非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放揮發(fā)源研究

付增坤 蔣瓊 聶險(xiǎn)峰

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

1 前言

2016 年12 月23 日，環(huán)境保護(hù)部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（第六階段）》（以下簡稱國六），自2020 年7 月1 日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應(yīng)符合該標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，其中整車蒸發(fā)排放試驗(yàn)測試條件及限值大幅加嚴(yán)，在不考慮測試條件加嚴(yán)的情況下，整車蒸發(fā)排放限值加嚴(yán)了65%。中國排放法規(guī)定義蒸發(fā)排放為為汽車燃油系統(tǒng)損失的碳?xì)浠衔镎魵?，由于測試為對整車進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)不可避免地包含了非金屬內(nèi)外飾零部件、材料等非燃油系統(tǒng)揮發(fā)的碳?xì)浠衔铮ㄒ韵潞喎Q非燃油蒸發(fā)排放），中國排放法規(guī)一直將非燃油蒸發(fā)排放定義為背景值，允許整車測試前采取快速老化措施降低背景值[2]。隨著國六的發(fā)布及實(shí)施，單純采取快速老化措施降低非燃油蒸發(fā)排放所收到的管控效果愈發(fā)不理想，相對國五時(shí)期，非燃油蒸發(fā)排放對整車測試結(jié)果的影響更加顯著，約占整車蒸發(fā)排放的50%以上。為查找非燃油蒸發(fā)排放揮發(fā)源，介紹了使用1 立方米艙模擬整車測試條件對非金屬內(nèi)外飾、材料進(jìn)行非燃油蒸發(fā)排放測試，獲得各零部件、材料非燃油蒸發(fā)排放貢獻(xiàn)率，快速確定重點(diǎn)管控零部件、材料，從源頭改善非燃油蒸發(fā)排放。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)器材

2.1.1 立方米艙

1 立方米艙設(shè)計(jì)為氣密焊接的不銹鋼調(diào)節(jié)箱，其內(nèi)表面經(jīng)過電解拋光，可以提供標(biāo)準(zhǔn)的測試環(huán)境，相關(guān)要求如下。

a.壓力測量。在蒸發(fā)排放測量期間，應(yīng)以每分鐘不小于一次的頻率記錄壓力變化，壓力記錄系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)在±200 Pa以內(nèi)，分辨率應(yīng)不小于20 Pa。

b.溫度測量。在蒸發(fā)排放測量期間，應(yīng)以每分鐘不少于一次的頻率記錄溫度變化，溫度記錄系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)在±1.0 ℃以內(nèi)，分辨率應(yīng)不小于0.4 ℃。

c.溫度控制。測試中實(shí)際溫度不應(yīng)偏離目標(biāo)值大于1.0 ℃。

2.1.2 碳?xì)錆舛葴y量設(shè)備

使用火焰離子化檢測器（以下簡稱FID）對1立方米艙碳?xì)浠衔餄舛冗M(jìn)行測定。將FID 通過不銹鋼制成的可加熱樣氣管線連接到1 立方米艙。FID 檢測值為碳?xì)浠衔餄舛?丙烷當(dāng)量)，以CHC表示，數(shù)據(jù)以10-6形式顯示。

2.2 試驗(yàn)樣件

目前內(nèi)飾零部件VOC 測試項(xiàng)目中的總碳與非燃油蒸發(fā)排放的總碳測試及計(jì)算方法有差異，但同樣作為揮發(fā)性有機(jī)物測試，其散發(fā)規(guī)律相對一致，據(jù)此可根據(jù)內(nèi)飾零部件VOC 測試中的總碳數(shù)據(jù)篩選本次測試內(nèi)飾零部件。試驗(yàn)樣件增加部分外飾件及工藝膠、車身油漆，盡可能擴(kuò)大測試范圍。選取某車型36 種零部件、材料進(jìn)行測試。清單如表1 所示。

為保證所有試驗(yàn)樣件的狀態(tài)一致，試驗(yàn)樣件隨機(jī)從正常生產(chǎn)條件下生產(chǎn)，且下線時(shí)間不超過2天的樣件中抽取。

2.3 試驗(yàn)方法

由于整車測試艙體積較大，且背景值較高，使用整車艙測試單個(gè)零部件、材料蒸發(fā)排放，準(zhǔn)確性差，誤差大，且試驗(yàn)資源資源奇缺，費(fèi)用高昂，不利于零部件、材料的開發(fā)驗(yàn)證。本次測試選用VOC測試中常用的1 立方米艙來進(jìn)行測試，縮減了測試艙體積，優(yōu)化了測試艙背景值。試驗(yàn)條件按照國六要求執(zhí)行，大大增加了測試的準(zhǔn)確性和便利性。FID 通過不銹鋼制成的可加熱樣氣管線與1立方米艙連接，國內(nèi)大部分第三方檢測機(jī)構(gòu)具有此套設(shè)備及試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

表1 某車型試驗(yàn)樣件清單

試驗(yàn)前應(yīng)對1 立方米艙背景值進(jìn)行凈化，艙內(nèi)背景FID 檢測值≤10-6方開展試驗(yàn)。

國六非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放測試關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集步驟應(yīng)包括1 h 熱浸測試和48 h 晝夜換氣測試，但本次試驗(yàn)作為一種零部件、材料測試和評價(jià)手段，旨在從宏觀角度模擬評價(jià)各零部件、材料的揮發(fā)特性，同時(shí)考慮測試的周期、成本及便利性等因素，測試結(jié)果不合適以1:1 的比例傳遞給整個(gè)車輛，需對測試方法進(jìn)行優(yōu)化。零部件、材料1 h 熱浸測試數(shù)據(jù)偏小，甚至低于檢出限，對總體評價(jià)結(jié)果影響甚小，故本次測試去除1 h 熱浸測試。整車48 h 晝夜換氣測試取前后24h 兩個(gè)測試循環(huán)較大數(shù)據(jù)為最終數(shù)據(jù)，由于碳罐吸附能力的不同，燃油蒸汽的外溢會導(dǎo)致后24 h 測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)較前24 h數(shù)據(jù)增高的現(xiàn)象，不同于整車測試，從非金屬零部件、材料揮發(fā)特性考慮，只進(jìn)行前24 h 晝夜換氣測試即可得到較大數(shù)據(jù)，無需進(jìn)行48 h 晝夜換氣測試。綜上所述，本次測試只進(jìn)行24 h 晝夜換氣測試，1 立方米艙內(nèi)部溫度循環(huán)按照國六整車蒸發(fā)排放要求執(zhí)行，溫度循環(huán)參數(shù)見表2。

將1 立方米艙預(yù)熱到表2 要求的0 h 初始溫度后，將試驗(yàn)樣件放入1 立方米艙，暴露面或在整車中面向消費(fèi)者的一面朝上，按照表2 溫度循環(huán)參數(shù)進(jìn)行24 h 的蒸發(fā)排放試驗(yàn)，測試過程中不換氣。測試中記錄0 h 與24 h 的艙內(nèi)溫度T、壓力P、FID檢測值CHC。

表2 溫度循環(huán)參數(shù)

2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

參照國六整車蒸發(fā)排放數(shù)據(jù)處理要求執(zhí)行[2]，總碳?xì)浠衔锪恳訫HC表示，其計(jì)算公式（1）如下。

式中，MHC為總碳?xì)浠衔锪?；H/C為氫碳比，取2.33；k為17.196(1.2×(12+H/C))；v為經(jīng)校正后的密閉室凈容積，即密閉室容積減去試驗(yàn)樣件或試驗(yàn)樣片體積；CHC.0為0 h 密閉室內(nèi)碳?xì)浠衔餄舛?丙烷當(dāng)量)，數(shù)據(jù)以10-6表示；CHC.24為24 h密閉室內(nèi)碳?xì)浠衔餄舛?丙烷當(dāng)量)，數(shù)據(jù)以10-6表示；T0為0 h密閉室內(nèi)環(huán)境溫度；T24為24 h密閉室內(nèi)環(huán)境溫度；P0為0 h密閉室內(nèi)大氣壓；P24為24 h密閉室內(nèi)大氣壓；m為3(丙烷當(dāng)量相當(dāng)于碳當(dāng)量的轉(zhuǎn)化因子)；

3 結(jié)果與分析

工藝膠、車身油漆按照實(shí)際工藝固化后制作成標(biāo)準(zhǔn)樣塊進(jìn)行測試，按照整車用量換算為整車揮發(fā)量。輪胎、座椅泡棉無法全部放入1 立方米艙，本次測試取單個(gè)零件測試，同樣按照數(shù)量換算成整車揮發(fā)量。表3 為測試數(shù)據(jù)，并按照總碳?xì)浠衔锪繌拇蟮叫∨判颉?/p>

表3 非燃油蒸發(fā)排放測試值 mg

從上述數(shù)據(jù)可知，車底涂料、焊縫密封膠、輪胎、車身油漆為非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放最大揮發(fā)源，合計(jì)占到揮發(fā)總量的96%，為主要的管控方向。其他總碳?xì)鋼]發(fā)量相對較大（≥5 mg）的零部件、材料如點(diǎn)焊膠、減震膠、門飾板總成、后保險(xiǎn)杠、前保險(xiǎn)杠、座椅面套、立柱飾板、座椅泡棉，合計(jì)占到揮發(fā)總量的3%。其余24 種零部件、材料合計(jì)占到揮發(fā)總量的1%。同樣從上述數(shù)據(jù)可知，內(nèi)飾零部件非主要的揮發(fā)源。

4 結(jié)論

通過使用1 立方米艙法模擬整車蒸發(fā)排放測試，對36 種零部件、材料進(jìn)行了總碳?xì)浠衔飺]發(fā)量測試，查找非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放揮發(fā)源。

a.車底涂料、焊縫密封膠、輪胎、車身油漆為非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放最大揮發(fā)源，合計(jì)占到揮發(fā)總量的96%，可重點(diǎn)管控；

b.點(diǎn)焊膠、減震膠、門飾板總成、后保險(xiǎn)杠、前保險(xiǎn)杠、座椅面套、立柱飾板、座椅泡棉合計(jì)占總碳?xì)鋼]發(fā)的3%，在需進(jìn)一步優(yōu)化非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放時(shí)可納入管控；

c.其余24 種零部件合計(jì)占總碳?xì)鋼]發(fā)的1%，對非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放影響較?。?/p>

d.內(nèi)飾零部件并非非燃油系統(tǒng)蒸發(fā)排放主要揮發(fā)源。