摩托車蒸發試驗-密閉室整體變溫法研究

（天津內燃機研究所 天津 300072）

引言

摩托車國IV 標準GB14622-2016[1]和GB18176-2016[2]中規定了IV 型蒸發試驗采用的方法為晝間換氣損失試驗+熱浸損失試驗。其中晝間換氣損失試驗油箱加熱的試驗方法存在一些問題。

1）破壞樣車。晝間換氣損失試驗需要對樣車油箱打孔，以安裝溫度傳感器控制油箱內燃油和蒸氣溫度。

2）傳感器密封。傳感器安裝如果密封不嚴會對蒸發試驗結果造成很大影響。

3）燃油和蒸氣溫度傳感器安裝位置。根據標準要求，燃油和蒸氣溫度傳感器需要分別位于燃油和蒸氣的幾何中心點，并至少離開油箱表面2.54 cm。但由于部分油箱形狀不規則，油箱內部結構復雜且不便于觀察，安裝傳感器時大多依靠操作人員經驗，有可能造成傳感器安裝不符合標準。

4）加熱片安裝依靠操作人員經驗，有可能造成油箱加熱不均勻，加熱片安裝過少，導致油箱溫度升高速率不滿足標準要求等問題。

鑒于以上存在的問題，使用密閉室整體變溫（VT-SHED）的試驗方法可以有效地避免此類問題。

密閉室整體變溫的試驗方法是通過改變密閉室整體環境溫度對油箱溫度進行影響，更加符合摩托車在實際使用過程中的情況。

1 試驗樣品

本試驗使用了兩個油箱進行試驗，分別為塑料油箱和金屬油箱，以比對不同材料油箱的試驗效果。油箱容積為5 L，形狀均為近似規則的長方體，試驗時不連接炭罐，油箱所有接口均使用密封膠進行密封，經測試后無泄漏。

2 試驗方法

2.1 1 h 晝間換氣損失

1）在試驗開始前，通風并清洗密閉室幾分鐘，直至得到一個穩定的環境背景值，在此期間密閉室內的混合風扇也應開動。

2）臨近試驗前，進行碳氫化合物分析儀的零點和量距點標定。

3）油箱注入溫度在283.2 K 至287.2 K（10 ℃至14 ℃）范圍內的試驗用燃油至油箱標稱容積的50%±2.5%。

4）將油箱放入密閉室內，將燃油箱傳感器與加熱裝置連接。立即開始記錄燃油溫度和密閉室內的溫度

5）最初試驗的蒸氣溫度不得高于299.2K（26.0 ℃），在此狀況下試驗時，可以不必加熱蒸氣。當燃油溫度公式曲線升高至比蒸氣溫度低5.5 ℃時，應進行剩余的蒸氣加熱程序。

6）當燃油溫度達到14.0 ℃時，立即蓋上油箱蓋，此時若未關閉鼓風機應予以關閉，關閉并密封密閉室。

7）當燃油溫度達到15.5 ℃± 1 ℃時，應立即記錄密閉室內初始時刻（t=0 min）密閉室中的最終碳氫化合物濃度即為測量濃度（CHC,i）。記錄測量時間或用時，同時記錄初始的溫度Ti和壓力Pi。

8）在60±2 min 的時間內開始20±0.5 ℃的線性加熱。加熱過程中的燃油和燃油蒸氣溫度應符合公式的計算結果且保持在±1.7 ℃以內。

9）FID 碳氫化合物分析儀應于試驗結束之前立即進行零點和量距點標定。

10）記錄密閉室內終了時刻密閉室中的最終碳氫化合物濃度即為測量濃度（CHC，f）。記錄測量時間或用時，同時記錄最終的溫度Tf和壓力Pf。

11）打開密閉室的門，試驗結束。

2.2 VT-SHED 晝間換氣損失

1）在試驗開始前，通風并清洗密閉室幾分鐘，直至得到一個穩定的環境背景值，在此期間密閉室內的混合風扇也應開動。

2）臨近試驗前，進行碳氫化合物分析儀的零點和量距點標定。

3）油箱注入溫度在283.2 K 至287.2 K（10 ℃至14 ℃）范圍內的試驗用燃油至油箱標稱容積的50%±2.5%，將油箱放入密閉室內。

4）關閉并密封密閉室門。記錄密閉室內初始時刻（t=0 h）密閉室中的最終碳氫化合物濃度即為測量濃度（CHC，i）。記錄測量時間或用時，同時記錄初始的溫度Ti和壓力Pi。

5）密閉室溫度按照溫度變化表進行變溫，試驗周期為24 h。

6）FID 碳氫化合物分析儀應于試驗結束之前立即進行零點和量距點標定。

7）記錄密閉室內終了時刻（t=24 h）密閉室中的最終碳氫化合物濃度即為測量濃度（CHC，f）。記錄測量時間或用時，同時記錄最終的溫度Tf和壓力Pf。

8）打開密閉室的門，試驗結束。

為了比對不同最高試驗溫度對試驗結果的影響，本文采用了兩種溫度變化曲線，分別為20 ℃～35 ℃～20℃（參照EU 2017/1151）[3]和20 ℃～38 ℃～20 ℃（參照GTR No.19）[4]，具體的溫度變化分別如表1 和表2 所示。

表1 20 ℃～35 ℃～20 ℃密閉室溫度變化表

表2 20 ℃～38 ℃～20 ℃密閉室溫度變化表

3 試驗結果及分析

試驗結果如表3 所示，1 h 晝間換氣損失的加熱曲線按照外露式油箱進行試驗。圖1 為金屬油箱和塑料油箱1 h 燃油升溫曲線。圖2 為金屬油箱和塑料油箱1 h 晝間蒸發試驗曲線。

表3 試驗數據匯總

圖1 金屬油箱和塑料油箱1 h 燃油升溫曲線

圖2 金屬油箱和塑料油箱1 h 晝間蒸發試驗曲線

塑料油箱和金屬油箱外形基本相同，都是近似規則的長方體，兩者所使用的加熱毯以及加熱毯的位置也完全一致，從圖1 的燃油升溫曲線可以看出，燃油的加熱效果相差不大。

從圖2 試驗曲線來看塑料油箱為0.155 g，金屬油箱為0.073 g，2 次試驗結果相差一倍。在燃油升溫曲線完全一致，且油箱密封良好的情況下，可以認為問題來自于油箱材料，塑料油箱的滲透應該是造成結果差異較大的主要原因。

圖3 為24 h VT-SHED 試驗數據曲線。VT-SHED的試驗共進行了2 次，20 ℃～35 ℃～20 ℃的VT-SHED試驗結果為0.172 g，20 ℃～38 ℃～20 ℃的VT-SHED 試驗結果為0.414 g。

圖3 24 h VT-SHED 試驗數據曲線

20 ℃～35 ℃～20 ℃的HC 曲線上升比較平穩，在達到35 ℃最高溫時，HC 的排放量并沒有明顯的變化，依然是平穩上升。而20 ℃～38 ℃～20 ℃的HC 曲線在SHED 溫度達到38 ℃前后的區間內，HC 排放量有一個加速上升的過程。可見加熱溫度的提升對排放結果有較大的影響。溫度提高加速了氣體的揮發，促進油箱滲透，導致排放結果升高。

本次VT-SHED 試驗還對油箱內燃油溫度的變化進行了檢測，通過數據發現，2 次試驗的燃油溫度曲線均無法與SHED 溫度曲線一致，且最高燃油溫度要比SHED 溫度低2～3℃。

塑料油箱導熱性能會影響到燃油溫度，塑料油箱的材質較差和壁厚等參數均會影響燃油溫度。使用壁厚比較薄或者材質較差的塑料油箱，試驗時其油箱內燃油溫度會較高，進而蒸發排放結果更加惡劣。

圖4 HC 增加值和SHED 溫度關系圖

HC 每小時增加值和SHED 溫度關系。在6～20 h的區間內，20 ℃～38 ℃～20 ℃的HC 增加值要明顯高于20 ℃～35 ℃～20 ℃，SHED 試驗溫度對于HC 增加值的影響非常明顯。

4 結論

1）在1 h 晝間蒸發試驗中，塑料油箱比金屬油箱的蒸發排放量要高，其主要來源于油箱滲透排放。

2）VT-SHED 試驗中，密閉室的整體溫度對試驗結果有影響，從單次試驗來看，影響幅度較大。最高溫度提高到38 ℃，使得蒸發排放量提高了1 倍以上。

3）VT-SHED 試驗中，燃油溫度曲線無法與密閉室溫度曲線一致，這與燃油箱的材質與壁厚等參數有關，較厚的油箱可以有效地阻擋熱傳遞，減少燃油升溫幅度，可以降低試驗中燃油的滲透量。同時油箱采用低滲透率的材質也可以有效降低滲透量。

4）總體來說，使用24 h VT-SHED 方法進行試驗要比1 h 晝間試驗方法對于車輛油箱和油管的要求更加嚴格。對于整車試驗，長時間的升溫過程會使油箱和油管產生更多的滲透排放量，如果使用了較差的材質和較薄壁厚的油箱和油管，則排放量會更大。除此之外，采用大容量的炭罐也可以有效降低HC排放量。所以，如果選擇24 h VT-SHED 試驗，會增加企業的成本。