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(上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545000)

0 引言

近年來(lái)，隨著環(huán)境問(wèn)題日益突出，大中城市霧霾天氣嚴(yán)重影響到人們正常生活，國(guó)家也陸續(xù)出臺(tái)了一系列環(huán)境治理、節(jié)能減排措施。被稱(chēng)為史上最嚴(yán)排放法規(guī)——《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法 第六階段》(簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)六)于2016年底頒布，并于2020年7月正式實(shí)施。較以往不僅在晝間蒸發(fā)排放要求上有較大提升，同時(shí)增加了加油蒸發(fā)排放相關(guān)要求等。其中加油蒸發(fā)排放要求的提出，可將加油排放回收率提升至95%以上，每升油可回收1.2 g左右。由于限值的加嚴(yán)、試驗(yàn)流程的復(fù)雜性，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素大大增加。為了順利通過(guò)公告測(cè)試，除了燃油系統(tǒng)自身符合設(shè)計(jì)要求外，還需要排除制造裝配、背景HC化合物排放、炭罐脫附量等因素的影響。

1 密封性檢查

國(guó)六首次要求燃油系統(tǒng)增加車(chē)載診斷(OBD)系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)整個(gè)燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的完整性，防止燃油蒸氣泄漏到大氣中。其故障標(biāo)準(zhǔn)是診斷系統(tǒng)能檢測(cè)出整個(gè)燃油蒸發(fā)系統(tǒng)中存在泄漏量大于或等于1 mm(或0.5 mm)標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔所產(chǎn)生的泄漏量[1]。但對(duì)于小于標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔的泄漏量，則無(wú)法檢測(cè)出來(lái)，給整車(chē)公告試驗(yàn)留下隱患，故建議對(duì)公告車(chē)的密封性進(jìn)行再次確認(rèn)。

除采用專(zhuān)用設(shè)備外，水柱法較為簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。如圖4所示，關(guān)閉炭罐通氣閥后對(duì)油箱內(nèi)增加一定壓力后接入透明軟管，使軟管兩側(cè)液面高度差≥30 cm，穩(wěn)定后做好參照標(biāo)記，維持3 min無(wú)明顯下降，說(shuō)明燃油系統(tǒng)無(wú)泄漏。

圖1 燃油系統(tǒng)密封性水柱檢測(cè)工作原理圖

2 炭罐脫附量

蒸發(fā)排放控制原理是利用炭罐中活性炭對(duì)燃油蒸氣分子臨時(shí)吸附來(lái)完成，并在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再對(duì)炭罐進(jìn)行脫附?jīng)_洗來(lái)實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)炭罐的沖洗程度會(huì)影響到炭罐下一次工作時(shí)的吸附能力。市場(chǎng)上主流車(chē)用國(guó)六柱狀活性炭的吸附能力與脫附體積倍數(shù)關(guān)系如圖2。

圖2 兩種柱狀活性炭吸附能力與脫附體積倍數(shù)關(guān)系

炭罐在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)，一般按照200倍炭罐體積脫附量下對(duì)應(yīng)活性炭工作能力來(lái)計(jì)算碳粉體積。整車(chē)能提供的脫附體積倍數(shù)應(yīng)大于該數(shù)值。在實(shí)車(chē)做公告前需要按照GB18352.6中附錄F、I測(cè)試流程對(duì)整車(chē)的炭罐脫附量進(jìn)行測(cè)試。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于IV型試驗(yàn)，在高溫行駛環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的炭罐脫附量應(yīng)大于炭罐體積的300倍，對(duì)于VII型試驗(yàn)，在I型預(yù)處理行駛、I型試驗(yàn)行駛、加油控制系統(tǒng)處理行駛?cè)齻€(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的炭罐脫附總量需要大于炭罐體積的600倍。

3 消除背景HC化合物

不僅燃油系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生HC化合物，動(dòng)力總成、整車(chē)上的橡膠件、塑料件、部分液體也會(huì)揮發(fā)出大量的HC化合物[2]。因此在設(shè)計(jì)上，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，燃油系統(tǒng)的HC排放量實(shí)際約為法規(guī)限值的1/3。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，非燃油系統(tǒng)零件的HC揮發(fā)量高達(dá)0.332 g，占國(guó)六IV型試驗(yàn)限值的47.4%(第一類(lèi)車(chē)型限值0.7 g/test)。在60 ℃條件下高溫烘烤72 h后，非燃油系統(tǒng)零件的HC揮發(fā)量降至0.214 g，烘烤192 h后穩(wěn)定在0.133 g[3]。

對(duì)于新車(chē)型上公告，法規(guī)允許采取高溫烘烤、更換舊輪胎、替換玻璃水、蒸氣清洗汽車(chē)、撕去保護(hù)膜等措施來(lái)降低整車(chē)背景HC化合物的揮發(fā)。同時(shí)建議對(duì)整車(chē)狀態(tài)進(jìn)行檢查確認(rèn)，避免油液泄漏問(wèn)題存在。

表1是兩款輕型汽油車(chē)烘烤前與烘烤后IV型試驗(yàn)結(jié)果：未烘烤時(shí)熱浸、第一/二晝夜蒸發(fā)排放結(jié)果均較高，試驗(yàn)未通過(guò)。經(jīng)50 ℃高溫烘烤48 h后，三個(gè)數(shù)值均有明顯降低，最終順利通過(guò)試驗(yàn)。

表1 兩款車(chē)型烘烤前與烘烤后IV型試驗(yàn)結(jié)果

另外，因背景HC化合物過(guò)高而造成試驗(yàn)不合，試驗(yàn)過(guò)程中通常會(huì)表現(xiàn)為第二晝夜蒸發(fā)排放量小于第一晝夜蒸發(fā)排放量。這是由于整車(chē)上的橡膠件、塑料件內(nèi)的HC化合物的揮發(fā)量隨時(shí)間而逐漸減少。同時(shí)，該結(jié)果也表明炭罐工作能力充足，可以吸收掉油箱內(nèi)兩晝夜呼吸排放所產(chǎn)生的HC化合物，試驗(yàn)過(guò)程中未被擊穿。

4 加油特性

相對(duì)國(guó)五及以前，國(guó)六新增了加油蒸發(fā)排放要求(VII型試驗(yàn))。該試驗(yàn)不僅僅受炭罐工作能力的影響，同時(shí)也受加油特性影響，比如加油跳槍情況、飛濺反噴情況、實(shí)際加油量等。

根據(jù)法規(guī)要求，做加油蒸發(fā)排放試驗(yàn)時(shí)，燃油溫度(20±1)℃，速率為(37±1)L/min，但未定義加油槍具體型號(hào)。加油管設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，要完全杜絕飛濺反噴、頻繁跳槍問(wèn)題，對(duì)市場(chǎng)上常見(jiàn)加油槍進(jìn)行多流速、多角度驗(yàn)證，并對(duì)公告車(chē)輛進(jìn)行再次實(shí)車(chē)加油特性確認(rèn)。

對(duì)于加油量，由于檢測(cè)機(jī)構(gòu)在放油過(guò)程中通常采用油泵抽油的方式，其油箱內(nèi)燃油無(wú)法完全抽完(剩余不可用容積)，則會(huì)減少后續(xù)加油總量，如達(dá)不到95%±0.5L的標(biāo)稱(chēng)容積，試驗(yàn)機(jī)構(gòu)會(huì)二次補(bǔ)槍或判定不合。且試驗(yàn)證明，加油開(kāi)始、補(bǔ)槍均會(huì)大量增加燃油蒸發(fā)量[4]，如圖3所示。因此，油箱設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)要考慮不可用容積，確保試驗(yàn)過(guò)程中加油槍首次跳槍時(shí)加油量達(dá)到法規(guī)要求，并對(duì)公告車(chē)輛首次跳槍加油量進(jìn)行確認(rèn)。

圖3 加油跳槍對(duì)排放的影響

5 車(chē)輛磨合

法規(guī)要求，新車(chē)在進(jìn)行國(guó)六蒸發(fā)排放公告試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行不少于3000 km的磨合。這是因?yàn)榛钚蕴恐械奈⒖?<30 μm)所吸附的HC分子很難徹底脫附，如圖4所示。如果不先進(jìn)行汽油吸脫附老化，把微孔用汽油蒸氣分子填充住，在國(guó)六蒸發(fā)排放試驗(yàn)過(guò)程中用50%容積丁烷和50%容積氮?dú)饣旌蠚怏w對(duì)炭罐進(jìn)行預(yù)處理直至產(chǎn)生2 g擊穿時(shí)，易吸附大量 丁烷分子。由于丁烷相對(duì)汽油蒸氣分子而言更易揮發(fā)，反而造成DBL值較高。所以對(duì)公告車(chē)輛充分磨合更有利于通過(guò)試驗(yàn)。

圖4 活性炭?jī)?nèi)部孔隙示意圖

6 總結(jié)

國(guó)六法規(guī)的實(shí)施，不僅有利于節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境，還直接推動(dòng)了汽車(chē)相關(guān)技術(shù)的升級(jí)。為了滿(mǎn)足蒸發(fā)排放要求，燃油系統(tǒng)從設(shè)計(jì)上就要采用更加嚴(yán)格的要求、燃油阻隔性更好的材料以及合理的系統(tǒng)匹配。同時(shí)，新產(chǎn)品上公告時(shí)，應(yīng)通過(guò)上述措施來(lái)充分排除非燃油系統(tǒng)的不利因素，提高公告試驗(yàn)的通過(guò)性，從而節(jié)省時(shí)間與成本。