中美歐蒸發試驗對比及炭罐加載研究

摘要：為研究不同國家法規的蒸發污染測試流程差異，將中美歐排放法規中蒸發污染物測試流程進行了對比，分析了不同法規下蒸發污染測試的方法異同。同時研究了使用GWC和BWC 不同加載方式以及采用不同加載速率對于炭罐吸附量和脫附量的影響。結果表明，加載方式及加載速率對炭罐吸附量影響較大，對脫附量影響較小。

關鍵詞：排放法規；蒸發污染物；炭罐加載方式；吸附量；脫附量

0 引言

國際法規中，主要根據產生蒸發污染物的不同場景，分成四種主要測試內容，分別為運行蒸發排放，熱浸蒸發排放，晝間蒸發排放，加油排放［1］。

（1） 運行蒸發排放：車輛運行期間燃油系統逸出的燃油蒸汽。

（2） 熱浸蒸發排放：車輛熄火后，發動機產生的熱量使燃油溫度升高而引起的蒸汽排放。

（3） 晝間蒸發排放：大氣溫度變化引起的燃油蒸發排放。

（4） 加油排放：車輛加油過程中從燃油箱蒸汽溢出的汽油蒸汽、汽油滴漏和飛濺等產生的燃油蒸發排放。

從污染來源劃分，可以分成整車蒸發排放污染物和零部件蒸發排放污染物，包括炭罐溢出排放，油箱滲透排放。

根據以上蒸發污染物場景以及來源不同的劃分，中美歐排放法規關于蒸發污染測試主要異同在于，美國標準（CALIFORNIA EVAPORATIVEEMISSION STANDARDS AND TESTPROCEDURES FOR 2001 AND SUBSEQUENTMODEL BYq1TFgu3OcuAl3fNZ9JGw==MOTOR VEHICLES）相比于國家標準（GB18352.6—2016. 輕型汽車污染物排放限值及測量方法），多了運行損失測試和BETP 測試（炭罐溢出排放），歐Ⅵ d 法規（（EU2018/1832，COMMISSIONREGULATION）相比于國標多了炭罐老化測試、油箱壓力沖擊條件下的BETP 測試，以及油箱滲透因子測試［2］。

1 “國六”排放標準蒸發污染物測試法規

目前“國六”排放標準蒸發污染物測試法規中，針對不同蒸發排放控制系統分成了兩種測試流程，分別為“整體及非整體式控制系統”及“非整體僅控制加油排放炭罐系統”［3］。

整體及非整體式控制系統：前者使用同樣的硬件控制加油排放和晝夜換氣排放的導向、儲存和脫附。搭載整體控制系統的車輛僅使用一套油氣線路、一套脫附線路、單獨一個脫附閥和單一炭罐。后者使用不同的系統控制加油排放和晝夜換氣排放，通常使用不同的炭罐分別控制其加油和晝夜換氣排放，但依據不同車型可能使用同樣的其他相關硬件。

非整體僅控制加油排放炭罐系統（NIRCO）：活性炭罐主要用于吸附加油時產生的油氣，其他非加油過程產生的油氣均儲存在油箱或排放到發動機燃燒而不是儲存在炭罐中。

裝備整體炭罐及非整體炭罐系統（NIRCO）蒸發污染物測試流程，包含了放油和40% 加油過程，浸車，預處理行駛，炭罐吸附至臨界點，38 ℃高溫浸車，38 ℃高溫行駛，熱浸測試，常溫浸車和兩日晝間換氣測試。

裝備非整體僅控制加油排放炭罐系統（NIRCO）汽車的污染蒸發污染物測試流程，與上述流程相比，其在炭罐脫附后多進行了一次放油和加油至95% 的流程。

2 歐盟蒸發污染物測試法規

歐盟法規中，歐Ⅵd 法規相比于國內法規中蒸發污染物試驗，對于炭罐增加了老化預處理的要求［4］。炭罐老化預處理包含有溫度循環老化、振動老化和GWC 燃油蒸氣老化。其中溫度循環老化需要在-10 ℃～60 ℃溫度循環50 次。振動老化以頻率30 Hz 進行，持續12 h。GWC 燃油蒸氣老化，將是以50% 的油蒸氣和50% 的氮氣或空氣混合，以60 g/h 的加載率進行加載，重復300 次。另外還有油箱滲透因子測試，主要是將油箱滲透產生的蒸發污染物也核算到最終結果中。

歐Ⅵ d 法規整體蒸發污染試驗流程如圖2 所示，和國六法規相比，多了炭罐減壓呼氣損失測試。從車輛預處理工況來看，歐Ⅵ d 的工況是低速-中速-高速-中速，與國六標準的低速-中速-高速-高速有所不同。歐Ⅵ d 法規的預處理行駛溫度為25±5 ℃，熱浸測試溫度為27±4 ℃。

3 美國標準蒸發污染物測試法規

美國標準法規中，預處理行駛工況為FTP 測試工況，測試流程中還增加了冷啟動和熱啟動排放測試。對于晝間換氣測試，美標實行的是三日晝間換氣測試。其流程相比其他兩個法規，還多了一項運行損失測試。運行損失測試是為了測試車輛在日常行駛期間，車輛逸出的蒸汽污染物，其測量原理就是在一個密閉的帶有轉鼓的測量室內，通過密閉室中的連接口采樣搜集到除排放尾氣之外的污染物，進行單獨分析，從而計算出運行損失帶來的蒸發污染，如圖3 所示。

美國標準除了對于整車的蒸發排放測試外，還有炭罐溢出排放測試（BETP），其方法主要有兩種，分別是袋采法和密閉室法。袋采法主要是將燃油系統零部件泄露的蒸發污染物收集在袋中，對袋中氣體進行分析。另一種測試方法是密閉室法，其思路是將燃油系統放入密閉室或者將燃油系統管路通入到密閉室中進行測試。密閉室法有3 種不同的采集方式，分別是熱室采集法、迷你密閉室采集法和微型密閉室采集法，如圖4 所示。

最后我們將3 個不同法規進行對比分析，從3 個不同法規測試流程來看，包含的測試程序都有所差異。

4 炭罐加載研究

在歐標法規中，先使用燃油蒸氣加載（GWC）對炭罐進行老化，然后使用丁烷加載（BWC）對炭罐進行吸附加載。美國標準法規中是使用了BWC對炭罐進行吸附加載。國六法規和美國標準法規一致使用了BWC 對炭罐進行加載。

蒸發污染物試驗中，為模擬炭罐在車輛上吸附和脫附汽油蒸氣，試驗前都將對炭罐進行吸附和脫附的預處理，國六法規里只使用了BWC 加載方式，使用流量為40 g/h 的50% 容積丁烷和50% 容積氮氣的混合氣對炭罐進行吸附，吸附到炭罐空氣口累計排放量等于2 g 的時刻。對于裝備整體炭罐及非整體炭罐系統（NIRCO）蒸發污染物測試流程，在炭罐吸附達到臨界點后進行脫附，使用25±5 L/min流量的空氣對炭罐進行脫附，直至達到300 倍的炭罐有效容積。考慮到GWC 設備是直接使用燃油蒸氣加載，與BWC 使用丁烷加載不同，所以將兩者對炭罐的加載結果進行對比分析。

將加載流量設置為40 g/h，50 g/h 和60 g/h，分別用BWC 和GWC 設備對同一炭罐進行吸附處理，在吸附滿后使用空氣按照25 L/min 的速率進行脫附。同一種加載設備吸附和脫附試驗分成兩組進行。每組吸附前的質量控制在1 730 g， 在吸附完成后進行脫附處理。將BWC 和GWC 在不同加載速率的吸附量和脫附量進行對比，如圖5 所示。

可以看到，在不同流量加載下，BWC 和GWC表現了不同的吸附特性，從吸附量上看，BWC 在40 g/h 的加載流量下，第一次和第二次分別吸附了161.07 g 和163.63 g，平均吸附量162.35 g，而在50 g/h 和60 g/h 的加載流量下，平均吸附量分別為128.08 g 和126.17 g，相比于40 g/h 的加載流量，減少了21.10% 和22.29%。GWC 在40 g/h 和50 g/h的加載流量下，平均吸附量為144.73 g 和151.85 g，而在60 g/h 的加載流量下，平均吸附量達到了179.15 g，相比于40 g/h 和50 g/h 下的吸附量增加了23.78% 和17.98%。如圖6 所示，可以看到BWC和GWC 在加載流量增加后表現了不同的吸附量變化趨勢，BWC 在加載流量為40 g/h 時，其吸附量最大，在加載流量增加至50 g/h 和60 g/h 時，吸附量表現出減少的趨勢。GWC 在加載流量為40 g/h時，其吸附量最小，而在加載流量增加至50 g/h 和60 g/h 時，吸附量表現出增加的趨勢。

從脫附量來看，因為每次使用空氣按照25 L/min的速率進行脫附，脫附量表現出更好的一致性，如圖6所示。

5 結語

本文從中美歐法規蒸發污染物測試流程上進行了對比，分析了在測試流程上的差異。同時對炭罐不同的加載方式的影響進行了研究，結論如下：

（1） 歐盟標準相比于國標的差異在于，對炭罐有老化處理，有油箱滲透因子測試，以及炭罐脫附行駛工況不同，脫附行駛及熱浸測試溫度不同；

（2） 美國標準相對于國標的差異在于炭罐脫附行駛工況不同，脫附行駛溫度不同，晝夜換氣損失測試溫度不同，此外美標還多了運行損失測試和炭罐溢出排放測試；

（3） 使用BWC 加載，當吸附流量增加時，炭罐吸附量表現出增加的趨勢，使用GWC 加載，當吸附流量增加時，炭罐吸附量表現出降低的趨勢。而從脫附量上看，兩者變化差別不大，表現出較好的一致性。

參考文獻

［ 1 ］ 王小臣，田冬蓮，王建海. 歐美輕型車蒸發排放法規的異同分析[J]. 北京汽車，2013（5）：43-46.

［ 2 ］ 孫家興，秦宏宇，陳強. 輕型車蒸發排放標準及性能表現分析[J]. 北京汽車，2021（1）：5-7.

［ 3 ］ GB18352.6-2016. 輕型汽車污染物排放限值及測量方法[S]. 北京：環境保護部，2016.

［ 4 ］ EU2018/1832.Commission regulation（EU）[S].EUROPE：European Parliament of the Concil，2018.

［ 5 ］ California evaporative emission standards and test procedures for 2001 and subsequent model motor vehicles[S]. CALIFORNIA： State of California AIR RESOURCES BOARD，2015.