摩托车蒸发试验-密闭室整体变温法研究

（天津内燃机研究所 天津 300072）

引言

摩托车国IV 标准GB14622-2016[1]和GB18176-2016[2]中规定了IV 型蒸发试验采用的方法为昼间换气损失试验+热浸损失试验。其中昼间换气损失试验油箱加热的试验方法存在一些问题。

1）破坏样车。昼间换气损失试验需要对样车油箱打孔，以安装温度传感器控制油箱内燃油和蒸气温度。

2）传感器密封。传感器安装如果密封不严会对蒸发试验结果造成很大影响。

3）燃油和蒸气温度传感器安装位置。根据标准要求，燃油和蒸气温度传感器需要分别位于燃油和蒸气的几何中心点，并至少离开油箱表面2.54 cm。但由于部分油箱形状不规则，油箱内部结构复杂且不便于观察，安装传感器时大多依靠操作人员经验，有可能造成传感器安装不符合标准。

4）加热片安装依靠操作人员经验，有可能造成油箱加热不均匀，加热片安装过少，导致油箱温度升高速率不满足标准要求等问题。

鉴于以上存在的问题，使用密闭室整体变温（VT-SHED）的试验方法可以有效地避免此类问题。

密闭室整体变温的试验方法是通过改变密闭室整体环境温度对油箱温度进行影响，更加符合摩托车在实际使用过程中的情况。

1 试验样品

本试验使用了两个油箱进行试验，分别为塑料油箱和金属油箱，以比对不同材料油箱的试验效果。油箱容积为5 L，形状均为近似规则的长方体，试验时不连接炭罐，油箱所有接口均使用密封胶进行密封，经测试后无泄漏。

2 试验方法

2.1 1 h 昼间换气损失

1）在试验开始前，通风并清洗密闭室几分钟，直至得到一个稳定的环境背景值，在此期间密闭室内的混合风扇也应开动。

2）临近试验前，进行碳氢化合物分析仪的零点和量距点标定。

3）油箱注入温度在283.2 K 至287.2 K（10 ℃至14 ℃）范围内的试验用燃油至油箱标称容积的50%±2.5%。

4）将油箱放入密闭室内，将燃油箱传感器与加热装置连接。立即开始记录燃油温度和密闭室内的温度

5）最初试验的蒸气温度不得高于299.2K（26.0 ℃），在此状况下试验时，可以不必加热蒸气。当燃油温度公式曲线升高至比蒸气温度低5.5 ℃时，应进行剩余的蒸气加热程序。

6）当燃油温度达到14.0 ℃时，立即盖上油箱盖，此时若未关闭鼓风机应予以关闭，关闭并密封密闭室。

7）当燃油温度达到15.5 ℃± 1 ℃时，应立即记录密闭室内初始时刻（t=0 min）密闭室中的最终碳氢化合物浓度即为测量浓度（CHC,i）。记录测量时间或用时，同时记录初始的温度Ti和压力Pi。

8）在60±2 min 的时间内开始20±0.5 ℃的线性加热。加热过程中的燃油和燃油蒸气温度应符合公式的计算结果且保持在±1.7 ℃以内。

9）FID 碳氢化合物分析仪应于试验结束之前立即进行零点和量距点标定。

10）记录密闭室内终了时刻密闭室中的最终碳氢化合物浓度即为测量浓度（CHC，f）。记录测量时间或用时，同时记录最终的温度Tf和压力Pf。

11）打开密闭室的门，试验结束。

2.2 VT-SHED 昼间换气损失

1）在试验开始前，通风并清洗密闭室几分钟，直至得到一个稳定的环境背景值，在此期间密闭室内的混合风扇也应开动。

2）临近试验前，进行碳氢化合物分析仪的零点和量距点标定。

3）油箱注入温度在283.2 K 至287.2 K（10 ℃至14 ℃）范围内的试验用燃油至油箱标称容积的50%±2.5%，将油箱放入密闭室内。

4）关闭并密封密闭室门。记录密闭室内初始时刻（t=0 h）密闭室中的最终碳氢化合物浓度即为测量浓度（CHC，i）。记录测量时间或用时，同时记录初始的温度Ti和压力Pi。

5）密闭室温度按照温度变化表进行变温，试验周期为24 h。

6）FID 碳氢化合物分析仪应于试验结束之前立即进行零点和量距点标定。

7）记录密闭室内终了时刻（t=24 h）密闭室中的最终碳氢化合物浓度即为测量浓度（CHC，f）。记录测量时间或用时，同时记录最终的温度Tf和压力Pf。

8）打开密闭室的门，试验结束。

为了比对不同最高试验温度对试验结果的影响，本文采用了两种温度变化曲线，分别为20 ℃～35 ℃～20℃（参照EU 2017/1151）[3]和20 ℃～38 ℃～20 ℃（参照GTR No.19）[4]，具体的温度变化分别如表1 和表2 所示。

表1 20 ℃～35 ℃～20 ℃密闭室温度变化表

表2 20 ℃～38 ℃～20 ℃密闭室温度变化表

3 试验结果及分析

试验结果如表3 所示，1 h 昼间换气损失的加热曲线按照外露式油箱进行试验。图1 为金属油箱和塑料油箱1 h 燃油升温曲线。图2 为金属油箱和塑料油箱1 h 昼间蒸发试验曲线。

表3 试验数据汇总

图1 金属油箱和塑料油箱1 h 燃油升温曲线

图2 金属油箱和塑料油箱1 h 昼间蒸发试验曲线

塑料油箱和金属油箱外形基本相同，都是近似规则的长方体，两者所使用的加热毯以及加热毯的位置也完全一致，从图1 的燃油升温曲线可以看出，燃油的加热效果相差不大。

从图2 试验曲线来看塑料油箱为0.155 g，金属油箱为0.073 g，2 次试验结果相差一倍。在燃油升温曲线完全一致，且油箱密封良好的情况下，可以认为问题来自于油箱材料，塑料油箱的渗透应该是造成结果差异较大的主要原因。

图3 为24 h VT-SHED 试验数据曲线。VT-SHED的试验共进行了2 次，20 ℃～35 ℃～20 ℃的VT-SHED试验结果为0.172 g，20 ℃～38 ℃～20 ℃的VT-SHED 试验结果为0.414 g。

图3 24 h VT-SHED 试验数据曲线

20 ℃～35 ℃～20 ℃的HC 曲线上升比较平稳，在达到35 ℃最高温时，HC 的排放量并没有明显的变化，依然是平稳上升。而20 ℃～38 ℃～20 ℃的HC 曲线在SHED 温度达到38 ℃前后的区间内，HC 排放量有一个加速上升的过程。可见加热温度的提升对排放结果有较大的影响。温度提高加速了气体的挥发，促进油箱渗透，导致排放结果升高。

本次VT-SHED 试验还对油箱内燃油温度的变化进行了检测，通过数据发现，2 次试验的燃油温度曲线均无法与SHED 温度曲线一致，且最高燃油温度要比SHED 温度低2～3℃。

塑料油箱导热性能会影响到燃油温度，塑料油箱的材质较差和壁厚等参数均会影响燃油温度。使用壁厚比较薄或者材质较差的塑料油箱，试验时其油箱内燃油温度会较高，进而蒸发排放结果更加恶劣。

图4 HC 增加值和SHED 温度关系图

HC 每小时增加值和SHED 温度关系。在6～20 h的区间内，20 ℃～38 ℃～20 ℃的HC 增加值要明显高于20 ℃～35 ℃～20 ℃，SHED 试验温度对于HC 增加值的影响非常明显。

4 结论

1）在1 h 昼间蒸发试验中，塑料油箱比金属油箱的蒸发排放量要高，其主要来源于油箱渗透排放。

2）VT-SHED 试验中，密闭室的整体温度对试验结果有影响，从单次试验来看，影响幅度较大。最高温度提高到38 ℃，使得蒸发排放量提高了1 倍以上。

3）VT-SHED 试验中，燃油温度曲线无法与密闭室温度曲线一致，这与燃油箱的材质与壁厚等参数有关，较厚的油箱可以有效地阻挡热传递，减少燃油升温幅度，可以降低试验中燃油的渗透量。同时油箱采用低渗透率的材质也可以有效降低渗透量。

4）总体来说，使用24 h VT-SHED 方法进行试验要比1 h 昼间试验方法对于车辆油箱和油管的要求更加严格。对于整车试验，长时间的升温过程会使油箱和油管产生更多的渗透排放量，如果使用了较差的材质和较薄壁厚的油箱和油管，则排放量会更大。除此之外，采用大容量的炭罐也可以有效降低HC排放量。所以，如果选择24 h VT-SHED 试验，会增加企业的成本。