輕型汽車應對國六蒸發排放公告試驗的前處理方法

張允峰，王偉偉，唐基榮，徐 靖

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000)

0 引言

近年來，隨著環境問題日益突出，大中城市霧霾天氣嚴重影響到人們正常生活，國家也陸續出臺了一系列環境治理、節能減排措施。被稱為史上最嚴排放法規——《輕型汽車污染物排放限值及測量方法 第六階段》(簡稱國六)于2016年底頒布，并于2020年7月正式實施。較以往不僅在晝間蒸發排放要求上有較大提升，同時增加了加油蒸發排放相關要求等。其中加油蒸發排放要求的提出，可將加油排放回收率提升至95%以上，每升油可回收1.2 g左右。由于限值的加嚴、試驗流程的復雜性，影響試驗結果的因素大大增加。為了順利通過公告測試，除了燃油系統自身符合設計要求外，還需要排除制造裝配、背景HC化合物排放、炭罐脫附量等因素的影響。

1 密封性檢查

國六首次要求燃油系統增加車載診斷(OBD)系統：監測整個燃油蒸發系統的完整性，防止燃油蒸氣泄漏到大氣中。其故障標準是診斷系統能檢測出整個燃油蒸發系統中存在泄漏量大于或等于1 mm(或0.5 mm)標準泄漏孔所產生的泄漏量[1]。但對于小于標準泄漏孔的泄漏量，則無法檢測出來，給整車公告試驗留下隱患，故建議對公告車的密封性進行再次確認。

除采用專用設備外，水柱法較為簡單、準確。如圖4所示，關閉炭罐通氣閥后對油箱內增加一定壓力后接入透明軟管，使軟管兩側液面高度差≥30 cm，穩定后做好參照標記，維持3 min無明顯下降，說明燃油系統無泄漏。

圖1 燃油系統密封性水柱檢測工作原理圖

2 炭罐脫附量

蒸發排放控制原理是利用炭罐中活性炭對燃油蒸氣分子臨時吸附來完成，并在發動機運轉時再對炭罐進行脫附沖洗來實現重復使用。發動機對炭罐的沖洗程度會影響到炭罐下一次工作時的吸附能力。市場上主流車用國六柱狀活性炭的吸附能力與脫附體積倍數關系如圖2。

圖2 兩種柱狀活性炭吸附能力與脫附體積倍數關系

炭罐在設計開發時，一般按照200倍炭罐體積脫附量下對應活性炭工作能力來計算碳粉體積。整車能提供的脫附體積倍數應大于該數值。在實車做公告前需要按照GB18352.6中附錄F、I測試流程對整車的炭罐脫附量進行測試。一般來說，對于IV型試驗，在高溫行駛環節所產生的炭罐脫附量應大于炭罐體積的300倍，對于VII型試驗，在I型預處理行駛、I型試驗行駛、加油控制系統處理行駛三個環節所產生的炭罐脫附總量需要大于炭罐體積的600倍。

3 消除背景HC化合物

不僅燃油系統會產生HC化合物，動力總成、整車上的橡膠件、塑料件、部分液體也會揮發出大量的HC化合物[2]。因此在設計上，為了保險起見，燃油系統的HC排放量實際約為法規限值的1/3。據有關機構研究發現，非燃油系統零件的HC揮發量高達0.332 g，占國六IV型試驗限值的47.4%(第一類車型限值0.7 g/test)。在60 ℃條件下高溫烘烤72 h后，非燃油系統零件的HC揮發量降至0.214 g，烘烤192 h后穩定在0.133 g[3]。

對于新車型上公告，法規允許采取高溫烘烤、更換舊輪胎、替換玻璃水、蒸氣清洗汽車、撕去保護膜等措施來降低整車背景HC化合物的揮發。同時建議對整車狀態進行檢查確認，避免油液泄漏問題存在。

表1是兩款輕型汽油車烘烤前與烘烤后IV型試驗結果：未烘烤時熱浸、第一/二晝夜蒸發排放結果均較高，試驗未通過。經50 ℃高溫烘烤48 h后，三個數值均有明顯降低，最終順利通過試驗。

表1 兩款車型烘烤前與烘烤后IV型試驗結果

另外，因背景HC化合物過高而造成試驗不合，試驗過程中通常會表現為第二晝夜蒸發排放量小于第一晝夜蒸發排放量。這是由于整車上的橡膠件、塑料件內的HC化合物的揮發量隨時間而逐漸減少。同時，該結果也表明炭罐工作能力充足，可以吸收掉油箱內兩晝夜呼吸排放所產生的HC化合物，試驗過程中未被擊穿。

4 加油特性

相對國五及以前，國六新增了加油蒸發排放要求(VII型試驗)。該試驗不僅僅受炭罐工作能力的影響，同時也受加油特性影響，比如加油跳槍情況、飛濺反噴情況、實際加油量等。

根據法規要求，做加油蒸發排放試驗時，燃油溫度(20±1)℃，速率為(37±1)L/min，但未定義加油槍具體型號。加油管設計開發階段，要完全杜絕飛濺反噴、頻繁跳槍問題，對市場上常見加油槍進行多流速、多角度驗證，并對公告車輛進行再次實車加油特性確認。

對于加油量，由于檢測機構在放油過程中通常采用油泵抽油的方式，其油箱內燃油無法完全抽完(剩余不可用容積)，則會減少后續加油總量，如達不到95%±0.5L的標稱容積，試驗機構會二次補槍或判定不合。且試驗證明，加油開始、補槍均會大量增加燃油蒸發量[4]，如圖3所示。因此，油箱設計開發時要考慮不可用容積，確保試驗過程中加油槍首次跳槍時加油量達到法規要求，并對公告車輛首次跳槍加油量進行確認。

圖3 加油跳槍對排放的影響

5 車輛磨合

法規要求，新車在進行國六蒸發排放公告試驗前應進行不少于3000 km的磨合。這是因為活性炭中的微孔(<30 μm)所吸附的HC分子很難徹底脫附，如圖4所示。如果不先進行汽油吸脫附老化，把微孔用汽油蒸氣分子填充住，在國六蒸發排放試驗過程中用50%容積丁烷和50%容積氮氣混合氣體對炭罐進行預處理直至產生2 g擊穿時，易吸附大量 丁烷分子。由于丁烷相對汽油蒸氣分子而言更易揮發，反而造成DBL值較高。所以對公告車輛充分磨合更有利于通過試驗。

圖4 活性炭內部孔隙示意圖

6 總結

國六法規的實施，不僅有利于節能減排、保護環境，還直接推動了汽車相關技術的升級。為了滿足蒸發排放要求，燃油系統從設計上就要采用更加嚴格的要求、燃油阻隔性更好的材料以及合理的系統匹配。同時，新產品上公告時，應通過上述措施來充分排除非燃油系統的不利因素，提高公告試驗的通過性，從而節省時間與成本。