不同濃度生物柴油對歐5排放標準發動機排放和性能的影響

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不同濃度生物柴油對歐5排放標準發動機排放和性能的影響

為減少溫室氣體的排放，巴西早在20年前就出臺了相關政策，鼓勵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%。在污染比較嚴重的城市如圣保羅，部分客車的這一比例已達到20%，并計劃到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P7法規與歐5排放標準中的規定基本一致。為滿足此標準，探究不同濃度的生物柴油混合物對發動機排放及性能的影響。

試驗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標準的試驗臺，其可以進行歐洲穩態測試循環及歐洲瞬態測試循環。試驗采用梅賽德斯奔馳OM926LA E5發動機，并配備選擇性催化還原系統。鑒于巴西目前所售柴油燃料中至少含有5%的生物柴油，本試驗結果將與B5柴油測試的結果相比較。

試驗結果表明，與B5柴油相比，混合濃度一直到B20幾乎沒有損失功率，升至B30時功率降低1%，從B50升至B100過程中功率損失從4%升至8%。發動機轉矩的變化規律與此類似。需要注意的是，從B5增至B50過程中轉矩幾乎無損失，而增至B100時轉矩損失達到9%。就燃油消耗率而言，從B5增至B100過程中，燃油消耗率均增加。做功相同時，B100柴油比B5柴油的燃油消耗率高14%。

通過歐洲穩態測試循環對發動機排放進行檢測。發現碳氫化合物（HC）和一氧化碳（CO）含量無顯著變化，而氮氧化物（NOx）含量增加，這與生物柴油的化學性質相關。雖然沒有立法要求使用除B5柴油以外的其它燃料必須遵守P7法規，但是若在此考慮該法規，則濃度小于B50的混合柴油剛好能滿足法規對NOx的要求，濃度高于B50的則不能滿足。至于B100柴油則排放超出規定40%。使用柴油排放中顆粒物的含量最為重要，此時生物柴油具有優勢，如B75柴油產生的廢氣中，顆粒物含量僅為P7法規的25%。綜上，從進行歐洲穩態和瞬態測試循環過程中產生的廢氣分析可知，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%，此范圍內功率和轉矩損失較小，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