非燃油系統蒸發排放揮發源研究

付增坤 蔣瓊 聶險峰

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

1 前言

2016 年12 月23 日，環境保護部、國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（第六階段）》（以下簡稱國六），自2020 年7 月1 日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合該標準要求[1]，其中整車蒸發排放試驗測試條件及限值大幅加嚴，在不考慮測試條件加嚴的情況下，整車蒸發排放限值加嚴了65%。中國排放法規定義蒸發排放為為汽車燃油系統損失的碳氫化合物蒸氣，由于測試為對整車進行測試，測試數據不可避免地包含了非金屬內外飾零部件、材料等非燃油系統揮發的碳氫化合物（以下簡稱非燃油蒸發排放），中國排放法規一直將非燃油蒸發排放定義為背景值，允許整車測試前采取快速老化措施降低背景值[2]。隨著國六的發布及實施，單純采取快速老化措施降低非燃油蒸發排放所收到的管控效果愈發不理想，相對國五時期，非燃油蒸發排放對整車測試結果的影響更加顯著，約占整車蒸發排放的50%以上。為查找非燃油蒸發排放揮發源，介紹了使用1 立方米艙模擬整車測試條件對非金屬內外飾、材料進行非燃油蒸發排放測試，獲得各零部件、材料非燃油蒸發排放貢獻率，快速確定重點管控零部件、材料，從源頭改善非燃油蒸發排放。

2 試驗部分

2.1 試驗器材

2.1.1 立方米艙

1 立方米艙設計為氣密焊接的不銹鋼調節箱，其內表面經過電解拋光，可以提供標準的測試環境，相關要求如下。

a.壓力測量。在蒸發排放測量期間，應以每分鐘不小于一次的頻率記錄壓力變化，壓力記錄系統的準確度應在±200 Pa以內，分辨率應不小于20 Pa。

b.溫度測量。在蒸發排放測量期間，應以每分鐘不少于一次的頻率記錄溫度變化，溫度記錄系統的準確度應在±1.0 ℃以內，分辨率應不小于0.4 ℃。

c.溫度控制。測試中實際溫度不應偏離目標值大于1.0 ℃。

2.1.2 碳氫濃度測量設備

使用火焰離子化檢測器（以下簡稱FID）對1立方米艙碳氫化合物濃度進行測定。將FID 通過不銹鋼制成的可加熱樣氣管線連接到1 立方米艙。FID 檢測值為碳氫化合物濃度(丙烷當量)，以CHC表示，數據以10-6形式顯示。

2.2 試驗樣件

目前內飾零部件VOC 測試項目中的總碳與非燃油蒸發排放的總碳測試及計算方法有差異，但同樣作為揮發性有機物測試，其散發規律相對一致，據此可根據內飾零部件VOC 測試中的總碳數據篩選本次測試內飾零部件。試驗樣件增加部分外飾件及工藝膠、車身油漆，盡可能擴大測試范圍。選取某車型36 種零部件、材料進行測試。清單如表1 所示。

為保證所有試驗樣件的狀態一致，試驗樣件隨機從正常生產條件下生產，且下線時間不超過2天的樣件中抽取。

2.3 試驗方法

由于整車測試艙體積較大，且背景值較高，使用整車艙測試單個零部件、材料蒸發排放，準確性差，誤差大，且試驗資源資源奇缺，費用高昂，不利于零部件、材料的開發驗證。本次測試選用VOC測試中常用的1 立方米艙來進行測試，縮減了測試艙體積，優化了測試艙背景值。試驗條件按照國六要求執行，大大增加了測試的準確性和便利性。FID 通過不銹鋼制成的可加熱樣氣管線與1立方米艙連接，國內大部分第三方檢測機構具有此套設備及試驗能力。

表1 某車型試驗樣件清單

試驗前應對1 立方米艙背景值進行凈化，艙內背景FID 檢測值≤10-6方開展試驗。

國六非燃油系統蒸發排放測試關鍵數據采集步驟應包括1 h 熱浸測試和48 h 晝夜換氣測試，但本次試驗作為一種零部件、材料測試和評價手段，旨在從宏觀角度模擬評價各零部件、材料的揮發特性，同時考慮測試的周期、成本及便利性等因素，測試結果不合適以1:1 的比例傳遞給整個車輛，需對測試方法進行優化。零部件、材料1 h 熱浸測試數據偏小，甚至低于檢出限，對總體評價結果影響甚小，故本次測試去除1 h 熱浸測試。整車48 h 晝夜換氣測試取前后24h 兩個測試循環較大數據為最終數據，由于碳罐吸附能力的不同，燃油蒸汽的外溢會導致后24 h 測試數據出現較前24 h數據增高的現象，不同于整車測試，從非金屬零部件、材料揮發特性考慮，只進行前24 h 晝夜換氣測試即可得到較大數據，無需進行48 h 晝夜換氣測試。綜上所述，本次測試只進行24 h 晝夜換氣測試，1 立方米艙內部溫度循環按照國六整車蒸發排放要求執行，溫度循環參數見表2。

將1 立方米艙預熱到表2 要求的0 h 初始溫度后，將試驗樣件放入1 立方米艙，暴露面或在整車中面向消費者的一面朝上，按照表2 溫度循環參數進行24 h 的蒸發排放試驗，測試過程中不換氣。測試中記錄0 h 與24 h 的艙內溫度T、壓力P、FID檢測值CHC。

表2 溫度循環參數

2.4 試驗數據處理

參照國六整車蒸發排放數據處理要求執行[2]，總碳氫化合物量以MHC表示，其計算公式（1）如下。

式中，MHC為總碳氫化合物量；H/C為氫碳比，取2.33；k為17.196(1.2×(12+H/C))；v為經校正后的密閉室凈容積，即密閉室容積減去試驗樣件或試驗樣片體積；CHC.0為0 h 密閉室內碳氫化合物濃度(丙烷當量)，數據以10-6表示；CHC.24為24 h密閉室內碳氫化合物濃度(丙烷當量)，數據以10-6表示；T0為0 h密閉室內環境溫度；T24為24 h密閉室內環境溫度；P0為0 h密閉室內大氣壓；P24為24 h密閉室內大氣壓；m為3(丙烷當量相當于碳當量的轉化因子)；

3 結果與分析

工藝膠、車身油漆按照實際工藝固化后制作成標準樣塊進行測試，按照整車用量換算為整車揮發量。輪胎、座椅泡棉無法全部放入1 立方米艙，本次測試取單個零件測試，同樣按照數量換算成整車揮發量。表3 為測試數據，并按照總碳氫化合物量從大到小排序。

表3 非燃油蒸發排放測試值 mg

從上述數據可知，車底涂料、焊縫密封膠、輪胎、車身油漆為非燃油系統蒸發排放最大揮發源，合計占到揮發總量的96%，為主要的管控方向。其他總碳氫揮發量相對較大（≥5 mg）的零部件、材料如點焊膠、減震膠、門飾板總成、后保險杠、前保險杠、座椅面套、立柱飾板、座椅泡棉，合計占到揮發總量的3%。其余24 種零部件、材料合計占到揮發總量的1%。同樣從上述數據可知，內飾零部件非主要的揮發源。

4 結論

通過使用1 立方米艙法模擬整車蒸發排放測試，對36 種零部件、材料進行了總碳氫化合物揮發量測試，查找非燃油系統蒸發排放揮發源。

a.車底涂料、焊縫密封膠、輪胎、車身油漆為非燃油系統蒸發排放最大揮發源，合計占到揮發總量的96%，可重點管控；

b.點焊膠、減震膠、門飾板總成、后保險杠、前保險杠、座椅面套、立柱飾板、座椅泡棉合計占總碳氫揮發的3%，在需進一步優化非燃油系統蒸發排放時可納入管控；

c.其余24 種零部件合計占總碳氫揮發的1%，對非燃油系統蒸發排放影響較小；

d.內飾零部件并非非燃油系統蒸發排放主要揮發源。