轻型车蒸发排放标准及性能表现分析

孙家兴，秦宏宇，陈 强Sun Jiaxing，Qin Hongyu，Chen Qiang

轻型车蒸发排放标准及性能表现分析

孙家兴，秦宏宇，陈 强
Sun Jiaxing，Qin Hongyu，Chen Qiang

（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

介绍了美国和欧洲等发达国家轻型车蒸发排放标准的制定情况，并对我国轻型车蒸发排放标准发展历程进行总结。选取我国2004～2019年蒸发排放试验数据进行统计，分析近年来整车蒸发排放性能表现的变化趋势；基于世界最新的蒸发排放法规对我国未来轻型车蒸发排放控制策略进行展望。

轻型汽车；蒸发污染物；加油过程污染物；排放标准

0 引 言

2018年，我国汽车HC（碳氢化合物）排放量为326.7万t[1]，HC是轻型汽车排放的主要污染物之一，燃油蒸发排放的主要成分为HC，约占汽车总HC排放量20%[2]。减少HC排放一直是大气污染防治工作的重点之一。我国最新的国6蒸发排放法规规定，蒸发排放限值为0.7 g/test，相比国5法规限值加严了65%，此外国6借鉴了美国排放标准，增加了加油过程污染物排放测试，排放限值为0.05 g/L[3]。随着排放标准的不断升级，国6蒸发排放的加严程度已经超过欧洲，向美国排放标准靠拢。

归纳了欧美排放标准的最新变化，针对我国轻型车蒸发排放测试标准的发展历程进行解读，通过分析历年试验统计数据，为未来更严格的蒸发排放标准制定提供参考。

1 国外轻型车蒸发排放测试技术

1.1 美国轻型车蒸发排放测试技术

美国的汽车排放标准分为CARB（California Air Resources Board，美国加利福尼亚州空气资源局）排放法规和美国联邦标准即EPA（Environmental Protection Agency，美国环境保护署）排放法规两大类，CARB和EPA分别在2013年和2017年开始实施LEV 3和Tier 3，涵盖热浸、昼间、运行损失排放测试（运行损失是指车辆运行时，除尾气排放外的蒸发排放）；LEV 3和Tier 3的主测试程序和排放限值皆相同，但LEV 3在热浸和昼间排放测试中所规定的温度高于Tier 3。针对加油污染物排放标准，EPA和CARB分别在1994年和1996年开始制定，两者测试程序和排放标准相同。LEV 3和Tier 3所包括的测试程序及测试条件见表1。

表1 LEV 3和Tier 3的测试程序及条件

注：①BETP（Bleed Emission Test Procedure，炭罐溢出排放测试）。

相比国6，美国测试程序增加了运行损失、BETP（Bleed Emission Test Procedure，炭罐溢出排放测试）和燃油飞溅排放测试。在排放限值的严格程度上，美国蒸发排放限值要求超国6标准，加油排放限值与国6基本持平。

1.2 欧洲轻型车蒸发排放标准发展

2014年欧洲开始实行欧6排放标准，针对昼间排放测试，欧6a和欧6b仍采用24h制，欧6c和欧6d则改为48h制[4]。欧6d排放法规中，将测试循环由NEDC（New European Driving Cycle，新欧洲驾驶循环）改为WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球统一轻型车测试循环），欧6d测试程序及条件见表2。

表2 欧6d蒸发排放测试程序及条件

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

欧6d中，整车需配备预处理后的炭罐进行主测试，预处理后的炭罐HC吸附能力有所减弱。此外，配备密封油箱车辆的主测试程序还包括油箱压力冲击条件下的BETP测试。通过燃油箱渗透排放，确定油箱PF值，厂家也可使用推荐值0.12 g代替实际试验。欧6d排放限值为2 g，较国6宽松。与美国蒸发排放测试程序相比，欧洲排放法规一直未对整车加油排放及运行损失测试进行规定。

2 我国轻型车蒸发排放标准

2.1 国1～国6蒸发污染物排放测试技术

1993年，GB/T 14763—1993《汽油车燃油蒸发污染物测量收集方法》中规定利用收集法测量蒸发污染物的排放量。2001年，在GB 18352.1—2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（I）》中规定Ⅳ型蒸发试验等效采用欧1标准中的测试程序，可选择使用密闭室法或收集法进行试验[5]，主要包括热浸、昼间排放测试及预处理行驶。国2标准中规定使用密闭室法进行蒸发排放试验，不再采用收集法。

在我国轻型车蒸发排放测试法规中，国1、国2可视为同一阶段，国3、国4、国5可视为同一阶段，国6为一个阶段，国6在国5基础上进行了较大改动。表3为国1～国6蒸发排放测试条件对比。

表3 国1～国6蒸发排放控制条件对比

注：①NIRCO（Non-Integrated Refueling Canister-Only，非整体仅控制加油排放炭罐系统）；②油箱温度变化公式，为时间，0为起始温度，为实时温度；③昼间排放结果取第1昼间和第2昼间结果的最大值。

2.2 国6加油过程污染物排放测试技术

国6增加了加油过程污染物排放限值0.05 g/L，推荐的劣化系数为0.01 g/L[3]。Ⅶ型试验的车速覆盖WLTC循环中低、中、高、超高速度段，Ⅶ型试验进行充分脱附，重点考察加油过程的吸附能力。

针对预处理行驶，配备非整体及NIRCO（Non-Integrated Refueling Canister-Only，非整体仅控制加油排放炭罐系统）系统的车辆，采用重复运行WLTC至最多消耗燃油箱标称容量的85%；与此相比，整体控制系统的车辆仅按WLTC中低、低、中、低速段顺序进行一次行驶。非整体及NIRCO测试程序中，针对炭罐的脱附更加充分。

3 我国整车蒸发排放及加油排放性能分析

3.1 整车蒸发污染物排放性能分析

2004～2019年，在满足相应阶段限值要求的蒸发排放试验结果中，每年选取20辆车进行整车蒸发污染物排放性能分析，所选车辆来自不同生产厂家，涵盖国企、外企、合资企业。表4为各阶段法规颁布及实施的时间节点，各企业一般会在正式颁布前一年收到征求意见稿。

表4 各阶段法规颁布及实施时间

如图1所示，2004～2017年所选试验数据对应的测试程序皆为一昼间蒸发排放，结合表3可看出，符合国3～国5阶段法规要求，这些阶段的法规蒸发排放测试程序、排放限值皆相同。2018年为国5、国6法规过渡阶段，选取国5和国6阶段试验数据各20份；2019年选取的20份国6阶段试验数据皆为两昼间蒸发排放。试验数据具体分布如图1所示，其中国6阶段的数值为测试结果与劣化修正值0.06 g/test之和。

图1 2004～2019年整车蒸发排放试验结果

由于国6（0.7 g/test）与国3～国5（2 g/test）的蒸发排放限值不同，选用EPR（Emissions Performance Ratio，排放性能比）在相同的测试基础上对不同年份整车蒸发排放性能表现进行比较，EPR=（测试结果+劣化修正值）/标准排放限值[6]。虽然不同阶段的排放测试程序会有所变化，但相应的整车蒸发排放控制技术也会随之调整，因此EPR的使用有助于对近年来整车蒸发排放性能表现进行分析。2004～2019年EPR平均值变化情况如图2所示。

图2 2004～2019年整车蒸发排放EPR平均值

由图2可知，2004～2015年EPR值在57%～71%范围内上下浮动；受2016年国家环保部颁布更为严格的国6蒸发排放测试法规影响，2016～2018年，按照国5测试程序进行的蒸发排放型式检验EPR值有所下降，最低降至43.4%；由于国6排放限值由2 g/test降为0.7 g/test，且增加了劣化修正值，导致2018年和2019年EPR值持续升高至60%左右。总体来说，随着蒸发排放测试程序变化，整车蒸发排放控制技术也会相应做出改动，车辆的EPR值在50%～71%范围内浮动。为分析当前国6法规控制条件下，热浸、昼间、劣化修正值占标准限值的平均比例，以及可用于法规继续加严的空间，对2018年及2019年国6试验数据进行计算。各部分测试结果占总排放限值平均百分比如图3所示。

图3 2018、2019年蒸发污染物各部分占标准限值平均百分比

由图3可知，2018年和2019年热浸试验结果占比分别为15.1%、14.8%，昼间排放试验结果为热浸试验结果2倍有余，占比分别为34.5%、41.1%，总排放测试结果占比分别为49.6%、55.9%；劣化修正值占比为8.6%；可用于继续加严控制的空间分别为41.8%、35.5%，这为后续法规制定提供借鉴。

3.2 整车加油过程污染物排放性能分析

为分析国6法规颁布后加油污染物排放性能，选取2018年和2019年满足排放限值要求的各20辆车的试验数据，并计算出EPR平均值，如图4和图5所示。图4中纵坐标数值为测试结果与劣化修正值0.01 g/L之和。

图4 2018、2019年整车加油排放试验结果

图5 2018、2019年整车加油排放EPR平均值

由图4中试验结果可看出，2019年整车加油污染物排放控制效果优于2018年，图5中2018年EPR值为44%，2019年EPR值为34.4%，EPR平均值处于下降趋势。总体来讲，随着加油排放控制技术提高和研发投入不断增加，加油排放污染物在减少。2018年、2019年加油排放、劣化修正值、可加严空间占标准限值的平均百分比如图6所示。

图6 2018、2019年加油过程污染物各部分占标准限值平均百分比

由图6可以发现，2018年、2019年加油排放测试结果占比分别为24%、14.4%，低于蒸发排放（热浸+昼间）的这一数值；劣化修正值占比20%，超过蒸发排放的这一数值；可用于继续加严控制的空间分别为56%、65.6%，超过蒸发排放的这一数值。通过排放限值或测试程序的调整，可对加油排放控制进一步加严。

4 蒸发排放控制的未来思路

（1）针对炭罐预处理测试程序，最新的欧6d标准中，炭罐高低温循环、振动、GWC老化等试验可以有效评估其耐久特性，降低炭罐长时间使用失效导致HC排放量增加的可能性。

（2）针对排放限值，美国LEV 3阶段排放标准为目前最严格的蒸发排放测试标准，其排放限值为0.3 g/test；我国轻型车排放限值为0.7 g/test，较为宽松。

（3）针对炭罐溢出排放测试，欧6d和美国LEV 3/ Tier 3都对炭罐的溢出排放值进行了限定，我国目前未做相关要求。

（4）运行损失排放测试可有效控制车辆在实际道路上的HC排放，美国早已对其进行了规定，我国尚处于空白阶段。

（5）针对测试循环工况，目前国6使用WLTC，其由联合国欧洲经济委员会牵头制定，与我国实际工况存在差异，只有使用符合我国实际情况的测试工况才更利于节能减排。

（6）2004～2019年蒸发排放的EPR值普遍控制在50%～71%，2018、2019年加油排放的EPR值分别为44%、34.4%，则2018、2019年蒸发排放加严空间分别为41.8%、35.5%，加油排放加严空间分别为56%、65.6%。

[1]国家环境保护总局. 中国移动源环境管理年报（2019）[R/OL]. (2019-09-04)[2020-11-29]. http：//www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/ ydyhjgl/ 201909/P020190905586230826402.pdf.

[2]孟海栗. 汽油车蒸发污染物排放控制—以汽车炭罐初始工作能力的试验方法解析与优化为例[J]. 质量与标准化，2018，317（9）：64-66.

[3]环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）：GB18352.6-2016[S].北京：中国环境科学出版社，2016.

[4]栾义超. 轻型汽车排放标准分析及关键排放参数试验研究[D]. 青岛：青岛理工大学，2016.

[5]程勇，付铁强，李洧，等. 国产轻型汽油车蒸发排放现状与分析[J]. 汽车工程，2002（3）：8-12.

[6]PASSAVANT G W . Summary and Analysis of 2000-2015 Model Year IUVP Evaporative and Refueling Emission Data[J]. SAE Technical Paper，2017，2017-01-5008.

2020-11-30

U467.4+99

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.01.005

1002-4581（2021）01-0021-05