汽车燃油蒸发排放控制系统检测方法研究

张郁森， 吴明， 张耀轩

(1.开平市恒量汽车检测站， 广东 江门 529328；2. 中山市道路运输车辆综合性能小榄检测站， 广东 中山 528415；3.华南农业大学 工程学院， 广东 广州 510642)

为防止油箱燃油蒸气外溢污染大气，汽油车安装有油箱燃油蒸发排放控制系统，油箱上通常有蒸气阀和活性碳罐贮存装置等，油箱盖上有空气阀。若阀体密封性下降，将产生较大燃油蒸气泄漏。而大多数车辆维护和保养容易忽略这种泄漏，有必要实施燃油蒸发检测。

GB 18285—2018《汽油车污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》附录E规定油箱加油口检测采用压力法，油箱盖检测采用压力法或流量法。正如GB 18285—2018第E.3.1.2条所述，燃油蒸气温度变化会影响压力测量结果，燃油蒸气的体积会影响压力损失测量。为消除这些检测误差，在统一标准状态下进行等效检测和评价，分析和探讨燃油蒸气泄漏检测方法。

1 相同时间内压力差与泄漏速率的关系

汽车油箱燃油蒸气的气压不大、温度不高，在泄漏过程中气压和温度变化较小，可设定燃油蒸气压缩系数为1，其状态变化近似为理想气体状态变化，在较短取样时间内的燃油蒸气温度变化很小，可把燃油蒸气状态变化近似作为等温气体状态变化。

测量检测环境状态的温度t0、气压P0。 在加压后燃油蒸气泄漏的气压下降过程中，按GB 18285—2018规定取样时间为10 s，取样起始点时刻状态的燃油蒸气体积为V1、气压为P1、温度为t1，取样终止点时刻状态的体积为V2、气压为P2、温度为t2，泄漏体积ΔV=V2-V1。设定t1=t2，对于取样起始点和终止点的燃油蒸气状态，按等温气体状态方程，有V1P1=V2P2，可得气压差ΔP=P1-P2=P2V2/V1-P2=[(V1+ΔV)/V1-1]P2=P2ΔV/V1。由此可知，当ΔP和P2为定值时，ΔV与V1成正比，即绝对泄漏量ΔV与燃油蒸气V1成正比，ΔV受V1的影响，难以测量V1，加上泄漏量与时间成正比，无法用ΔV来评价。ΔV/V1是单位体积燃油蒸气的相对泄漏量，可用检测规定时间内标准状态每升体积的泄漏速率来评价，这样可无需测量V1。当P2为已知值时，ΔV/V1与ΔP成正比，ΔP与P2都是相同的气压单位，ΔV/V1为无量纲系数，在计算时ΔV与V1单位相同。

为消除不同燃油蒸气温度对检测的影响，评价限值应是标准状态下泄漏速率，将在规定时间内检侧的不同压力和温度下泄漏量校正在标准状态下泄漏量才能准确评价。按GB 18285—2018规定取样时间区间为10 s，标准状态下燃油蒸气每升体积泄漏速率限值δ=Vb/10 s。设定P2为已知值，标准状态气压为Pb、温度为tb，所检测燃油蒸气取样终止点状态的每升体积的泄漏量为V2b，按气体状态方程，有：

VbPb/(273+tb)=V2bP2/(273+t2)

(1)

式(1)中除V2b为未知量外，其他参数均为测量值和已知值，可计算得到V2b。δ限值对应的气压差ΔP=P2V2b，P1=P2+P2V2b，在统一标准状态下δ限值对应的ΔP随燃油蒸气温度的不同而变化，从而消除燃油蒸气温度的影响。

2 实施国家标准限值的检测方法

油箱盖泄漏通常是直接排入大气造成污染。油箱泄漏通常是进入活性碳罐被活性炭吸附，发动机工作时燃油分子会被吸回发动机气缸，只是发动机不工作时，如果蒸气阀泄漏过大，容易造成活性炭过早失效或当活性炭吸附饱和后，剩余的泄漏量排入大气造成污染。

根据污染程度不同，通常可对加油口和油箱盖检测规定不同的δ限值，按GB 18285—2018的规定，油箱盖的δ限值偏小，加油口的δ限值偏大。由于ΔV/V1与ΔP成正比，油箱盖的气压差偏小，加油口的气压差偏大。

2.1 油箱盖限值的等效压力差

按GB 18285—2018第E.3.4.2条，燃油蒸气体积V1=1 000 mL时的标准状态泄漏速率在压力差为7 500 Pa条件下不应超过60 mL/(1 000 mL·min)=0.01 mL/(mL·10 s)，即每分钟标准状态泄漏量不大于6%。按ΔP=P2ΔV/V1，设P2=Pb+(7.5-1.1)=101.35+6.4=107.75 kPa，对应气压差ΔP=107.75×0.01=1.078 kPa=1 078 Pa，P1=P2+ΔP=107.75+1.078=108.828 kPa。

假设GB 18285—2018规定的“初始压力差为7 000 Pa，在接下来的10s内，压力损失不应超过1 500 Pa”是在标准状态下的要求，ΔP=P2ΔV/V1，P2=Pb+(7.0-1.5)=101.35+5.5=106.85 kPa，δ=ΔV/V1=1.5/106.85=0.014 04 mL/(mL·10 s)=84.24 mL/(L·min)，即每分钟标准状态下泄漏量不大于8.42%。相对流量法要求的误差为(84.24-60)/60=40.4%，压力法的泄漏速率限值过大，宜采用流量法检测的泄漏速率来评价。

2.2 油箱加油口压力差的等效δ限值

按GB 18285—2018第E.3.3.3条进行稳定性检测，假设也是在标准状态下要求的压力差，ΔP=1 250 Pa，P1=101.35+3.5=104.85 kPa，P2=104.85-1.25=103.6 kPa，δ=ΔV/V1=1.25/103.6=0.012 066 mL/(mL·10 s)=72.4 mL/(L·min)≈72 mL/(L·min)。

根据不同的污染程度要求，按国家标准，标准状态下油箱盖的δ限值为60 mL/(L·min)，加油口的δ限值允许增大20%，为1.2×60=72 mL/(L·min)。以每分钟标准状态燃油蒸气每升体积泄漏速率限值δ来检测和评价，定量且直观。

3 以国家标准泄漏速率限值δ来检测评价

3.1 检测评价方法

测量检测环境状态的温度t0、气压P0，取样时间为10 s，标准状态气压Pb=101.35 kPa，温度tb=23 ℃。检测时以P1点作为取样起始点时刻，设取样终止点时刻状态的气压为Pj、每升体积的泄漏量为Vjb，气压差ΔPj=PjVjb，Vjb=ΔPj/Pj，限值的气压差ΔP=P2V2b，V2b=ΔP/P2。当Pj≥P2时，ΔPj/Pj≤ΔP/P2，则Vjb≤V2b，检测标准状态下燃油蒸气每升体积泄漏速率δj≤δ限值，检测合格；反之，当Pjδ限值，检测不合格。

当所检油箱或油箱盖的气压差ΔPj=PjVjb时，得到Vjb=ΔPj/Pj，按气体状态方程，VbPb/(273+tb)=VjPjb/(273+tj)(Pj、tj分别为检测所得取样终止点时刻状态的燃油蒸气气压、温度)，从而得到检测标准状态下燃油蒸气每升体积泄漏量Vb和泄漏速率δj。

3.2 油箱加油口泄漏检测举例

δ限值=72 mL/(L·min)。检测环境气压P0=101.1 kPa，燃油蒸气温度t2=t1=45 ℃，取样终止点时刻气压P2=P0+(3.5-1.2)=101.1+2.3=103.4 kPa，根据式(1)，0.012×101.35/(273+23)=V2b×103.4/(273+45)，得V2b=0.012 636。δ限值对应检测气压差ΔP=P2V2b=103.4×0.012 636=1.307 kPa，P1=103.4+1.307=104.707 kPa，得到该燃油蒸气温度和气压下等效δ对应的P1、P2。

以所检油箱的燃油蒸气气压P1=104.707 kPa点作为取样起始点时刻，取样终止点时刻的燃油蒸气气压Pj=103.5 kPa>P2=103.4 kPa，检测合格。

Vjb=ΔPj/Pj=(104.707-103.5)/103.5=0.011 662，根据式(1)，Vb×101.35/(273+23)=0.011 662×103.5/(273+45)，得Vb=0.011 085 mL/(mL·10 s)=66.54 mL/(L·min)<δ限值=72 mL/(L·min)，检测合格。

3.3 油箱盖泄漏检测举例

δ限值=60 mL/(L·min)。检测环境气压P0=101.8 kPa，燃油蒸气温度t2=15 ℃，取样终止点时刻气压P2=P0+(7.0-1.0)=101.8+6.0=107.8 kPa，根据式(1)，0.01×101.35/(273+23)=V2b×107.8/(273+15)，得V2b=0.009 148。δ限值对应气压差ΔP=P2V2b=107.8×0.009 148=0.986 1 kPa，P1=107.8+0.986=108.79 kPa。从P1开始测量，Pj=107.7 kPa

Vjb=ΔPj/Pj=(108.79-107.7)/107.7=0.010 121，根据式(1)，Vjb×101.35/(273+23)=0.010 121×107.7/(273+15)，得Vjb=0.011 054 mL/(mL·10 s)=66.32 mL/(L·min)>δ限值=60 mL/(L·min)，检测不合格。

4 检测操作步骤

检测气压小于蒸气阀的设计开启气压、大于空气阀的设计开启气压，测量检测环境气压P0，从油箱口对油箱的燃油蒸气加压，对油箱盖和附加试验油箱的燃油蒸气加压，达到一定气压后断开加压源，使油箱或油箱盖形成密闭的空间，加压后燃油蒸气温度为t1。可设t2=t1、P2为已知值，先计算所检燃油蒸气限值δ等效的对应气压差ΔP，计算得到P1，记录气压下降检测过程中燃油蒸气同一时刻的时间、气压、温度。当t2与t1相差较大时，可按t2重新计算δ等效的对应气压差ΔP和P1，从气压等于P1点开始取样计时，记录10 s后的气压值Pj。若Pj≥P2，则检测合格；若Pj

5 结语

釆用每分钟标准状态燃油蒸气每升体积泄漏速率限值δ来检测和评价，标准状态消除了燃油蒸气温度变化对检测的影响，每升体积泄漏消除了燃油蒸气体积对检测的影响。不考虑燃油蒸气状态采用统一的气压差测量，会造成有差异的不同检测和评价结果。而采用统一的标准状态限值，随燃油蒸气状态不同计算不同的气压差，可大幅提高检测和评价的准确性。