常州交通技師學院 朱自清

燃油汽車排放的污染物來源主要有3個方面：一是發(fā)動機燃燒排出的廢氣；二是從發(fā)動機曲軸箱中排出的氣體；三是從燃油供給系統(tǒng)中排出的燃油蒸氣。燃油汽車排放的污染物主要為一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NO）及顆粒物（PM）等。為滿足“國6”標準，即《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（GB 18352.6—2016），對汽油車排放污染物提出的嚴格要求，汽油發(fā)動機需要對之前的排放控制系統(tǒng)進行升級，如在排氣管中增設顆粒捕集器（GPF），在燃油蒸發(fā)控制（EVAP）系統(tǒng)中增加燃油蒸氣泄漏監(jiān)測功能，等等。下面與大家談一談，目前“國6”汽油發(fā)動機常見排放控制系統(tǒng)的工作原理。

1 廢氣后處理系統(tǒng)

“國6”標準新增了對顆粒物數(shù)量（PN）的限制要求，而三元催化轉化器（TWC）只具有減少廢氣中CO、HC及NO含量的作用，為此很多車輛生產企業(yè)選擇在廢氣后處理系統(tǒng)中增設GPF（圖1），用于捕集廢氣中的顆粒物。

圖1 在廢氣后處理系統(tǒng)中增設GPF

如圖2所示，GPF是一種壁流式的顆粒捕集裝置，過濾體內有很多平行孔道，相鄰的2個孔道內有一個只有進口開放，另一個只有出口開放；廢氣從開放的進口孔道流入，通過GPF載體（堇青石陶瓷芯）多孔壁面至相鄰孔道排出，而顆粒物被滯留在孔道內，從而實現(xiàn)捕集作用。GPF雖然可以有效地捕集廢氣中的顆粒物，但隨著捕集顆粒物的增多，排氣背壓也會升高，這會影響發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。因此，當GPF中的顆粒物積累到一定程度時，會通過調節(jié)發(fā)動機運行工況（斷油、推遲點火角等），使GPF中的顆粒物氧化燃燒，即GPF再生，從而去除GPF中的顆粒物，最終實現(xiàn)“捕集→再生→捕集”的良性循環(huán)。

圖2 GPF捕集顆粒物的原理示意

GPF再生需要滿足2個條件：一是廢氣中必須具有足夠的氧氣（O），以便氧化顆粒物；二是廢氣溫度足夠高（600 ℃左右），以便顆粒物與O發(fā)生反應。GPF再生分為被動再生和主動再生。車輛正常行駛時，若滿足GPF再生條件，GPF發(fā)生被動再生；而當車輛的行駛工況長時間無法滿足GPF再生條件時，如長時間短距離駕駛等，GPF無法發(fā)生被動再生；當GPF捕集的顆粒物累積到一定程度時，組合儀表上的GPF警告燈將點亮，以提醒駕駛人執(zhí)行GPF主動再生。

發(fā)動機控制單元通過GPF溫度傳感器和GPF壓差傳感器的信號來判斷是否需要進行GPF再生。GPF溫度傳感器安裝在GPF進氣口，用于監(jiān)測進入GPF的廢氣溫度。GPF壓差傳感器上連接著2根采樣管，一根連接至GPF進氣口，另一根連接至GPF出氣口，以測量GPF進氣口與出氣口之間的壓力差，發(fā)動機控制單元通過該壓力差分析捕集的顆粒物量。

2 EVAP系統(tǒng)

“國6”標準要求，車載診斷（OBD）系統(tǒng)應監(jiān)測EVAP系統(tǒng)的脫附流量，以及監(jiān)測除活性炭罐閥與進氣歧管之間的管路和接頭之外的整個EVAP系統(tǒng)的完整性，防止燃油蒸氣泄漏到大氣中，并且要求對EVAP系統(tǒng)各單獨部件（如閥、傳感器等）進行監(jiān)測；如果EVAP系統(tǒng)中存在1個或多個泄漏點，且這些泄漏點的泄漏量大于或等于直徑為1 mm的小孔產生的泄漏量，則OBD系統(tǒng)應能監(jiān)測到這種泄漏；車輛生產企業(yè)可使用大于或等于直徑為0.5 mm的小孔產生的泄漏量替代上述泄漏量標準。下面介紹2種常見的EVAP系統(tǒng)。

2.1 帶燃油箱泄漏診斷模塊（DMTL）的EVAP系統(tǒng)

DMTL主要由診斷泵、診斷閥及基準孔等部分組成。該系統(tǒng)對比向燃油箱與基準孔吹氣時遇到的阻力差異，從而判斷EVAP系統(tǒng)等效泄漏面積是否達到基準孔的大小。診斷泵工作電流的大小與吹氣過程中遇到的阻力大小成正比，因此通過診斷泵工作電流的大小可以判斷EVAP系統(tǒng)的泄漏大小。該EVAP系統(tǒng)的工作模式有以下4種。

（1）默認模式（圖3a）?；钚蕴抗揠姶砰y關閉，DMTL不工作，燃油箱通過活性炭罐與大氣相通，蒸發(fā)的燃油蒸氣被活性炭罐吸附。

（2）脫附模式（圖3b）?；钚蕴抗揠姶砰y打開，DMTL不工作，新鮮空氣通過活性炭罐將吸附的燃油蒸氣帶入發(fā)動機進氣歧管。

（3）基準模式（圖3c）。此時燃油箱泄漏診斷功能被激活，活性炭罐電磁閥關閉，對應在燃油箱及其管路上形成一個密閉空間；與此同時，DMTL的診斷泵工作，空氣經(jīng)0.5 mm的基準孔在DMTL內部流動；當DMTL腔內的壓力達到平衡后，泵電流會趨于穩(wěn)定，此時的泵電流為參考泵電流，即在當前環(huán)境溫度和壓力下的0.5 mm標準泄漏孔對應的泵電流值（此值為后續(xù)的診斷模式做參考）。

（4）診斷模式（圖3d）。基準測量模式完成后，DMTL的診斷閥接通，診斷泵將新鮮空氣泵入密閉的燃油箱系統(tǒng)；隨著壓力的逐漸增加，泵電流也逐漸增加；通過與參考泵電流做對比，如果在一定的時間內泵電流可以達到設定的閥值（即能夠達到對應的燃油箱相對壓力），則認為燃油箱系統(tǒng)是密封的；如果在一定的時間內泵電流始終無法上升到設定的閥值（即無法達到對應的燃油箱相對壓力），則認為燃油系統(tǒng)存在泄漏，并且可以區(qū)分泄漏的程度，如細微泄漏（0.5 mm~1 mm的泄漏）和細泄漏（大于1 mm的泄漏）。

圖3 帶DMTL的EVAP系統(tǒng)的4種工作模式

2.2 帶活性炭罐通風閥（CVS）和燃油箱壓力傳感器的EVAP系統(tǒng)

圖4為某款廢氣渦輪增壓發(fā)動機的EVAP系統(tǒng)，屬于帶CVS和燃油箱壓力傳感器的EVAP系統(tǒng)，其工作模式有以下3種。

圖4 某款廢氣渦輪增壓發(fā)動機的EVAP系統(tǒng)

（1）默認模式。活性炭罐電磁閥關閉，CVS打開，燃油箱通過活性炭罐與大氣相通，蒸發(fā)的燃油蒸氣被活性炭罐吸附。

（2）脫附模式。怠速及部分負荷時，活性炭罐電磁閥打開，CVS打開，新鮮空氣通過活性炭罐將吸附的燃油蒸氣帶入發(fā)動機進氣歧管。高負荷時，廢氣渦輪增壓器工作，增壓效果明顯，進氣歧管中無真空度，無法直接吸入燃油蒸氣，此時讓部分增壓空氣經(jīng)過文丘里管回流至空氣濾清器與渦輪增壓器之間的進氣管，利用文丘里效應（圖5）同時將燃油蒸氣吸入進氣管。

圖5 文丘里效應示意

（3）診斷模式。怠速時，活性炭罐電磁閥打開，CVS關閉，在進氣歧管真空度的作用下，EVAP系統(tǒng)產生負壓，如果燃油箱壓力傳感器沒有檢測到負壓，說明EVAP系統(tǒng)存在較大泄漏；當EVAP系統(tǒng)的負壓達到一定程度時，活性炭罐電磁閥關閉，此時依據(jù)EVAP系統(tǒng)內負壓衰退速度判斷是否存在泄漏。

3 曲軸箱強制通風（PCV）系統(tǒng)

發(fā)動機工作時，一部分可燃混合氣和廢氣經(jīng)活塞環(huán)泄漏到曲軸箱內，必須通過PCV系統(tǒng)將該竄氣帶走并平衡曲軸箱內外壓力。圖6為某款廢氣渦輪增壓發(fā)動機的PCV系統(tǒng)。曲軸箱內的機油蒸氣和竄氣經(jīng)過油氣分離器后，機油會被分離并回流至油底殼，而竄氣通過PCV閥后經(jīng)過2個單向閥被吸入進氣歧管或廢氣渦輪增壓器進氣端。發(fā)動機怠速及部分負荷時，竄氣被吸入進氣歧管；發(fā)動機高負荷時，竄氣被吸入廢氣渦輪增壓器進氣端。

圖6 PCV系統(tǒng)