尹 超，王鳳濱，李騰騰，邱 君

(中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300162)

前言

柴油的物理性質(zhì)(密度、黏度、蒸餾特性等)和化學(xué)性質(zhì)(十六烷值、HC結(jié)構(gòu)、硫含量)影響燃燒特性，對(duì)柴油機(jī)原機(jī)排放和后處理系統(tǒng)的老化都有重要的影響［1－2］，世界各國(guó)在制定各階段排放法規(guī)的同時(shí)，都對(duì)相應(yīng)階段的燃油理化性質(zhì)進(jìn)行了規(guī)定。

北京市針對(duì)第五階段排放法規(guī)的需要，已于2012年5月31日，實(shí)施了新的《車用柴油》(DB 11/239—2012)地方標(biāo)準(zhǔn)，以配套供應(yīng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的車用燃油［3］。由于機(jī)動(dòng)車輛流動(dòng)性很大，在北京市燃用第五階段柴油(國(guó)五柴油)能夠滿足國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)的重型柴油車，出京以后難免會(huì)添加第三階段柴油(國(guó)三柴油)甚至更差的油品。出京試驗(yàn)就是基于底盤測(cè)功機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架，模擬國(guó)五車輛駛出北京以后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使用較差油品的現(xiàn)象，并考察試驗(yàn)前后車輛(發(fā)動(dòng)機(jī))性能和排放劣化的情況。

本文中基于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架，對(duì)兩臺(tái)完全相同的國(guó)五SCR柴油機(jī)在分別燃用國(guó)三柴油和國(guó)五柴油的情況下，各進(jìn)行了125h耐久性試驗(yàn)。并在耐久性試驗(yàn)前后，均使用國(guó)五柴油對(duì)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能和排放試驗(yàn)?？疾靽?guó)五SCR柴油機(jī)使用較差油品后性能和排放的劣化情況，并與正常使用國(guó)五柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的劣化情況進(jìn)行對(duì)比。

1 耐久性臺(tái)架試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)燃油

燃油品質(zhì)(如黏度、十六烷值、硫含量等)影響柴油機(jī)的燃燒過(guò)程，進(jìn)而影響柴油機(jī)排放［4－5］。本試驗(yàn)所用國(guó)三柴油和國(guó)五柴油的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示，分別滿足GB 17691—2005關(guān)于第三階段基準(zhǔn)柴油和北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 11/239—2012關(guān)于第五階段用油的規(guī)定。由表可知，國(guó)三柴油的密度、硫含量和芳烴含量都大大高于國(guó)五柴油，但十六烷值較低。

表1 燃油技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)對(duì)象和測(cè)試設(shè)備

表2為試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)。表3為本試驗(yàn)所用的主要測(cè)試設(shè)備。

表2 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

表3 測(cè)試設(shè)備

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)對(duì)兩臺(tái)相同的配置SCR后處理的國(guó)五發(fā)動(dòng)機(jī)，在分別燃用國(guó)三柴油和國(guó)五柴油的條件下，根據(jù) GB 20890—2007［6］規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架耐久性試驗(yàn)循環(huán)，各進(jìn)行了125h耐久性試驗(yàn)。每循環(huán)5h，換算為整車道路行駛里程800km。因此，所完成的耐久性臺(tái)架試驗(yàn)相當(dāng)于整車道路行駛2萬(wàn)km。

耐久性試驗(yàn)前后，均采用國(guó)五柴油對(duì)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行外特性試驗(yàn)、ESC和ETC排放試驗(yàn)，考察國(guó)五發(fā)動(dòng)機(jī)使用較差油品后的動(dòng)力性和排放的劣化情況，并與正常使用國(guó)五柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)的劣化情況進(jìn)行對(duì)比。其中使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久性試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在使用國(guó)五柴油進(jìn)行外特性和排放試驗(yàn)前，應(yīng)先運(yùn)行一段時(shí)間，以保證油路中的國(guó)三柴油燃盡。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 動(dòng)力性

圖1為耐久試驗(yàn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的變化情況。由圖可知，無(wú)論是使用國(guó)三柴油還是國(guó)五柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)后發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性都略有降低。使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，各轉(zhuǎn)速下的全負(fù)荷功率降幅為0.7%;使用國(guó)五柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，各轉(zhuǎn)速下的全負(fù)荷功率降幅為0.8%?？梢?jiàn)，國(guó)五SCR發(fā)動(dòng)機(jī)使用不同的油品，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響是相似的。

2.2 排放特性

圖2為耐久試驗(yàn)前后NOx排放變化情況。不同負(fù)荷下，使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放劣化程度均大于使用國(guó)五柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3為ESC和ETC試驗(yàn)NOx排放劣化情況。由圖可知，使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)NOx排放增幅分別為32%和11%;使用國(guó)五柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)NOx排放增幅分別為8%和4%。可見(jiàn)，國(guó)五SCR柴油機(jī)使用較差油品后，NOx排放比正常使用國(guó)五柴油時(shí)劣化更嚴(yán)重。

圖4為耐久試驗(yàn)前后CO排放變化情況。不同負(fù)荷下，使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)CO排放劣化程度均大于使用國(guó)五柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)。圖5為ESC和ETC試驗(yàn)CO排放劣化情況。由圖可知，使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)CO排放增幅分別為31%和32%;使用國(guó)五柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)CO排放增幅分別為7%和8%。

圖6為耐久試驗(yàn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)THC排放變化情況。不同負(fù)荷下，使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)THC排放劣化程度均大于使用國(guó)五柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)。圖7為ESC和ETC試驗(yàn)THC排放劣化情況。由圖可知，使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)THC排放增幅分別為32%和30%;使用國(guó)五柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)THC排放增幅分別為11%和8%。

圖8為耐久試驗(yàn)前后，ESC和ETC試驗(yàn)PM排放劣化情況。由圖可知，使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)PM排放增幅分別為16%和10%;使用國(guó)五柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，ESC和ETC試驗(yàn)PM排放增幅分別為4%和2.5%?？梢?jiàn)，國(guó)五SCR柴油機(jī)使用一段時(shí)間國(guó)三柴油后，比正常使用國(guó)五柴油PM排放劣化更嚴(yán)重。

3 結(jié)論

(1)無(wú)論是燃用國(guó)三柴油還是國(guó)五柴油，耐久試驗(yàn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性均略有下降，而且降幅接近?？梢?jiàn)，國(guó)五SCR車輛燃用較差油品對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的影響較小。

(2)使用國(guó)三柴油進(jìn)行耐久試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，氣態(tài)污染物NOx、CO、THC和顆粒物(PM)的排放劣化程度都明顯大于使用國(guó)五柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢?jiàn)，國(guó)五SCR車輛燃用較差油品后排放劣化加快。

［1］ 陳文森，王建昕，帥石金．柴油品質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能的影響［J］．汽車工程，2008，30(8):657－663．

［2］ 陸小明，葛蘊(yùn)珊，韓秀坤，等．柴油機(jī)燃用生物柴油及柴油的燃燒分析及排放特性［J］．燃燒科學(xué)與技術(shù)，2007，13(3):204－208．

［3］ DB 11/239—2012車用柴油［S］．北京:北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2012．

［4］ 呂林，許建華，徐萬(wàn)毅．柴油品質(zhì)對(duì)船用柴油機(jī)顆粒與煙度排放的影響［J］．內(nèi)燃機(jī)工程，2010，4:56－62．

［5］ Paul Norton，Keith Vertin，et al．Emissions from Trucks Using Fischer-Tropsch Diesel Fuel［C］．SAE Paper 982526．

［6］ GB 20890—2007重型汽車排氣污染物排放控制系統(tǒng)耐久性要求及試驗(yàn)方法［S］．北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007．