輕型汽車常溫冷起動后排氣污染物排放試驗

輕型汽車常溫冷起動后排氣污染物排放試驗

1輕型車及電控現狀隨著我國經濟的快速發(fā)展，中國的汽車工業(yè)得到了迅速發(fā)展，但與此同時，汽車污染物的總排放量也大幅增加。我國自1983年起陸續(xù)制定了一系列汽車排放法規(guī),并在全國實施。輕型車作為汽車保有量的絕大部分,是排放控制的主要對象。輕型車一般指小轎車和小型的客、貨兩用車,所用內燃機大多為汽油機。但近年來隨著柴油機技術水平的提高,加之人們對節(jié)能環(huán)保的日益重視,輕型車用柴油機的份額正在不斷上升。本文就柴油油品對排放的影響進行了對比分析。2柴油對排放的影響柴油的組成和性質對柴油機的排放有重要影響,現將柴油油品中的主要影響成分介紹如下。2.1減少nox排放柴油的十六烷值對柴油機燃燒的滯燃期有很大影響。如果十六烷值較低,則滯燃期較長,初期預混燃燒的燃油量增加,初期放熱率峰值和最高燃燒溫度較高,因而NOx排放量增加;如果十六烷值較高,可推遲噴油,這樣有利于在保持燃油經濟性的條件下降低NOx的排放。另外,高十六烷值的柴油易于自燃,可降低柴油機CO和HC的排放。十六烷值對微粒排放的影響比較復雜,在不同條件下可能得出相反的結果。十六烷值也影響柴油機的藍、白煙排放,藍、白煙系柴油機在冷起動時或高海拔地區(qū)運轉時,由于大氣壓力下降產生的未燃燒柴油液滴形成的煙霧。十六烷值下降時柴油機冷起動性能變差,柴油機容易排氣冒白煙,引起排放增加。2.2柴油的硫含量一般柴油中含有比汽油高得多的硫質量分數。柴油中的硫在燃燒后以SO2形式隨排氣排出。其中一部分SO2(約2%～3%)被氧化成SO3,然后與水結合形成硫酸和硫酸鹽,由于硫酸鹽是非常吸水的,在大氣環(huán)境平均相對濕度50%的情況下,每1g硫酸鹽吸收1.3g水,所以在濾紙上沉積的硫酸鹽含有53%(m)的水和47%(m)的干硫酸鹽。當柴油中硫的質量分數ωs從3×10-3減小到5×10-4時,柴油機的微粒排放量可能下降0.02～0.03g/(kWh)?，F正在開發(fā)的能從發(fā)動機富氧排氣中降低NOx排放的DeNOx催化劑,對柴油硫含量極為敏感,特別是吸附還原型催化劑極易受硫中毒而失效。柴油機用氧化型催化劑易于把SO2氧化成SO3,導致硫酸鹽大大增加。所以,從柴油機排氣催化凈化角度出發(fā),降低柴油的硫含量是極為必要和迫切的。降低柴油的硫含量也有助于減少柴油機排氣中難聞的氣味。但降低硫含量是通過在煉油工藝中加氫生成硫化氫而實現的,這個過程增加了煉油的能耗和CO2的排放,同時提高了成本。2.3柴油中芳烴nox柴油的芳烴含量直接影響其十六烷值,兩者之間有逆變關系。只有添加十六烷值改善劑才能打破這種關系。例如,加0.5%(質量分數)辛基硝酸酯,可使十六烷值從42提高到52。芳烴是柴油中的有害物質,芳烴燃燒時冒煙傾向嚴重,所以當柴油中芳烴的體積分數φAH增加時,柴油機微粒排放的質量濃度急劇增加,柴油機的CO、HC排放也隨柴油芳烴的含量提高而增加。NOx排放受柴油芳烴含量影響較小。研究表明,柴油中芳烴的體積分數φAH從30%降低到10%,可使NOx排放下降4%～5%。2.4柴油的密度柴油的黏度增加,噴油時油束霧化變差,燃燒惡化,碳煙排放增加。柴油的密度較高,超過柴油機標定范圍,造成過度供油效應,會導致微粒排放量的增加。柴油較重的餾分組成使柴油噴霧變差,蒸發(fā)遲緩,易形成局部過濃的混合氣,產生較多的微粒排放。2.5不同類型的隨機煙氣中分離的影響在柴油中加入少量堿土金屬或過渡金屬(Ba、Ca、Fe、Mn等)的環(huán)烷酸鹽或硬脂酸鹽,可顯著降低柴油機排氣的煙度,這類添加劑被稱為消煙劑。消煙效果主要取決于陽離子(金屬)類型,而陰離子影響很小。Ba的效果很好,其次為Ca、Mn等。Ba對降低煙度效果明顯,但排氣微粒濃度則先隨著Ba的增加快速下降,然后又逐漸上升,這主要是由Ba的氧化物造成的。當柴油中硫含量較高時,由于形成較多的BaSO4,有時甚至使微粒排放量不降反升。消煙劑使微粒粒度分布向較小尺寸方向移動,使環(huán)境效應更加惡化。由于這些理由及這類重金屬大多數對人體有害,所以現在不推薦使用消煙劑。柴油中還可能加有機添加劑,如為縮短滯燃期的十六烷值改善劑以及穩(wěn)定劑、表面活性劑等,它們一般都能改善柴油機的排放狀況。3汽車試驗工況試驗用發(fā)動機為GW2.8TC增壓柴油機,裝配在皮卡車上。發(fā)動機主要參數見表1。試驗設備原理見圖1,因匹配GW2.8TC柴油機的皮卡車屬輕型汽車,因此測量排放時不必將發(fā)動機從車上拆下,可直接對車輛進行測量。汽車在底盤測功機上按GB18352.3—2005中Ⅰ型試驗所規(guī)定的循環(huán)曲線行駛。循環(huán)曲線見圖2。底盤測功機和排放分析儀均為AVL公司制造。試驗分兩次進行,車輛分別加上歐Ⅲ專用柴油和普通柴油,兩種油品的主要參數見表2。試驗條件及試驗步驟均嚴格按GB18352.3—2005中Ⅰ型試驗相關規(guī)定執(zhí)行。通過表2可以看出,普通柴油的硫含量相當于歐Ⅲ專用柴油的300倍,而十六烷值比歐Ⅲ專用柴油低11。4油的排放試驗結果試驗結束后,將兩次試驗的兩個階段(市區(qū)運轉循環(huán)Phase1即1部,市郊運轉循環(huán)Phase2即2部)的校正后的排氣物濃度和顆粒物質量做一比較,見表3。通過表3可以看出:(1)兩種油的排放結果中變化最明顯的是第2階段的顆粒物,這與兩種油品中硫含量的不同有很大關系。(2)第1階段,普通油的CO濃度比歐Ⅲ油的高,說明普通油在低速時沒有歐Ⅲ油燃燒狀況好。(3)兩個階段的HC濃度都比較低,但兩個階段普通油比歐Ⅲ油都稍高。由于試驗條件相同,因此HC的濃度大小與十六烷值的大小有密切關系。(4)兩種油兩個階段的NOx和CO2差別不大。5污染物排放計算(1)定容取樣系統(tǒng)(CVS)所測得的各階段校準到標準狀態(tài)下的稀釋排氣容積及底盤測功機所測得的距離及其它與最終排放結果有關的數據見表4。(2)按照下式計算氣體污染物排放量Mi=Vmix×Qi×KH×Ci×10?6d(1)Μi=Vmix×Qi×ΚΗ×Ci×10-6d(1)式中:Mi—污染物i的排放質量,g/km;Vmix—稀釋排氣的容積(校正至標準狀態(tài)273.2K和101.33kPa),L/試驗;Qi—在標準狀態(tài)下(273.2K和101.33kPa),污染物i的密度,g/L;KH—用于計算氮氧化物的排放質量的濕度校正系數(對于HC和CO沒有濕度校正);Ci—稀釋排氣中污染物i的濃度,并用稀釋空氣中所含污染物i的含量進行校正以后的數值,×10-6;d—車輛按運轉循環(huán)試驗時所行駛的實際距離,km。查國家標準得到標準狀態(tài)下各污染物濃度為:QCO=1.25g/L,QNOx=2.05g/L,QHC=0.619g/L,QCO2=1.964g/L將表3、表4中相關數據代入公式(1),計算歐Ⅲ柴油第一階段CO為:MCO=195.2×103×1.25×9.588×10?64.11=0.569g/kmΜCΟ=195.2×103×1.25×9.588×10-64.11=0.569g/km同理,計算總的CO值為:MCO=195.2×103×1.25×9.588×10?6+99.9×103×1.25×3.379×10?611.09=0.249g/kmΜCΟ=195.2×103×1.25×9.588×10-6+99.9×103×1.25×3.379×10-611.09=0.249g/km同理,根據表3、表4和公式(1)可計算出除PM外其余各氣體污染物的排放值,見表5。(3)顆粒物的確定用如下公式計算顆粒物排放質量MP(g/km)。MP=(Vmix+Vep)×mfVep×d(2)ΜΡ=(Vmix+Vep)×mfVep×d(2)式中:Vmix—標準狀態(tài)下,稀釋排氣的容積(見表4),m3;Vep—標準狀態(tài)下,流經顆粒物過濾器的排氣容積,m3;mf—濾紙收集到的顆粒物質量,g;d—相當于運轉循環(huán)的實際距離(見表4),km;MP—顆粒物排放量,g/km。與上述計算