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不同濃度生物柴油對(duì)歐5排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)排放和性能的影響

為減少溫室氣體的排放，巴西早在20年前就出臺(tái)了相關(guān)政策，鼓勵(lì)使用生物柴油替代部分化石燃料，并正在逐步提高生物柴油的比例。2009年化石燃料中生物柴油比例為2%～3%，而在2010年1月該比例提高至4%，2013年又增至5%。在污染比較嚴(yán)重的城市如圣保羅，部分客車的這一比例已達(dá)到20%，并計(jì)劃到2018年所有客車均使用可再生燃料，顯然生物柴油是最佳解決方案。巴西在2012年出臺(tái)P7法規(guī)與歐5排放標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定基本一致。為滿足此標(biāo)準(zhǔn)，探究不同濃度的生物柴油混合物對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放及性能的影響。

試驗(yàn)的生物柴油比例分別為5%、10%、20%、30%、50%、75%和100%，分別記為B5、B10、B20、B30、B50、B75和B100。選用歐5標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)臺(tái)，其可以進(jìn)行歐洲穩(wěn)態(tài)測(cè)試循環(huán)及歐洲瞬態(tài)測(cè)試循環(huán)。試驗(yàn)采用梅賽德斯奔馳OM926LA E5發(fā)動(dòng)機(jī)，并配備選擇性催化還原系統(tǒng)。鑒于巴西目前所售柴油燃料中至少含有5%的生物柴油，本試驗(yàn)結(jié)果將與B5柴油測(cè)試的結(jié)果相比較。

試驗(yàn)結(jié)果表明，與B5柴油相比，混合濃度一直到B20幾乎沒(méi)有損失功率，升至B30時(shí)功率降低1%，從B50升至B100過(guò)程中功率損失從4%升至8%。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律與此類似。需要注意的是，從B5增至B50過(guò)程中轉(zhuǎn)矩幾乎無(wú)損失，而增至B100時(shí)轉(zhuǎn)矩?fù)p失達(dá)到9%。就燃油消耗率而言，從B5增至B100過(guò)程中，燃油消耗率均增加。做功相同時(shí)，B100柴油比B5柴油的燃油消耗率高14%。

通過(guò)歐洲穩(wěn)態(tài)測(cè)試循環(huán)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)碳?xì)浠衔铮℉C）和一氧化碳（CO）含量無(wú)顯著變化，而氮氧化物（NOx）含量增加，這與生物柴油的化學(xué)性質(zhì)相關(guān)。雖然沒(méi)有立法要求使用除B5柴油以外的其它燃料必須遵守P7法規(guī)，但是若在此考慮該法規(guī)，則濃度小于B50的混合柴油剛好能滿足法規(guī)對(duì)NOx的要求，濃度高于B50的則不能滿足。至于B100柴油則排放超出規(guī)定40%。使用柴油排放中顆粒物的含量最為重要，此時(shí)生物柴油具有優(yōu)勢(shì)，如B75柴油產(chǎn)生的廢氣中，顆粒物含量?jī)H為P7法規(guī)的25%。綜上，從進(jìn)行歐洲穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)測(cè)試循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣分析可知，隨燃料中生物柴油含量的增加，排放物中NOx含量增加，但顆粒物含量大幅下降。

研究表明，最佳的生物柴油混合濃度為5%～30%，此范圍內(nèi)功率和轉(zhuǎn)矩?fù)p失較小，最大僅為1%；燃油消耗率的增加也較小，最大僅為3%；從排放角度分析，濃度≤50%為最佳。

Anibal Godoy Machado et al. SAE 2013-36-0208.

編譯：王祥