汽車ORVR燃油系統(tǒng)用炭罐設(shè)計(jì)

劉隆嬌 蔣金隆

摘要：碳罐一般裝在汽油箱和發(fā)動(dòng)機(jī)之間，由于汽油是一種易揮發(fā)的液體，在常溫下燃油箱經(jīng)常充滿蒸氣，燃料蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的作用是將蒸氣引入燃燒并防止揮發(fā)到大氣中。這個(gè)過(guò)程起重要作用的是活性碳罐貯存裝置。

關(guān)鍵詞：炭罐；活性炭；ORVR燃油系統(tǒng)

1前言

汽車蒸發(fā)排放產(chǎn)生的HC約占整車HC排放總量的20%左右。在燃油加注時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的油蒸汽。為了控制加油排放量，美國(guó)早在2000開(kāi)始要求轎車安裝車載油氣回收裝置（即ORVR系統(tǒng)）。ORVR系統(tǒng)主要控制油蒸汽的走向，避免從加油管通向大氣，而通過(guò)管路進(jìn)入炭罐。這就需要炭罐體積大、工作能力高。怎樣合理設(shè)計(jì)炭罐，使之滿足整車性能要求，是很重要的問(wèn)題。

2炭罐吸脫附工作原理

炭罐的工作原理為燃油系統(tǒng)因溫度變化等產(chǎn)生油蒸汽，ORVR系統(tǒng)還包括加油時(shí)產(chǎn)生的大量蒸汽進(jìn)入炭罐，被活性炭上面的空隙吸附；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，炭罐清洗閥滿足開(kāi)啟條件時(shí)開(kāi)啟，存儲(chǔ)在炭罐內(nèi)部的油蒸汽在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)部負(fù)壓的作用下，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒。

3炭罐結(jié)構(gòu)介紹

炭罐主要由上下蓋、本體、濾網(wǎng)、活性炭、積液腔、接口管嘴等部件組成。有的還包括“雙向閥”。

4炭罐設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

評(píng)價(jià)炭罐性能的只要指標(biāo)是工作能力，指100ml活性炭在規(guī)定條件下吸附丁烷的數(shù)量，又叫丁烷工作能力，即BWC（Butane WorkingCapacity），單位是g/100ml。

工作能力又跟活性炭材料、炭罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝碳量密切相關(guān)。

4.1活性炭選擇

炭罐性能的主要影響因素是活性炭。活性炭分木基炭、果殼基炭和煤基炭。木基炭的吸附能力強(qiáng)、強(qiáng)度高，價(jià)格高；果殼基炭吸附能力強(qiáng)，但強(qiáng)度不高。煤基炭比果殼基炭和木基炭的吸附能力稍弱，但強(qiáng)度較高。

活性炭的性能主要由孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙率和孔隙表面積決定。孔隙結(jié)構(gòu)即為活性炭的孔道結(jié)構(gòu)，分為微孔道、中孔道和大孔道。其中微孔道吸附后不易脫附；中孔道對(duì)汽油的吸附作用和脫附作用最好；大孔道吸附能力較弱。

表1是果殼活性炭和木基活性炭的對(duì)比，從中可以看出：中孔道越多，孔隙率和孔隙表面積越大，則活性炭的吸附能力和脫附能力越強(qiáng)。

ORVR活性炭罐通氣阻力要求一般為60L/min時(shí)≤2.0kPa，普通果殼基活性炭很難達(dá)到要求，因此，ORVR系統(tǒng)用炭罐選用木基柱狀炭。

4.2炭罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

炭罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式是影響炭罐工作能力和炭罐排放的重要因素。

炭罐的長(zhǎng)徑比對(duì)炭罐的有效吸附率有較大影響，長(zhǎng)徑比越大，相同流速下脫附氣流的流速越大，脫附能力越大，有效吸附率增高。為增大炭罐的長(zhǎng)徑比，可通過(guò)在內(nèi)部設(shè)置隔板進(jìn)行分區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但長(zhǎng)徑比不能無(wú)限制的增加，因?yàn)殡S著長(zhǎng)徑比的增加，通氣阻力隨之升高，因此，需要綜合考慮長(zhǎng)徑比的大小。圖1是一組測(cè)試數(shù)據(jù)，可以看出，長(zhǎng)徑比在3.5之后上升幅度減緩，5.5之后開(kāi)始下降。因此，3～4.5的長(zhǎng)徑比是一個(gè)合理的范圍。

炭罐的容積比對(duì)于炭罐也是一個(gè)重要的參數(shù)。從圖2可以得出，一般3：2的容積比能夠獲得較好的炭罐排放性能。