汽車燃油蒸發排放控制系統檢測方法研究

張郁森， 吳明， 張耀軒

(1.開平市恒量汽車檢測站， 廣東 江門 529328；2. 中山市道路運輸車輛綜合性能小欖檢測站， 廣東 中山 528415；3.華南農業大學 工程學院， 廣東 廣州 510642)

為防止油箱燃油蒸氣外溢污染大氣，汽油車安裝有油箱燃油蒸發排放控制系統，油箱上通常有蒸氣閥和活性碳罐貯存裝置等，油箱蓋上有空氣閥。若閥體密封性下降，將產生較大燃油蒸氣泄漏。而大多數車輛維護和保養容易忽略這種泄漏，有必要實施燃油蒸發檢測。

GB 18285—2018《汽油車污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》附錄E規定油箱加油口檢測采用壓力法，油箱蓋檢測采用壓力法或流量法。正如GB 18285—2018第E.3.1.2條所述，燃油蒸氣溫度變化會影響壓力測量結果，燃油蒸氣的體積會影響壓力損失測量。為消除這些檢測誤差，在統一標準狀態下進行等效檢測和評價，分析和探討燃油蒸氣泄漏檢測方法。

1 相同時間內壓力差與泄漏速率的關系

汽車油箱燃油蒸氣的氣壓不大、溫度不高，在泄漏過程中氣壓和溫度變化較小，可設定燃油蒸氣壓縮系數為1，其狀態變化近似為理想氣體狀態變化，在較短取樣時間內的燃油蒸氣溫度變化很小，可把燃油蒸氣狀態變化近似作為等溫氣體狀態變化。

測量檢測環境狀態的溫度t0、氣壓P0。 在加壓后燃油蒸氣泄漏的氣壓下降過程中，按GB 18285—2018規定取樣時間為10 s，取樣起始點時刻狀態的燃油蒸氣體積為V1、氣壓為P1、溫度為t1，取樣終止點時刻狀態的體積為V2、氣壓為P2、溫度為t2，泄漏體積ΔV=V2-V1。設定t1=t2，對于取樣起始點和終止點的燃油蒸氣狀態，按等溫氣體狀態方程，有V1P1=V2P2，可得氣壓差ΔP=P1-P2=P2V2/V1-P2=[(V1+ΔV)/V1-1]P2=P2ΔV/V1。由此可知，當ΔP和P2為定值時，ΔV與V1成正比，即絕對泄漏量ΔV與燃油蒸氣V1成正比，ΔV受V1的影響，難以測量V1，加上泄漏量與時間成正比，無法用ΔV來評價。ΔV/V1是單位體積燃油蒸氣的相對泄漏量，可用檢測規定時間內標準狀態每升體積的泄漏速率來評價，這樣可無需測量V1。當P2為已知值時，ΔV/V1與ΔP成正比，ΔP與P2都是相同的氣壓單位，ΔV/V1為無量綱系數，在計算時ΔV與V1單位相同。

為消除不同燃油蒸氣溫度對檢測的影響，評價限值應是標準狀態下泄漏速率，將在規定時間內檢側的不同壓力和溫度下泄漏量校正在標準狀態下泄漏量才能準確評價。按GB 18285—2018規定取樣時間區間為10 s，標準狀態下燃油蒸氣每升體積泄漏速率限值δ=Vb/10 s。設定P2為已知值，標準狀態氣壓為Pb、溫度為tb，所檢測燃油蒸氣取樣終止點狀態的每升體積的泄漏量為V2b，按氣體狀態方程，有：

VbPb/(273+tb)=V2bP2/(273+t2)

(1)

式(1)中除V2b為未知量外，其他參數均為測量值和已知值，可計算得到V2b。δ限值對應的氣壓差ΔP=P2V2b，P1=P2+P2V2b，在統一標準狀態下δ限值對應的ΔP隨燃油蒸氣溫度的不同而變化，從而消除燃油蒸氣溫度的影響。

2 實施國家標準限值的檢測方法

油箱蓋泄漏通常是直接排入大氣造成污染。油箱泄漏通常是進入活性碳罐被活性炭吸附，發動機工作時燃油分子會被吸回發動機氣缸，只是發動機不工作時，如果蒸氣閥泄漏過大，容易造成活性炭過早失效或當活性炭吸附飽和后，剩余的泄漏量排入大氣造成污染。

根據污染程度不同，通常可對加油口和油箱蓋檢測規定不同的δ限值，按GB 18285—2018的規定，油箱蓋的δ限值偏小，加油口的δ限值偏大。由于ΔV/V1與ΔP成正比，油箱蓋的氣壓差偏小，加油口的氣壓差偏大。

2.1 油箱蓋限值的等效壓力差

按GB 18285—2018第E.3.4.2條，燃油蒸氣體積V1=1 000 mL時的標準狀態泄漏速率在壓力差為7 500 Pa條件下不應超過60 mL/(1 000 mL·min)=0.01 mL/(mL·10 s)，即每分鐘標準狀態泄漏量不大于6%。按ΔP=P2ΔV/V1，設P2=Pb+(7.5-1.1)=101.35+6.4=107.75 kPa，對應氣壓差ΔP=107.75×0.01=1.078 kPa=1 078 Pa，P1=P2+ΔP=107.75+1.078=108.828 kPa。

假設GB 18285—2018規定的“初始壓力差為7 000 Pa，在接下來的10s內，壓力損失不應超過1 500 Pa”是在標準狀態下的要求，ΔP=P2ΔV/V1，P2=Pb+(7.0-1.5)=101.35+5.5=106.85 kPa，δ=ΔV/V1=1.5/106.85=0.014 04 mL/(mL·10 s)=84.24 mL/(L·min)，即每分鐘標準狀態下泄漏量不大于8.42%。相對流量法要求的誤差為(84.24-60)/60=40.4%，壓力法的泄漏速率限值過大，宜采用流量法檢測的泄漏速率來評價。

2.2 油箱加油口壓力差的等效δ限值

按GB 18285—2018第E.3.3.3條進行穩定性檢測，假設也是在標準狀態下要求的壓力差，ΔP=1 250 Pa，P1=101.35+3.5=104.85 kPa，P2=104.85-1.25=103.6 kPa，δ=ΔV/V1=1.25/103.6=0.012 066 mL/(mL·10 s)=72.4 mL/(L·min)≈72 mL/(L·min)。

根據不同的污染程度要求，按國家標準，標準狀態下油箱蓋的δ限值為60 mL/(L·min)，加油口的δ限值允許增大20%，為1.2×60=72 mL/(L·min)。以每分鐘標準狀態燃油蒸氣每升體積泄漏速率限值δ來檢測和評價，定量且直觀。

3 以國家標準泄漏速率限值δ來檢測評價

3.1 檢測評價方法

測量檢測環境狀態的溫度t0、氣壓P0，取樣時間為10 s，標準狀態氣壓Pb=101.35 kPa，溫度tb=23 ℃。檢測時以P1點作為取樣起始點時刻，設取樣終止點時刻狀態的氣壓為Pj、每升體積的泄漏量為Vjb，氣壓差ΔPj=PjVjb，Vjb=ΔPj/Pj，限值的氣壓差ΔP=P2V2b，V2b=ΔP/P2。當Pj≥P2時，ΔPj/Pj≤ΔP/P2，則Vjb≤V2b，檢測標準狀態下燃油蒸氣每升體積泄漏速率δj≤δ限值，檢測合格；反之，當Pjδ限值，檢測不合格。

當所檢油箱或油箱蓋的氣壓差ΔPj=PjVjb時，得到Vjb=ΔPj/Pj，按氣體狀態方程，VbPb/(273+tb)=VjPjb/(273+tj)(Pj、tj分別為檢測所得取樣終止點時刻狀態的燃油蒸氣氣壓、溫度)，從而得到檢測標準狀態下燃油蒸氣每升體積泄漏量Vb和泄漏速率δj。

3.2 油箱加油口泄漏檢測舉例

δ限值=72 mL/(L·min)。檢測環境氣壓P0=101.1 kPa，燃油蒸氣溫度t2=t1=45 ℃，取樣終止點時刻氣壓P2=P0+(3.5-1.2)=101.1+2.3=103.4 kPa，根據式(1)，0.012×101.35/(273+23)=V2b×103.4/(273+45)，得V2b=0.012 636。δ限值對應檢測氣壓差ΔP=P2V2b=103.4×0.012 636=1.307 kPa，P1=103.4+1.307=104.707 kPa，得到該燃油蒸氣溫度和氣壓下等效δ對應的P1、P2。

以所檢油箱的燃油蒸氣氣壓P1=104.707 kPa點作為取樣起始點時刻，取樣終止點時刻的燃油蒸氣氣壓Pj=103.5 kPa>P2=103.4 kPa，檢測合格。

Vjb=ΔPj/Pj=(104.707-103.5)/103.5=0.011 662，根據式(1)，Vb×101.35/(273+23)=0.011 662×103.5/(273+45)，得Vb=0.011 085 mL/(mL·10 s)=66.54 mL/(L·min)<δ限值=72 mL/(L·min)，檢測合格。

3.3 油箱蓋泄漏檢測舉例

δ限值=60 mL/(L·min)。檢測環境氣壓P0=101.8 kPa，燃油蒸氣溫度t2=15 ℃，取樣終止點時刻氣壓P2=P0+(7.0-1.0)=101.8+6.0=107.8 kPa，根據式(1)，0.01×101.35/(273+23)=V2b×107.8/(273+15)，得V2b=0.009 148。δ限值對應氣壓差ΔP=P2V2b=107.8×0.009 148=0.986 1 kPa，P1=107.8+0.986=108.79 kPa。從P1開始測量，Pj=107.7 kPa

Vjb=ΔPj/Pj=(108.79-107.7)/107.7=0.010 121，根據式(1)，Vjb×101.35/(273+23)=0.010 121×107.7/(273+15)，得Vjb=0.011 054 mL/(mL·10 s)=66.32 mL/(L·min)>δ限值=60 mL/(L·min)，檢測不合格。

4 檢測操作步驟

檢測氣壓小于蒸氣閥的設計開啟氣壓、大于空氣閥的設計開啟氣壓，測量檢測環境氣壓P0，從油箱口對油箱的燃油蒸氣加壓，對油箱蓋和附加試驗油箱的燃油蒸氣加壓，達到一定氣壓后斷開加壓源，使油箱或油箱蓋形成密閉的空間，加壓后燃油蒸氣溫度為t1。可設t2=t1、P2為已知值，先計算所檢燃油蒸氣限值δ等效的對應氣壓差ΔP，計算得到P1，記錄氣壓下降檢測過程中燃油蒸氣同一時刻的時間、氣壓、溫度。當t2與t1相差較大時，可按t2重新計算δ等效的對應氣壓差ΔP和P1，從氣壓等于P1點開始取樣計時，記錄10 s后的氣壓值Pj。若Pj≥P2，則檢測合格；若Pj

5 結語

釆用每分鐘標準狀態燃油蒸氣每升體積泄漏速率限值δ來檢測和評價，標準狀態消除了燃油蒸氣溫度變化對檢測的影響，每升體積泄漏消除了燃油蒸氣體積對檢測的影響。不考慮燃油蒸氣狀態采用統一的氣壓差測量，會造成有差異的不同檢測和評價結果。而采用統一的標準狀態限值，隨燃油蒸氣狀態不同計算不同的氣壓差，可大幅提高檢測和評價的準確性。