孫家興，秦宏宇，陳 強(qiáng)Sun Jiaxing，Qin Hongyu，Chen Qiang

輕型車蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)及性能表現(xiàn)分析

孫家興，秦宏宇，陳 強(qiáng)
Sun Jiaxing，Qin Hongyu，Chen Qiang

（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司，天津 300300）

介紹了美國(guó)和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家輕型車蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)的制定情況，并對(duì)我國(guó)輕型車蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié)。選取我國(guó)2004～2019年蒸發(fā)排放試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析近年來(lái)整車蒸發(fā)排放性能表現(xiàn)的變化趨勢(shì)；基于世界最新的蒸發(fā)排放法規(guī)對(duì)我國(guó)未來(lái)輕型車蒸發(fā)排放控制策略進(jìn)行展望。

輕型汽車；蒸發(fā)污染物；加油過(guò)程污染物；排放標(biāo)準(zhǔn)

0 引 言

2018年，我國(guó)汽車HC（碳?xì)浠衔铮┡欧帕繛?26.7萬(wàn)t[1]，HC是輕型汽車排放的主要污染物之一，燃油蒸發(fā)排放的主要成分為HC，約占汽車總HC排放量20%[2]。減少HC排放一直是大氣污染防治工作的重點(diǎn)之一。我國(guó)最新的國(guó)6蒸發(fā)排放法規(guī)規(guī)定，蒸發(fā)排放限值為0.7 g/test，相比國(guó)5法規(guī)限值加嚴(yán)了65%，此外國(guó)6借鑒了美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)，增加了加油過(guò)程污染物排放測(cè)試，排放限值為0.05 g/L[3]。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷升級(jí)，國(guó)6蒸發(fā)排放的加嚴(yán)程度已經(jīng)超過(guò)歐洲，向美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)靠攏。

歸納了歐美排放標(biāo)準(zhǔn)的最新變化，針對(duì)我國(guó)輕型車蒸發(fā)排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程進(jìn)行解讀，通過(guò)分析歷年試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為未來(lái)更嚴(yán)格的蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)制定提供參考。

1 國(guó)外輕型車蒸發(fā)排放測(cè)試技術(shù)

1.1 美國(guó)輕型車蒸發(fā)排放測(cè)試技術(shù)

美國(guó)的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)分為CARB（California Air Resources Board，美國(guó)加利福尼亞州空氣資源局）排放法規(guī)和美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)即EPA（Environmental Protection Agency，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署）排放法規(guī)兩大類，CARB和EPA分別在2013年和2017年開(kāi)始實(shí)施LEV 3和Tier 3，涵蓋熱浸、晝間、運(yùn)行損失排放測(cè)試（運(yùn)行損失是指車輛運(yùn)行時(shí)，除尾氣排放外的蒸發(fā)排放）；LEV 3和Tier 3的主測(cè)試程序和排放限值皆相同，但LEV 3在熱浸和晝間排放測(cè)試中所規(guī)定的溫度高于Tier 3。針對(duì)加油污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，EPA和CARB分別在1994年和1996年開(kāi)始制定，兩者測(cè)試程序和排放標(biāo)準(zhǔn)相同。LEV 3和Tier 3所包括的測(cè)試程序及測(cè)試條件見(jiàn)表1。

表1 LEV 3和Tier 3的測(cè)試程序及條件

注：①BETP（Bleed Emission Test Procedure，炭罐溢出排放測(cè)試）。

相比國(guó)6，美國(guó)測(cè)試程序增加了運(yùn)行損失、BETP（Bleed Emission Test Procedure，炭罐溢出排放測(cè)試）和燃油飛濺排放測(cè)試。在排放限值的嚴(yán)格程度上，美國(guó)蒸發(fā)排放限值要求超國(guó)6標(biāo)準(zhǔn)，加油排放限值與國(guó)6基本持平。

1.2 歐洲輕型車蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

2014年歐洲開(kāi)始實(shí)行歐6排放標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)晝間排放測(cè)試，歐6a和歐6b仍采用24h制，歐6c和歐6d則改為48h制[4]。歐6d排放法規(guī)中，將測(cè)試循環(huán)由NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)）改為WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球統(tǒng)一輕型車測(cè)試循環(huán)），歐6d測(cè)試程序及條件見(jiàn)表2。

表2 歐6d蒸發(fā)排放測(cè)試程序及條件

注：①GWC（Gasoline Working Capacity，汽油工作能力）；②BWC（Butane Working Capacity，丁烷工作能力）；③PF（Permeability Factor，滲透因子）。

歐6d中，整車需配備預(yù)處理后的炭罐進(jìn)行主測(cè)試，預(yù)處理后的炭罐HC吸附能力有所減弱。此外，配備密封油箱車輛的主測(cè)試程序還包括油箱壓力沖擊條件下的BETP測(cè)試。通過(guò)燃油箱滲透排放，確定油箱PF值，廠家也可使用推薦值0.12 g代替實(shí)際試驗(yàn)。歐6d排放限值為2 g，較國(guó)6寬松。與美國(guó)蒸發(fā)排放測(cè)試程序相比，歐洲排放法規(guī)一直未對(duì)整車加油排放及運(yùn)行損失測(cè)試進(jìn)行規(guī)定。

2 我國(guó)輕型車蒸發(fā)排放標(biāo)準(zhǔn)

2.1 國(guó)1～國(guó)6蒸發(fā)污染物排放測(cè)試技術(shù)

1993年，GB/T 14763—1993《汽油車燃油蒸發(fā)污染物測(cè)量收集方法》中規(guī)定利用收集法測(cè)量蒸發(fā)污染物的排放量。2001年，在GB 18352.1—2001《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（I）》中規(guī)定Ⅳ型蒸發(fā)試驗(yàn)等效采用歐1標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試程序，可選擇使用密閉室法或收集法進(jìn)行試驗(yàn)[5]，主要包括熱浸、晝間排放測(cè)試及預(yù)處理行駛。國(guó)2標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定使用密閉室法進(jìn)行蒸發(fā)排放試驗(yàn)，不再采用收集法。

在我國(guó)輕型車蒸發(fā)排放測(cè)試法規(guī)中，國(guó)1、國(guó)2可視為同一階段，國(guó)3、國(guó)4、國(guó)5可視為同一階段，國(guó)6為一個(gè)階段，國(guó)6在國(guó)5基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大改動(dòng)。表3為國(guó)1～國(guó)6蒸發(fā)排放測(cè)試條件對(duì)比。

表3 國(guó)1～國(guó)6蒸發(fā)排放控制條件對(duì)比

注：①NIRCO（Non-Integrated Refueling Canister-Only，非整體僅控制加油排放炭罐系統(tǒng)）；②油箱溫度變化公式，為時(shí)間，0為起始溫度，為實(shí)時(shí)溫度；③晝間排放結(jié)果取第1晝間和第2晝間結(jié)果的最大值。

2.2 國(guó)6加油過(guò)程污染物排放測(cè)試技術(shù)

國(guó)6增加了加油過(guò)程污染物排放限值0.05 g/L，推薦的劣化系數(shù)為0.01 g/L[3]。Ⅶ型試驗(yàn)的車速覆蓋WLTC循環(huán)中低、中、高、超高速度段，Ⅶ型試驗(yàn)進(jìn)行充分脫附，重點(diǎn)考察加油過(guò)程的吸附能力。

針對(duì)預(yù)處理行駛，配備非整體及NIRCO（Non-Integrated Refueling Canister-Only，非整體僅控制加油排放炭罐系統(tǒng)）系統(tǒng)的車輛，采用重復(fù)運(yùn)行WLTC至最多消耗燃油箱標(biāo)稱容量的85%；與此相比，整體控制系統(tǒng)的車輛僅按WLTC中低、低、中、低速段順序進(jìn)行一次行駛。非整體及NIRCO測(cè)試程序中，針對(duì)炭罐的脫附更加充分。

3 我國(guó)整車蒸發(fā)排放及加油排放性能分析

3.1 整車蒸發(fā)污染物排放性能分析

2004～2019年，在滿足相應(yīng)階段限值要求的蒸發(fā)排放試驗(yàn)結(jié)果中，每年選取20輛車進(jìn)行整車蒸發(fā)污染物排放性能分析，所選車輛來(lái)自不同生產(chǎn)廠家，涵蓋國(guó)企、外企、合資企業(yè)。表4為各階段法規(guī)頒布及實(shí)施的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，各企業(yè)一般會(huì)在正式頒布前一年收到征求意見(jiàn)稿。

表4 各階段法規(guī)頒布及實(shí)施時(shí)間

如圖1所示，2004～2017年所選試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)試程序皆為一晝間蒸發(fā)排放，結(jié)合表3可看出，符合國(guó)3～國(guó)5階段法規(guī)要求，這些階段的法規(guī)蒸發(fā)排放測(cè)試程序、排放限值皆相同。2018年為國(guó)5、國(guó)6法規(guī)過(guò)渡階段，選取國(guó)5和國(guó)6階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)各20份；2019年選取的20份國(guó)6階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)皆為兩晝間蒸發(fā)排放。試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體分布如圖1所示，其中國(guó)6階段的數(shù)值為測(cè)試結(jié)果與劣化修正值0.06 g/test之和。

圖1 2004～2019年整車蒸發(fā)排放試驗(yàn)結(jié)果

由于國(guó)6（0.7 g/test）與國(guó)3～國(guó)5（2 g/test）的蒸發(fā)排放限值不同，選用EPR（Emissions Performance Ratio，排放性能比）在相同的測(cè)試基礎(chǔ)上對(duì)不同年份整車蒸發(fā)排放性能表現(xiàn)進(jìn)行比較，EPR=（測(cè)試結(jié)果+劣化修正值）/標(biāo)準(zhǔn)排放限值[6]。雖然不同階段的排放測(cè)試程序會(huì)有所變化，但相應(yīng)的整車蒸發(fā)排放控制技術(shù)也會(huì)隨之調(diào)整，因此EPR的使用有助于對(duì)近年來(lái)整車蒸發(fā)排放性能表現(xiàn)進(jìn)行分析。2004～2019年EPR平均值變化情況如圖2所示。

圖2 2004～2019年整車蒸發(fā)排放EPR平均值

由圖2可知，2004～2015年EPR值在57%～71%范圍內(nèi)上下浮動(dòng)；受2016年國(guó)家環(huán)保部頒布更為嚴(yán)格的國(guó)6蒸發(fā)排放測(cè)試法規(guī)影響，2016～2018年，按照國(guó)5測(cè)試程序進(jìn)行的蒸發(fā)排放型式檢驗(yàn)EPR值有所下降，最低降至43.4%；由于國(guó)6排放限值由2 g/test降為0.7 g/test，且增加了劣化修正值，導(dǎo)致2018年和2019年EPR值持續(xù)升高至60%左右?？傮w來(lái)說(shuō)，隨著蒸發(fā)排放測(cè)試程序變化，整車蒸發(fā)排放控制技術(shù)也會(huì)相應(yīng)做出改動(dòng)，車輛的EPR值在50%～71%范圍內(nèi)浮動(dòng)。為分析當(dāng)前國(guó)6法規(guī)控制條件下，熱浸、晝間、劣化修正值占標(biāo)準(zhǔn)限值的平均比例，以及可用于法規(guī)繼續(xù)加嚴(yán)的空間，對(duì)2018年及2019年國(guó)6試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。各部分測(cè)試結(jié)果占總排放限值平均百分比如圖3所示。

圖3 2018、2019年蒸發(fā)污染物各部分占標(biāo)準(zhǔn)限值平均百分比

由圖3可知，2018年和2019年熱浸試驗(yàn)結(jié)果占比分別為15.1%、14.8%，晝間排放試驗(yàn)結(jié)果為熱浸試驗(yàn)結(jié)果2倍有余，占比分別為34.5%、41.1%，總排放測(cè)試結(jié)果占比分別為49.6%、55.9%；劣化修正值占比為8.6%；可用于繼續(xù)加嚴(yán)控制的空間分別為41.8%、35.5%，這為后續(xù)法規(guī)制定提供借鑒。

3.2 整車加油過(guò)程污染物排放性能分析

為分析國(guó)6法規(guī)頒布后加油污染物排放性能，選取2018年和2019年滿足排放限值要求的各20輛車的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并計(jì)算出EPR平均值，如圖4和圖5所示。圖4中縱坐標(biāo)數(shù)值為測(cè)試結(jié)果與劣化修正值0.01 g/L之和。

圖4 2018、2019年整車加油排放試驗(yàn)結(jié)果

圖5 2018、2019年整車加油排放EPR平均值

由圖4中試驗(yàn)結(jié)果可看出，2019年整車加油污染物排放控制效果優(yōu)于2018年，圖5中2018年EPR值為44%，2019年EPR值為34.4%，EPR平均值處于下降趨勢(shì)?？傮w來(lái)講，隨著加油排放控制技術(shù)提高和研發(fā)投入不斷增加，加油排放污染物在減少。2018年、2019年加油排放、劣化修正值、可加嚴(yán)空間占標(biāo)準(zhǔn)限值的平均百分比如圖6所示。

圖6 2018、2019年加油過(guò)程污染物各部分占標(biāo)準(zhǔn)限值平均百分比

由圖6可以發(fā)現(xiàn)，2018年、2019年加油排放測(cè)試結(jié)果占比分別為24%、14.4%，低于蒸發(fā)排放（熱浸+晝間）的這一數(shù)值；劣化修正值占比20%，超過(guò)蒸發(fā)排放的這一數(shù)值；可用于繼續(xù)加嚴(yán)控制的空間分別為56%、65.6%，超過(guò)蒸發(fā)排放的這一數(shù)值。通過(guò)排放限值或測(cè)試程序的調(diào)整，可對(duì)加油排放控制進(jìn)一步加嚴(yán)。

4 蒸發(fā)排放控制的未來(lái)思路

（1）針對(duì)炭罐預(yù)處理測(cè)試程序，最新的歐6d標(biāo)準(zhǔn)中，炭罐高低溫循環(huán)、振動(dòng)、GWC老化等試驗(yàn)可以有效評(píng)估其耐久特性，降低炭罐長(zhǎng)時(shí)間使用失效導(dǎo)致HC排放量增加的可能性。

（2）針對(duì)排放限值，美國(guó)LEV 3階段排放標(biāo)準(zhǔn)為目前最嚴(yán)格的蒸發(fā)排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其排放限值為0.3 g/test；我國(guó)輕型車排放限值為0.7 g/test，較為寬松。

（3）針對(duì)炭罐溢出排放測(cè)試，歐6d和美國(guó)LEV 3/ Tier 3都對(duì)炭罐的溢出排放值進(jìn)行了限定，我國(guó)目前未做相關(guān)要求。

（4）運(yùn)行損失排放測(cè)試可有效控制車輛在實(shí)際道路上的HC排放，美國(guó)早已對(duì)其進(jìn)行了規(guī)定，我國(guó)尚處于空白階段。

（5）針對(duì)測(cè)試循環(huán)工況，目前國(guó)6使用WLTC，其由聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)牽頭制定，與我國(guó)實(shí)際工況存在差異，只有使用符合我國(guó)實(shí)際情況的測(cè)試工況才更利于節(jié)能減排。

（6）2004～2019年蒸發(fā)排放的EPR值普遍控制在50%～71%，2018、2019年加油排放的EPR值分別為44%、34.4%，則2018、2019年蒸發(fā)排放加嚴(yán)空間分別為41.8%、35.5%，加油排放加嚴(yán)空間分別為56%、65.6%。

[1]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. 中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)（2019）[R/OL]. (2019-09-04)[2020-11-29]. http：//www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/ ydyhjgl/ 201909/P020190905586230826402.pdf.

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2020-11-30

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