密闭室整体变温与自然条件下的摩托车燃油箱温度变化的对比研究

翟振宇 黑长浩 张智轩 王建超

（1-天津内燃机研究所（天津摩托车技术中心） 天津 300072 2-中国质量认证中心）

引言

摩托车燃油蒸发试验是检测摩托车排气管排放之外，从燃料系统损失的碳氢化合物蒸汽，其中昼间换气损失试验是模拟燃油箱内温度变化排放的碳氢化合物。现行的摩托车国四标准中的昼间换气损失试验采用的是油箱打孔安装温度传感器，且油箱安装加热片对燃油箱进行直接加热的方法进行试验[1]。这种方法除了破坏样车、传感器密封不严等问题外，最明显的特点就是不符合摩托车的实际使用情况，环境对于燃料系统的影响并不仅作用于燃油箱表面还包括车辆的其它部件。

轻型车国六标准GB18352.6—2016 和GTR No.19 中的蒸发试验采用的是密闭室整体变温（VTSHED），更加符合摩托车实际使用情况[2-3]。这种试验方法中最核心的要点就是温度曲线的设定，温度曲线的合理性直接影响着摩托车的蒸发污染物排放量。

本文通过采集自然条件下的摩托车燃油箱燃油和蒸汽温度曲线，与VT-SHED 试验采集的温度曲线进行对比，研究密闭室整体变温中温度曲线设定的相关问题，找出燃油箱温度变化的规律和影响因素。

1 试验样车

本文使用3 辆具有代表性的样车进行试验，包括1 辆非外露式油箱的小排量踏板车，1 辆外露式浅色油箱的小排量骑式车，1 辆外露式深色油箱的大排量骑式车，所有样车的油箱材质均为金属。具体车型参数如表1 所示。

表1 样车参数

2 试验方法

试验共分为两个部分，第一部分是采集自然条件下燃油箱温度的变化曲线；第二部分是采集使用VT-SHED 的试验方法进行蒸发试验时，车辆的燃油箱温度变化。为了确保两种试验结果的可比性，自然条件下的试验选择的最高环境温度在35 ℃左右，VT-SHED 选择的是GTR No.19 中规定的温度曲线，其最高温度为35 ℃[2]。

2.1 自然条件下燃油箱温度采集

1）在车辆油箱打2 个孔，安装2 个温度传感器，分别测试油箱燃油和蒸汽温度。安装要求应符合GB14622—2016 蒸发试验要求。

2）在油箱盖表面选择1～2 个点测量油箱盖表面温度。在油箱外表面选择1 个点测量油箱外表面温度。

3）车辆加入50%油箱容积的基准燃料，放置在开阔并无遮挡的地方。

4）使用温度计每1 h 测量1 次上述温度以及测试场所环境温度、地表温度并记录，共进行48 h 连续试验。

2.2 VT-SHED

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）试验前，进行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%，将车辆放入密闭室内。

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、最终的温度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）分析仪应于试验结束之前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、最终的温度Tf和压力Pf。

（8）试验结束。

本文采用了GTR No.19 温度变化曲线，具体的温度变化如表2 所示[2]。

表2 密闭室温度变化表

3 试验结果及分析

燃油箱温度采集选择在夏季进行，目的是收集炎热天气下摩托车燃油箱的温度变化情况。试验第一天的天气情况较为复杂，反映了一个夏季中典型的带有晴天、多云和阴雨的天气状态，第二天的天气情况比较一致，反映了一个夏季中典型的晴热天气状态，具体试验数据如图1、2 所示。

图1 燃油温度

从图1 和图2 中可以看出由于第一天天气多变的原因，温度曲线波动较大。第二天白天基本为持续晴热天气，温度曲线较为平滑。如果排除了阴雨等天气影响，燃油箱燃油和蒸汽温度基本在从12 ∶00 左右开始升高，在13 ∶00～15 ∶00 之间达到最大值，15 ∶00 之后开始下降，与自然规律相符合。

图2 蒸汽温度

从汇总数据可以看出，由于第二天属于晴热天气，所有第二天的最高环境温度比第一天高1.2 ℃，最低和平均环境温度相差不大。

但是采集的摩托车燃油箱燃油温度和蒸汽温度则相差较大。在第二天天气持续晴热，环境温度最高为37.8 ℃的情况下，外露式油箱燃油最高温度分别达到了56.8 ℃和54.7 ℃，非外露式油箱燃油最高温度为47.3 ℃；外露式油箱蒸汽最高温度分别为62.6 ℃和62.5 ℃，非外露式油箱蒸汽最高温度为47.5 ℃。第二天与第一天相比，燃油温度的最大差值为9.5 ℃，最小差值为2.7 ℃。蒸汽温度的最大差值为12.0 ℃，最小差值为1.7 ℃。

为了进行比对，本文选择了样车B 进行VT-SHED试验，采集了试验温度曲线，如图3 所示。

图3 VT-SHED 油箱温度曲线

从试验中采集到的温度可以看出燃油最高温度为32.7 ℃，最低温度为19.9 ℃，高低温差为12.8 ℃。蒸汽最高温度为33.9 ℃，最低温度为20.3 ℃，高低温差为13.6 ℃，燃油温度和蒸汽温度都没有超过试验设定的最大温度。

同自然条件下采集到的温度数据相比，两者差距很大。自然条件下采集的燃油和蒸汽温度都远大于最高环境温度，燃油和蒸汽的最高温度也比VTSHED 中采集的数据分别高出22.0 ℃和28.7 ℃。且24 h 内的高低温差分别是31.4 ℃和38.1 ℃，也明显大于VT-SHED 中采集的数据。

由此可见自然条件下除了环境温度对燃油箱的影响之外，阳光照射也是一个重要的影响因素，长时间的阳光照射会导致燃油箱内温度急剧升高。

4 结论

1）自然条件下，摩托车燃油箱受到环境温度，光照和车辆结构的共同影响，外露式燃油箱的燃油和蒸汽最高温度要高于非外露式燃油箱。外露式和非外露式燃油箱的燃油和蒸汽最高温度都要明显高于环境温度。

在非持续性光照条件下，深色燃油箱的燃油和蒸汽温度最高温度都要高于浅色燃油箱。但在持续性的光照条件下，燃油箱最高温度基本相同，燃油箱颜色对于温度的影响可以忽略。

2）VT-SHED 试验中，热量是通过传导的方式对燃油箱内的燃油和蒸汽进行加热，受到油箱材质，壁厚和车辆结构的影响，燃油温度和蒸汽温度都无法达到试验设定的最大温度。

3）以样车B 的两项试验温度数据对比来看，两者温度差距非常大。由此可以看出持续的阳光照射是影响摩托车燃油箱温度变化的一个非常重要的因素。VT-SHED 试验中的温度曲线并不能真实反映自然条件下摩托车燃油箱的温度变化。

由于蒸发污染物排放受到温度的影响，温度越高则排放量越高。因此以现有的温度设定曲线进行VTSHED 试验，其所得到的燃油蒸发污染物结果也并不能代表摩托车实际使用时的污染物蒸发量。如果使用VT-SHED 试验测量摩托车燃油蒸发污染物的话，就需要提高设定的试验温度以符合实际使用情况。