张智轩林吉坤翟振宇王玉冬（1-天津内燃机研究所　天津　300072 2-天津摩托车技术中心3-天津摩托车质量监督检验所　-奥迪（中国）企业管理有限公司）



摩托车国Ⅳ循环下炭罐脱附流量的研究

张智轩1，2，3林吉坤4翟振宇1，2，3王玉冬1，2，3
（1-天津内燃机研究所天津300072 2-天津摩托车技术中心
3-天津摩托车质量监督检验所4-奥迪（中国）企业管理有限公司）

摘要：中国摩托车排放标准（第四阶段）中，对于两轮和边三轮摩托车Ⅰ型试验的测试循环修改为采用全球技术法规WMTC测试循环，同时增加对炭罐初始工作能力的测试要求。需要对炭罐在实际工况下的脱附流量进行研究，对台架测试中不同等速脱附速率的脱附效果进行对比分析，为标准中相关的试验条件、一致性检验测试条件的设定等提供数据支持。

关键词：燃油蒸发炭罐脱附速率

引言

在现代摩托车行业中，绿色环保、低碳的理念已经被摩托车制造商和消费者广为接受。低排放、低油耗成为摩托车产品设计和制造的重要目标之一。其中，由燃油蒸发所导致的污染物排放，也受到了越来越大的重视。燃油蒸发污染物排放控制系统的核心部件是存储了活性碳的炭罐，其脱附性能直接影响着整个燃油蒸发控制系统以及摩托车整体的排放性能。因此，对于炭罐脱附性能的研究则显得十分必要和重要。

目前，《摩托车污染物排放限值及测量方法（中国第四阶段）》和《轻便摩托车污染物排放限值及测量方法（中国第四阶段）》（以下简称“国四标准”）两个标准正在制定中。相比GB 14622 -2007和GB18176-2007两个标准，所谓国三阶段标准，国四标准的文稿将燃油蒸发污染物排放作为其中的测试项目，定义为Ⅳ型试验。同时，两轮和边三轮摩托车Ⅰ型试验的测试循环修改为采用全球技术法规No.2《装用点燃式或压燃式发动机的摩托车的气体排放污染物、CO2排放物以及发动机燃油消耗的测量程序》（GTR No.2）中世界摩托车测试循环（WMTC）。

在国四排放标准中，为了加严对燃油蒸发污染物排放一致性的控制，标准中增加了对炭罐初始工作能力的测试要求。其中，初始工作能力指通过丁烷/氮气的混合气使炭罐吸附至临界点，再通过一定量的空气进行脱附，经过13次试验后，测得的单位炭罐有效容积的有效吸附量。

由于测试工况循环的变化以及新增了一致性试验内容，需要对炭罐的脱附流量进行研究，以便为标准中相关的试验条件、一致性检验测试条件的设定等提供数据支持。

1国四标准中WMTC工况介绍

WMTC测试循环与我国现在执行的GB14621-2007的排放测试循环相比，WMTC的测试工况更接近摩托车实际道路的行驶特征，按照摩托车发动机的排量和最高车速的不同，将摩托车进行分类，具体如表1和图1所示[1]。

表1　两轮摩托车分类

图1　两轮摩托车分类

WMTC测试循环由三个测试部分组成，考虑到一些小排量的摩托车和踏板摩托车的最高车速达不到工况中所要求的车速，每个部分各包含一个正常测试循环和低速测试循环，每个循环持续600 s，其速度－时间曲线如图2所示[1]。第一部分为低速部分，代表市区内道路情况；第二部分为中速部分，代表乡村公路；第三部分为高速部分，代表高速道路情况。

2样车选择

图2　 WMTC测试循环的构成

通常情况下，炭罐的大小会根据样车油箱容积进行选择，脱附流量也应根据发动机的排量、燃烧状态等因素进行合理的设定。不同的样车采用不同的炭罐和不同的脱附流量，但炭罐和脱附流量与摩托车发动机的排量具有相关性。因此，本文以发动机的排量为基础，选择典型样车作为研究对象。根据中国2007年至2012年全国摩托车的产量[2]，按照不同的排量进行分类，统计数据结果如表2所示。

从表2可以看出，对于两轮摩托车产量最大的排量段为111 mL～125 mL这一排量段，排在第二位的是101 mL～110 mL排量段的摩托车。因此，为了针对适合中国摩托车行业的实际情况，本次研究选取这两个排量段的摩托车样车作为对象。同时，考虑到典型的车辆类别，选择1辆排量为125 mL的骑式车、1辆排量为125 mL的踏板和1辆排量为110 mL的弯梁车作为测试对象进行研究。

表2　中国摩托车产量统计表

3试验方法及设备

3.1试验方法

1）对所选择的三辆被测试样车，根据样车分类原则，选取对应的WMTC工况，研究炭罐在摩托车上实际脱附的工作状态，测试炭罐在实际循环下的脱附流量和脱附总量。

2）分别测试炭罐在实际循环下脱附质量以及不同稳定脱附流量下炭罐的脱附质量。

3.2测试设备介绍

根据试验方法，摩托车按照WMTC工况运行对应的工况，需要用具有道路行驶阻力模拟功能的底盘测功机；测量摩托车运转过程中炭罐脱附的实时流量，需要用气体质量流量计；测量摩托车炭罐吸附前、后，脱附前、后等状态下的炭罐的质量，需要用电子天平；使炭罐单独进行吸附和脱附，需要用炭罐综合测试系统。因此，本次研究需要用的主要设备如表3所示。

4测试过程和结果

4.1三辆样车WMTC工况下炭罐脱附流量的测试

4.1.1测试过程

1）根据每辆被测试样车的基准质量，按照GB14622-2007中C.5条款中使用行驶阻力表设定底盘测功机的方法，对底盘测功机进行相应的设定；

表3　主要设备一览表

2）根据GTR No.2中关于样车的分类以及对应的工况循环，准备好三辆样车对应的测试工况。

3）将三辆样车分别置于同一台底盘测功机上，将气体质量流量计串联接入炭罐的脱附管路；

4）连接好后，按照WMTC排放工况进行每辆样车的运转试验，测量炭罐脱附流量的实时数据。每辆样车分别测试常温下起动以及热车状态下起动，这两种状态下的脱附流量数据。

4.1.2测试结果

三辆测试样车的瞬时脱附流量如图3至图5所示。

根据三辆被测样车炭罐脱附流量的模态数据，计算进行一次WMTC工况运转后炭罐的脱附总量以及脱附流量的平均值，试验结果如表4所示。

图3　骑式车WMTC工况下脱附流量模态图

图4　踏板车WMTC工况下脱附流量模态图

图5　弯梁车WMTC工况下脱附流量模态图

表4　三辆样车的脱附量测试结果

4.1.3数据分析

1）相同排量下，踏板车脱附总量大于骑式车。由于被测试样车都为化油器供油方式，炭罐脱附阀是否开启与进气负压成正比关系；在相同条件下，负压的大小与车辆节气门开度有直接的关系，踏板车采用自动离合方式，因此使得节气门在运行工况过程中多处于较大的开度状态，使炭罐处于较高的脱附流量。

2）本次研究的弯梁车，排量小于骑式车和踏板车；弯梁车也多采用3L至4L的油箱容积，因此此种样车多采用了较小的炭罐。通过表4的结果可以看到，弯梁车相应的脱附总量和脱附流量的平均值都较小。

4.2骑式车不同脱附方式的测试

4.2.1不同脱附条件下的炭罐脱附情况的测试

此项测试，在排量为125 mL的骑式车上进行。采用三种不同的脱附条件对炭罐进行脱附处理，分别测试在三种方式下的脱附效果。三种不同的脱附方式为：

1）运行一次完整的WMTC工况；

2）以（24±1）L/min的速率，400倍床容积进行脱附；

3）以（2±1）L/min的速率，400倍床容积进行脱附。

每种脱附条件的试验前，都采用GB20998-2007 中C.5.1.6条款的方法“用丁烷使炭罐吸附至临界点”，并称量此时炭罐的质量，作为吸附后（脱附前）的质量；采用不同的脱附条件对炭罐进行脱附；称量脱附后炭罐的质量，作为脱附后的质量。

4.2.2测试结果

三种不同脱附条件下，炭罐脱附能力的测试结果如表5所示。

表5　炭罐不同脱附条件下的测试结果

4.2.3数据分析

从表5中可以看出，对于相同炭罐在相同脱附空气总量的条件下，采用不同的等速脱附流量，（24± 1）L/min的脱附速率可以使炭罐得到更加充分的脱附。由于流速越大压强越小的原理，较高的流速使得碳粉表面的压力降低，因此增大了碳粉缝隙与表面的压力差，把碳粉中吸附的碳氢分子从缝隙中吸了出来，从而达到脱附的效果。

5　结论

由于试验工况的变化，摩托车制造厂可以根据样车的实际运转状态，考虑发动机的排量以及油箱容积的大小，来选择炭罐的有效容积，合理地设定脱附速率。从而达到既能控制燃油蒸发污染物排放，又能充分利用炭罐的效果，以节省企业的生产成本，避免浪费。

同时对于炭罐台架测试，采用较高的脱附流量可以使炭罐得到充分的脱附，提高其工作能力，同时又提高了试验的效率，节省测试成本。

参考文献

1环境保护部. GB 14622-2007摩托车污染物排放限值及测量方法（工况法，中国第Ⅲ阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2007

2环境保护部. GB 18176-2007轻便摩托车污染物排放限值及测量方法（工况法，中国第Ⅲ阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2007

3全球技术法规No.2《装用点燃式或压燃式发动机的摩托车的气体排放污染物、CO2排放物以及发动机燃油消耗的测量程序》[EB/OL]. http://wenku.baidu.com，2015-03-20

4 Japan Automobile Manufacturers Association. World motor vehicle statistics[J]. Motorcycle Statistics，2014，13：200

5环境保护部. GB 20998-2007摩托车和轻便摩托车燃油蒸发污染物排放限值及测量方法[S].北京：中国环境科学出版社，2007

Study on the Canister Purging Flow under Testing Cycle of China StageⅣ Zhang Zhixuan1，2，3，Lin Jikun4，Zhai Zhenyu1，2，3，Wang Yudong1，2，3
1- Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute（Tianjin，300072，China）

2- Tianjin Motorcycle Technical Center 3- Tianjin Motorcycle Quality Supervisory &

Testing Institute 4- Audi（China）Enterprise Management Co.，Ltd.

Abstract：In China motorcycle emission standards（StageⅣ），the Word Motorcycle Test Cycle(WMTC) was accepted as the exhaust emission test cycle for motorcycle with two-wheels or with sidecar. At the same time, the canister initial butane working capacity（BWC）need be the test. The purging rate of canister in real driving cycle should be studied, and the purging effective of different purging rate under bench test should be analyzed to propose the testing conditions and setting of the COP test in ChinaⅣ.

Keywords：Evaporation，Canister，Purging rate

收稿日期：（2015-03-18）

文章编号：2095-8234（2015）03-0044-04

文献标识码：A

中图分类号：U483

作者简介：张智轩（1983-），男，工程师，主要研究方向为摩托车检测技术。