商用车发动机污染排放控制和测试技术.pdf

国家机动车产品质量监督检验中心国家机动车产品质量监督检验中心( (上海上海) ) 上海机动车检测中心上海机动车检测中心 国家机动车产品质量监督检验中心国家机动车产品质量监督检验中心( (上海上海) ) 上海机动车检测中心上海机动车检测中心 商用车发动机污染物排放 控制及测试技术 蒋长龙蒋长龙 2011.06.30 2011.06.30 上海上海 商用车发动机污染物排放 控制及测试技术 蒋长龙蒋长龙 2011.06.30 2011.06.30 上海上海 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 主 要 内 容 前言 一、商用车发动机污染物排放控制技术 主 要 内 容 前言 一、商用车发动机污染物排放控制技术 二二、商用车发动机排放标准商用车发动机排放标准二二、商用车发动机排放标准商用车发动机排放标准 三、商用车发动机污染物排放测试技术三、商用车发动机污染物排放测试技术 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 前言 从2005年开始，我国汽车行业车型统计分类启用新分类， 汽车被分为商用车和乘用车两大类。在汽车车型新分类中，对 商用车（commercial vehicle）是这样定义的：商用车在设计 和技术特征上是用于运送人员和货物的汽车，并且可以牵引挂 车。在新分类中将底盘单独列出，商用车分为客车、货车、半 前言 从2005年开始，我国汽车行业车型统计分类启用新分类， 汽车被分为商用车和乘用车两大类。在汽车车型新分类中，对 商用车（commercial vehicle）是这样定义的：商用车在设计 和技术特征上是用于运送人员和货物的汽车，并且可以牵引挂 车。在新分类中将底盘单独列出，商用车分为客车、货车、半 挂牵引车挂牵引车、客车非完整车辆和货车非完整车辆客车非完整车辆和货车非完整车辆，共五类共五类。挂牵引车挂牵引车、客车非完整车辆和货车非完整车辆客车非完整车辆和货车非完整车辆，共五类共五类。 2010年，中国商用车产销436.76万辆和430.41万辆，同比 增长28.19%和29.90%。 与国三相比，绝大部分国四机型都采用了机外排放控制技 术，即采用了后处理装置来降低排气中的污染物。 2010年，中国商用车产销436.76万辆和430.41万辆，同比 增长28.19%和29.90%。 与国三相比，绝大部分国四机型都采用了机外排放控制技 术，即采用了后处理装置来降低排气中的污染物。 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 1. 污染物排放控制装置的主要种类 一、商用车发动机污染物排放控制技术 1. 污染物排放控制装置的主要种类 氧化型催化转换器氧化型催化转换器(doc) 废气再循环（废气再循环（egr） 颗粒捕集器（颗粒捕集器（dpf、poc） 选择性催化还原（选择性催化还原（scr） 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术一、商用车发动机污染物排放控制技术 污染物控制装置优点缺点污染物控制装置优点缺点 选择性催化还原 （scr） 有效降低nox 对于燃油喷射压力和燃烧 要求较高 氧化型催化转换器有效降低hc和co降颗粒物效果较差 （doc）降低颗粒物中的sof 颗粒捕集器 （dpf） 有效降低颗粒物 （大于90%） 成本高，对硫敏感 颗粒捕集器 （poc） 制造成本低降颗粒物效果较差，对供油 和燃烧系统要求高 废气再循环 （egr） 降低nox排放 制造成本低 散热要求高，油耗增大； 开发成本高，对润滑要求高 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) scr egr+dpf egr+doc egr+doc+dpf egr+doc+poc 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.1 scr scr过程是利用氨作为还原剂注入含过程是利用氨作为还原剂注入含nox的排气系统中，的排气系统中， nox在以贵金属、碱金属氧化物或沸石等催化剂的作用下被 还原为 在以贵金属、碱金属氧化物或沸石等催化剂的作用下被 还原为n2分子和水，反应适宜的温度为分子和水，反应适宜的温度为285400。催化剂。催化剂 的组成和活性对的组成和活性对scr方法的处理效率影响很大方法的处理效率影响很大。nox的选择的选择的组成和活性对的组成和活性对scr方法的处理效率影响很大方法的处理效率影响很大。nox的选择的选择 性催 化还原反应可表示为性催 化还原反应可表示为 4no4nh3o2 4n26h2o 6no8nh3 7n212h2o 同时也有可能发生氨的氧化反应同时也有可能发生氨的氧化反应 4nh38o2 4no6h2o 4nh33o22n26h2o 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.1 scr 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.1 scr 明显降低明显降低nox排放排放 机内颗粒物控制机内颗粒物控制 必须标定供油系统和燃烧系统来控制必须标定供油系统和燃烧系统来控制机内颗粒物控制机内颗粒物控制 必须标定供油系统和燃烧系统来控制必须标定供油系统和燃烧系统来控制 颗粒物排放颗粒物排放 无需其他改进无需其他改进 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.1 scr 可能的发展方向（非针对欧可能的发展方向（非针对欧vi） doc+scr 在在scr前段增加前段增加doc，可以提高反应速率，从而减小，可以提高反应速率，从而减小 scr体积体积，节约尿素消耗节约尿素消耗scr体积体积，节约尿素消耗节约尿素消耗 4nh3+ 2no + 2no2 4n2+ 6h2o no和和no2的比例为的比例为1:1时，低温条件下反应速率为标准反 应的 时，低温条件下反应速率为标准反 应的17倍倍. 电加热电加热scr 在在scr系统前增加电加热系统，可以解决由于温度过 低造成的 系统前增加电加热系统，可以解决由于温度过 低造成的scr系统不起作用的问题，如城市公交系统不起作用的问题，如城市公交 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.2 egr egr的作用是将发动机产生废气的一小部分再送回 气缸，因其不可燃，吸收燃烧产生的部分热量，从而延缓 的作用是将发动机产生废气的一小部分再送回 气缸，因其不可燃，吸收燃烧产生的部分热量，从而延缓 燃烧过程燃烧过程，导致燃烧室中的温度和压力降低导致燃烧室中的温度和压力降低，遏制氮氧化遏制氮氧化燃烧过程燃烧过程，导致燃烧室中的温度和压力降低导致燃烧室中的温度和压力降低，遏制氮氧化遏制氮氧化 合物的生成。 第一步：降低绝对排放量 第二步：遏制污染物产生 合物的生成。 第一步：降低绝对排放量 第二步：遏制污染物产生 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.2 egr 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.2 egr 降低降低nox排放排放 车辆总体制造成本低车辆总体制造成本低 可能会造成发动机磨损可能会造成发动机磨损可能会造成发动机磨损可能会造成发动机磨损 增加油耗增加油耗 冷却器要求高冷却器要求高 为控制压差，需要采用可变几何涡轮增压器为控制压差，需要采用可变几何涡轮增压器 结构复 杂、成本高、效率低 结构复 杂、成本高、效率低 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.3 scr与与egr比较比较 种类优点缺点种类优点缺点 scr 散热量小 对硫不敏感 x 需车载尿素 x 需基础设施 油耗低 保养间隔时间长（较国三延长一倍） 发动机简化（升级少） x 成本增加 x 体积较大，需车辆整合 egr发动机一体化 无车载尿素 x 油耗增加 x 要求低硫燃油 x 散热量增加 x 需要颗粒物捕集器 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.4 doc 能够降低能够降低hc和和co 颗粒物降低效率在颗粒物降低效率在20%左右左右颗粒物降低效率在颗粒物降低效率在20%左右左右 适合中国发动机技术水平适合中国发动机技术水平 高硫燃油会造成颗粒物中高硫燃油会造成颗粒物中sof增加增加 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.5 dpf 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.5 dpf 颗粒物降低效率达颗粒物降低效率达90%以上以上 结构复杂，制造成本高结构复杂，制造成本高 对硫敏感，容易硫中毒对硫敏感，容易硫中毒 分捕捉阶段和再生阶段分捕捉阶段和再生阶段 排气阻力随着工作时间逐渐增大，需要再生排气阻力随着工作时间逐渐增大，需要再生 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.5 dpf 再生的方法再生的方法 主动再生和被动再生主动再生和被动再生 再生方法 利用外部能源再生 （主动再生） 降低颗粒物活性再生 （被动再生） 利用发动机热能再生 （主动再生） 喷油助燃再生 电加热再生 微波加热再生 催化再生 连续再生 添加剂再生 进气节流再生 排气节流再生 后燃再生 非加热机械式再生 （主动再生） 逆流喷气再生 机械振动再生 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.6 poc poc一般与一般与doc配合使用，主要有两种：配合使用，主要有两种： 含贵金属，前端含贵金属，前端doc产生的产生的no2不足以氧化尾气中的颗不足以氧化尾气中的颗 2 粒物，采用贵金属催化氧化尾气中的颗粒物粒物，采用贵金属催化氧化尾气中的颗粒物 c+no2no+co2c+o2co2 不含贵金属不含贵金属 c+no2no+co2 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 一、商用车发动机污染物排放控制技术 2. 目前国内机型的主要技术路线（scr或egr) 2.7 dpf与与poc比较比较 内容内容dpfpoc 成本很高低 过滤效率很高，90%以上一般，30%70%过滤效率很高，90%以上一般，30%70% 维护要求可能会堵塞不会堵塞 再生方法主动再生、被动再生仅仅被动再生 油品要求硫含量必须低于50ppm硫含量建议低于50ppm 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 1. 现行国家标准重型车 二、商用车发动机排放标准 1. 现行国家标准重型车 类别标准号标准名称 gb17691- 2005 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限 值及测量方法 （中国阶段） hj437- 2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（obd） 系统技术要求 装用压 燃式发 动机的 重型车 hj437- 2008 系统技术要求 hj438- 2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排放控制系统耐久 性技术要求 hj439- 2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车在用符合性技术要 求 gb3847- 2005 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测 量方法 gb1495- 2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 （第二阶段） 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 1. 现行国家标准重型车 二、商用车发动机排放标准 1. 现行国家标准重型车 类别标准号标准名称 gb17691- 2005 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值 及测量方法 （中国阶段） 装用压 燃式发 动机的 重型车 及测量方法 （中国阶段） gb3847- 2005 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量 方法 gb20890- 2007 重型汽车排气污染物排放控制系统耐久性要求及试验方法 gb1495- 2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 （第二阶段） 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 1. 现行国家标准重型车 二、商用车发动机排放标准 1. 现行国家标准重型车 类别标准号标准名称 gb17691- 2005 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排 放限值及测量方法 （中国iii、iv、v阶段） 装用气体 燃料点燃 式发动机 的重型车 gb20890- 2007重型汽车排气污染物排放控制系统耐久性要求及试验方法 gb11340- 2005 装用点燃式发动机重型汽车曲轴箱污染物排放限值及测量 方法 gb18285- 2005 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠 速法及简易工况法） gb1495- 2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 （第二阶段） 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 2. 现行国家标准轻型车 二、商用车发动机排放标准 2. 现行国家标准轻型车 类别标准号标准名称 轻型汽油 gb18352.3- 2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国、阶段） 轻型汽油 车 （含双燃 料） gb18285- 2005 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠 速法及简易工况法） gb1495- - 2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 （第二阶段） gb/t19233- 2008轻型汽车燃料消耗量试验方法 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 2. 现行国家标准轻型车 二、商用车发动机排放标准 2. 现行国家标准轻型车 类别标准号标准名称 gb18352.3- 2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国、阶段） 轻型柴 油车 gb3847- 2005 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及 测量方法 gb1495- - 2002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法 （第二阶段） gb/t19233- 2008 轻型汽车燃料消耗量试验方法 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 3. 欧洲排放标准的发展 二、商用车发动机排放标准 3. 欧洲排放标准的发展 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 4. 中国与欧洲汽车排放标准实施日期比较 二、商用车发动机排放标准 4. 中国与欧洲汽车排放标准实施日期比较 标准中国实施年份欧洲实施年份相差时间（年） 国i前（欧0）1990197317 国i（欧i）200019928 国ii（欧ii）200419968 国iii（欧iii）200720007 国iv（欧iv）201020055 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准 导入日期：2012年12月31日导入日期：2012年12月31日 排放限值排放限值 工况co mg/kwh hc mg/kwh nox mg/kwh no2 mg/kwh nh3 ppm pm mg/kwh pn # /kwh escesc etc whsc150013040010108*1011 whtc400016046010106*1011 尚未提出尚未提出no2的限值、的限值、pn包括主动再生包括主动再生 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准 试验循环采用瞬态试验循环试验循环采用瞬态试验循环whtc（一个冷起动循环（一个冷起动循环+一个 热起动循环）和稳态试验循环 一个 热起动循环）和稳态试验循环whsc（热起动）（热起动） 需测量整个排放循环中的需测量整个排放循环中的co2和燃油消耗率和燃油消耗率 相对于燃油经济性相对于燃油经济性（fe），），更关注更关注co相对于燃油经济性相对于燃油经济性（fe），），更关注更关注co2 提高提高no2/nox比例比例 欧六基准燃油中含欧六基准燃油中含57%生物燃料生物燃料 耐久性要求提高（耐久性要求提高（16万、万、30万、万、70万公里）万公里） 增加增加pn测量测量 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准，whtc循 环 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准，whtc循 环 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准，whsc循 环 二、商用车发动机排放标准 5. 欧洲标准的发展重型车欧六标准，whsc循 环 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 1.发动机台架试验 三、商用车发动机污染物排放测试技术 1.发动机台架试验 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 1.发动机台架试验 三、商用车发动机污染物排放测试技术 1.发动机台架试验 主要设备：主要设备： 发动机试验台架发动机试验台架 尾气采样系统尾气采样系统 尾气分析系统尾气分析系统 温度压力测量系统温度压力测量系统 燃料消耗量测量系统燃料消耗量测量系统 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 2.底盘转鼓试验 三、商用车发动机污染物排放测试技术 2.底盘转鼓试验 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 2.底盘转鼓试验 三、商用车发动机污染物排放测试技术 2.底盘转鼓试验 主要设备：主要设备： 汽车底盘测功试验系统汽车底盘测功试验系统 尾气采样系统尾气采样系统 尾气分析系统尾气分析系统 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 3.特别引入pn测量方法 三、商用车发动机污染物排放测试技术 3.特别引入pn测量方法 1.旋风分离器：去除 2.5微米以上的颗粒 （法规只要求测2.5微 米以下的颗粒数量） 2.一级加热稀释： 将尾气加热到150 度，去除不稳定的 颗粒 3.蒸发通道：将气体温 度加热到300- 400度。 去除不稳定颗粒及除水 4.二级冷却稀 释：将尾气 冷却到25度， 冷却后的固 体颗粒就是 要测量的颗 5.颗粒计数单元 要测量的颗 粒。 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 4.重型转鼓试验燃油消耗 三、商用车发动机污染物排放测试技术 4.重型转鼓试验燃油消耗 重型商用车辆燃料消耗量测量方法的即将颁布实施，重型 转鼓试验受到越来越多的关注。 重型商用车辆燃料消耗量测量方法的即将颁布实施，重型 转鼓试验受到越来越多的关注。 范围：最大设计重量大于范围：最大设计重量大于3.5吨的燃用汽油和柴油的商用车辆吨的燃用汽油和柴油的商用车辆 预计实施时间预计实施时间：2011年下半年年下半年预计实施时间预计实施时间：2011年下半年年下半年 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 4.重型转鼓试验燃油消耗 三、商用车发动机污染物排放测试技术 4.重型转鼓试验燃油消耗 商用车发动机污染物排放控制商用车发动机污染物排放控制及及测试技术测试技术 三、商用车发动机污染物排放测试技术 4.重型转鼓试验燃油消耗 三、商用车发动机污染物排放测试技术 4.重型转鼓试验