燃用硫含量柴油的高性能清潔柴油排放性能研究

燃用硫含量柴油的高性能清潔柴油排放性能研究

柴油的排放控制油耗的質(zhì)量是影響油耗性能的重要因素之一。柴油機能否滿足更加嚴格的廢氣污染物排放標準,與所用燃油的品質(zhì)息息相關(guān)。而且,柴油的品質(zhì)還直接影響發(fā)動機的壽命和油耗。十六烷值的適當(dāng)提高有助于降低柴油機的NOx、HC和CO排放;同時,較低的硫含量可以降低柴油機的PM排放。因此,高品質(zhì)清潔柴油應(yīng)該在適當(dāng)提高十六烷值的同時,較大幅度地降低硫含量。2007年7月1日,我國將實行更加嚴格的國Ⅲ排放標準。但目前國內(nèi)市場上的柴油還不能全面滿足國Ⅲ排放用油要求,距國Ⅲ標準用油還有一定的差距。因此,提高柴油品質(zhì)成為當(dāng)務(wù)之急,這需要從國家相關(guān)政策法規(guī)扶持、石化企業(yè)加大產(chǎn)業(yè)投入等多方面著手。作者以出租車為研究對象,對燃用國Ⅱ柴油和國Ⅲ柴油的帕薩特柴油出租車10萬km范圍內(nèi)不同行駛里程下的排放性能進行了試驗研究。由于出租車具有運轉(zhuǎn)和怠速時間長、城市交通狀況和運行工況變化頻繁、車況劣化程度高等特點,因此選擇具有代表性的柴油出租車作為研究對象。1測試設(shè)備和測試方案的排放1.1增壓柴油排放試驗本研究所采用的試驗樣車為帕薩特TDI1.9L柴油轎車,發(fā)動機為水冷直列四缸、電控泵噴嘴高壓直噴渦輪增壓柴油機,并配備廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和尾氣催化轉(zhuǎn)換器。其主要參數(shù)如表1所示。相關(guān)排放測試在上海大眾汽車有限公司汽車排放實驗室和同濟大學(xué)新能源汽車試驗試制基地進行。實驗室有-20～+50℃環(huán)境模擬艙、SCHENCK汽車底盤測功機、AVLAma4000排放分析儀、定容稀釋采樣系統(tǒng)和全流顆粒采樣系統(tǒng)等設(shè)備。1.2測試單元組成排放測試依據(jù)《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》(GB18352.3—2005)Ⅰ型測試循環(huán)進行。每次測試共持續(xù)19min40s,由兩部分(1部和2部)組成,測試1部由4個市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán)單元組成。每個市區(qū)循環(huán)單元包含15個工況,平均車速為19km/h,有效行駛時間為195s,理論行駛距離為1.013km。測試2部由1個市郊運轉(zhuǎn)循環(huán)組成。該市郊循環(huán)包含13個工況,平均車速為62.6km/h,有效行駛時間為400s,理論行駛距離為6.955km,最高車速為120km/h。1.3出租車的排放跟蹤在50輛示范運行柴油出租車中,按使用的燃油類型各選擇3輛燃用國Ⅱ柴油和國Ⅲ柴油的出租車作為排放跟蹤測試車輛,如表2所示。2005年10月20日至2006年7月3日期間,當(dāng)這6輛車行駛到4000、4萬、6萬、8萬和10萬km左右時,分別對其進行不同行駛里程的排放跟蹤測試。1.4出租車及加強加油測試用油品為國Ⅱ和國Ⅲ柴油兩種,其主要指標見表3。其中燃用國Ⅱ柴油的出租車為分散加油,加油站選定為中國石化上海加油網(wǎng)點;而燃用國Ⅲ柴油的出租車為定點加油,加油站為上海九環(huán)大眾周家嘴路油氣加注站。排放跟蹤測試車中添加燃油清潔劑的車輛,其添加量為1L/月。2行駛里程對燃用國和國柴油排放的影響燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車排放測試結(jié)果如表4所示。由表4可見,燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車(其中DN2972和DN2952添加了燃油清潔劑)10萬km范圍內(nèi)的排放測試結(jié)果重復(fù)性較好,排放性能穩(wěn)定。同時,燃用兩種柴油的各輛出租車的CO、NOx和HC+NOx排放測試結(jié)果變化范圍相差不大,且在10萬km范圍內(nèi)都能全面滿足國Ⅲ排放標準限值要求。對于PM排放,國Ⅱ柴油的部分測試結(jié)果超出了國Ⅲ排放標準限值,而國Ⅲ柴油則全面達標。由表4可見,燃油清潔劑對帕薩特柴油出租車的CO、NOx、HC+NOx和PM排放可能存在影響。但是,由于使用燃油清潔劑的排放跟蹤測試車輛相對較少,再加上燃油品質(zhì)、駕駛習(xí)慣、車輛保養(yǎng)等其它因素對排放的影響,燃油清潔劑對排放性能的影響還有待于進一步深入研究。燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車10萬km范圍內(nèi)3輛車的排放平均值變化情況如圖1所示。由圖1(a)可見,燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車各里程下的CO排放測試結(jié)果差別不大。其中,國Ⅱ柴油的CO排放變化范圍為0.169～0.242g/km,國Ⅲ柴油為0.182～0.225g/km,兩者在10萬km范圍內(nèi)均符合國Ⅲ排放標準限值。國Ⅱ柴油和國Ⅲ柴油10萬km內(nèi)CO排放最大值分別占國Ⅲ排放標準限值的37.8%和29.3%。由圖1(b)可見,隨著行駛里程的增加,燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車的NOx排放略有增加。其中,國Ⅱ柴油的NOx排放變化范圍為0.479～0.498g/km,國Ⅲ柴油為0.464～0.491g/km,兩者在10萬km范圍內(nèi)均符合國Ⅲ排放標準限值。而且,國Ⅱ柴油和國Ⅲ柴油10萬km內(nèi)NOx排放最大值分別占國Ⅲ排放標準限值的99.6%和98.2%。由圖1(c)可見,燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車各里程下的HC+NOx排放隨著行駛里程的增加而上升。其中,國Ⅱ柴油的HC+NOx排放變化范圍為0.514～0.551g/km,國Ⅲ柴油為0.505～0.548g/km,兩者在10萬km范圍內(nèi)均符合國Ⅲ排放標準限值。而且,國Ⅱ柴油和國Ⅲ柴油10萬km內(nèi)HC+NOx排放最大值分別占國Ⅲ排放標準限值的98.4%和97.9%。由圖1(d)可見,燃用國Ⅱ柴油的帕薩特出租車的PM排放變化范圍為0.045～0.057g/km,國Ⅲ柴油為0.034～0.042g/km。隨著行駛里程的增加,國Ⅱ柴油的PM排放增加幅度大于國Ⅲ柴油。而且,運行6萬km后,國Ⅱ柴油的PM排放出現(xiàn)明顯的上升,雖然8萬和10萬kmPM排放測試結(jié)果仍滿足國Ⅱ排放標準限值,但其分別超出國Ⅲ排放標準限值達12%和14%。由于國Ⅱ柴油采用的是分散加油,各加油網(wǎng)點的柴油品質(zhì)不同。因此,在排除發(fā)動機保養(yǎng)等因素后,這很可能是出租車長期使用硫含量相對較高、油品質(zhì)量相對較差的柴油導(dǎo)致尾氣催化轉(zhuǎn)換器中毒,凈化性能下降所致。對于國Ⅲ柴油,其PM排放在10萬km范圍內(nèi)均符合國Ⅲ排放標準限值要求。而且,由于不同批次油品硫含量的改善,其8萬km和10萬km的PM排放測試結(jié)果略有下降。綜合圖1(a)～圖1(d)可見,這6輛帕薩特柴油出租車排放測試結(jié)果重復(fù)性較好,排放性能穩(wěn)定。燃用國Ⅲ柴油的帕薩特出租車排放測試結(jié)果已全面滿足國Ⅲ排放標準限值要求。而且,對于燃用國Ⅱ柴油的帕薩特柴油出租車,除6萬km后的PM排放測試結(jié)果高于國Ⅲ排放標準限值外,其CO、NOx、HC+NOx等污染物排放也全面滿足國Ⅲ標準規(guī)定的限值要求?？梢?使用帕薩特柴油轎車具有良好的環(huán)保效應(yīng)。燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車10萬km范圍內(nèi)CO、NOx、HC+NOx和PM排放總平均值如圖2所示。由圖2可見,10萬km范圍內(nèi),燃用國Ⅱ柴油帕薩特出租車的CO、NOx、HC+NOx和PM排放總平均值分別為0.206、0.487、0.531和0.050g/km。燃用國Ⅲ柴油帕薩特出租車的CO、NOx、HC+NOx和PM排放總平均值分別為0.200、0.477、0.526和0.039g/km。由此可得出,10萬km范圍內(nèi),帕薩特出租車燃用國Ⅲ柴油的CO、NOx、HC+NOx排放總平均值略優(yōu)于國Ⅱ柴油,但二者差別不大。同時,由于國Ⅲ柴油的硫含量較低,10萬km范圍內(nèi),國Ⅲ柴油出租車的PM排放總平均值明顯低于國Ⅱ柴油。3燃油清潔劑的篩選在路試11萬km左右,通過OLYMPUS內(nèi)窺鏡光纖攝像對使用國Ⅱ和國Ⅲ柴油出租車缸內(nèi)積碳情況進行了拍攝,如圖3所示。由圖3(a)～圖3(c)可見,對于國Ⅱ柴油,添加燃油清潔劑車輛的缸內(nèi)噴油器頭部積碳情況與不添加燃油清潔劑的有較大區(qū)別。燃油清潔劑對國Ⅱ柴油缸內(nèi)積碳有明顯的改善。由圖3(d)～圖3(f)可見,對于國Ⅲ柴油,添加燃油清潔劑車輛的缸內(nèi)噴油器頭部積碳情況與不添加燃油清潔劑的基本沒有差別,燃油清潔劑對國Ⅲ柴油缸內(nèi)積碳沒有明顯效果。4出租車的co、hc、nox排放(1)試驗結(jié)果表明:10萬km范圍內(nèi),帕薩特柴油出租車排放測試結(jié)果重復(fù)性較好,排放性能穩(wěn)定。燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車排放已全面滿足相應(yīng)的排放標準限值要求,具有良好的環(huán)保性能。(2)10萬km范圍內(nèi),燃用國Ⅱ和國Ⅲ柴油的帕薩特出租車各里程下的CO排放測試結(jié)果差別不大,NOx排放略有增加,HC+NOx排放隨著行駛里程的增加而上升。(3)10萬km范圍內(nèi),隨著行駛里程的增加,國Ⅱ柴油出租車的PM排放增加幅度大于國Ⅲ柴油,而且國Ⅱ柴油6萬km后的PM排放出現(xiàn)明顯上升。對于國Ⅲ柴油,其PM排放均符合國Ⅲ排放標準限值要求。由于不同批次油品硫含量的改善,其8