陈 强，耿培林，仲崇智，张泰钰，孙家兴，于铁飞

(中汽研汽车检验中心(天津)有限公司，天津 300300)

为了控制汽车带来的污染问题，各国均引入了OBD作为控制在用车污染排放的手段。其中，美国不仅对尾气排放进行OBD监控，同时还对蒸发污染物控制系统进行监控[1]。在我国最新发布的GB 18352.6—2016[2](以下称国六标准)，将蒸发污染物控制系统纳入到OBD诊断中，提出了针对0.5 mm或1 mm泄漏孔进行OBD诊断和最小在用监测频率(IUPR)的要求。

为了应对排放法规升级的要求，各大主机厂和零部件供应商合作，先后开发出多种蒸发污染物控制系统的OBD诊断方法，如VLDS、EONV、NVLD、DMTL、ELCM等。本文将对这常用的5种方法进行介绍和对比，总结出各自的适用环境。

1 蒸发污染物控制系统OBD泄漏诊断方法

现有标准法规中都没有提到OBD泄漏诊断的具体方法，只是要求对蒸发系统的气密性进行在线监测，无论什么方法，只要满足标准要求并予以声明即可。

1.1 VLDS诊断方法

图1 VLDS诊断方法原理示意图

VLDS(Vacuum Leak Detection System)诊断方法是一种在车辆运行中进行的主动式负压检测方法，也是最早出现的蒸发污染物控制系统的OBD泄漏诊断方法之一[3]。如图1所示，VLDS诊断方法的实现需要炭罐电磁阀(Canister Purge Valve, CPV)、炭罐通风阀(Canister Vent Solenoid, CVS)和燃油蒸汽压力传感器(Vapor Pressure Sensor, VPS)3个必要的硬件。在CVS和CPV均关闭的情况下，蒸发污染物控制系统就形成了一个密闭的空间，VLDS诊断方法的工作原理就是利用发动机进气过程所产生的真空使蒸发污染物控制系统建立负压，然后ECU驱动CVS及CPV关闭，观察一段时间内蒸发污染物控制系统内部的压力上升水平来判定泄漏水平。

VLDS诊断方法的一般工作流程包含4部分：

1) CPV故障诊断。蒸发污染物控制系统在常压的条件下，同时关闭CPV及CVS，通过VPS监控压力变化，若未建立负压则视为CPV无故障，如果出现真空(即负压建立)则视为CPV有故障。

2) CVS故障诊断。在蒸发污染物控制系统已建立负压的条件下，打开CVS并关闭CPV，通过VPS监控压力变化，若恢复常压则视为CVS无故障，如负压仍存在则视为CVS有故障。

3) 大泄漏诊断。任意条件下，打开CPV并关闭CVS，如无法建立设定的目标压力则视为蒸发污染控制系统存在大泄漏。

4) 标准孔诊断。在大泄漏诊断通过后，关闭CPV和CVS，保持一段时间，通过VPS监控压力变化，过程中如压力达到触发标准孔目标压力值则视为蒸发污染物控制系统存在超过标准孔的微小泄漏。

不同厂家会采用不同的顺序进行检测。标准孔目标压力值与环境温度、海拔高度、油箱形状等因素有关，需要在开发前期通过大量的标定工作来确定。为了获得稳定的压力源，标准孔诊断过程会选择在怠速工况进行[4]，检测时长一般在30 s左右。

VLDS诊断方法的诊断时机一般会选择在启动过程中、等红灯过程中或交通拥堵的怠速过程中完成，对于顺畅的行驶过程或持续行驶过程将无法完成，因此VLDS诊断方法的IUPR并不高。

1.2 EONV诊断方法

EONV(Engine Off Natural Vacuum)诊断方法是一种在停车后进行的被动式负压检测方法[5]。其工作原理是由于排气管热辐射和燃油泵运行发热造成了油箱内燃油温度升高，利用车辆熄火后一段时间内燃油温度由高温降至环境温度的过程中其压力的变化进行诊断。EONV诊断方法所需的必要硬件与VLDS诊断方法一样。

EONV诊断方法的工作流程非常简单，只需要在停机后关闭CPV和CVS，监控一段时间内油箱压力的变化情况即可。但该诊断方法的标准孔目标压力值对海拔高度、油箱内油量、燃油雷德蒸汽压(Reid Vapor Pressure, RVP)、环境温度等因素都很敏感，因此需要在车型开发阶段进行大量的标定工作来确定[6]。

EONV检测时长一般在1 800 s左右[7]，停车时长超过这种情况很多，IUPR率较高。因为EONV诊断方法与VLDS方案采用同样的硬件，所以可以共同使用来提升IUPR。

1.3 NVLD诊断方法

图2 NVLD检测温度曲线示意图

NVLD(Natural Vacuum Leak Detection)诊断方法是一种在停车后进行的被动式负压检测方法[8]。NVLD诊断方法工作原理与EONV诊断方法类似，也是利用车辆熄火后油箱内部的余热造成的压力变化进行的检测，不同的是NVLD诊断方法采集了油箱表面温度代替箱内燃油温度(两者的趋势相同，见图2)，因此大大降低了标定的工作量。NVLD诊断方法的硬件布置如图3所示。它需要在油箱表面布置智能模块用于感知油箱表面的温度，在炭罐通大气口位置布置基础模块。该基础模块内有电磁阀和真空开关，电磁阀与CVS类似，关闭后可以使蒸发污染物控制系统形成密闭空间；真空开关用于判定泄漏水平是否达标。

图3 NVLD诊断方法硬件布置示意图

车辆熄火后外部环境温度、油箱内燃油温度和油箱表面温度的走势如图2所示。在前90 min的时间段内，油箱表面温度与油箱内燃油温度斜率符合性较差，不能进行诊断，而在90 min后的2 h时间里，温差足够且智能模块采集的油箱表面温度与油箱内燃油温度斜率符合性好。因此，NVLD诊断方法的诊断时机选择在车辆熄火后90 min开始，2 h内完成诊断。

检测时ECU驱动NVLD基础模块的电磁阀关闭,使蒸发污染物控制系统形成一个密闭空间。诊断过程如下：

1) 若NVLD智能模块在2 h的检测时间内检测到油箱表面温差达到-8 ℃，则视为有效检测，否则视为无效检测。

2) 若触发真空开关，则气密性良好；如未触发真空开关，则视为泄漏。

3) 若连续判定两次泄漏，则点亮MIL灯。

NVLD诊断方法至少需要1.5 h的停车时间来完成诊断，如出现加油、环境温度骤变、未完成检测车辆再次启动等情况均会导致无效诊断的情况出现。因此，NVLD诊断方法的理论IUPR不及EONV诊断方法。

1.4 DMTL诊断方法

图4 DMTL硬件布置示意图

DMTL(Diagnostic Module Tank Leak)诊断方法是一种在停车后进行的主动式正压检测方法[9]，DMTL应布置在炭罐通大气口外侧，如图4所示。DMTL内部主要包含空气泵、电磁阀、加热单元和标准小孔部件4部分，如图5所示。

(a) 参考模式

(b) 诊断模式

DMTL的工作原理是通过其内部的空气泵持续对蒸发污染物控制系统打气加压，将通过空气泵电机的反馈电流与标定电流进行比对，以确定蒸发污染物控制系统是否存在泄漏。其诊断过程如下：

1) 车辆启动后，加热单元会对DMTL进行加热，保证DMTL在诊断过程中内部部件保持干燥。

2) 车辆停车后，ECU控制DMTL进入参考模式检测，电磁阀切换至如图5(a)所示的位置，空气泵打气，采集内部预置的0.5 mm标准小孔通路的电流。

3) 参考模式诊断完成后，ECU控制DMTL进入诊断模式，电磁阀切换至如图5(b)所示的位置，空气泵向蒸发污染物控制系统打气，采集空气泵电流，与预先标定值作比对判定是否存在泄漏。

DMTL内部布置了一个0.5 mm小孔作为比对基准，其他孔径标准的泄漏需要通过前期标定并进行计算模拟获得，如图6所示。

图6 DMTL诊断电流曲线

对于密封良好的蒸发污染物控制系统，在停车后大约2 min左右DMTL就可以完成诊断；而对于存在泄漏的系统也仅需要10 min左右的时间来完成。因此DMTL的理论IUPR是所有诊断方法中最高的。

1.5 ELCM诊断方法

图7 ELCM工作原理示意图

ELCM(Evaporative Leak Check Module)诊断方法是一种在停车后进行的主动式负压检测方法[10]。其布置位置与DMTL相同，工作原理也与DMTL类似，不同的是ELCM采用的是向外抽真空的方法进行检测，同时在诊断通路上布置压力传感器，如图7所示。ELCM诊断方法的诊断时机也是在停车后，诊断时长与DMTL一致。因此，ELCM的理论IUPR也是所有诊断方法中最高的，与DMTL相等。

2 适用性分析

以上5种诊断方法均是在普通汽油车型基础上开发的，因此也适用于常压式蒸发污染物控制系统的普通汽油车。但是，随着国家节能减排法规的不断加强[11]，车型上的相应配置也会越来越丰富。下面对5种诊断方法在启停功能和高压式蒸发污染物控制系统中的适应性进行分析。

1) 启停功能的适应性分析。启停功能是在发动机怠速时，关闭发动机以达到节能减排目的的一种配置[12]。

由于VLDS诊断方法是在怠速工况下进行诊断，对于带有启停功能的车型而言，每个运行过程均至少需要屏蔽启停功能一次，如首次未完成诊断，那么下次怠速时依然会屏蔽启停功能，一定程度上会对驾驶员造成车辆启停功能故障的误导。因此，不建议在带有启停功能的车型上采用VLDS诊断方法。而EONV、NVLD、DMTL、ELCM 4种诊断方法因为是在停车后诊断，所以不会对启停功能造成干扰，是可以应用在带有启停功能的车型上的。

2) 高压式蒸发污染物控制系统。蒸发污染物控制系统分为常压式和高压式两种。常压式蒸发污染物控制系统同时控制昼夜换气和加油过程的蒸发污染物，油箱不耐高压，需要充足的发动机脱附使其保持工作能力。高压式蒸发污染物控制系统装有油箱阻隔阀(FTIV)，油箱耐高压，昼夜呼吸的蒸发污染物可以通过提升油箱压力使其始终保存在油箱内，防止其进入炭罐[13]。因此，高压式蒸发污染物控制系统仅需控制加油过程的蒸发污染物。

插电式混合动力车型(PHEV)由于有很长时间的纯电运行模式(发动机不运行)，导致无法提供充足的炭罐脱附能力，如采用常压蒸发污染物控制系统，会因长时间不进行脱附造成炭罐失效。因此，PHEV车型大多采用高压式蒸发污染物控制系统[14]，造成油箱内持续的高压(仅在加油情况下打开释放压力)。基于以上分析，VLDS、EONV、NVLD这3种方法无法对高压的油箱进行密封性诊断，所以不适用于高压式蒸发污染物控制系统。而DMTL和ELCM诊断方法对油箱内的压力不敏感，只需要打开FTIV就可以进行检测，因此可以用于高压式蒸发污染物控制系统。

3 结束语

蒸发污染物控制系统的泄漏诊断是国六标准OBD诊断要求的一部分，也是监控汽油车蒸发污染物排放水平的必要措施。随着汽车产业的不断发展和国家主管单位对节能减排要求越来越严格，高压式蒸发污染物控制系统和启停等功能配置也将会成为未来车型的基本配置，在蒸发污染物控制系统的泄漏诊断的选择过程中，需要根据其特点选择最适合的诊断方法。