• 國六OBD重型柴油車移動源減排管理中壓燃式發動機排放顆粒成分研究

    2020-06-12 09:43:50 劉國瓊 139

    當下,國六OBD排放標準實施以來,全國上下74個城市空氣質量得到大幅改善,但達標情況尚不樂觀,顆粒物超標問題尚未解決,NO(二氧化氮)指標有反彈、存在超標風險,O(臭氧)升高、未來存在很大超標風險,燃油(特別是移動源的使用)產生的NOx(氮氧化物)排放遠高于美國和歐盟……其中移動源污染物排放占比較高,表現為柴油貨車超標排放問題突出,車用燃油和車用尿素不達標情況嚴重。

     

    當下,移動源減排政策快速推進,移動源環保管理的文件已經形成體系,包括1個總文件、3個攻堅方案、3個專項攻堅方案,移動源秋冬攻堅方案多措并舉。監管部門在嚴格落實運輸結構調整、加快推進老舊車(國三、國四)淘汰、嚴厲查處機動車排放超標行為、加強油品監督管理、建設機動車“天地車人”一體化監控系統(在線監測系統)方面花了大力氣。對于未來排放標準的發展趨勢,“國六”之后還會有“國七”,針對排放監管只會越來越嚴。眼下排放控制技術的潛力已經能夠支撐超低、近零排放的控制要求,但排放控制技術的發展也會帶來全新的挑戰,如NO(一氧化二氮)、NH(氨氣)的排放及混合動力的排放問題等。值得關注的是,溫室氣體協同減排是我國移動源標準未來需要考慮的問題。

     

    其中,在油品管理研究中,發動機所排放的顆粒物由碳煙團聚物及其表面或者間隙中所吸附的半發揮物質組成。半發揮物質一般包括有機碳氫和含硫無機成分等,碳氫成分又包涵了上百種劇毒及致癌的復雜有機化合物,如PAHs等,因此,發動機排放顆粒物的揮發性是評價顆粒物危害程度的重要標準之一。

     

    有機碳(Organic carbon OC)和元素碳(Elemental carbon EC)是組成發動機排氣顆粒的主要成分,OC中半發揮性成分有著很大重合部分,EC是影響大氣能見度的重要原因之一,偶遇不同粒徑范圍內排氣顆粒的形成機理不盡相同,導致顆粒物的發揮性及其成分亦與粒徑有關,因此有必要區分粒徑的基礎上研究不同發動機條件下排氣顆粒的揮發性及其成分。

     

    速銳得科技專注于行業應用級OBD國五、國六汽車CAN總線數據及排放產品開發,在不斷探索行業應用及需求。采用車規級、分布式、模塊化的底層架構設計。2019年率先采用采用智能自動適配及5G技術,無需對不同品牌車輛進行協議的破解及適配,保證快速高效完成項目測試與實施。2016年在車輛尾氣排放超標監控技術與中汽研、清華大學、環保部、計量局制定了DB11-1475地方標準,2016年布局車輛尾氣排放超標在線監控技術,就是為了行業客戶響應國家號召,打贏國家“藍天保衛戰”。為研究油品,我們選擇一臺四缸、自然吸氣、直噴式柴油機上進行,發動機與測功機相連接,通過測功機系統調整發動機的轉速和扭矩大小,為了保證測試的重復性和可比較行,發動機的冷卻水由測試系統自動控制在80攝氏度,誤差為正負2度,而發動機的機油溫度控制在90-100度之間。

     


    ISUZU 4HF1


    ISUZU 4HF1

    類型

    四缸直列泵

    排量

    4334/ml

    額定功率

    88kW(3200r/min)

    壓縮比

    19.0:1

    額定扭矩

    285N-m(1800r/min)

    噴油時刻

    8

    缸徑X行程

    112mmX110mm



     

    選取超低硫柴油(ULSD)、生物柴油(BD)、和低硫柴油(LSD)三種不同燃料研究壓燃式發動機顆粒物排放特性。超低硫柴油含硫量低于10PPM,生物柴油源于餐飲廢油,購自DP公司,其理化特性符合歐洲生物柴油標準EN14214,低硫柴油含硫量在400PPM左右。

    測試數據如下表:


    ULSD

    BD

    LSD

    十六烷值

    52

    51

    51

    低熱值/(MJ/kg)

    42.5

    37.5

    42.5

    密度/(kg/m3) :20度

    840

    871

    834

    黏度/(MPa s):40度

    2.4

    4.6

    3.03

    汽化潛熱/(kJ/kg)

    250-290

    300

    280

    碳含量/(% wt)

    86.6

    77.1

    87.4

    氧含量/(%  wt)

    0

    10.8

    0

    硫含量/(mg/kg)

    <10

    <10

    400

    多環芳徑含量/(mg/kg)

    <11

    0

    27.7

    灰分/(mg/kg)

    <100

    <200

    <100

    注:20度表示在20度測得,40度表示在40度測得,% wt表示質量百分數

     

     

    燃用生物柴油和超低硫柴油鎖產生的顆粒物發揮性隨著符合的增大呈現先減少后增大的趨勢,而低硫柴油顆粒物揮發性隨著符合的增加呈現單調增強趨勢。在低負荷條件下由于較低的缸內燃燒溫度,大量未燃碳氫或潤滑油成分存在發動機排氣中,其可在尾氣稀釋和冷凝過程中轉化為大量揮發性顆粒物,此可解釋在低負荷條件下生物柴油和超低硫柴油顆粒物排放相對較高的揮發性。

     

    在高負荷條件下由于較高的缸內燃燒溫度,未燃的碳氫及潤滑油成分對顆粒物揮發性的貢獻很少,而較高的燃燒溫度,促進了燃料中的硫成分向硫酸或者硫酸鹽的轉化過程,因此在高負荷條件下,硫酸或者硫酸鹽是揮發性顆粒物重要組成部分。由于相對較高的硫含量,這一揮發性顆粒物的形成機理在燃用相對較高含硫量的柴油時較為明顯。

     

    結論:

    1、燃用生物柴油可有效降低顆粒物數量、質量排放。相對低硫柴油,生物柴油對顆粒物的抑制效果體現在全尺寸粒徑范圍內,而先對超低硫柴油,主要體現在大尺寸顆粒物。

     

    2、基于質量和數量測量的顆粒物揮發性表明,相對低硫柴油,燃用生物柴油可在全尺寸范圍內有效降低揮發性顆粒物排放,而相對超低硫柴油,生物柴油可導致較高的揮發性物質比排放率,并主要集中在小尺寸范圍內。

     

    3、對三種不同燃油所產生的顆粒物排放,其揮發性物質質量比例均隨顆粒物粒徑增加呈現先減小后增大的趨勢,而數量比例隨遷移粒徑的增加單調減小。

     

    4、燃用生物柴油可明顯降低顆粒物種PAHs含量,尤其是對燃燒產生的大分子量PAHs的抑制效果尤為明顯(專業實驗,只拿到結果)。

     

    5、基于BaPeq的毒性分析表明,小粒徑顆粒物表現出更強的當量毒性,燃用生物柴油可明顯降低顆粒物排放當量毒性及當量毒性濃度。

     

    隨著測試技術不斷進去,人們對機動車顆粒物排放的研究已經簡單的從煙度測量、質量稱重發展到現在可對數量濃度、粒徑分布以及各種相關理化特性做詳細分析,包含對顆粒物形態、內部微觀結構、氧化活性、各種詳細化學成分及揮發性等。通過對顆粒物的各種理化特性的分析,有助于更好的研究顆粒物生成機理,對人的危害,消除方法,為國六和未來國七相關政策法規制定提供參考依據。為此,國家生態環境局發文并從2020年1月1日起,對新增輕型汽油車和其余行業重型柴油車實施國六b排放標準。

     

    截至2017年底,截至2017年底,我國汽車保有量2.17億輛,柴油車1690.9萬輛,保有量僅占7.8%,但柴油貨車排放的氮氧化物占整個機動車排放量的57.3%左右,排放的顆粒物占整體水平的77.8%,是機動車污染排放的主要貢獻者。

     

    截至2018年底,我國柴油貨車總量為1818萬輛,占汽車保有量的7.9%,氮氧化物排放量卻占總量的57.3%,顆粒物占78%。運輸結構不合理、柴油貨車使用強度高、油品質量問題等是造成這一現象的主要原因。


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