国车用柴油在国汽车上的应用

国车用柴油在国汽车上的应用

使用scr后端口系统的国石柴油，交替使用国石和国石燃料，进行h级和esc循环试验，并对车辆排放进行临时试验。测试了1月份的耐心试验，包括使用国石和国石燃料对发动机耐用性的影响。试验结果表明,将国Ⅳ车用柴油短暂更换为国Ⅴ车用柴油,NOX排放约降低5%;CO2、THC、CO排放变化较小;PM排放约下降9%~14%,PM2.5排放数目浓度下降12%,质量浓度下降15%。使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的HC、CO的耐久性排放差异较小,使用国Ⅴ车用柴油约降低NOX耐久性排放12%;在ESC和ETC工况下,PM耐久性排放分别降低20%和25%。汽油发动机和柴油发动机的工作机理及燃料性质存在差异,柴油发动机相对来说比汽油发动机具有诸多优势:

柴油发动机有更高的能量转换效率;

由于减少了复杂的高压点火装置,柴油发动机的寿命普遍更长;

柴油不易挥发,着火点较高,不易因偶然情况被点燃或发生爆炸;

柴油发动机汽车的CO2及尾气排放污染物含量更低。国际上柴油车一直被作为交通汽车的发展方向,日本及各欧盟成员国均开始制定其机动车柴油化规划。柴油化也一度被认为是我国汽车可持续发展的现实路径。长久以来,相对于汽油车,柴油车的排放法规实施以及车用柴油品质要求较为宽松。随着环保重视升级及城市减排压力的增大,柴油车排放法规出现了加严的趋势。车用柴油品质已成为柴油车排放控制技术发展和污染物减排的“瓶颈”,车用柴油的质量升级成为必然。符合国家第Ⅴ阶段机动车排放标准(国Ⅴ排放标准)的车用柴油标准已于2012年完成送审稿;北京市地方第Ⅴ阶段车用柴油标准已经完成报批稿。北京市已从2012年5月开始进行市场车用柴油的更换,并将尽快完成车用柴油产品的升级。本文在国Ⅴ柴油发动机上分别使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油,研究其排放特性以及耐久排放性的差异,以了解车用柴油升级对柴油发动机及后处理排放的影响。试验部分发动机排放分析按GB/T18297—2001《汽车发动机性能试验方法》和发动机生产厂家的相关试验规定控制发动机试验时的一般条件。使用具有不同性能参数的车用柴油进行ETC、ESC对比试验,试验循环见图1、图2。发动机排放污染物采用奥地利AVL公司生产的CEBⅡ排气分析仪进行分析:

采用不分光红外线法(NDIR)检测CO和CO2排放;

采用氢火焰离子法(FID)检测尾气中的总碳氢(THC)的排放;

采用化学发光法(CLD)检测NOX(氮氧化物)的排放。

采用电子低压冲击仪(ELPI)实时测量范围在7nm(或者更小)~10μm的颗粒物分布和粒数浓度。scr后处理根据主流国Ⅴ技术路线,本次试验重型柴油车采用SCR(选择性催化还原)后处理路线。试验使用4台同一型号装有SCR排放后处理装置的国V柴油发动机,其基本技术参数见表1。典型数据类型本文试验使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油,其典型数据见表2。由表2可见,国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油品质最主要的差异是硫含量不同,且密度也有一定差异。结果与讨论u3000发动机在进入正常工况下的循环功试验试验发动机在ESC和ETC循环条件下交替使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的循环功及CO2排放结果见图3。由图3可以看出:

试验发动机在ESC和ETC循环条件下的循环功表现出相同的变化趋势,发动机使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油时的循环功差异不明显。

试验发动机在ESC和ETC循环条件下使用国Ⅳ车用柴油时的CO2各节点排放略高于使用国Ⅴ车用柴油。国柴油喷射机采用国和国柴油气污染物排放比较u3000etcs和etc循环条件下的thc排放差异试验发动机在ESC和ETC循环条件下交替使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的THC排放结果见图4。由图4可见:试验发动机在ESC和ETC循环条件下的THC排放差异较小,均在0.016g/km以下,均远低于排放限值。柴油发动机由于高压燃油直接喷射到燃烧室中,燃烧停留在燃烧室的时间很少(比汽油发动机短得多),因此,无论是ETC循环还是ESC循环,柴油发动机的HC排放都很低。u3000油的co排放试验发动机在ESC和ETC循环条件下交替使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的CO排放结果见图5。由图5可见:

试验发动机在ESC和ETC循环条件下的CO排放表现出相同的趋势,均远低于国Ⅴ排放限值;

各排放节点排放呈现交叉状,可以认为CO排放无差异。柴油nox排放试验试验发动机在ESC和ETC循环条件下交替使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的NOX排放结果见图6。由图6可见:

试验发动机在ESC和ETC循环条件下的NOX排放表现出相同的趋势;

在各时间节点,使用国Ⅳ车用柴油的排放略高(5%以内)。国柴油喷射机采用国和国柴油pm排放比较发动机使用国跨丰富试验发动机在ESC和ETC循环条件下交替使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的PM排放结果见图7。由图7可见,在ESC和ETC循环条件下,试验发动机使用国Ⅳ车用柴油比使用国Ⅴ车用柴的PM排放约高10%~15%。由于国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的主要差异为硫含量及密度不同,其中密度差异是因国Ⅴ车用柴油硫含量降低引起的,因此,硫含量变化是国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油短暂交替使用过程中对PM排放存在一定程度影响的主要因素。柴油等工业有机物的排放试验随着排放法规和油品标准的严格以及人们环境意识的日益强烈,越来越多的人认识到柴油发动机PM排放的危害,且有大量的试验研究表明燃油品质(主要是硫含量)对PM排放有明显影响,但环境中的PM2.5的排放量与车用柴油硫含量的关系尚不明确。采用ETC循环,对由车用柴油硫含量变化引起的柴油发动机PM2.5排放变化进行了研究。试验发动机交替使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的PM2.5排放结果见图8。由图8可见,在ETC循环条件下,试验发动机使用国Ⅴ车用柴油比使用国Ⅳ车用柴油的PM2.5排放低,其中:PM2.5数目浓度减少约12%,质量浓度减少约15%。台架耐久性试验分别使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油,在同一型号的2台国Ⅴ重型发动机(SCR)进行1025h台架耐久性试验,即分别在各时间节点进行ESC、ETC循环试验,期间无需更换车用柴油,分析其CO、NOX、THC与NMHC(非甲烷烃)、PM排放。u3000石化社会新发动机和柴油等循环条件下的co耐久性排放试验发动机在耐久性试验中的CO排放结果见图9。由图9可见,试验发动机在ESC和ETC循环条件下的CO耐久性排放趋势相同。其中:

分别使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的试验发动机的CO耐久性排放远低于国Ⅴ排放限值;

国Ⅴ车用柴油的CO耐久性排放略好于国Ⅳ车用柴油。nox耐久性排放试验发动机在耐久性试验中的NOX排放结果见图10。由图10可见,在ESC和ETC循环条件下,试验发动机的NOX耐久性排放趋势相同。其中:

使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的试验发动机的NOX耐久性排放均低于国Ⅴ排放限值,其值约为国Ⅴ限值的50%;

使用国Ⅴ车用柴油的试验发动机的NOX耐久性排放明显低于国Ⅳ车用柴油,其值约低20%。u3000等循环条件下的nmhc排放试验结果在ESC循环条件下,试验发动机的耐久性试验中的THC排放结果见图11。在ETC循环条件下,试验发动机的的耐久性试验中的NMHC排放结果见图12。由图11、图12可见,试验发动机在ESC循环条件下的THC耐久性排放及在ETC循环条件下的NMHC耐久性排放均低于国Ⅴ排放限值,其值约为限值的40%。国、国车载柴油、柴油等品牌发动机的pm耐久性排放试验发动机在耐久性试验中的PM排放结果见图13。由图13可见,试验发动机在ESC和ETC循环条件下的PM耐久性排放趋势相同。其中:

使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的试验发动机的PM耐久性排放均低于国Ⅴ车用柴油排放限值,其值约为限值的80%;

在ESC、ETC循环条件下,使用国Ⅴ车用柴油的试验发动机的PM耐久性排放明显低于国Ⅳ车用柴油,其PM耐久性排放分别比使用国Ⅳ车用柴油低约15%、25%。国、国植物混合系统☆使用国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油的国Ⅴ柴油发动机的循环功和CO2排放差别较小。☆带SCR后处理系统的国Ⅴ柴油发动机短暂更换国Ⅳ、国