輕型車蒸發排放標準及性能表現分析

孫家興，秦宏宇，陳 強Sun Jiaxing，Qin Hongyu，Chen Qiang

輕型車蒸發排放標準及性能表現分析

孫家興，秦宏宇，陳 強
Sun Jiaxing，Qin Hongyu，Chen Qiang

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

介紹了美國和歐洲等發達國家輕型車蒸發排放標準的制定情況，并對我國輕型車蒸發排放標準發展歷程進行總結。選取我國2004～2019年蒸發排放試驗數據進行統計，分析近年來整車蒸發排放性能表現的變化趨勢；基于世界最新的蒸發排放法規對我國未來輕型車蒸發排放控制策略進行展望。

輕型汽車；蒸發污染物；加油過程污染物；排放標準

0 引 言

2018年，我國汽車HC（碳氫化合物）排放量為326.7萬t[1]，HC是輕型汽車排放的主要污染物之一，燃油蒸發排放的主要成分為HC，約占汽車總HC排放量20%[2]。減少HC排放一直是大氣污染防治工作的重點之一。我國最新的國6蒸發排放法規規定，蒸發排放限值為0.7 g/test，相比國5法規限值加嚴了65%，此外國6借鑒了美國排放標準，增加了加油過程污染物排放測試，排放限值為0.05 g/L[3]。隨著排放標準的不斷升級，國6蒸發排放的加嚴程度已經超過歐洲，向美國排放標準靠攏。

歸納了歐美排放標準的最新變化，針對我國輕型車蒸發排放測試標準的發展歷程進行解讀，通過分析歷年試驗統計數據，為未來更嚴格的蒸發排放標準制定提供參考。

1 國外輕型車蒸發排放測試技術

1.1 美國輕型車蒸發排放測試技術

美國的汽車排放標準分為CARB（California Air Resources Board，美國加利福尼亞州空氣資源局）排放法規和美國聯邦標準即EPA（Environmental Protection Agency，美國環境保護署）排放法規兩大類，CARB和EPA分別在2013年和2017年開始實施LEV 3和Tier 3，涵蓋熱浸、晝間、運行損失排放測試（運行損失是指車輛運行時，除尾氣排放外的蒸發排放）；LEV 3和Tier 3的主測試程序和排放限值皆相同，但LEV 3在熱浸和晝間排放測試中所規定的溫度高于Tier 3。針對加油污染物排放標準，EPA和CARB分別在1994年和1996年開始制定，兩者測試程序和排放標準相同。LEV 3和Tier 3所包括的測試程序及測試條件見表1。

表1 LEV 3和Tier 3的測試程序及條件

注：①BETP（Bleed Emission Test Procedure，炭罐溢出排放測試）。

相比國6，美國測試程序增加了運行損失、BETP（Bleed Emission Test Procedure，炭罐溢出排放測試）和燃油飛濺排放測試。在排放限值的嚴格程度上，美國蒸發排放限值要求超國6標準，加油排放限值與國6基本持平。

1.2 歐洲輕型車蒸發排放標準發展

2014年歐洲開始實行歐6排放標準，針對晝間排放測試，歐6a和歐6b仍采用24h制，歐6c和歐6d則改為48h制[4]。歐6d排放法規中，將測試循環由NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環）改為WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球統一輕型車測試循環），歐6d測試程序及條件見表2。

表2 歐6d蒸發排放測試程序及條件

注：①GWC（Gasoline Working Capacity，汽油工作能力）；②BWC（Butane Working Capacity，丁烷工作能力）；③PF（Permeability Factor，滲透因子）。

歐6d中，整車需配備預處理后的炭罐進行主測試，預處理后的炭罐HC吸附能力有所減弱。此外，配備密封油箱車輛的主測試程序還包括油箱壓力沖擊條件下的BETP測試。通過燃油箱滲透排放，確定油箱PF值，廠家也可使用推薦值0.12 g代替實際試驗。歐6d排放限值為2 g，較國6寬松。與美國蒸發排放測試程序相比，歐洲排放法規一直未對整車加油排放及運行損失測試進行規定。

2 我國輕型車蒸發排放標準

2.1 國1～國6蒸發污染物排放測試技術

1993年，GB/T 14763—1993《汽油車燃油蒸發污染物測量收集方法》中規定利用收集法測量蒸發污染物的排放量。2001年，在GB 18352.1—2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（I）》中規定Ⅳ型蒸發試驗等效采用歐1標準中的測試程序，可選擇使用密閉室法或收集法進行試驗[5]，主要包括熱浸、晝間排放測試及預處理行駛。國2標準中規定使用密閉室法進行蒸發排放試驗，不再采用收集法。

在我國輕型車蒸發排放測試法規中，國1、國2可視為同一階段，國3、國4、國5可視為同一階段，國6為一個階段，國6在國5基礎上進行了較大改動。表3為國1～國6蒸發排放測試條件對比。

表3 國1～國6蒸發排放控制條件對比

注：①NIRCO（Non-Integrated Refueling Canister-Only，非整體僅控制加油排放炭罐系統）；②油箱溫度變化公式，為時間，0為起始溫度，為實時溫度；③晝間排放結果取第1晝間和第2晝間結果的最大值。

2.2 國6加油過程污染物排放測試技術

國6增加了加油過程污染物排放限值0.05 g/L，推薦的劣化系數為0.01 g/L[3]。Ⅶ型試驗的車速覆蓋WLTC循環中低、中、高、超高速度段，Ⅶ型試驗進行充分脫附，重點考察加油過程的吸附能力。

針對預處理行駛，配備非整體及NIRCO（Non-Integrated Refueling Canister-Only，非整體僅控制加油排放炭罐系統）系統的車輛，采用重復運行WLTC至最多消耗燃油箱標稱容量的85%；與此相比，整體控制系統的車輛僅按WLTC中低、低、中、低速段順序進行一次行駛。非整體及NIRCO測試程序中，針對炭罐的脫附更加充分。

3 我國整車蒸發排放及加油排放性能分析

3.1 整車蒸發污染物排放性能分析

2004～2019年，在滿足相應階段限值要求的蒸發排放試驗結果中，每年選取20輛車進行整車蒸發污染物排放性能分析，所選車輛來自不同生產廠家，涵蓋國企、外企、合資企業。表4為各階段法規頒布及實施的時間節點，各企業一般會在正式頒布前一年收到征求意見稿。

表4 各階段法規頒布及實施時間

如圖1所示，2004～2017年所選試驗數據對應的測試程序皆為一晝間蒸發排放，結合表3可看出，符合國3～國5階段法規要求，這些階段的法規蒸發排放測試程序、排放限值皆相同。2018年為國5、國6法規過渡階段，選取國5和國6階段試驗數據各20份；2019年選取的20份國6階段試驗數據皆為兩晝間蒸發排放。試驗數據具體分布如圖1所示，其中國6階段的數值為測試結果與劣化修正值0.06 g/test之和。

圖1 2004～2019年整車蒸發排放試驗結果

由于國6（0.7 g/test）與國3～國5（2 g/test）的蒸發排放限值不同，選用EPR（Emissions Performance Ratio，排放性能比）在相同的測試基礎上對不同年份整車蒸發排放性能表現進行比較，EPR=（測試結果+劣化修正值）/標準排放限值[6]。雖然不同階段的排放測試程序會有所變化，但相應的整車蒸發排放控制技術也會隨之調整，因此EPR的使用有助于對近年來整車蒸發排放性能表現進行分析。2004～2019年EPR平均值變化情況如圖2所示。

圖2 2004～2019年整車蒸發排放EPR平均值

由圖2可知，2004～2015年EPR值在57%～71%范圍內上下浮動；受2016年國家環保部頒布更為嚴格的國6蒸發排放測試法規影響，2016～2018年，按照國5測試程序進行的蒸發排放型式檢驗EPR值有所下降，最低降至43.4%；由于國6排放限值由2 g/test降為0.7 g/test，且增加了劣化修正值，導致2018年和2019年EPR值持續升高至60%左右。總體來說，隨著蒸發排放測試程序變化，整車蒸發排放控制技術也會相應做出改動，車輛的EPR值在50%～71%范圍內浮動。為分析當前國6法規控制條件下，熱浸、晝間、劣化修正值占標準限值的平均比例，以及可用于法規繼續加嚴的空間，對2018年及2019年國6試驗數據進行計算。各部分測試結果占總排放限值平均百分比如圖3所示。

圖3 2018、2019年蒸發污染物各部分占標準限值平均百分比

由圖3可知，2018年和2019年熱浸試驗結果占比分別為15.1%、14.8%，晝間排放試驗結果為熱浸試驗結果2倍有余，占比分別為34.5%、41.1%，總排放測試結果占比分別為49.6%、55.9%；劣化修正值占比為8.6%；可用于繼續加嚴控制的空間分別為41.8%、35.5%，這為后續法規制定提供借鑒。

3.2 整車加油過程污染物排放性能分析

為分析國6法規頒布后加油污染物排放性能，選取2018年和2019年滿足排放限值要求的各20輛車的試驗數據，并計算出EPR平均值，如圖4和圖5所示。圖4中縱坐標數值為測試結果與劣化修正值0.01 g/L之和。

圖4 2018、2019年整車加油排放試驗結果

圖5 2018、2019年整車加油排放EPR平均值

由圖4中試驗結果可看出，2019年整車加油污染物排放控制效果優于2018年，圖5中2018年EPR值為44%，2019年EPR值為34.4%，EPR平均值處于下降趨勢。總體來講，隨著加油排放控制技術提高和研發投入不斷增加，加油排放污染物在減少。2018年、2019年加油排放、劣化修正值、可加嚴空間占標準限值的平均百分比如圖6所示。

圖6 2018、2019年加油過程污染物各部分占標準限值平均百分比

由圖6可以發現，2018年、2019年加油排放測試結果占比分別為24%、14.4%，低于蒸發排放（熱浸+晝間）的這一數值；劣化修正值占比20%，超過蒸發排放的這一數值；可用于繼續加嚴控制的空間分別為56%、65.6%，超過蒸發排放的這一數值。通過排放限值或測試程序的調整，可對加油排放控制進一步加嚴。

4 蒸發排放控制的未來思路

（1）針對炭罐預處理測試程序，最新的歐6d標準中，炭罐高低溫循環、振動、GWC老化等試驗可以有效評估其耐久特性，降低炭罐長時間使用失效導致HC排放量增加的可能性。

（2）針對排放限值，美國LEV 3階段排放標準為目前最嚴格的蒸發排放測試標準，其排放限值為0.3 g/test；我國輕型車排放限值為0.7 g/test，較為寬松。

（3）針對炭罐溢出排放測試，歐6d和美國LEV 3/ Tier 3都對炭罐的溢出排放值進行了限定，我國目前未做相關要求。

（4）運行損失排放測試可有效控制車輛在實際道路上的HC排放，美國早已對其進行了規定，我國尚處于空白階段。

（5）針對測試循環工況，目前國6使用WLTC，其由聯合國歐洲經濟委員會牽頭制定，與我國實際工況存在差異，只有使用符合我國實際情況的測試工況才更利于節能減排。

（6）2004～2019年蒸發排放的EPR值普遍控制在50%～71%，2018、2019年加油排放的EPR值分別為44%、34.4%，則2018、2019年蒸發排放加嚴空間分別為41.8%、35.5%，加油排放加嚴空間分別為56%、65.6%。

[1]國家環境保護總局. 中國移動源環境管理年報（2019）[R/OL]. (2019-09-04)[2020-11-29]. http：//www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/ ydyhjgl/ 201909/P020190905586230826402.pdf.

[2]孟海栗. 汽油車蒸發污染物排放控制—以汽車炭罐初始工作能力的試驗方法解析與優化為例[J]. 質量與標準化，2018，317（9）：64-66.

[3]環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局.輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）：GB18352.6-2016[S].北京：中國環境科學出版社，2016.

[4]欒義超. 輕型汽車排放標準分析及關鍵排放參數試驗研究[D]. 青島：青島理工大學，2016.

[5]程勇，付鐵強，李洧，等. 國產輕型汽油車蒸發排放現狀與分析[J]. 汽車工程，2002（3）：8-12.

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2020-11-30

U467.4+99

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.01.005

1002-4581（2021）01-0021-05