。因此DMTL的理論IUPR是所有診斷方法中最高的。

1.5 ELCM診斷方法

圖7 ELCM工作原理示意圖

ELCM(Evaporative Leak Check Module)診斷方法是一種在停車后進(jìn)行的主動式負(fù)壓檢測方法[10]。其布置位置與DMTL相同，工作原理也與DMTL類似，不同的是ELCM采用的是向外抽真空的方法進(jìn)行檢測，同時在診斷通路上布置壓力傳感器，如圖7所示。ELCM診斷方法的診斷時機(jī)也是在停車后，診斷時長與DMTL一致。因此，ELCM的理論IUPR也是所有診斷方法中最高的，與DMTL相等。

2 適用性分析

以上5種診斷方法均是在普通汽油車型基礎(chǔ)上開發(fā)的，因此也適用于常壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)的普通汽油車。但是，隨著國家節(jié)能減排法規(guī)的不斷加強(qiáng)[11]，車型上的相應(yīng)配置也會越來越豐富。下面對5種診斷方法在啟停功能和高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)中的適應(yīng)性進(jìn)行分析。

1) 啟停功能的適應(yīng)性分析。啟停功能是在發(fā)動機(jī)怠速時，關(guān)閉發(fā)動機(jī)以達(dá)到節(jié)能減排目的的一種配置[12]。

由于VLDS診斷方法是在怠速工況下進(jìn)行診斷，對于帶有啟停功能的車型而言，每個運行過程均至少需要屏蔽啟停功能一次，如首次未完成診斷，那么下次怠速時依然會屏蔽啟停功能，一定程度上會對駕駛員造成車輛啟停功能故障的誤導(dǎo)。因此，不建議在帶有啟停功能的車型上采用VLDS診斷方法。而EONV、NVLD、DMTL、ELCM 4種診斷方法因為是在停車后診斷，所以不會對啟停功能造成干擾，是可以應(yīng)用在帶有啟停功能的車型上的。

2) 高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)。蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)分為常壓式和高壓式兩種。常壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)同時控制晝夜換氣和加油過程的蒸發(fā)污染物，油箱不耐高壓，需要充足的發(fā)動機(jī)脫附使其保持工作能力。高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)裝有油箱阻隔閥(FTIV)，油箱耐高壓，晝夜呼吸的蒸發(fā)污染物可以通過提升油箱壓力使其始終保存在油箱內(nèi)，防止其進(jìn)入炭罐[13]。因此，高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)僅需控制加油過程的蒸發(fā)污染物。

插電式混合動力車型(PHEV)由于有很長時間的純電運行模式(發(fā)動機(jī)不運行)，導(dǎo)致無法提供充足的炭罐脫附能力，如采用常壓蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)，會因長時間不進(jìn)行脫附造成炭罐失效。因此，PHEV車型大多采用高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)[14]，造成油箱內(nèi)持續(xù)的高壓(僅在加油情況下打開釋放壓力)?；谝陨戏治?，VLDS、EONV、NVLD這3種方法無法對高壓的油箱進(jìn)行密封性診斷，所以不適用于高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)。而DMTL和ELCM診斷方法對油箱內(nèi)的壓力不敏感，只需要打開FTIV就可以進(jìn)行檢測，因此可以用于高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)的泄漏診斷是國六標(biāo)準(zhǔn)OBD診斷要求的一部分，也是監(jiān)控汽油車蒸發(fā)污染物排放水平的必要措施。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和國家主管單位對節(jié)能減排要求越來越嚴(yán)格，高壓式蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)和啟停等功能配置也將會成為未來車型的基本配置，在蒸發(fā)污染物控制系統(tǒng)的泄漏診斷的選擇過程中，需要根據(jù)其特點選擇最適合的診斷方法。