摩托车国Ⅳ蒸发排放标准中预处理运行次数的研究

张智轩　王建超　王玉冬（天津内燃机研究所　天津　300072）

摩托车国Ⅳ蒸发排放标准中预处理运行次数的研究

张智轩王建超王玉冬
（天津内燃机研究所天津300072）

摘要：中国摩托车排放第Ⅲ阶段标准（以下简称“国Ⅲ标准”）对燃油蒸发污染排放开始进行控制。国Ⅳ标准中，对于两轮和边三轮摩托车采用了世界摩托车测试循环（Word Motorcycle TestCycle，简称WMTC）作为工况法排放测试循环。因此，需要对国Ⅲ标准与国Ⅳ标准两种不同循环下脱附流量进行研究，才能确定国Ⅳ标准中蒸发测试项目预处理循环次数。通过测量典型两轮摩托车分别在国Ⅲ和国Ⅳ的不同测试循环下的脱附流量、脱附总量，以提出国Ⅳ标准中蒸发试验预处理运行次数的建议。

关键词：燃油蒸发预循环次数摩托车排放标准（国Ⅳ）

引言

随着中国摩托车排放第Ⅲ阶段标准（以下简称“国Ⅲ标准”）的执行，我国发布GB20998-2007《摩托车和轻便摩托车燃油蒸发污染物排放限值及测量方法》这一标准，并强制实施，加强了对燃油蒸发污染物的控制。随着标准的深入执行，各个摩托车企业，对标准中的具体细节和试验方法的理解以及具体的操作方法，也进行了深入的研究。

1　蒸发污染物排放试验简介

在标准中关于蒸发测试试验前车辆预处理运行的次数，在20998-2007中C.5.2和C.5.5条款是这样规定的“将摩托车放置在底盘测功机上，至少运行一次GB 14622或GB 18176附录 C规定的运转循环。”[1]，如图1中的内容。由于对预处理运行的次数规定是“至少运行一次”，因此，不同的摩托车企业根据自身的设计要求，在进行型式认证试验时，对预处理运行次数提出了不同的要求，有要求运行一次、有的要求运行两次、甚至有的要求运行三次。这样，对测试的结果造成了不统一的因素。

目前，我国摩托车排放第Ⅳ阶段标准（以下简称“国Ⅳ标准”）正在制定过程中。2013年，欧盟发布了EU No.168/2013法规《Regulation（EU）No 168/2013 Of The European Parliament And Of The Council of 15 January 2013 On The Approval And Market Surveillance Of Two-or Three-wheel Vehicles And Quadricycles》，在2014年发布其相关附件EU No. 134/2014《COMMISSION DELEGATED REGULATION（EU）No 134/2014 supplementing Regulation （EU）No 168/2013 of the European Parliament and of the Council with regard to environmental and propulsion unit performance requirements andamending Annex V thereof》，这就是通常所称的欧Ⅳ排放法规。与欧Ⅲ法规相比，欧Ⅳ法规对于两轮摩托车采用了WMTC测试循环；增加了燃油蒸发污染物排放的测试项目，明确规定了预处理运行一次。

国Ⅳ标准中，对于两轮和边三轮摩托车同样采用了WMTC的工况法排放测试循环。因此，需要对国Ⅲ标准与国Ⅳ标准下两种不同循环下脱附流量进行研究，才能确定国Ⅳ标准中蒸发测试项目预处理循环次数。

图1　GB20998-2007蒸发污染物排放试验流程[1]

2　研究内容

1）对近年中国摩托车产销量进行分析，找到中国摩托车L3类的典型样车，作为本项目的主要研究对象。

2）通过测量典型L3类摩托车分别在国Ⅲ和国Ⅳ的不同测试循环下，炭罐在摩托车上实际脱附的工作状态，研究其在不同测试循环下的脱附流量、脱附总量，对比二者的数量关系，为制定中国摩托车排放第Ⅳ阶段标准，有关蒸发试验预循环次数的要求，提供数据支持，以确定预处理运行的次数。

3　测试方案

3.1试验样车的选取

对2007年至2012年，中国摩托车销售情况进行分析，对于市场上不同排量摩托车的销售情况进行分析，以销售量最大的摩托车作为典型样车。

由于骑式车和踏板车，其两种车型的蒸发污染物排放测试结果存在差异。因此，以上两种备选样车，分别选取1辆骑式车和1辆踏板车作为研究对像。

3.2测量不同工况下炭罐的脱附流量

根据GB 14622-2007《摩托车污染物排放限值及测量方法（工况法，中国第Ⅲ阶段）》，工况法测试循环如图2所示。

图2　三轮摩托车和发动机排量小于150m L的两轮摩托车的运行循环（UDC）[2]

WMTC测试循环不同于目前我国执行的GB14622-2007的排放测试循环（采用的ECE测试循环），它更为接近摩托车实际道路的行驶特征，按照摩托车排量和最高车速的不同，WMTC测试循环由三个测试部分组成。考虑到一些小排量的摩托车和踏板摩托车的最高车速不高，每个部分各包含一个正常测试循环和减速测试循环，每个循环持续600s，其速度－时间曲线如图3所示。第一部分为低速部分，代表市区内道路情况，第二部分代表乡村公路，第三部分代表高速道路情况。

对两种不同测试循环下，炭罐在摩托车上实际脱附的工作状态进行测量，研究其在不同测试循环下的脱附流量、脱附总量及脱附质量。

3.3测试设备

3.3.1气体流量的测试设备

a）　测试循环第一部分

目前，我们进行气体流量测量所使用的气体流量计，大部分是计量气体的体积流量，即转子流量计。由于摩托车按照工况运行的实际工作工程中，炭罐的脱附流量气体的体积随温度与压力的不同而变动，所以常发生较大的计量误差，无法测量动态下的气体流量，同时一般不具备自动记录数据的功能。

热式气体质量流量计的工作原理源自热扩散原理，采用恒温差法设计，测量端内置2个铂热电阻，一个用来做热源，一个用来测量温度。当被测气体通过时，带走一定的热量，2个热电阻之间产生温度差。根据热效应的金氏定律，加热功率P、温度差ΔT与质量流量Q有确定的数学关系式。

式中：K1、K2、K3是与气体物理性质有关的常数。当温度差ΔT不变时，加热功率与流体的流量Q成指数函数递增关系。

图3　WMTC测试循环的构成[3]

气体质量流量计是一种热导式仪表，其主要特点是不受温度与压力变动的影响，其显示读数直接指示气体的质量流量。它具有一系列优点：

1）在常压、高压或负压的条件下均可选用；

2）可在常温、100℃，甚至更高的温度下正常运行；

3）适用的量程范围宽，既能用于实验室内小流量的场所也可用于工厂生产中的大型装置；

4）流量计的阻力降极微小；

5）抗介质腐蚀的能力强；

6）计量精度高；

7）输出电讯号，可远传显示，还便于与其他仪表配合后实现流量记录．自控或累计。

3.3.2主要仪器设备

本项目需要使用的主要仪器设备，见表1。

表1　主要设备一览表

4　测试数据及结果分析

4.1近年来中国摩托车产量分析

根据中国2007年至2012年全国摩托车的产量，按照不同的排量进行分类，统计数据结果如表2所示[4]。

根据表2中的数据，可以看出111mL~125mL排量段的摩托车产量最大，其次是101mL~110mL排量段的摩托车。因此，本项目选择此2个排量段的摩托车样车作为研究对象。同时，考虑到典型的车辆类别，选择1辆125mL的骑式车、1辆125 mL的踏板和1 辆110mL排量的弯梁车作为测试对象进行研究。

4.2测试结果

试验对选定的3种不同排量、不同类型的两轮摩托车，分别按照国Ⅲ排放工况以及WMTC排放工况进行了验证试验，测量炭罐脱附流量的实时数据，计算1次工况下炭罐的脱附总量，试验结果如表3所示。

表2　中国摩托车产量统计表　　　辆

表3　3辆样车的脱附总量　　　L

三辆测试样车的瞬时脱附流量如图4、图5所示。

4.3试验数据分析

4.3.1测试工况的对比分析

对于本项目所研究的3辆摩托车所对应的工况，国Ⅲ排放采用的是1170 s的等速工况循环，行驶距离为5.95 km；对于WMTC工况是图3中第一部分和第二部分的工况，持续1 200 s，行驶距离为7.67 km。因此，WMTC工况与国Ⅲ工况相比，时间增加了2.56%，行驶距离增加了28.91%；对应的最高车速都是在50 km/h。

图4　国Ⅲ工况下的脱附流量模态图

图5 WMTC工况下的脱附流量模态图

炭罐的脱附原理是：利用进气歧管或空滤器等处的负压，使炭罐的控制阀打开，利用进气系统的负压将新鲜空气从炭罐的通气孔吸进炭罐，利用新鲜气流对碳粉中的碳氢化合物分子（HC）执行脱附，并将HC带入进气系统，参与发动机的燃烧。当发动机处于负压状态下，炭罐处于脱附状态。

4.3.2测试样车各模态数据分析

从表3中可以看出，3辆样车在WMTC工况下比国Ⅲ工况的脱附总量大。由于国Ⅲ工况与WMTC工况相比，有比较多的怠速时间，此时油门处于关闭状态，发动机怠速状态负压较小；同时，发动机在怠速下处于不对外做功的状态，因此不希望混合气过浓，因此，一般在进行炭罐脱附流量的工况设计时，会减少怠速下脱附流量的设计值。

各车模态脱附流量如图6至图8所示。从模态数据来看，炭罐的脱附流量和车速成正比的关系。对于踏板车来讲，车速和油门开度成正比关系，且所研究的样车的炭罐脱附都是利用进气负压来打开炭罐脱附的控制阀，因此踏板车炭罐的瞬时脱附流量和油门开度成正比关系。由于工况的变化，增加运行的时间和行驶的距离，使得脱附总量增加了20%。

各车热车起动试验的脱附总量比常温起动试验的脱附总量低，原因在于热车起动的试验，车辆状态稳定，在前100s内的油门开度比较稳定、比较低，且总体来看也要低一点。

5　结论及建议

5.1结论

WMTC工况与国Ⅲ工况相比，延长了工况的运行时间，更利于炭罐的脱附，脱附总量比国Ⅲ工况增加。

同时，由于国IV燃油蒸发污染物排放标准中删除了炭罐预处理的要求，因此，进行一次对应工况的预处理运行就能对炭罐进行充分的脱附。

5.2相关建议

目前，在国际上只有少数国家或地区对燃油蒸发污染物排放进行控制，在这方面，中国摩托车蒸发污染排放法规走在世界的前沿。随着世界排放法规的加严，随着中国摩托车污染物排放标准第Ⅳ阶段、甚至第V阶段的出台，对蒸发污染物排放会控制得更加严格，其主要目的是为了将节能减排的工作落到实处。因此，在未来中国的排放法规中，会对产品的一致性进行更加严格的要求和控制。本标准所进行的研究和规定，可以为蒸发污染排放控制关键部

图6　骑式车国Ⅲ和WMTC工况下的模态脱附流量对比

图7　踏板车国Ⅲ和WMTC工况下的模态脱附流量对比

图8　弯梁车国Ⅲ和WMTC工况下的模态脱附流量对比

件和系统的生产和研发，提供指导意义；同时为相关管理部门进行产品一致性监督，提供相关的试验方法。

参考文献

1环境保护部.GB 20998-2007摩托车和轻便摩托车燃油蒸发污染物排放限值及测量方法[S].北京：中国环境科学出版社，2007

2环境保护部.GB 14622-2007摩托车污染物排放限值及测量方法（工况法，中国第Ⅲ阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2007

3全球技术法规No.2《装用点燃式或压燃式发动机的摩托车的气体排放污染物、CO2排放物以及发动机燃油消耗的测量程序》[EB/OL]．http://wenku.baidu.com，2015-03-20

4日本自动车工业会.MotorcycleStatistics.World MotorVehicle Statistics，2014，13：200

中图分类号：U483

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）02-0033-09?

收稿日期：（2015-03-12）

作者简介：张智轩（1983-），男，工程师，主要研究方向为摩托车检测技术。

Study on the Number of Precondition Driving Cycles in Standard of Evaporation Em ission from M otorcycle in ChinaⅣ

Zhang Zhixuan，W ang Jianchao，W ang Yudong
Tianjin InternalCombustion Engine Research Institute，Tianjin Motorcycle TechnicalCenter,Tianjin
Motorcycle Quality Supervisory&Testing Institute（Tianjin，300072，China）

Abstract：Chinamotorcycle emissions standards（stageⅢ）started to control the evaporative emissions.In ChinaⅣ,theWorld Motorcycle TestCycle（WMTC）was accepted as the exhaustemission test cycle for motorcycle with two-wheels orwith sidecar.So the different purging flow between the ChinaⅢtest cycle and ChinaⅣtest cycle need to be studied,in order to decide the numberofprecondition driving cycles in ChinaⅣ.Thispaper studies the purging flow and totalpurging volume between the different testcycles on classicalmotorcyclemodels，in order to suggest the number ofprecondition driving cycles in ChinaⅣ.

Keywords：Evaporation，Numberofprecondition，Standard ofemissions frommotorcycles（ChinaⅣ）