CN109612872A - 一种满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法，包括第一脱附BV数提取和第二脱附BV数提取，第一脱附BV数提取包括：a)获取高温行驶后热浸至两昼夜进入碳罐的燃油蒸汽质量m₁；b)使碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，选取多个测试脱附BV数，绘制碳罐脱附流量曲线；c)计算出燃油蒸汽质量m₁所对应的第一脱附BV数；第二脱附BV数提取包括：a₀)获取密闭室加油排放试验进入碳罐的燃油蒸汽质量m₂；b₀)使碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，选取多个测试脱附BV数，绘制碳罐脱附流量曲线；c₀)计算出燃油蒸汽质量m₂所对应的第二脱附BV数。该碳罐开发方法可有效提高碳罐开发速度。

Description

一种满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法

技术领域

本发明涉及乘用车碳罐设计生产技术领域，特别涉及一种满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法。

背景技术

随着人们对环境的关注，严格限制车辆的排放已经成为了全球的共识，我国也已经发布了第六阶段排放标准(简称国六GB18352.6-2016)，在国六标准中有如下要求：

1、汽车在加油过程中产生的油蒸汽必须通过碳罐收集，国六标准中，测试该项是否符合标准时的试验称为加油污染物排放试验(Ⅶ型试验)；

2、根据汽车类型的不同，两昼夜中由于环境温度变化导致燃油蒸发排放不能超过0.7g、0.9g或1.2g，测试该项是否符合标准时的试验称为蒸发污染物排放试验(Ⅳ型试验)。

与国五法规相比，燃油蒸发排放的标准提高了40％以上，这相当于对车辆的低压燃油系统提出更为严苛的要求，为了满足排放法规的要求，能够吸收燃油蒸汽的碳罐的设计就成为了关键。

目前，国内对碳罐的研究主要是通过开展相应的台架试验并结合国外的标定经验来满足汽车行业的要求，但是由于国六法规对尾气排放以及燃油蒸发排放非常严苛，采用经验标定结合目前台架试验所定型的碳罐往往无法满足国六法规要求。

我国规定在2020年之后市场上在售的车辆需要全部满足国六法规要求，如何在如此短的时间内使车辆的碳罐满足燃油蒸发排放要求对各个主机厂和相关零部件厂而言都是一个巨大挑战。

发明内容

本发明公开了一种满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法，以便能够为碳罐开发提供一套正确的开发策略，提高碳罐开发速度，使车辆满足蒸发排放要求，减少车辆对环境的影响。

为达到上述目的，本发明提供的满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法，包括第一脱附BV数提取和第二脱附BV数提取，其中，

所述第一脱附BV数提取包括：

a)按照蒸发污染物排放试验要求试验，并获取蒸发污染物排放试验过程中高温行驶后热浸至两昼夜进入碳罐的燃油蒸汽质量m₁；

b)使所述碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，在0～X数值的范围内选取多个测试脱附BV数，并测量在每一个所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量，在以所述脱附BV数和所述燃油脱附质量为坐标轴的二维坐标系内绘制碳罐脱附流量曲线，其中X＞0；

c)根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述燃油蒸汽质量m₁所对应的脱附BV数，并将其记录为第一脱附BV数；

所述第二脱附BV数提取包括：

a₀)按照加油污染物排放试验要求试验，并获取在所述加油污染物排放试验过程中密闭室加油排放试验进入碳罐的燃油蒸汽质量m₂；

b₀)使所述碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，在0～X数值的范围内选取多个测试脱附BV数，并测量在每一个所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量，在以所述脱附BV数和所述燃油脱附质量为坐标轴的二维坐标系内绘制碳罐脱附流量曲线，其中X＞0；

c₀)根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述燃油蒸汽质量m₂所对应的脱附BV数，并将其记录为第二脱附BV数。

优选的，在所述步骤c)中，需先将所述燃油蒸汽质量m₁乘以安全系数A₁后得到第一安全质量m₁A₁，然后再根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述第一安全质量m₁A₁所对应的BV数，并将其记录为第一安全脱附BV数。

优选的，在所述步骤c₀)中，需先将所述燃油蒸汽质量m₂乘以安全系数A₂后得到第二安全质量m₂A₂，然后再根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述第二安全质量m₂A₂所对应的BV数，并将其记录为第二安全脱附BV数。

优选的，所述安全系数A₁和所述安全系数A₂相等或不等，且两者均大于1。

优选的，所述安全系数A₁和所述安全系数A₂均为1.3。

优选的，在所述步骤b)中，所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量在环境温度为38℃±2℃时测得；在所述步骤b₀)中，所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量在环境温度为23℃±2℃时测得。

优选的，在所述第一脱附BV数获取中，所述步骤c)之后还包括：

d)将所述碳罐安装于车辆上，并采用所述步骤c)中所得出的第一脱附BV数对所述车辆的ECU进行标定，按照所述蒸发污染物排放试验要求测试燃油蒸发排放量p₁，并确定P₁是否不大于规定值g₁，若是，则结束，若否，则返回步骤a)。

优选的，在所述第二脱附BV数获取中，所述步骤c₀)之后还包括：

d₀)将碳罐安装于车辆上，并采用所述步骤c₀)中所得出的第二脱附BV数对ECU进行标定，按照所述加油污染物排放试验要求测试燃油蒸发排放量p₂，并确定P₂是否不大于规定值g₂，若是，则结束，若否，则返回步骤a₀)。

优选的，700≤X≤900。

优选的，X＝800。

在油箱燃油蒸发时碳罐能够吸附蒸发的油气，避免油气散发到外界大气当中，同时在车辆行驶过程中，在ECU的控制下碳罐中的部分燃油蒸汽将在进气气流的作用下脱离碳罐的束缚并参与到燃烧室的燃烧过程中，该过程被称为脱附，吸附和脱附过程可以保证碳罐被无限循环利用；

基于上述原理及加油污染物排放试验和加油污染物排放试验的要求可知，若要汽车在加油后从燃油箱逃逸出的燃油蒸汽不超过限值，以及车辆高温行驶后热浸至两昼夜燃油蒸发排放不超过限值，则必须使碳罐在汽车密闭室加油排放试验前以及车辆高温行驶后具有足够的油气容量，因此，本发明中采用了逆向开发的思维，首先测量出车辆高温行驶后热浸至两昼夜进入碳罐的燃油蒸汽质量m₁，以及车辆加油后按照加油污染物排放试验要求中密闭室加油排放试验所测试的进入碳罐的燃油蒸汽质量m₂，据此可以得出车辆在蒸发污染物排放试验中的高温行驶后热浸至两昼夜环节之前，以及加油污染物排放试验过程中密闭室加油排放试验环节之前碳罐中应当脱附的燃油蒸汽质量；

然后通过测试碳罐的脱附BV数与燃油脱附质量之间的关系可以绘制出碳罐脱附流量曲线，根据该碳罐脱附流量曲线可以确定燃油蒸汽质量m₁以及燃油蒸汽质量m₂所分别对应的第一脱附BV数和第二脱附BV数，最后采用第一脱附BV数和第二脱附BV数对ECU进行标定可以保证碳罐具有足够的油气容量，进而使得该碳罐对燃油蒸汽排放的控制满足法规要求。

对于选定的容量合适的碳罐，只需得出第一脱附BV数和第二脱附BV数即可完成匹配，完成匹配的碳罐应用于车辆上即可保证车辆满足排放限值要求，由此可见，该碳罐开发方法显著提升了碳罐开发速度，一方面使车辆满足了排放限值要求，另一方面有效降低了车辆对环境的影响。

附图说明

图1为根据法规要求测量车辆静置两昼夜燃油蒸发排放量的流程示意图；

图2为根据法规要求测量车辆加油后燃油蒸发排放量的流程示意图；

图3为第一脱附BV数提取的流程示意图；

图4为第二脱附BV数提取的流程示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于公开一种满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法，以便能够提高碳罐开发速度，使车辆满足蒸发排放要求，减少车辆对环境的影响。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在对本发明具体实施方式介绍之前，发明人认为有必要先对国六GB18352.6-2016所要求的两项测试进行简单介绍，这两项测试分别为加油污染物排放试验(Ⅶ型试验)，和蒸发污染物排放试验(Ⅳ型试验)。

燃油车辆和混动车辆均需进行这两项测试，测试步骤大致相同(均按照排放法规GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法的要求测试即可)，以下以燃油车辆为例来对上述两项测试进行介绍。

请参考图1，在进行蒸发污染物排放试验时，，为了尽量保持测试车辆状态的统一性，在测试前需进行车辆准备，车辆准备主要包括放油并重新加入40％的燃油，然后浸车6～36h，之后使车辆按照法规要求的行驶工况进行预处理行驶，此时车辆达到统一的测试状态；车辆准备完成后需要对碳罐预处理，以便使碳罐的测试状态也尽量统一，碳罐预处理主要包括放油并重新加入40％的燃油，然后使碳罐吸附至饱和状态，此时即完成碳罐预处理；碳罐预处理完成之后需要进行车辆预处理，以使碳罐脱附并为后续的试验留出吸附容量，车辆预处理主要包括高温浸车和高温行驶，完成车辆预处理之后即进入排放测试，排放测试主要包括热浸试验、常温浸车6～36h和两昼夜蒸发排放测试。

请参考图2，在进行加油污染物排放试验(国六排放法规GB18352.6-2016中附录F中所要求的)时，为了尽量保持测试车辆状态的统一性，在测试前需进行车辆准备，车辆准备主要包括放油并重新加入40％的燃油，然后浸车6～36h，之后使车辆按照法规要求的行驶工况进行预处理行驶，此时车辆达到统一的测试状态；车辆准备完成后需要对碳罐预处理，以便使碳罐的测试状态也尽量统一，碳罐预处理主要包括放油并重新加入40％的燃油，然后使碳罐吸附至饱和状态，此时即完成碳罐预处理；碳罐预处理完成之后需要进行车辆预处理，以使碳罐脱附并为后续的试验留出吸附容量，车辆预处理主要包括I型预处理行驶(按照法规要求的工况行驶)、高温浸车12-36h、I型试验行驶(按照法规要求的工况行驶)和加油控制系统处理行驶(按照法规要求处理)，完成车辆预处理之后即进入排放测试，排放测试主要包括放油和加10％燃油(以模拟实际加油前状态)，然后浸车6-36h，然后进行国六排放法规GB18352.6-2016中附录I中所要求的密闭室加油排放试验环节，并计算出加油后蒸发排放量，在密闭室加油排放试验环节之前，放油之前先断开碳罐连接，完成浸车后重新连接碳罐，以保证测试结果的准确性。

需要进行说明的是，常温浸车、高温浸车、热浸状态以及高温行驶均为本领域技术人员的常用技术名词，例如热浸状态即为：汽车在发动机很热的情况下很快停车，由于这些词均为本领域技术人员的常规技术名词，这些在GB18352.6-2016中附录F及附录I中均有明确规定和说明，因此本文中对此不再进行赘述。

在油箱燃油蒸发时碳罐能够吸附蒸发的油气，避免油气散发到外界大气当中，同时在车辆行驶过程中，在ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)的控制下碳罐中的部分燃油蒸汽将在进气气流的作用下脱离碳罐的束缚并参与到燃烧室的燃烧过程中，该过程被称为脱附，吸附和脱附过程可以保证碳罐被无限循环利用；

基于上述原理并结合上述两项蒸发排放测试过程可知，若要汽车在密闭室加油排放试验环节逃逸出的燃油蒸汽不超过限值，以及车辆高温行驶后热浸至两昼夜燃油蒸发排放不超过限值，则必须使碳罐在汽车密闭室加油排放试验环节之前以及车辆高温行驶后具有足够的油气容量。

本发明所公开的方案采用了逆向开发的思维，首先测量出车辆高温行驶后热浸至两昼夜进入碳罐的燃油蒸汽质量m₁，以及车辆加油后按照加油污染物排放试验要求中密闭室加油排放试验环节所测试的进入碳罐的燃油蒸汽质量m₂，据此可以得出车辆在蒸发污染物排放试验的热浸试验之前，以及密闭室加油排放试验环节之前碳罐中应当脱附的燃油蒸汽质量；

然后通过测试碳罐的脱附BV数与燃油脱附质量之间的关系可以绘制出碳罐脱附流量曲线，根据该碳罐脱附流量曲线可以确定燃油蒸汽质量m₁以及燃油蒸汽质量m₂所分别对应的第一脱附BV数和第二脱附BV数，最后采用第一脱附BV数和第二脱附BV数对ECU进行标定可以保证碳罐具有足够的油气容量，进而使得该碳罐对燃油蒸汽排放的控制满足法规要求。

更为具体的，请参考图3，图3为第一BV数提取的具体流程，第一脱附BV数提取包括：

a)在经过车辆准备、碳罐预处理、车辆预处理之后，获取按照蒸发污染物排放试验要求测试高温行驶后热浸至两昼夜进入碳罐的燃油蒸汽质量m₁(可通过测量碳罐的重量变化实现)；

b)使碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，在0～X数值的范围内选取多个测试脱附BV数(Bed Volume，蒸汽储存装置有效容积的倍数)，并测量在每一个测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量(可通过测量碳罐的重量变化实现)，在以脱附BV数和燃油脱附质量为坐标轴的二维坐标系内绘制碳罐脱附流量曲线，需要进行说明的是，此步骤中的碳罐可以为步骤a)中的碳罐，也可以为重新安装在车辆上的另外一个与步骤a)中的碳罐完全相同的碳罐；

c)根据碳罐脱附流量曲线计算出燃油蒸汽质量m₁所对应的脱附BV数，并将该脱附BV数记录为第一脱附BV数；

请参考图4，图4为第二BV数提取的具体流程，第二脱附BV数提取包括：

a₀)按照加油污染物排放试验要求试验，并获取在所述加油污染物排放试验过程中密闭室加油排放试验环节进入碳罐的燃油蒸汽质量m₂(可通过测量碳罐的重量变化实现)；

b₀)使碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，在0～X数值的范围内选取多个测试脱附BV数，并测量在每一个测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量(可通过测量碳罐的重量变化实现)，在以脱附BV数和燃油脱附质量为坐标轴的二维坐标系内绘制碳罐脱附流量曲线，需要进行说明的是，此步骤中的碳罐可以为步骤a₀)中的碳罐，也可以为重新安装在车辆上的另外一个与步骤a₀)中的碳罐完全相同的碳罐；

c₀)根据碳罐脱附流量曲线计算出燃油蒸汽质量m₂所对应的脱附BV数，并将该脱附BV数记录为第二脱附BV数。

由于上述两种测试状态均是车辆处于恶劣工况下的状态，若在这两种状态下的蒸发排放满足限值要求，就可保证车辆在日常使用中的蒸发排放满足限值要求，因此以第一脱附BV数和第二脱附BV对车辆ECU进行标定，可以保证碳罐进行合理的脱附，从而为碳罐吸附蒸发排放的燃油提供足够容量。

对于选定的碳罐，只需得出第一脱附BV数和第二脱附BV数即可完成碳罐的开发匹配，完成开发匹配的碳罐应用于车辆上即可保证车辆满足排放限值要求，由此可见，该碳罐开发方法显著提升了碳罐开发速度，一方面使车辆满足了排放限值要求，另一方面有效降低了车辆对环境的影响。

需要进行说明的是，上述的X值为大于0的任意正数，通常情况下，该X数值以满足测试要求为准，但是本发明实施例中并不限定该X的数值范围，作为优选的方式，X可在700～900的范围内取值，本发明实施例中所推荐的最优值为800。

为了进一步优化上述实施例中的技术方案，确保燃油蒸发排放量满足限值要求，本实施例中所公开的碳罐开发方法中，在步骤c)中，需先将燃油蒸汽质量m₁乘以安全系数A₁后得到第一安全质量m₁A₁，然后再根据碳罐脱附流量曲线(步骤b中得出的)计算出第一安全质量m₁A₁所对应的BV数，并将其记录为所述第一安全脱附BV数；

更进一步的，在步骤c₀)中，需先将燃油蒸汽质量m₂乘以安全系数A₂后得到第二安全质量m₂A₂，然后再根据碳罐脱附流量曲线(步骤b₀中得出的)计算出第二安全质量m₂A₂所对应的BV数，并将其记录为所述第二安全脱附BV数，然后采用第一安全脱附BV数和第二安全脱附BV数对车辆ECU进行标定可进一步保证碳罐的容量满足要求。

本领域技术人员能够理解的是，安全系数A₁和安全系数A₂均应当为大于1的系数，安全系数A₁和安全系数A₂可以相等也可以不相等，在本发明实施例中，安全系数A₁和安全系数A₂相等，并且两者均为1.3，当然，本领域技术人员还可根据实际情况选取1.2、1.5等。

需要进行说明的是，在步骤b)中，所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量在环境温度为38℃±2℃时测得；在步骤b₀)中，所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量在环境温度为23℃±2℃时测得。

请参考图3，为了确保采用第一脱附BV数对ECU进行标定后能够满足要求，在步骤c)之后还包括步骤：

d)将完成开发匹配的碳罐安装于车辆上，并采用所述步骤c)中所得出的第一脱附BV数对所述车辆的ECU进行标定，按照所述蒸发污染物排放试验要求测试车辆的燃油蒸发排放量p₁，并确定P₁是否不大于规定值g₁，若是，则结束，若否，则返回步骤a)。

同理，在步骤c₀)之后还包括：

d₀)将完成开发匹配的碳罐安装于车辆上，并采用步骤c₀)中所得出的第二脱附BV数对ECU进行标定，按照加油污染物排放试验要求测试车辆加油后的燃油蒸发排放量p₂，并确定P₂是否不大于规定值g₂，若是，则结束，若否，则返回步骤a₀)。

以上对本发明所提供的满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种满足国六蒸发排放法规的碳罐开发方法，其特征在于，包括第一脱附BV数提取和第二脱附BV数提取，其中，

所述第一脱附BV数提取包括：

a)按照蒸发污染物排放试验要求试验，并获取在所述蒸发污染物排放试验过程中高温行驶后热浸至两昼夜进入碳罐的燃油蒸汽质量m₁；

b)使所述碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，在0～X数值的范围内选取多个测试脱附BV数，并测量在每一个所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量，在以所述脱附BV数和所述燃油脱附质量为坐标轴的二维坐标系内绘制碳罐脱附流量曲线，其中X＞0；

c)根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述燃油蒸汽质量m₁所对应的脱附BV数，并将其记录为第一脱附BV数；

所述第二脱附BV数提取包括：

a₀)按照加油污染物排放试验要求试验，并获取在所述加油污染物排放试验过程中密闭室加油排放试验进入碳罐的燃油蒸汽质量m₂；

b₀)使所述碳罐吸附燃油蒸汽至饱和状态，在0～X数值的范围内选取多个测试脱附BV数，并测量在每一个所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量，在以所述脱附BV数和所述燃油脱附质量为坐标轴的二维坐标系内绘制碳罐脱附流量曲线，其中X＞0；

c₀)根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述燃油蒸汽质量m₂所对应的脱附BV数，并将其记录为第二脱附BV数。

2.根据权利要求1所述的碳罐开发方法，其特征在于，在所述步骤c)中，需先将所述燃油蒸汽质量m₁乘以安全系数A₁后得到第一安全质量m₁A₁，然后再根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述第一安全质量m₁A₁所对应的BV数，并将其记录为第一安全脱附BV数。

3.根据权利要求2所述的碳罐开发方法，其特征在于，在所述步骤c₀)中，需先将所述燃油蒸汽质量m₂乘以安全系数A₂后得到第二安全质量m₂A₂，然后再根据所述碳罐脱附流量曲线计算出所述第二安全质量m₂A₂所对应的BV数，并将其记录为第二安全脱附BV数。

4.根据权利要求3所述的碳罐开发方法，其特征在于，所述安全系数A₁和所述安全系数A₂相等或不等，且两者均大于1。

5.根据权利要求4所述的碳罐开发方法，其特征在于，所述安全系数A₁和所述安全系数A₂均为1.3。

6.根据权利要求1所述的碳罐开发方法，其特征在于，在所述步骤b)中，所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量在环境温度为38℃±2℃时测得；在所述步骤b₀)中，所述测试脱附BV数所对应的燃油脱附质量在环境温度为23℃±2℃时测得。

7.根据权利要求1所述的碳罐开发方法，其特征在于，在所述第一脱附BV数获取中，所述步骤c)之后还包括：

d)将所述碳罐安装于车辆上，并采用所述步骤c)中所得出的第一脱附BV数对所述车辆的ECU进行标定，按照所述蒸发污染物排放试验要求测试燃油蒸发排放量p₁，并确定P₁是否不大于规定值g₁，若是，则结束，若否，则返回步骤a)。

8.根据权利要求1所述的碳罐开发方法，其特征在于，在所述第二脱附BV数获取中，所述步骤c₀)之后还包括：

d₀)将碳罐安装于车辆上，并采用所述步骤c₀)中所得出的第二脱附BV数对ECU进行标定，按照所述加油污染物排放试验要求测试燃油蒸发排放量p₂，并确定P₂是否不大于规定值g₂，若是，则结束，若否，则返回步骤a₀)。

9.根据权利要求1所述的碳罐开发方法，其特征在于，700≤X≤900。

10.根据权利要求9所述的碳罐开发方法，其特征在于，X＝800。