轻型汽车应对国六蒸发排放公告试验的前处理方法

2021-11-07张允峰王伟伟唐基荣

现代机械 2021年5期

张允峰，王伟伟，唐基荣，徐靖

(上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545000)

0 引言

近年来，随着环境问题日益突出，大中城市雾霾天气严重影响到人们正常生活，国家也陆续出台了一系列环境治理、节能减排措施。被称为史上最严排放法规——《轻型汽车污染物排放限值及测量方法第六阶段》(简称国六)于2016年底颁布，并于2020年7月正式实施。较以往不仅在昼间蒸发排放要求上有较大提升，同时增加了加油蒸发排放相关要求等。其中加油蒸发排放要求的提出，可将加油排放回收率提升至95%以上，每升油可回收1.2 g左右。由于限值的加严、试验流程的复杂性，影响试验结果的因素大大增加。为了顺利通过公告测试，除了燃油系统自身符合设计要求外，还需要排除制造装配、背景HC化合物排放、炭罐脱附量等因素的影响。

1 密封性检查

国六首次要求燃油系统增加车载诊断(OBD)系统：监测整个燃油蒸发系统的完整性，防止燃油蒸气泄漏到大气中。其故障标准是诊断系统能检测出整个燃油蒸发系统中存在泄漏量大于或等于1 mm(或0.5 mm)标准泄漏孔所产生的泄漏量[1]。但对于小于标准泄漏孔的泄漏量，则无法检测出来，给整车公告试验留下隐患，故建议对公告车的密封性进行再次确认。

除采用专用设备外，水柱法较为简单、准确。如图4所示，关闭炭罐通气阀后对油箱内增加一定压力后接入透明软管，使软管两侧液面高度差≥30 cm，稳定后做好参照标记，维持3 min无明显下降，说明燃油系统无泄漏。

图1 燃油系统密封性水柱检测工作原理图

2 炭罐脱附量

蒸发排放控制原理是利用炭罐中活性炭对燃油蒸气分子临时吸附来完成，并在发动机运转时再对炭罐进行脱附冲洗来实现重复使用。发动机对炭罐的冲洗程度会影响到炭罐下一次工作时的吸附能力。市场上主流车用国六柱状活性炭的吸附能力与脱附体积倍数关系如图2。

图2 两种柱状活性炭吸附能力与脱附体积倍数关系

炭罐在设计开发时，一般按照200倍炭罐体积脱附量下对应活性炭工作能力来计算碳粉体积。整车能提供的脱附体积倍数应大于该数值。在实车做公告前需要按照GB18352.6中附录F、I测试流程对整车的炭罐脱附量进行测试。一般来说，对于IV型试验，在高温行驶环节所产生的炭罐脱附量应大于炭罐体积的300倍，对于VII型试验，在I型预处理行驶、I型试验行驶、加油控制系统处理行驶三个环节所产生的炭罐脱附总量需要大于炭罐体积的600倍。

3 消除背景HC化合物

不仅燃油系统会产生HC化合物，动力总成、整车上的橡胶件、塑料件、部分液体也会挥发出大量的HC化合物[2]。因此在设计上，为了保险起见，燃油系统的HC排放量实际约为法规限值的1/3。据有关机构研究发现，非燃油系统零件的HC挥发量高达0.332 g，占国六IV型试验限值的47.4%(第一类车型限值0.7 g/test)。在60 ℃条件下高温烘烤72 h后，非燃油系统零件的HC挥发量降至0.214 g，烘烤192 h后稳定在0.133 g[3]。

对于新车型上公告，法规允许采取高温烘烤、更换旧轮胎、替换玻璃水、蒸气清洗汽车、撕去保护膜等措施来降低整车背景HC化合物的挥发。同时建议对整车状态进行检查确认，避免油液泄漏问题存在。

表1是两款轻型汽油车烘烤前与烘烤后IV型试验结果：未烘烤时热浸、第一/二昼夜蒸发排放结果均较高，试验未通过。经50 ℃高温烘烤48 h后，三个数值均有明显降低，最终顺利通过试验。

表1 两款车型烘烤前与烘烤后IV型试验结果

另外，因背景HC化合物过高而造成试验不合，试验过程中通常会表现为第二昼夜蒸发排放量小于第一昼夜蒸发排放量。这是由于整车上的橡胶件、塑料件内的HC化合物的挥发量随时间而逐渐减少。同时，该结果也表明炭罐工作能力充足，可以吸收掉油箱内两昼夜呼吸排放所产生的HC化合物，试验过程中未被击穿。

4 加油特性

相对国五及以前，国六新增了加油蒸发排放要求(VII型试验)。该试验不仅仅受炭罐工作能力的影响，同时也受加油特性影响，比如加油跳枪情况、飞溅反喷情况、实际加油量等。

根据法规要求，做加油蒸发排放试验时，燃油温度(20±1)℃，速率为(37±1)L/min，但未定义加油枪具体型号。加油管设计开发阶段，要完全杜绝飞溅反喷、频繁跳枪问题，对市场上常见加油枪进行多流速、多角度验证，并对公告车辆进行再次实车加油特性确认。

对于加油量，由于检测机构在放油过程中通常采用油泵抽油的方式，其油箱内燃油无法完全抽完(剩余不可用容积)，则会减少后续加油总量，如达不到95%±0.5L的标称容积，试验机构会二次补枪或判定不合。且试验证明，加油开始、补枪均会大量增加燃油蒸发量[4]，如图3所示。因此，油箱设计开发时要考虑不可用容积，确保试验过程中加油枪首次跳枪时加油量达到法规要求，并对公告车辆首次跳枪加油量进行确认。

图3 加油跳枪对排放的影响

5 车辆磨合

法规要求，新车在进行国六蒸发排放公告试验前应进行不少于3000 km的磨合。这是因为活性炭中的微孔(<30 μm)所吸附的HC分子很难彻底脱附，如图4所示。如果不先进行汽油吸脱附老化，把微孔用汽油蒸气分子填充住，在国六蒸发排放试验过程中用50%容积丁烷和50%容积氮气混合气体对炭罐进行预处理直至产生2 g击穿时，易吸附大量丁烷分子。由于丁烷相对汽油蒸气分子而言更易挥发，反而造成DBL值较高。所以对公告车辆充分磨合更有利于通过试验。