國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)污染物蒸發(fā)排放控制

王帥 李飛 王隆宇

（華晨汽車工程研究院）

國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)行（國(guó)Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)相比加嚴(yán)了對(duì)污染物蒸發(fā)排放的控制要求，同時(shí)還要求車輛安裝車載加油油氣回收系統(tǒng)（ORVR），增加對(duì)加油過程的油氣控制。國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將大大降低汽車的污染物排放。考慮到汽車技術(shù)升級(jí)的準(zhǔn)備期、導(dǎo)入期以及我國(guó)嚴(yán)峻的空氣質(zhì)量形勢(shì)等，最終確定自2020-07-01起，所有銷售和注冊(cè)登記的輕型汽車應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)6a限值要求。自2023-07-01起，所有銷售和注冊(cè)登記的輕型汽車應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)6b限值要求。基于此，文章針對(duì)國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)整車和系統(tǒng)的蒸發(fā)排放數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試和分析，重點(diǎn)找出傳統(tǒng)汽車的蒸發(fā)排放解決路徑和分析方法。

1 污染物蒸發(fā)排放背景和測(cè)試方法

隨著國(guó)家排放法規(guī)對(duì)尾氣控制的不斷加嚴(yán)，汽油車的燃油蒸發(fā)排放已經(jīng)不容忽視。我國(guó)輕型汽油車自2000年實(shí)施國(guó)Ⅰ排放標(biāo)準(zhǔn)以來，采用了歐洲輕型車燃油蒸發(fā)控制的標(biāo)準(zhǔn)，要求所有輕型汽油車都應(yīng)該配置有燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國(guó)汽車普遍存在管路泄漏、電磁閥失效、活性炭量偏小及容易老化等問題，由此導(dǎo)致燃油蒸發(fā)系統(tǒng)控制效果降低，甚至失去。

對(duì)中國(guó)和歐美車型進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)要求較低，國(guó)內(nèi)車輛燃油系統(tǒng)功能較弱，無加油排放控制裝置，低速行駛時(shí)整車燃油系統(tǒng)脫附能力較差，造成整車年蒸發(fā)排放值超過8 800 g/輛；而在法規(guī)較嚴(yán)格的美國(guó)，整車年蒸發(fā)排放值約為500 g/輛，這是由于整車應(yīng)用較大體積的碳罐和ORVR系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)脫附吸附能力好，滲透和泄漏相對(duì)較低。因此推行國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)目的是加強(qiáng)對(duì)汽油車燃油蒸發(fā)的控制，通過排放標(biāo)準(zhǔn)的加嚴(yán)，促進(jìn)ORVR系統(tǒng)的使用[1]。

與國(guó)Ⅴ蒸發(fā)排放限值相比，不考慮更加嚴(yán)格的測(cè)試條件和程序，國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的單日晝間排放加上熱浸排放從2 g/test降至0.7 g/test，限值加嚴(yán)了65%。如果考慮到測(cè)試程序的嚴(yán)格程度也在提高，國(guó)Ⅵ對(duì)蒸發(fā)排放的控制要求至少提高了80%。

由于當(dāng)前國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蒸發(fā)排放的控制要求較高，為盡量排除非燃油碳?xì)浠衔锉尘爸祵?duì)測(cè)試結(jié)果的影響，法規(guī)中對(duì)降低背景值的行為進(jìn)行了相關(guān)規(guī)范。關(guān)于降低非燃油碳?xì)浠衔锏谋尘爸担圃鞆S應(yīng)提供報(bào)告，詳細(xì)列出其降低汽車非燃油碳?xì)浠衔锉尘爸邓扇〉男袆?dòng)。報(bào)告中應(yīng)詳細(xì)描述使用的方法和如何判定非燃油碳?xì)浠衔镆堰_(dá)到穩(wěn)定狀況。這些方法包括：1）以指定的溫度和時(shí)間烘烤使底盤老化；2）使用舊輪胎和備胎，允許用舊輪胎換下出廠時(shí)間低于12個(gè)月的輪胎，備胎可以使用舊胎來替代；3）以清水替代擋風(fēng)玻璃清洗液。

汽車正常維護(hù)時(shí)不需要拆卸的零部件，在國(guó)Ⅵ排放試驗(yàn)前不可換成舊零件。

2 整車污染物蒸發(fā)排放限值和分類規(guī)則

整車污染物蒸發(fā)排放車型分為2類。第1類車為包括駕駛員在內(nèi)，座位數(shù)不超過6座，且最大總質(zhì)量不超過2 500 kg的M1類汽車；第2類車為除第1類車以外的其他所有汽車。如分析某整車污染物蒸發(fā)排放限值要求，需要了解如下數(shù)據(jù)：

1）測(cè)試質(zhì)量（TM）：國(guó)Ⅵ法規(guī)的測(cè)試質(zhì)量定義為基準(zhǔn)質(zhì)量、選裝裝備質(zhì)量和代表性負(fù)荷質(zhì)量之和；

2）基準(zhǔn)質(zhì)量：車輛整備質(zhì)量+100 kg；

3）選裝裝備質(zhì)量：指制造商技術(shù)條件規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)車輛裝備之外，其他選定的選裝裝備組合的質(zhì)量；

4）代表性負(fù)荷質(zhì)量：指一定百分比的最大車輛載質(zhì)量（客車為最大載質(zhì)量×15%，貨車為最大車輛負(fù)荷的 28%）；

5）最大總質(zhì)量；

6）座位數(shù)。

不同類型的汽車執(zhí)行不同的污染物蒸發(fā)排放限值，其中第2類車根據(jù)測(cè)試質(zhì)量的不同分為3檔，每檔執(zhí)行不同的污染物蒸發(fā)排放限值，如表1所示[2]。由于國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)污染物蒸發(fā)排放限值與當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)相比加嚴(yán)明顯，需要對(duì)當(dāng)前車輛采取有針對(duì)性的技術(shù)升級(jí)措施。

表1 國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)整車污染物蒸發(fā)排放限值

3 控制整車污染物蒸發(fā)排放途徑

目前可以從5個(gè)方面來降低整車蒸發(fā)排放值：

1）碳罐。需要分析碳罐中的活性炭成分、碳罐布局及吸附能力等。活性炭有煤基、可可基和木基3種，吸附能力依次加強(qiáng)。應(yīng)按照蒸發(fā)量選擇吸附能力合適的碳罐。

2）脫附流量。脫附流量應(yīng)盡可能使得碳罐達(dá)到其初始吸附能力，同時(shí)增大管路內(nèi)徑，對(duì)于脫附流量較小的小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，可以采用沖刷泵的方案以增添脫附流量。

3）油箱材質(zhì)[3]和容積。油箱應(yīng)使用阻隔性高的材料，金屬油箱阻隔性最佳，塑料油箱又可分為單層、氟化和多層，帶阻隔材料的多層油箱阻隔性高；油箱容積越大，滲透面積越大，排放越多。其他方面也需要考慮回油溫度及熱輻射等對(duì)排放的影響。

4）加油管和加油口蓋。加油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響到加油時(shí)的油氣泄露，而密封圈及材質(zhì)的選擇影響較大。

5）背景排放。內(nèi)外飾系統(tǒng)、油漆、膠粘劑及輪胎等系統(tǒng)會(huì)直接影響到蒸發(fā)排放值，通過測(cè)試數(shù)據(jù)分析，除動(dòng)力系統(tǒng)外的其他系統(tǒng)蒸發(fā)排放值占整車排放值的15%～20%。

4 整車污染物蒸發(fā)排放測(cè)試策略和分解方法

4.1 整車污染物蒸發(fā)排放測(cè)試策略

當(dāng)前基于國(guó)Ⅵ法規(guī)的燃油系統(tǒng)試驗(yàn)的測(cè)試策略為整車拆解排除法，通過對(duì)整車拆解系統(tǒng)前后得到的不同數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出燃油系統(tǒng)、底盤和輪胎、車身內(nèi)外飾、電器和動(dòng)力總成等系統(tǒng)所占的排放比例，從而有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化和方案制定。圖1示出某車型各系統(tǒng)蒸發(fā)污染物排放比例。

圖1 某車型各系統(tǒng)蒸發(fā)污染物排放比例

4.2 整車污染物蒸發(fā)排放分解方法

首先進(jìn)行整車國(guó)Ⅵ排放測(cè)試，取得熱浸和晝間測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果由熱浸和晝間2個(gè)階段的數(shù)據(jù)組成。然后分別拆解燃油系統(tǒng)、底盤和輪胎、車身內(nèi)外飾及電器系統(tǒng)，以整車為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后得到動(dòng)力總成數(shù)據(jù)。拆解要盡量保持系統(tǒng)完整，管路與整車狀態(tài)一致。系統(tǒng)測(cè)試受測(cè)試狀態(tài)限制，熱浸結(jié)果要處理分析。圖2示出國(guó)Ⅵ排放測(cè)試某整車排放過程數(shù)據(jù)對(duì)比圖。

圖2 國(guó)Ⅵ排放測(cè)試某整車排放過程數(shù)據(jù)對(duì)比圖

5 結(jié)論

綜上所述，整車可通過提高碳罐脫吸附能力、燃油箱阻隔能力、加注口和加油蓋設(shè)計(jì)能力及降低背景排放等措施降低蒸發(fā)排放[4]。從測(cè)試車輛的實(shí)際數(shù)據(jù)分析，動(dòng)力總成及附屬系統(tǒng)的蒸發(fā)排放數(shù)值占比較高，依然是后期優(yōu)化的重點(diǎn)。背景排放中盡量排除底盤、輪胎和洗滌液等因素的影響，找出排放量較大的系統(tǒng)或零部件，合理制定優(yōu)化措施，是解決國(guó)Ⅵ蒸發(fā)排放的有效途徑。