1. 引言
随着国内经济的急速增长和城市化，用于化石燃料的燃烧量也在急剧增加，空气质量恶化自21世纪以为一直都被视为社会可持续发展的最大问题之一[1]。其中固体颗粒物污染物与臭氧污染物的关联性会直接影响到空气质量水平，挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)是城市颗粒物和臭氧生成的重要前体物。汽车排放是产生VOCs的主要人为源头，汽车排放除了传统意义上的尾气管排放以外，还包括了由于汽油的挥发性而产生的蒸发污染物排放，它是由车辆本身在不同运行条件下散发出来的，而不是直接由燃料燃烧导致[2]-[5]。此外，随着人民生活水平的提高，截至2024年6月底，全国机动车保有量达4.4亿辆，其中汽车3.45亿辆，大量的汽车使用导致环境问题愈发严重[6]。
因此，为了能够更好地控制汽车污染物排放量，国内外都制定了相应的污染物排放法规，并且随着污染物排放控制系统的技术提高，法规的要求和限值也不断变的更加严格。在现有的国际法规和国内的法规中，根据汽车使用场景的不同，将汽车蒸发污染物排放测试分为了以下四种：1) 由于汽车在运行过程中燃油系统溢出的燃油蒸汽而产生的运行过程中蒸发污染物排放；2) 由于车辆行驶熄火后，发动机产生的热量使得燃油温度升高而产生的热浸蒸发排放；3) 车辆停车后，由于大气温度变化产生的昼夜蒸发排放；4) 车辆在加油过程中，从燃油箱逸出的燃油蒸汽、汽油滴漏以及飞溅等产生的加油过程中蒸发排放[7] [8]。此外，从蒸发污染物排放的污染源划分，可以分成整车和零部件蒸发污染物排放，包含了炭罐溢出排放和油箱渗透排放[9] [10]。
根据以上使用场景和排放污染源的划分，国内外法规有一定的异同，主要的差异在于，美国最新标准《美国联邦法规》第40篇第86部分(Control of Emissions from New and In-Use Highway Vehicles and Engines)和第1066部分(Vehicle-Testing Procedures)相比于国家标准(GB18352.6-2016.轻型汽车污染物排放限值及测量方法)多了运行损失测试和炭罐逸出排放测试(BETP测试)，并且蒸发排放的限值降低至0.3 g/次；欧七法规(REGULATION (EU) 2024/1257 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL)相比于欧Ⅵd只是把蒸发限值降低至1.5 g/次，其他的测试流程和测试条件均沿用欧Ⅵd的规定，相比于国六多了对炭罐的老化处理，溢流量的测试以及油箱渗透因子的测试；巴西L8法规(ABNT NBR 16927-2021)主要是在行驶工况上和国六不同，此外巴西法规蒸发和加油蒸发污染物排放的限值也更加严格，蒸发排放限值为0.5 g/次，加油排放为0.05 g/L。
2. 蒸发排放测试规程
2.1. “国六”排放标准蒸发污染物测试法规
“国六”法规针对汽车装备燃油蒸发控制系统的不同规定了两种测试流程，即“非整体仅控制加油炭罐系统(NIRCO)”和“整体和非整体(NIRCO除外)炭罐系统”[7]，分别如图1(a)、图1(b)所示。整体控制系统指的是使用同样的硬件控制加油排放和昼夜换气排放的导向、储存和脱附的燃油蒸发控制系统，搭载整体控制系统的车辆仅使用一套油气线路、一套脱附线路、单独一个脱附阀和单一炭罐，而非整体控制系统则是使用不同的系统控制加油排放和昼夜换气排放，通常使用不同的炭罐分别控制其加油和昼夜换气排放，但依据不同车型可能使用同样的其他相关硬件。非整体控制系统中包含了非整体仅控制加油排放炭罐系统(NIRCO)，NIRCO中的活性炭主要用于吸附加油时产生的油气，其他非加油过程产生的油气均储存在油箱或排放到发动机燃烧而不是储存在炭罐中。装备整体炭罐及非整体炭罐系统(NIRCO)蒸发污染物测试流程，包含了放油和40%加油过程，浸车，预处理行驶，炭罐吸附至临界点，38℃高温浸车，38℃高温行驶，热浸测试，常温浸车和两日昼间换气测试。装备非整体仅控制加油排放炭罐系统(NIRCO)汽车的污染蒸发污染物测试流程，与上述流程相比，在炭罐的预处理上不同，其在预处理行驶后并不是直接放油，而是在炭罐脱附后多进行了一次放油和加油至95%的流程。
Figure 1. National VI evaporative emissions test protocol: (a) Non-integrated controlled fueling only system; (b) Integral, non-NIRCO system
图1. 国六蒸发排放测试规程：(a) 非整体式仅控制加油系统；(b) 整体式、非NIRCO系统
2.2. 欧盟蒸发排放测试法规
欧盟法规中，最新欧盟法规欧七沿用了欧Ⅵd法规的测试流程，相比于国内法规中蒸发污染物试验，增加了对炭罐的老化预处理，包含了温度循环老化、振动老化和GWC燃油蒸气老化。其中温度循环老化是先将温度分别稳定在−15℃和60℃各30分钟在内，温度从−15℃到60℃变化的整个过程，每个循环至少持续210分钟，温度的变化梯度尽量接近1℃/min，重复循环50次，大概持续175 h；碳罐也应进行振动老化试验，将固定的碳罐按车辆位置的垂直方向进行振动，频率为30 ± 10 Hz，试验持续12小时；在温度老化和振动老化试验结束后，炭罐采用市售油与氮气或空气各按50 ± 15%混合的燃油蒸气以60 g/h加载速率进行进一步老化试验，炭罐加载到2 g的临界点，在加载后的5到60分钟之间进行脱附，以25 L/min ± 5 L/min速率的试验室空气对碳罐进行脱附，直至达到300倍的碳罐有效容积，重复吸附和脱附过程300次视为炭罐达到稳定。此外，还增加了油箱渗透因子的测试，渗透因子是20周和3周后的密闭室蒸发污染物排放的差值。
图2所示为欧Ⅵd蒸发测试的试验流程(装载非密闭油箱)，和国六法规中整体式测试流程相比，预处理的测试工况不同，浸车和热浸的温度也不相同。图3所示为装备密闭油箱的欧六d测试规程，分为连续测试和独立测试流程，如图3(a)、图3(b)所示，可见，相比于国六法规，增加了油箱减压时炭罐的溢出排放测试，从车辆预处理工况上来看，欧Ⅵd中1类车使用工况为低速–中速–低速–低速–中速，2类和3类汽车为低速–中速–高速–中速，与国六标准的低速–中速–高速–高速有所不同，预处理行驶温度为25 ± 5℃。此外，不同于国六中的高温浸车，炭罐预处理后欧Ⅵd在23℃下进行常温浸车，并且热浸的测试温度27 ± 4℃。国六蒸发测试中，昼夜温度循环曲线对所有车辆保持一致，而在欧六Ⅵd中，装载密闭油箱和非密闭油箱的车辆分别使用两个不同的昼夜温度循环曲线。
Figure 2. EU test protocol for evaporative emissions (unconfined tanks)
图2. 欧盟蒸发排放测试规程(非密闭油箱)
当液体燃油输入到油箱时，油箱中的空气与燃油混合气被释放，并可能散发到大气中。加油排放可以通过减少在炎热季节的最大蒸发压力上限得到部分控制。除此之外，在加油过程中还可以通过两种方式对蒸发排放进行控制，一种方法，被称为“II阶段”油汽回收系统，其油嘴设计可以将进入油箱的液态燃料形成的空气燃油混合气进行回收，并将它引入到加油站的地下储油罐。另一种替代方法是车载油气回收系统(ORVR)，它强制将加油蒸气引入到碳罐中而不会导致它们从加油口散到大气中。在欧洲地区加油站强制要求引入并使用II阶段油汽回收系统，因此欧七中没有要求加油过程中污染物排放的测试规程。
Figure 3. EU test protocol for evaporative emissions (closed tank): (a) Continuous test; (b) Independent test
图3. 欧盟蒸发排放测试规程(密闭油箱)：(a) 连续测试；(b) 独立测试
2.3. 美国蒸发排放测试法规
美国标准法规Tier3中，预处理行驶工况为FTP测试工况，测试流程中还增加了冷启动和热启动排放测试，测试流程如图4所示。对于昼间换气测试，美标实行的是三日昼间换气测试。其流程相比其他两个法规，还多了一项运行损失测试。运行损失测试是为了测试车辆在日常行驶期间，车辆逸出的蒸汽污染物，其测量原理就是在一个密闭的带有转鼓的测量室内，通过密闭室中的连接口采样搜集到除排放尾气之外的污染物，进行单独分析，从而计算出运行损失带来的发污染，除了通过采集密闭室里蒸发污染物排放进行分析，还可以通过气袋直接收集潜在源产生的排放，使用与尾气排放测量相同的设备和技术对排放物进行采样和分析。此外，还可以进行补充两昼夜测试，也即在热浸试验结束浸车至少6 h后，运行两个24小时温度曲线循环。
Figure 4. AFSL Tier 3 evaporative emissions test procedure
图4. 美标Tier3蒸发排放测试规程
美国标准除了对于整车的蒸发排放测试外，还有炭罐溢出排放测试(BETP)，其方法主要有两种，分别是袋采法和密闭室法。袋采法主要是将燃油系统零部件泄露的蒸发污染物收集在袋中，对袋中气体进行分析。另一种测试方法是密闭室法，其思路是将燃油系统放入密闭室或者将燃油系统管路通入到密闭室中进行测试。密闭室法有3种不同的采集方式，分别是热室采集法、迷你密闭室采集法和微型密闭室采集法。
2.4. 巴西蒸发排放测试法规
巴西最新的蒸发排放测试法规L8和L7法规测试流程一致，蒸发污染物排放限值依旧保持为0.5 g/次，乘以1.1做为劣化后的限值。图5所示为巴西L8蒸发测试流程，车辆试验前需要磨合里程大于3200公里，大于国标规定的3000公里，下图所示为巴西法规的蒸发排放测试流程，可见，预处理行驶的试验工况为UDDS工况，而非国六的WLTC工况，热浸试验的温度为27℃，浸车温度也时在常温下进行，此外，L8法规用冷启动 + 热启动的尾气测试代替了国六中的Ⅰ型试验，最后的昼夜排放测试中，温度循环曲线也不相同，温度在22.2℃~35.4℃~22.2℃范围内循环变化，国六的温度循环则是在20℃~35℃~20℃范围内。
Figure 5. Brazilian L8 evaporative emissions test protocol
图5. 巴西L8蒸发排放测试规程
3. 加油过程中排放测试规程
3.1. “国六”排放标准加油过车中污染物测试法规
装备整体炭罐及非整体炭罐系统(NIRCO)蒸发污染物测试流程，包含了放油和40%加油过程，浸车，预处理行驶，炭罐吸附至临界点，Ⅰ型预处理行驶，浸车，Ⅰ型试验行驶，加油控制行驶，放油和10%加油，浸车和密闭室加油排放测试。装备非整体仅控制加油排放炭罐系统(NIRCO)汽车的污染蒸发污染物测试流程与上述流程相比多了一次放油和加油至95%的流程。
图6所示为加油排放的测试流程，从蒸发和加油过程中的试验测试流程中可见，加油试验不仅多了个Ⅰ型预处理行驶，还在正式Ⅰ型行驶后为了更大程度上净化炭罐，增加了额外的控制系统处理行驶，增大了炭罐对加油过程中油气的吸收。
Figure 6. National VI emission test protocol during refueling: (a) Non-integrated, control-only refueling system; (b) Integral, non-NIRCO system
图6. 国六加油过程中排放测试规程：(a) 非整体式仅控制加油系统；(b) 整体式、非NIRCO系统
3.2. 美国加油过程中污染物排放测试法规
Figure 7. AFSL Tier 3 fueling emissions test procedures
图7. 美标Tier3加油排放测试规程
图7所示为美标Tier3所规定的加油过程中污染物排放测试流程，可见，同国六标准相比，预处理行驶工况不再是WLTC而是UDDS工况，预处理炭罐后，装载整体燃油蒸发控制系统的车辆需要进行冷启动和热启动测试，并且在一小时内开始运行损失测试，而装载非整体系统测试流程与之不太相同，首先需要先断开炭罐和燃油系统的连接后放油并加油95%，接着重新连接炭罐，在转毂上重复行驶UDDS工况，直至消耗油箱容积的85%，以达到对炭罐的充分吹扫净化。此外，可以选择省略某些碳罐装载和净化步骤，用加油碳罐的台架净化代替，在车辆预处理后，直接用至少1200倍体积的试验室空气吹扫炭。
3.3. 巴西加油排放测试法规
巴西法规L8中同样也按照车辆燃油控制系统的类型规定了不同的试验流程，如图8所示，在车辆和炭罐预处理的要求保持一致，主要差别体现在车辆正式行驶处理中。在车辆预处理阶段，相比于“国六”，巴西法规在加油过程中污染物排放的测试流程中省略了Ⅰ型预处理行驶，接着整体式车辆会进行冷启动 + 热启动的尾气测试，并且补充UDDS + 2NY + UDDS行驶工况；对于非整体式车辆，首先断开炭罐连接，排空油箱并加注95%油箱体积的燃油，接着重新连接炭罐重复UDDS工况消耗至多85%燃油。最后在加油过程中，燃油的油温应控制在19.4 ± 0.8℃，流速和“国六”保持相同。
Figure 8. Brazilian L8 refueling emission test protocols: (a) Non-integrated system; (b) Integrated system
图8. 巴西L8加油排放测试规程：(a) 非整体系统；(b) 整体系统
4. 结论
1) 欧盟标准相比于国六的差异在于，炭罐增加了老化处理和油箱渗透因子测试，并且炭罐脱附行驶工况不同，此外脱附行驶及热浸测试温度也不相同。
2) 美国标准相对于国六的差异在于，蒸发排放测试中，炭罐脱附行驶工况和温度都不同，昼夜换气损失测试使用的温度曲线也不相同，此外美标还多了运行损失测试和炭罐溢出排放测试；加油过程中排放测试中，炭罐脱附行驶工况不同，并且还多了可以简化加油测试流程的试验方法。
3) 巴西标准相对于国六的差异在于，在蒸发排放测试中，车辆需要更多的公里数磨合，炭罐脱附行驶工况不同，脱附行驶及热浸测试温度也不相同，昼夜换气损失测试温度也不相同；加油过程中排放测试中，整体式炭罐脱附行驶工况不同，并且非整体式炭罐不仅脱附行驶工况不同，还减少了炭罐净化的步骤。