國Ⅵ標準污染物蒸發(fā)排放控制

王帥 李飛 王隆宇

（華晨汽車工程研究院）

國Ⅵ標準和現(xiàn)行（國Ⅴ）標準相比加嚴了對污染物蒸發(fā)排放的控制要求，同時還要求車輛安裝車載加油油氣回收系統(tǒng)（ORVR），增加對加油過程的油氣控制。國Ⅵ標準的實施，將大大降低汽車的污染物排放?？紤]到汽車技術升級的準備期、導入期以及我國嚴峻的空氣質量形勢等，最終確定自2020-07-01起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合本標準6a限值要求。自2023-07-01起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合本標準6b限值要求?；诖耍恼箩槍鴥?nèi)汽車企業(yè)整車和系統(tǒng)的蒸發(fā)排放數(shù)據(jù)進行測試和分析，重點找出傳統(tǒng)汽車的蒸發(fā)排放解決路徑和分析方法。

1 污染物蒸發(fā)排放背景和測試方法

隨著國家排放法規(guī)對尾氣控制的不斷加嚴，汽油車的燃油蒸發(fā)排放已經(jīng)不容忽視。我國輕型汽油車自2000年實施國Ⅰ排放標準以來，采用了歐洲輕型車燃油蒸發(fā)控制的標準，要求所有輕型汽油車都應該配置有燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國汽車普遍存在管路泄漏、電磁閥失效、活性炭量偏小及容易老化等問題，由此導致燃油蒸發(fā)系統(tǒng)控制效果降低，甚至失去。

對中國和歐美車型進行對比發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)現(xiàn)行的蒸發(fā)排放標準要求較低，國內(nèi)車輛燃油系統(tǒng)功能較弱，無加油排放控制裝置，低速行駛時整車燃油系統(tǒng)脫附能力較差，造成整車年蒸發(fā)排放值超過8 800 g/輛；而在法規(guī)較嚴格的美國，整車年蒸發(fā)排放值約為500 g/輛，這是由于整車應用較大體積的碳罐和ORVR系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)脫附吸附能力好，滲透和泄漏相對較低。因此推行國Ⅵ排放標準目的是加強對汽油車燃油蒸發(fā)的控制，通過排放標準的加嚴，促進ORVR系統(tǒng)的使用[1]。

與國Ⅴ蒸發(fā)排放限值相比，不考慮更加嚴格的測試條件和程序，國Ⅵ標準的單日晝間排放加上熱浸排放從2 g/test降至0.7 g/test，限值加嚴了65%。如果考慮到測試程序的嚴格程度也在提高，國Ⅵ對蒸發(fā)排放的控制要求至少提高了80%。

由于當前國Ⅵ標準對蒸發(fā)排放的控制要求較高，為盡量排除非燃油碳氫化合物背景值對測試結果的影響，法規(guī)中對降低背景值的行為進行了相關規(guī)范。關于降低非燃油碳氫化合物的背景值，制造廠應提供報告，詳細列出其降低汽車非燃油碳氫化合物背景值所采取的行動。報告中應詳細描述使用的方法和如何判定非燃油碳氫化合物已達到穩(wěn)定狀況。這些方法包括：1）以指定的溫度和時間烘烤使底盤老化；2）使用舊輪胎和備胎，允許用舊輪胎換下出廠時間低于12個月的輪胎，備胎可以使用舊胎來替代；3）以清水替代擋風玻璃清洗液。

汽車正常維護時不需要拆卸的零部件，在國Ⅵ排放試驗前不可換成舊零件。

2 整車污染物蒸發(fā)排放限值和分類規(guī)則

整車污染物蒸發(fā)排放車型分為2類。第1類車為包括駕駛員在內(nèi)，座位數(shù)不超過6座，且最大總質量不超過2 500 kg的M1類汽車；第2類車為除第1類車以外的其他所有汽車。如分析某整車污染物蒸發(fā)排放限值要求，需要了解如下數(shù)據(jù)：

1）測試質量（TM）：國Ⅵ法規(guī)的測試質量定義為基準質量、選裝裝備質量和代表性負荷質量之和；

2）基準質量：車輛整備質量+100 kg；

3）選裝裝備質量：指制造商技術條件規(guī)定的標準車輛裝備之外，其他選定的選裝裝備組合的質量；

4）代表性負荷質量：指一定百分比的最大車輛載質量（客車為最大載質量×15%，貨車為最大車輛負荷的 28%）；

5）最大總質量；

6）座位數(shù)。

不同類型的汽車執(zhí)行不同的污染物蒸發(fā)排放限值，其中第2類車根據(jù)測試質量的不同分為3檔，每檔執(zhí)行不同的污染物蒸發(fā)排放限值，如表1所示[2]。由于國Ⅵ標準污染物蒸發(fā)排放限值與當前標準相比加嚴明顯，需要對當前車輛采取有針對性的技術升級措施。

表1 國Ⅵ標準整車污染物蒸發(fā)排放限值

3 控制整車污染物蒸發(fā)排放途徑

目前可以從5個方面來降低整車蒸發(fā)排放值：

1）碳罐。需要分析碳罐中的活性炭成分、碳罐布局及吸附能力等?；钚蕴坑忻夯?、可可基和木基3種，吸附能力依次加強。應按照蒸發(fā)量選擇吸附能力合適的碳罐。

2）脫附流量。脫附流量應盡可能使得碳罐達到其初始吸附能力，同時增大管路內(nèi)徑，對于脫附流量較小的小排量增壓發(fā)動機，可以采用沖刷泵的方案以增添脫附流量。

3）油箱材質[3]和容積。油箱應使用阻隔性高的材料，金屬油箱阻隔性最佳，塑料油箱又可分為單層、氟化和多層，帶阻隔材料的多層油箱阻隔性高；油箱容積越大，滲透面積越大，排放越多。其他方面也需要考慮回油溫度及熱輻射等對排放的影響。

4）加油管和加油口蓋。加油系統(tǒng)的設計直接影響到加油時的油氣泄露，而密封圈及材質的選擇影響較大。

5）背景排放。內(nèi)外飾系統(tǒng)、油漆、膠粘劑及輪胎等系統(tǒng)會直接影響到蒸發(fā)排放值，通過測試數(shù)據(jù)分析，除動力系統(tǒng)外的其他系統(tǒng)蒸發(fā)排放值占整車排放值的15%～20%。

4 整車污染物蒸發(fā)排放測試策略和分解方法

4.1 整車污染物蒸發(fā)排放測試策略

當前基于國Ⅵ法規(guī)的燃油系統(tǒng)試驗的測試策略為整車拆解排除法，通過對整車拆解系統(tǒng)前后得到的不同數(shù)據(jù)進行對比分析，找出燃油系統(tǒng)、底盤和輪胎、車身內(nèi)外飾、電器和動力總成等系統(tǒng)所占的排放比例，從而有針對性地進行優(yōu)化和方案制定。圖1示出某車型各系統(tǒng)蒸發(fā)污染物排放比例。

圖1 某車型各系統(tǒng)蒸發(fā)污染物排放比例

4.2 整車污染物蒸發(fā)排放分解方法

首先進行整車國Ⅵ排放測試，取得熱浸和晝間測試數(shù)據(jù)，測試結果由熱浸和晝間2個階段的數(shù)據(jù)組成。然后分別拆解燃油系統(tǒng)、底盤和輪胎、車身內(nèi)外飾及電器系統(tǒng)，以整車為基礎進行數(shù)據(jù)處理，最后得到動力總成數(shù)據(jù)。拆解要盡量保持系統(tǒng)完整，管路與整車狀態(tài)一致。系統(tǒng)測試受測試狀態(tài)限制，熱浸結果要處理分析。圖2示出國Ⅵ排放測試某整車排放過程數(shù)據(jù)對比圖。

圖2 國Ⅵ排放測試某整車排放過程數(shù)據(jù)對比圖

5 結論

綜上所述，整車可通過提高碳罐脫吸附能力、燃油箱阻隔能力、加注口和加油蓋設計能力及降低背景排放等措施降低蒸發(fā)排放[4]。從測試車輛的實際數(shù)據(jù)分析，動力總成及附屬系統(tǒng)的蒸發(fā)排放數(shù)值占比較高，依然是后期優(yōu)化的重點。背景排放中盡量排除底盤、輪胎和洗滌液等因素的影響，找出排放量較大的系統(tǒng)或零部件，合理制定優(yōu)化措施，是解決國Ⅵ蒸發(fā)排放的有效途徑。