國車用柴油在國汽車上的應用

國車用柴油在國汽車上的應用

使用scr后端口系統的國石柴油，交替使用國石和國石燃料，進行h級和esc循環(huán)試驗，并對車輛排放進行臨時試驗。測試了1月份的耐心試驗，包括使用國石和國石燃料對發(fā)動機耐用性的影響。試驗結果表明,將國Ⅳ車用柴油短暫更換為國Ⅴ車用柴油,NOX排放約降低5%;CO2、THC、CO排放變化較小;PM排放約下降9%~14%,PM2.5排放數目濃度下降12%,質量濃度下降15%。使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的HC、CO的耐久性排放差異較小,使用國Ⅴ車用柴油約降低NOX耐久性排放12%;在ESC和ETC工況下,PM耐久性排放分別降低20%和25%。汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機的工作機理及燃料性質存在差異,柴油發(fā)動機相對來說比汽油發(fā)動機具有諸多優(yōu)勢:

柴油發(fā)動機有更高的能量轉換效率;

由于減少了復雜的高壓點火裝置,柴油發(fā)動機的壽命普遍更長;

柴油不易揮發(fā),著火點較高,不易因偶然情況被點燃或發(fā)生爆炸;

柴油發(fā)動機汽車的CO2及尾氣排放污染物含量更低。國際上柴油車一直被作為交通汽車的發(fā)展方向,日本及各歐盟成員國均開始制定其機動車柴油化規(guī)劃。柴油化也一度被認為是我國汽車可持續(xù)發(fā)展的現實路徑。長久以來,相對于汽油車,柴油車的排放法規(guī)實施以及車用柴油品質要求較為寬松。隨著環(huán)保重視升級及城市減排壓力的增大,柴油車排放法規(guī)出現了加嚴的趨勢。車用柴油品質已成為柴油車排放控制技術發(fā)展和污染物減排的“瓶頸”,車用柴油的質量升級成為必然。符合國家第Ⅴ階段機動車排放標準(國Ⅴ排放標準)的車用柴油標準已于2012年完成送審稿;北京市地方第Ⅴ階段車用柴油標準已經完成報批稿。北京市已從2012年5月開始進行市場車用柴油的更換,并將盡快完成車用柴油產品的升級。本文在國Ⅴ柴油發(fā)動機上分別使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油,研究其排放特性以及耐久排放性的差異,以了解車用柴油升級對柴油發(fā)動機及后處理排放的影響。試驗部分發(fā)動機排放分析按GB/T18297—2001《汽車發(fā)動機性能試驗方法》和發(fā)動機生產廠家的相關試驗規(guī)定控制發(fā)動機試驗時的一般條件。使用具有不同性能參數的車用柴油進行ETC、ESC對比試驗,試驗循環(huán)見圖1、圖2。發(fā)動機排放污染物采用奧地利AVL公司生產的CEBⅡ排氣分析儀進行分析:

采用不分光紅外線法(NDIR)檢測CO和CO2排放;

采用氫火焰離子法(FID)檢測尾氣中的總碳氫(THC)的排放;

采用化學發(fā)光法(CLD)檢測NOX(氮氧化物)的排放。

采用電子低壓沖擊儀(ELPI)實時測量范圍在7nm(或者更小)~10μm的顆粒物分布和粒數濃度。scr后處理根據主流國Ⅴ技術路線,本次試驗重型柴油車采用SCR(選擇性催化還原)后處理路線。試驗使用4臺同一型號裝有SCR排放后處理裝置的國V柴油發(fā)動機,其基本技術參數見表1。典型數據類型本文試驗使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油,其典型數據見表2。由表2可見,國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油品質最主要的差異是硫含量不同,且密度也有一定差異。結果與討論u3000發(fā)動機在進入正常工況下的循環(huán)功試驗試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下交替使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的循環(huán)功及CO2排放結果見圖3。由圖3可以看出:

試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下的循環(huán)功表現出相同的變化趨勢,發(fā)動機使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油時的循環(huán)功差異不明顯。

試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下使用國Ⅳ車用柴油時的CO2各節(jié)點排放略高于使用國Ⅴ車用柴油。國柴油噴射機采用國和國柴油氣污染物排放比較u3000etcs和etc循環(huán)條件下的thc排放差異試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下交替使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的THC排放結果見圖4。由圖4可見:試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下的THC排放差異較小,均在0.016g/km以下,均遠低于排放限值。柴油發(fā)動機由于高壓燃油直接噴射到燃燒室中,燃燒停留在燃燒室的時間很少(比汽油發(fā)動機短得多),因此,無論是ETC循環(huán)還是ESC循環(huán),柴油發(fā)動機的HC排放都很低。u3000油的co排放試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下交替使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的CO排放結果見圖5。由圖5可見:

試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下的CO排放表現出相同的趨勢,均遠低于國Ⅴ排放限值;

各排放節(jié)點排放呈現交叉狀,可以認為CO排放無差異。柴油nox排放試驗試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下交替使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的NOX排放結果見圖6。由圖6可見:

試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下的NOX排放表現出相同的趨勢;

在各時間節(jié)點,使用國Ⅳ車用柴油的排放略高(5%以內)。國柴油噴射機采用國和國柴油pm排放比較發(fā)動機使用國跨豐富試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下交替使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的PM排放結果見圖7。由圖7可見,在ESC和ETC循環(huán)條件下,試驗發(fā)動機使用國Ⅳ車用柴油比使用國Ⅴ車用柴的PM排放約高10%~15%。由于國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的主要差異為硫含量及密度不同,其中密度差異是因國Ⅴ車用柴油硫含量降低引起的,因此,硫含量變化是國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油短暫交替使用過程中對PM排放存在一定程度影響的主要因素。柴油等工業(yè)有機物的排放試驗隨著排放法規(guī)和油品標準的嚴格以及人們環(huán)境意識的日益強烈,越來越多的人認識到柴油發(fā)動機PM排放的危害,且有大量的試驗研究表明燃油品質(主要是硫含量)對PM排放有明顯影響,但環(huán)境中的PM2.5的排放量與車用柴油硫含量的關系尚不明確。采用ETC循環(huán),對由車用柴油硫含量變化引起的柴油發(fā)動機PM2.5排放變化進行了研究。試驗發(fā)動機交替使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的PM2.5排放結果見圖8。由圖8可見,在ETC循環(huán)條件下,試驗發(fā)動機使用國Ⅴ車用柴油比使用國Ⅳ車用柴油的PM2.5排放低,其中:PM2.5數目濃度減少約12%,質量濃度減少約15%。臺架耐久性試驗分別使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油,在同一型號的2臺國Ⅴ重型發(fā)動機(SCR)進行1025h臺架耐久性試驗,即分別在各時間節(jié)點進行ESC、ETC循環(huán)試驗,期間無需更換車用柴油,分析其CO、NOX、THC與NMHC(非甲烷烴)、PM排放。u3000石化社會新發(fā)動機和柴油等循環(huán)條件下的co耐久性排放試驗發(fā)動機在耐久性試驗中的CO排放結果見圖9。由圖9可見,試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下的CO耐久性排放趨勢相同。其中:

分別使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的試驗發(fā)動機的CO耐久性排放遠低于國Ⅴ排放限值;

國Ⅴ車用柴油的CO耐久性排放略好于國Ⅳ車用柴油。nox耐久性排放試驗發(fā)動機在耐久性試驗中的NOX排放結果見圖10。由圖10可見,在ESC和ETC循環(huán)條件下,試驗發(fā)動機的NOX耐久性排放趨勢相同。其中:

使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的試驗發(fā)動機的NOX耐久性排放均低于國Ⅴ排放限值,其值約為國Ⅴ限值的50%;

使用國Ⅴ車用柴油的試驗發(fā)動機的NOX耐久性排放明顯低于國Ⅳ車用柴油,其值約低20%。u3000等循環(huán)條件下的nmhc排放試驗結果在ESC循環(huán)條件下,試驗發(fā)動機的耐久性試驗中的THC排放結果見圖11。在ETC循環(huán)條件下,試驗發(fā)動機的的耐久性試驗中的NMHC排放結果見圖12。由圖11、圖12可見,試驗發(fā)動機在ESC循環(huán)條件下的THC耐久性排放及在ETC循環(huán)條件下的NMHC耐久性排放均低于國Ⅴ排放限值,其值約為限值的40%。國、國車載柴油、柴油等品牌發(fā)動機的pm耐久性排放試驗發(fā)動機在耐久性試驗中的PM排放結果見圖13。由圖13可見,試驗發(fā)動機在ESC和ETC循環(huán)條件下的PM耐久性排放趨勢相同。其中:

使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的試驗發(fā)動機的PM耐久性排放均低于國Ⅴ車用柴油排放限值,其值約為限值的80%;

在ESC、ETC循環(huán)條件下,使用國Ⅴ車用柴油的試驗發(fā)動機的PM耐久性排放明顯低于國Ⅳ車用柴油,其PM耐久性排放分別比使用國Ⅳ車用柴油低約15%、25%。國、國植物混合系統☆使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的國Ⅴ柴油發(fā)動機的循環(huán)功和CO2排放差別較小?！顜CR后處理系統的國Ⅴ柴油發(fā)動機短暫更換國Ⅳ、國