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干货|整车燃油以及化学物挥发性

“本文从两个大方面大体介绍整车中的挥发物质,第一是燃油蒸发,第二是化学物质挥发,总体上是围绕法规和健康两方面进行解析,但其实当前客户不止对于汽车化学物质挥发性安全方面越来越挑剔同时还对气味也有不少要求,显然本文没有考虑到,关注我们希望以后有机会分享。”

除了燃烧过程的副产品(或将能量转换为推进力的其他形式)外,车辆还会向车厢和环境排放挥发性有机化合物(VOCs),即使发动机关闭。这类排放的两种主要类型是燃油系统的蒸发和塑料部件的蒸发。

燃油系统(油箱、管路、化油器)或在加注过程中蒸发出来的燃油是车辆总碳氢化合物污染的主要部分。特别是在高环境温度下,蒸发的碳氢化合物的量实际上可能超过与废气一起释放的量。蒸发燃料损失的三种类型是:

昼间:由于环境温度升高而导致燃油蒸发热浸:由于发动机的热量排放而导致车辆使用后燃油立即蒸发运行损失:车辆运行时燃油蒸发(所谓的“曲轴箱排放物”)非燃料挥发(也称为“静止损失”)主要由从内部和外部塑料部件(特别是软化剂和溶剂)、非燃料液体(如润滑剂、制动液或挡风玻璃清洗液)或粘合剂中挥发的挥发性有机物组成。随着挥发VOCs的质量随着塑料件的比表面积的增加而增加,泡沫尤其重要。

在过去几年里,有关限制机动车蒸发排放的法律要求急剧严格。而UNECE R34/欧洲1(见7.10.2.1)1993年,允许在24小时循环内排放20g蒸发排放物,自2007年起,欧4规定在同一时间段内排放量不应超过2 g。对于将于2009年引入的欧5,2克/24小时的限制可能会保持,但如果使用的燃料含有5%的乙醇,因此具有较高的蒸汽压,也将具有约束力。在美国,CARB LEV II车辆(比较表7.14)的最大日排放量可能为500 mg,而PZEV仅为350 mg,其中最大54mg my来自燃油系统。考虑到一辆典型的客车重量约为1.6t,含有约8000个塑料零件,300毫克的非燃油蒸发量几乎无法追踪。

今天,蒸发控制系统可以将燃油系统中蒸发出来的燃油收集并储存在碳罐中,从而最大限度地减少燃油(昼间、热浸和运行损失)逸散到大气中。发动机一启动,储存的燃油蒸汽就被从碳罐中吸出,并通过净化阀输送到发动机,在发动机中作为燃油空气混合物的一部分燃烧。除了碳罐和净化阀外,整个车辆组件还必须为燃油箱提供还具有收集燃油蒸汽的额外容积,同时该燃油箱不可渗透燃油蒸汽,而且。与其他减排措施一样,立法要求对此类燃油蒸发控制系统提供长期保修。

燃油蒸发很大程度上取决于燃油的蒸汽压。为了尽量减少燃油蒸发,燃油蒸汽压力必须尽可能低;另一方面,蒸汽压力必须仍然足够高,以便安全地进行冷起动。因此,炼油厂将蒸汽压调整到的最高点。

在今天的高档车中,约50%的非燃油蒸发排放(静止损失)来自底盘部件(尤其是轮胎),25%来自外部和内部装饰,25%来自塑料发动机部件。在过去的几年中,塑料部件中碳氢化合物的蒸发量大幅度减少,很大程度上是由于聚甲醛(POM)或聚对苯撑(PPP)等聚合物的改进。虽然10年前,例如15个POM夹子可能会造成与整个内饰相同的排放量,但它们今天的单一贡献却难以衡量。除了材料改进外,还可以通过覆盖或涂上较低排放材料来隔离排放水平较高的零件(如座椅或地毯泡沫)。座椅泡沫部分的一种紧密的皮革或织物覆盖物,例如包裹从泡沫中蒸发的碳氢化合物,防止其释放到环境中。

随着燃油蒸发量的显著减少,润滑油和其他车用液体的排放现在成为人们关注的焦点。容器、管道和加油口盖的密封性非常重要。少量挡风玻璃清洗液从容器中溢出会立即使非燃油蒸发排放增加10倍。

欧洲、EPA和CARB法规要求测量整车排放的总蒸发排放量(昼间、热浸、运行损失、静止损失)。即使这些排放是由不同的部分或液体引起的,蒸发总量通常与单个部分的排放总量相差很大。产生这种影响的原因是不同元素排放之间的化学反应,这些化学反应可以通过相互中和或产生额外的HC排放来减少或增加总排放量。但是,对潜在的化学过程还不完全了解,因此始终有必要进行整车测试。

通过密封外壳蒸发测定(SHED)试验测量整车蒸发排放量,这些试验如欧盟指令98/69/EC/UNECE R83、CARB和EPA 40 CFR86.133-96所规定。在棚式试验中,车辆在规定的温度、湿度和空气流量下放置在气密试验室(见图7.114)中一段规定的时间。

试验期间释放的碳氢化合物量在试验结束时由火焰离子化检测器测量。为了测量行驶损失,试验在试验室内的测功机上进行。在这种情况下,废气从燃烧室中排出,以便只保留和测量蒸发排放量。

为了对新部件进行资格预审和进行问题分析,还对单个零部件进行了棚式试验。用于部件试验的试验室要小得多(例如1 立方米),并由VDA 276或SAEJ1737规定。

可将不同塑料材料的蒸发性能进行评级和比较,方法是将相应的树脂封装在一个烧瓶中,烧瓶暴露在80至100°C的温度下,然后静态(VDA277)或动态(VDA 278)分析捕获的气体(所谓的“顶空”)。

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