國車用柴油在國汽車上的應(yīng)用

國車用柴油在國汽車上的應(yīng)用

使用scr后端口系統(tǒng)的國石柴油，交替使用國石和國石燃料，進(jìn)行h級(jí)和esc循環(huán)試驗(yàn)，并對(duì)車輛排放進(jìn)行臨時(shí)試驗(yàn)。測試了1月份的耐心試驗(yàn)，包括使用國石和國石燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)耐用性的影響。試驗(yàn)結(jié)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(shù)目濃度下降12%,質(zhì)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(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)理及燃料性質(zhì)存在差異,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)來說比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)具有諸多優(yōu)勢:

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的能量轉(zhuǎn)換效率;

由于減少了復(fù)雜的高壓點(diǎn)火裝置,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命普遍更長;

柴油不易揮發(fā),著火點(diǎn)較高,不易因偶然情況被點(diǎn)燃或發(fā)生爆炸;

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)動(dòng)車柴油化規(guī)劃。柴油化也一度被認(rèn)為是我國汽車可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)路徑。長久以來,相對(duì)于汽油車,柴油車的排放法規(guī)實(shí)施以及車用柴油品質(zhì)要求較為寬松。隨著環(huán)保重視升級(jí)及城市減排壓力的增大,柴油車排放法規(guī)出現(xiàn)了加嚴(yán)的趨勢。車用柴油品質(zhì)已成為柴油車排放控制技術(shù)發(fā)展和污染物減排的“瓶頸”,車用柴油的質(zhì)量升級(jí)成為必然。符合國家第Ⅴ階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)(國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn))的車用柴油標(biāo)準(zhǔn)已于2012年完成送審稿;北京市地方第Ⅴ階段車用柴油標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成報(bào)批稿。北京市已從2012年5月開始進(jìn)行市場車用柴油的更換,并將盡快完成車用柴油產(chǎn)品的升級(jí)。本文在國Ⅴ柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jí)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)及后處理排放的影響。試驗(yàn)部分發(fā)動(dòng)機(jī)排放分析按GB/T18297—2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》和發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的相關(guān)試驗(yàn)規(guī)定控制發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)的一般條件。使用具有不同性能參數(shù)的車用柴油進(jìn)行ETC、ESC對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)循環(huán)見圖1、圖2。發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物采用奧地利AVL公司生產(chǎn)的CEBⅡ排氣分析儀進(jìn)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?xì)?THC)的排放;

采用化學(xué)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(shí)時(shí)測量范圍在7nm(或者更小)~10μm的顆粒物分布和粒數(shù)濃度。scr后處理根據(jù)主流國Ⅴ技術(shù)路線,本次試驗(yàn)重型柴油車采用SCR(選擇性催化還原)后處理路線。試驗(yàn)使用4臺(tái)同一型號(hào)裝有SCR排放后處理裝置的國V柴油發(fā)動(dòng)機(jī),其基本技術(shù)參數(shù)見表1。典型數(shù)據(jù)類型本文試驗(yàn)使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油,其典型數(shù)據(jù)見表2。由表2可見,國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油品質(zhì)最主要的差異是硫含量不同,且密度也有一定差異。結(jié)果與討論u3000發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)入正常工況下的循環(huán)功試驗(yàn)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)果見圖3。由圖3可以看出:

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在ESC和ETC循環(huán)條件下的循環(huán)功表現(xiàn)出相同的變化趨勢,發(fā)動(dòng)機(jī)使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油時(shí)的循環(huán)功差異不明顯。

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在ESC和ETC循環(huán)條件下使用國Ⅳ車用柴油時(shí)的CO2各節(jié)點(diǎn)排放略高于使用國Ⅴ車用柴油。國柴油噴射機(jī)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(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)果見圖4。由圖4可見:試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yuǎn)低于排放限值。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)間很少(比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)短得多),因此,無論是ETC循環(huán)還是ESC循環(huán),柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的HC排放都很低。u3000油的co排放試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)果見圖5。由圖5可見:

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在ESC和ETC循環(huán)條件下的CO排放表現(xiàn)出相同的趨勢,均遠(yuǎn)低于國Ⅴ排放限值;

各排放節(jié)點(diǎn)排放呈現(xiàn)交叉狀,可以認(rèn)為CO排放無差異。柴油nox排放試驗(yàn)試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)果見圖6。由圖6可見:

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在ESC和ETC循環(huán)條件下的NOX排放表現(xiàn)出相同的趨勢;

在各時(shí)間節(jié)點(diǎn),使用國Ⅳ車用柴油的排放略高(5%以內(nèi))。國柴油噴射機(jī)采用國和國柴油pm排放比較發(fā)動(dòng)機(jī)使用國跨豐富試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)果見圖7。由圖7可見,在ESC和ETC循環(huán)條件下,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)PM排放存在一定程度影響的主要因素。柴油等工業(yè)有機(jī)物的排放試驗(yàn)隨著排放法規(guī)和油品標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格以及人們環(huán)境意識(shí)的日益強(qiáng)烈,越來越多的人認(rèn)識(shí)到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)PM排放的危害,且有大量的試驗(yàn)研究表明燃油品質(zhì)(主要是硫含量)對(duì)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(guān)系尚不明確。采用ETC循環(huán),對(duì)由車用柴油硫含量變化引起的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)PM2.5排放變化進(jìn)行了研究。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)交替使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的PM2.5排放結(jié)果見圖8。由圖8可見,在ETC循環(huán)條件下,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)目濃度減少約12%,質(zhì)量濃度減少約15%。臺(tái)架耐久性試驗(yàn)分別使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油,在同一型號(hào)的2臺(tái)國Ⅴ重型發(fā)動(dòng)機(jī)(SCR)進(jìn)行1025h臺(tái)架耐久性試驗(yàn),即分別在各時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行ESC、ETC循環(huán)試驗(yàn),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(huì)新發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油等循環(huán)條件下的co耐久性排放試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在耐久性試驗(yàn)中的CO排放結(jié)果見圖9。由圖9可見,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的CO耐久性排放遠(yuǎn)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(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在耐久性試驗(yàn)中的NOX排放結(jié)果見圖10。由圖10可見,在ESC和ETC循環(huán)條件下,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)結(jié)果在ESC循環(huán)條件下,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性試驗(yàn)中的THC排放結(jié)果見圖11。在ETC循環(huán)條件下,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的的耐久性試驗(yàn)中的NMHC排放結(jié)果見圖12。由圖11、圖12可見,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的pm耐久性排放試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在耐久性試驗(yàn)中的PM排放結(jié)果見圖13。由圖13可見,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)☆使用國Ⅳ、國Ⅴ車用柴油的國Ⅴ柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)功和CO2排放差別較小。☆帶SCR后處理系統(tǒng)的國Ⅴ柴油發(fā)動(dòng)機(jī)短暫更換國Ⅳ、國