不同浓度生物柴油对欧5排放标准发动机排放和性能的影响



不同浓度生物柴油对欧5排放标准发动机排放和性能的影响

为减少温室气体的排放，巴西早在20年前就出台了相关政策，鼓励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为2%～3%，而在2010年1月该比例提高至4%，2013年又增至5%。在污染比较严重的城市如圣保罗，部分客车的这一比例已达到20%，并计划到2018年所有客车均使用可再生燃料，显然生物柴油是最佳解决方案。巴西在2012年出台P7法规与欧5排放标准中的规定基本一致。为满足此标准，探究不同浓度的生物柴油混合物对发动机排放及性能的影响。

试验的生物柴油比例分别为5%、10%、20%、30%、50%、75%和100%，分别记为B5、B10、B20、B30、B50、B75和B100。选用欧5标准的试验台，其可以进行欧洲稳态测试循环及欧洲瞬态测试循环。试验采用梅赛德斯奔驰OM926LA E5发动机，并配备选择性催化还原系统。鉴于巴西目前所售柴油燃料中至少含有5%的生物柴油，本试验结果将与B5柴油测试的结果相比较。

试验结果表明，与B5柴油相比，混合浓度一直到B20几乎没有损失功率，升至B30时功率降低1%，从B50升至B100过程中功率损失从4%升至8%。发动机转矩的变化规律与此类似。需要注意的是，从B5增至B50过程中转矩几乎无损失，而增至B100时转矩损失达到9%。就燃油消耗率而言，从B5增至B100过程中，燃油消耗率均增加。做功相同时，B100柴油比B5柴油的燃油消耗率高14%。

通过欧洲稳态测试循环对发动机排放进行检测。发现碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）含量无显著变化，而氮氧化物（NOx）含量增加，这与生物柴油的化学性质相关。虽然没有立法要求使用除B5柴油以外的其它燃料必须遵守P7法规，但是若在此考虑该法规，则浓度小于B50的混合柴油刚好能满足法规对NOx的要求，浓度高于B50的则不能满足。至于B100柴油则排放超出规定40%。使用柴油排放中颗粒物的含量最为重要，此时生物柴油具有优势，如B75柴油产生的废气中，颗粒物含量仅为P7法规的25%。综上，从进行欧洲稳态和瞬态测试循环过程中产生的废气分析可知，随燃料中生物柴油含量的增加，排放物中NOx含量增加，但颗粒物含量大幅下降。

研究表明，最佳的生物柴油混合浓度为5%～30%，此范围内功率和转矩损失较小，最大仅为1%；燃油消耗率的增加也较小，最大仅为3%；从排放角度分析，浓度≤50%为最佳。

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

编译：王祥