国六汽油车燃油蒸发系统故障诊断研究

国六汽油车燃油蒸发系统故障诊断研究

胡先锋

东风柳州汽车有限公司 545005

  【摘要】：我国GB18352-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）中，对燃油系统的蒸发性污染物排放提出了严格要求，燃油系统新增了达成蒸发排放性能的控制零件，为保证系统的正常工作，标准中也新增了对汽油车燃油蒸发控制系统车载诊断(OBD)要求，该要求为我国汽油车燃油系统首次增加的全新功能，发动机电控标定厂家对燃油蒸发控制系统的诊断方案尚处于探索阶段，本文主要针对目前各大整车厂常用的一种国六汽油车燃油蒸发系统故障诊断方法进行研究，通过诊断控制逻辑进行解析，分析诊断方法对故障排查的影响及提出改善意见。

关键词：燃油蒸发控制系统；故障诊断；小泄漏；大泄漏

根据国六法规要求，汽油车燃油蒸发系统必须具有一定的密封性，以确保蒸发排放量满足法规限值，燃油蒸发系统车载诊断的目的是在汽车的日常使用过程中，由车辆自行进行蒸发控制系统零件故障以及泄漏进行检测，点亮故障指示灯提示用户，以便及时准确的进行维修，避免持续的碳排放污染。

蒸发排放故障诊断分为泄漏检测和零件故障检测两部分，国六法规中J4.4中要求：OBD系统应监测蒸发系统的脱附流量，以及监测除炭罐电磁阀与进气歧管之间的管路和接头之外的整个蒸发系统的完整性，整个蒸发系统泄漏点泄漏量需小于直径为1mm的小孔产生的泄漏量，以防止燃油蒸汽泄漏到大气中。同时需对蒸发系统各单独部件（如阀、传感器等）进行监测。

本文对一种国六汽油车燃油蒸发系统诊断控制流程及诊断逻辑进行分析研究，并提出对诊断逻辑和流程进行改进优化，达到可通过故障码准确锁定故障的目的。

1、国六汽油车燃油蒸发排放控制系统组成

目前国六蒸发排放控制系统主要有以下零件组成：燃油箱、加油通气阀、油箱压力传感器、炭罐、炭罐通风阀、通气滤清器、炭罐电磁阀、加油管、加油口盖等。

图1  国六汽油车燃油蒸发排放控制系统

2、蒸发排放系统故障诊断监测策略如下：

2.1 诊断策略

2.1.1碳罐电磁阀泄漏测试和燃油蒸发量检测

进入诊断后，首先关闭碳罐电磁阀和碳罐通风阀，并监测蒸发系统压力：如果在限制时间内，系统真空度没有大于限值，则判断碳罐电磁阀无泄漏；如果在限制时间内，系统真空度大于限值并保持一段时间，则判断碳罐电磁阀泄漏。

如果系统真空度没有上升反而下降，则认为当前蒸发系统内燃油蒸发量较大，产生燃油蒸汽造成真空度下降。记录此时真空度下降的斜率并用于之后的真空度衰减斜率补偿；如果真空度下降斜率过大，超过设定限值，则认为诊断条件不满足，不再进行小泄漏测试。

2.1.2大泄漏测试

开启碳罐电磁阀，此时碳罐通风阀保持关闭。如果在一定时间内系统真空度没有达到限值，则存在大泄漏；

2.1.3小泄漏测试

在大泄漏诊断完成后，系统真空度达到设定值，关闭碳罐电磁阀，真空度开始衰减。

当真空度降至预设真空度大小时，系统开始检测泄漏，计算衰减斜率并使用燃油蒸发量斜率对结果进行修正，如果修正后真空度衰减斜率超过1mm孔泄漏相应限值，则判断系统存在小泄漏；

如果在一段时间内都不能降至预设真空度大小，则判断系统无泄漏。

2.1.4燃油蒸发量二次检测

如果在小泄漏测试中检测到小泄漏，则在小泄漏结束后开启碳罐通气阀，等真空度下降到大气压附近时，关闭碳罐电磁阀及炭罐通风阀，再次检测真空度变化并记录斜率；如果果真空度下降斜率过大，超过限值，则判断此次诊断过程中燃油蒸发量过大，小泄漏诊断结果不准确。

2.1.5 碳罐通风阀堵塞诊断

打开碳罐电磁阀和碳罐通风阀，监测系统内的真空度变化，如果一段时间内系统真空度超过限值，则判定通往大气的碳罐通风阀堵塞。

2.2诊断流程

图2  燃油蒸发排放系统故障诊断流程

3、故障诊断在实际故障排查的效果

结合故障诊断流程所报出的故障，可进行故障原因分析追溯，寻找排查和维修方案：

2.1炭罐电磁阀常开故障

诊断是通过同时关闭炭罐电磁阀和炭罐通风阀，使燃油蒸发排放系统形成一个密闭空间，通过对该密闭空间的燃油蒸汽压力变化率进行监测，如炭罐电磁阀常开或存在泄漏无法封闭，在进气歧管的脱附负压下，会使得燃油蒸发排放系统形成的密闭空间产生负压，从而判断炭罐电磁阀存在无法关闭或关闭不严导致的泄漏故障，该故障会在车辆静置的情况下，使得燃油蒸汽从燃油箱通过炭罐及炭罐电磁阀泄漏至进气歧管，进而从车辆进气系统泄漏至大气中，引起环境污染。

2.2大泄漏故障

诊断是通过关闭炭罐通风阀，打开炭罐电磁阀，通过进气歧管负压，对燃油蒸发排放系统进行脱附抽真空，如系统存在较大泄漏，则无法在设定时间内达到设定负压。报出大泄漏故障时，通常是检查加油口盖是否盖好、加油口盖是否损坏、炭罐通风阀是否损坏导致无法关闭以及燃油系统内管路是否有孔或者连接不良的泄漏点，而不会第一时间查找炭罐电磁阀流量不足或者低脱附管路漏气。炭罐电磁阀开启流量不足，导致系统在规定时间内无法达到目标负压而报出大泄漏故障，如果存在大泄漏，则会导致车辆静置时燃油蒸汽泄漏至大气中，引起环境污染。

对该阶段的故障诊断逻辑研究发现，该燃油蒸发排放系统故障诊断流程上存在一定逻辑问题，不利于售后故障维修快速查找问题，主要的原因在于在进行泄漏诊断前，未对以下零件状态进行充分检测：炭罐电磁阀开启性能、低脱附管路密封性（炭罐电磁阀-进气歧管端）等。

2.3 小泄漏故障

诊断是燃油系统无大泄漏故障前提下，在燃油蒸发排放系统密闭空间内建立设定负压，并关闭炭罐电磁阀、炭罐通风阀，让系统进行保压，该阶段油箱蒸汽会蒸发使得燃油蒸发系统的负压缓慢变小，如在设定时间内负压上升低于设定值，则说明系统无＞1mm的泄漏，如果存在泄漏则可通过检查炭罐通风阀是否泄漏，炭罐电磁阀是否泄漏，管路是否未连接好。

2.4 炭罐通风阀卡滞

   诊断是在完成小泄漏诊断无故障情况下，开启炭罐通风阀，继续关闭炭罐电磁阀，油蒸发控制系统的密闭空间在炭罐通风阀开启后，在设定时间内补充空气，使得燃油蒸发系统恢复至大气压。如炭罐通风阀卡滞关闭，则会导致车辆加油跳抢，无法加油，或者在车辆行驶时，炭罐无法脱附，油箱吸扁等故障。

3、诊断流程优化方案

结合实际案例及对诊断流程分析，提出了对该诊断流程进行改善，增加对炭罐电磁阀开启性能（脱附流量）进行检测，并将所有零件检测放到泄漏检测之前，以便在出现泄漏故障时可以排除零件本体问题，改善策略及流程如下：

3.1诊断策略

3.1.1炭罐通风阀监测和油箱压力稳定

诊断开始后，炭罐电磁阀随之关闭。由于炭罐脱附的作用油箱压力会低于大气压，炭罐电磁阀关闭后，大气会通过炭罐通风阀进入油箱，使得油箱压力上升。如果油箱压力没有在标定的时间内达到环境压力附近，则报出炭罐通风阀故障。一旦检测到炭罐通风阀故障，蒸发系统监测将会停止。

3.1.2炭罐电磁阀高流量监测和补偿梯度测量

油箱压力恢复至环境压力附近一定时间后，炭罐通风阀关闭，诊断继续进行。此时整个蒸发系统处于密封状态，油箱压力可能因为燃油的蒸发而上升。在标定的一段时间内，计算油箱压力的上升梯度，即补偿梯度，要求该补偿梯度低于标定阈值，否则监测将会停止。

如果炭罐电磁阀存在高流量故障（如卡滞在常开），油箱压力会由于进气歧管的负压而低于标定阈值，在标定的时间内始终未超出该阈值，报出炭罐电磁阀卡滞常开故障，蒸发系统监测将会停止。

如果炭罐电磁阀无高流量故障，也没有检测到燃油蒸气量过大，在该阶段结束时，系统会记录补偿梯度，用于修正泄漏诊断阶段计算的真空衰减梯度。

3.2.3炭罐电磁阀低流量监测和大泄漏监测

补偿梯度测量结束，保持炭罐通风阀关闭，炭罐电磁阀打开，建立油箱系统负压，即真空度。

如果炭罐电磁阀存在低流量故障（如卡滞常闭），或低脱附管路发生堵塞、断开，经过标定的脱附流量积分后，油箱压力始终未降至标定阈值以下，则报出炭罐电磁阀低流量故障，蒸发系统监测将会停止。

如果炭罐电磁阀无低流量故障，油箱压力继续下降，系统计算压力下降幅度。经过标定的脱附流量积分后，压力差始终高于标定阈值，报出大泄漏故障。

如果不存在粗泄漏故障，油箱压力会达到设定的目标压力值，进入小泄漏诊断。

3.2.4 小泄漏监测

只有大泄漏阶段未检测到粗泄漏故障才会进行1mm小泄漏监测。诊断开始后关闭炭罐电磁阀，炭罐通风阀保持关闭，系统计算标定时间内的压力上升梯度，经过第二阶段得到的补偿梯度修正后，得到真空衰减梯度。如果真空衰减梯度超出标定阈值，判定为1mm小泄漏故障。

3.2 诊断流程

图3  诊断改善流程（零件诊断）                           图3  改善流程（泄漏诊断）

2、结论

汽油车国六蒸发排放控制系统诊断为国六新增要求，燃油系统相关零件的故障模式和故障排查还没有形成较为系统的经验积累，经过对诊断流程优化调整，可提升故障排查整改效率，快速查的找故障对应零件或者区域，实现快速解决问题，处理故障，避免因故障导致零件损坏以及燃油蒸汽泄漏导致的环境污染。

参考文献：

1、State of California ARB，STAFF REPORT：IN ITIAL STATEMENT OF REASONS FOR PROPOED RULE-MAKING,Technical Status and Revisions to Malfunction and Diagnostic System Requirement for 2004 and Subsequent Model Year Passenger Cars,Light-Duty Trucks,and Medium-Duty Vehicles and Engines(OBD-II)[S],Date of Release:March 8,2002.

2、环境保护部，国家质量监督检验检疫总局， 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）：GB18352-2016[S],北京：中国环境科学出版社，

2016.

3、汽油车燃油蒸发控制系统泄露车载诊断及试验[J]  钱国刚、李月华、解难   重庆理工大学学报,2016,10(23-33).

4、冯彧，钟建伟，邹洪波.车辆燃油蒸发系统泄漏诊断试验研究[J].公路与汽运，2018（2）：13-16.