密閉室整體變溫與自然條件下的摩托車燃油箱溫度變化的對(duì)比研究

翟振宇 黑長(zhǎng)浩 張智軒 王建超

（1-天津內(nèi)燃機(jī)研究所（天津摩托車技術(shù)中心） 天津 300072 2-中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心）

引言

摩托車燃油蒸發(fā)試驗(yàn)是檢測(cè)摩托車排氣管排放之外，從燃料系統(tǒng)損失的碳?xì)浠衔镎羝渲袝冮g換氣損失試驗(yàn)是模擬燃油箱內(nèi)溫度變化排放的碳?xì)浠衔铩，F(xiàn)行的摩托車國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)中的晝間換氣損失試驗(yàn)采用的是油箱打孔安裝溫度傳感器，且油箱安裝加熱片對(duì)燃油箱進(jìn)行直接加熱的方法進(jìn)行試驗(yàn)[1]。這種方法除了破壞樣車、傳感器密封不嚴(yán)等問(wèn)題外，最明顯的特點(diǎn)就是不符合摩托車的實(shí)際使用情況，環(huán)境對(duì)于燃料系統(tǒng)的影響并不僅作用于燃油箱表面還包括車輛的其它部件。

輕型車國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)GB18352.6—2016 和GTR No.19 中的蒸發(fā)試驗(yàn)采用的是密閉室整體變溫（VTSHED），更加符合摩托車實(shí)際使用情況[2-3]。這種試驗(yàn)方法中最核心的要點(diǎn)就是溫度曲線的設(shè)定，溫度曲線的合理性直接影響著摩托車的蒸發(fā)污染物排放量。

本文通過(guò)采集自然條件下的摩托車燃油箱燃油和蒸汽溫度曲線，與VT-SHED 試驗(yàn)采集的溫度曲線進(jìn)行對(duì)比，研究密閉室整體變溫中溫度曲線設(shè)定的相關(guān)問(wèn)題，找出燃油箱溫度變化的規(guī)律和影響因素。

1 試驗(yàn)樣車

本文使用3 輛具有代表性的樣車進(jìn)行試驗(yàn)，包括1 輛非外露式油箱的小排量踏板車，1 輛外露式淺色油箱的小排量騎式車，1 輛外露式深色油箱的大排量騎式車，所有樣車的油箱材質(zhì)均為金屬。具體車型參數(shù)如表1 所示。

表1 樣車參數(shù)

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共分為兩個(gè)部分，第一部分是采集自然條件下燃油箱溫度的變化曲線；第二部分是采集使用VT-SHED 的試驗(yàn)方法進(jìn)行蒸發(fā)試驗(yàn)時(shí)，車輛的燃油箱溫度變化。為了確保兩種試驗(yàn)結(jié)果的可比性，自然條件下的試驗(yàn)選擇的最高環(huán)境溫度在35 ℃左右，VT-SHED 選擇的是GTR No.19 中規(guī)定的溫度曲線，其最高溫度為35 ℃[2]。

2.1 自然條件下燃油箱溫度采集

1）在車輛油箱打2 個(gè)孔，安裝2 個(gè)溫度傳感器，分別測(cè)試油箱燃油和蒸汽溫度。安裝要求應(yīng)符合GB14622—2016 蒸發(fā)試驗(yàn)要求。

2）在油箱蓋表面選擇1～2 個(gè)點(diǎn)測(cè)量油箱蓋表面溫度。在油箱外表面選擇1 個(gè)點(diǎn)測(cè)量油箱外表面溫度。

3）車輛加入50%油箱容積的基準(zhǔn)燃料，放置在開(kāi)闊并無(wú)遮擋的地方。

4）使用溫度計(jì)每1 h 測(cè)量1 次上述溫度以及測(cè)試場(chǎng)所環(huán)境溫度、地表溫度并記錄，共進(jìn)行48 h 連續(xù)試驗(yàn)。

2.2 VT-SHED

1）在試驗(yàn)開(kāi)始前，通風(fēng)并清洗密閉室?guī)追昼?，直至得到一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境背景值，在此期間密閉室內(nèi)的混合風(fēng)扇也應(yīng)開(kāi)動(dòng)。

2）試驗(yàn)前，進(jìn)行分析儀的零點(diǎn)和量距點(diǎn)標(biāo)定。

3）油箱注入溫度在283.2 K 至287.2 K（10 ℃至14 ℃）范圍內(nèi)的試驗(yàn)用燃油至油箱標(biāo)稱容積的50%，將車輛放入密閉室內(nèi)。

4）關(guān)閉并密封密閉室門。記錄密閉室內(nèi)初始時(shí)刻（t ＝0 h）密閉室中的最終碳?xì)浠衔餄舛燃礊闇y(cè)量濃度（CHC，i）。記錄測(cè)量時(shí)間、最終的溫度Ti和壓力Pi。

5）密閉室溫度按照溫度變化表進(jìn)行變溫，試驗(yàn)周期為24 h。

6）分析儀應(yīng)于試驗(yàn)結(jié)束之前進(jìn)行零點(diǎn)和量距點(diǎn)標(biāo)定。

7）記錄密閉室內(nèi)終了時(shí)刻（t ＝24 h）密閉室中的最終碳?xì)浠衔餄舛燃礊闇y(cè)量濃度（CHC，f）。記錄測(cè)量時(shí)間、最終的溫度Tf和壓力Pf。

（8）試驗(yàn)結(jié)束。

本文采用了GTR No.19 溫度變化曲線，具體的溫度變化如表2 所示[2]。

表2 密閉室溫度變化表

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

燃油箱溫度采集選擇在夏季進(jìn)行，目的是收集炎熱天氣下摩托車燃油箱的溫度變化情況。試驗(yàn)第一天的天氣情況較為復(fù)雜，反映了一個(gè)夏季中典型的帶有晴天、多云和陰雨的天氣狀態(tài)，第二天的天氣情況比較一致，反映了一個(gè)夏季中典型的晴熱天氣狀態(tài)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1、2 所示。

圖1 燃油溫度

從圖1 和圖2 中可以看出由于第一天天氣多變的原因，溫度曲線波動(dòng)較大。第二天白天基本為持續(xù)晴熱天氣，溫度曲線較為平滑。如果排除了陰雨等天氣影響，燃油箱燃油和蒸汽溫度基本在從12 ∶00 左右開(kāi)始升高，在13 ∶00～15 ∶00 之間達(dá)到最大值，15 ∶00 之后開(kāi)始下降，與自然規(guī)律相符合。

圖2 蒸汽溫度

從匯總數(shù)據(jù)可以看出，由于第二天屬于晴熱天氣，所有第二天的最高環(huán)境溫度比第一天高1.2 ℃，最低和平均環(huán)境溫度相差不大。

但是采集的摩托車燃油箱燃油溫度和蒸汽溫度則相差較大。在第二天天氣持續(xù)晴熱，環(huán)境溫度最高為37.8 ℃的情況下，外露式油箱燃油最高溫度分別達(dá)到了56.8 ℃和54.7 ℃，非外露式油箱燃油最高溫度為47.3 ℃；外露式油箱蒸汽最高溫度分別為62.6 ℃和62.5 ℃，非外露式油箱蒸汽最高溫度為47.5 ℃。第二天與第一天相比，燃油溫度的最大差值為9.5 ℃，最小差值為2.7 ℃。蒸汽溫度的最大差值為12.0 ℃，最小差值為1.7 ℃。

為了進(jìn)行比對(duì)，本文選擇了樣車B 進(jìn)行VT-SHED試驗(yàn)，采集了試驗(yàn)溫度曲線，如圖3 所示。

圖3 VT-SHED 油箱溫度曲線

從試驗(yàn)中采集到的溫度可以看出燃油最高溫度為32.7 ℃，最低溫度為19.9 ℃，高低溫差為12.8 ℃。蒸汽最高溫度為33.9 ℃，最低溫度為20.3 ℃，高低溫差為13.6 ℃，燃油溫度和蒸汽溫度都沒(méi)有超過(guò)試驗(yàn)設(shè)定的最大溫度。

同自然條件下采集到的溫度數(shù)據(jù)相比，兩者差距很大。自然條件下采集的燃油和蒸汽溫度都遠(yuǎn)大于最高環(huán)境溫度，燃油和蒸汽的最高溫度也比VTSHED 中采集的數(shù)據(jù)分別高出22.0 ℃和28.7 ℃。且24 h 內(nèi)的高低溫差分別是31.4 ℃和38.1 ℃，也明顯大于VT-SHED 中采集的數(shù)據(jù)。

由此可見(jiàn)自然條件下除了環(huán)境溫度對(duì)燃油箱的影響之外，陽(yáng)光照射也是一個(gè)重要的影響因素，長(zhǎng)時(shí)間的陽(yáng)光照射會(huì)導(dǎo)致燃油箱內(nèi)溫度急劇升高。

4 結(jié)論

1）自然條件下，摩托車燃油箱受到環(huán)境溫度，光照和車輛結(jié)構(gòu)的共同影響，外露式燃油箱的燃油和蒸汽最高溫度要高于非外露式燃油箱。外露式和非外露式燃油箱的燃油和蒸汽最高溫度都要明顯高于環(huán)境溫度。

在非持續(xù)性光照條件下，深色燃油箱的燃油和蒸汽溫度最高溫度都要高于淺色燃油箱。但在持續(xù)性的光照條件下，燃油箱最高溫度基本相同，燃油箱顏色對(duì)于溫度的影響可以忽略。

2）VT-SHED 試驗(yàn)中，熱量是通過(guò)傳導(dǎo)的方式對(duì)燃油箱內(nèi)的燃油和蒸汽進(jìn)行加熱，受到油箱材質(zhì)，壁厚和車輛結(jié)構(gòu)的影響，燃油溫度和蒸汽溫度都無(wú)法達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定的最大溫度。

3）以樣車B 的兩項(xiàng)試驗(yàn)溫度數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，兩者溫度差距非常大。由此可以看出持續(xù)的陽(yáng)光照射是影響摩托車燃油箱溫度變化的一個(gè)非常重要的因素。VT-SHED 試驗(yàn)中的溫度曲線并不能真實(shí)反映自然條件下摩托車燃油箱的溫度變化。

由于蒸發(fā)污染物排放受到溫度的影響，溫度越高則排放量越高。因此以現(xiàn)有的溫度設(shè)定曲線進(jìn)行VTSHED 試驗(yàn)，其所得到的燃油蒸發(fā)污染物結(jié)果也并不能代表摩托車實(shí)際使用時(shí)的污染物蒸發(fā)量。如果使用VT-SHED 試驗(yàn)測(cè)量摩托車燃油蒸發(fā)污染物的話，就需要提高設(shè)定的試驗(yàn)溫度以符合實(shí)際使用情況。