煤制油整車實際道路行駛排放的研究

高章，趙凱，孫城，黃金秋

（213000 江蘇省 常州市 中汽研汽車檢驗中心(常州)有限公司）

0 引言

近幾年，隨著我國政府對大氣污染、霧霾等問題的重視，汽車尾氣排放標準不斷更新，且要求越來越嚴格。相較于國Ⅴ法規，國Ⅵ法規新增了實際道路行駛排放（RDE）試驗[1-2]。國Ⅵ排放法規的更新促進了油品品質的提升、發動機技術的升級以及后處理技術的改進。

國內外諸多科研團隊對國標的更新及油品研發進行了研究。李永倫等[3]在帶有DOC+POC+SCR后處理發動機上測試3 種煤制油和2 種國標柴油的排放特性，試驗表明煤制柴油的排放性能較好；強艷飛等[4]借助仿真軟件模擬、分析、對比了煤制油和石化柴油的燃燒與排放特性，對比結果表明：在低轉速工況下，煤制油的功率降幅較小。燃燒煤制油的缸內壓力低于石化柴油，但放熱峰值高于石化柴油。煤制油各污染物的排放量均低于石化柴油；Singh 等[5]以生物柴油為研究對象，從十六烷值、含氧量、燃料密度以及發動機的運行狀況（轉速和負荷）等方面分析了對NOX排放的影響；唐為義等[6]在4 種不同海拔的環境下進行RDE 試驗，分析對比了不同海拔下PN 的排放特性。研究發現，PN 的排放隨發動機負荷的減小、海拔的增高而減小；馬志磊等[7]以傳動比為研究變量，分析其對動力學特性和排放的影響，并得出結論，調節傳動比能夠有效減少實際行駛污染物的排放；Kinga 等[8]以混合動力汽車為試驗對象進行了RDE 試驗，并根據試驗結果對法規提出了修改意見，測試時間縮短到60～90 min，且各階段路程保持在16 km 左右，能夠減少冷啟動階段對城市工況排放的影響；石則強等[9]通過實驗室間的RDE 試驗比對研究發現，影響試驗結果的主要因素為分析儀的精度、環境擴展條件以及數據對齊等；鄧蛟等[10]研究了環境溫度對RDE 試驗結果的影響，發現隨著環境溫度的升高，各污染物冷啟動排放占比隨之減少。

縱觀國內外研究現狀，發現當前對煤制油應用于輕型車實際道路行駛排放試驗的研究相對較少，因此本研究以國Ⅵ柴油和煤制柴油為試驗用油進行RDE 試驗，通過比對試驗結果，分析油品對實際道路排放結果的影響，為降低實際道路行駛污染物排放提供理論依據。

1 試驗設備及方法

1.1 試驗設備

本次試驗選取長安凱程F70 為試驗樣車，相關參數如表1 所示，試驗車如圖1 所示。試驗測試所用設備為HORIBA-OBS-ONE 型號的PEMS 設備。PEMS 設備的技術參數如表2 所示，PEMS 設備如圖2 所示。

圖1 試驗樣車Fig.1 Test prototype

圖2 HORIBA-OBS-ONE PEMS 設備Fig.2 HORIBA-OBS-ONE PEMS equipment

表1 試驗樣車發動機參數Tab.1 Test prototype engine parameters

表2 HORIBA-OBS-ONE PEMS 技術參數Tab.2 HORIBA-OBS-ONE PEMS technical parameters

1.2 試驗油品

本次試驗采樣2 種油品，分別為國Ⅵ柴油和煤制柴油，相關油品信息如表3、表4 所示。

表3 試驗油品信息Tab.3 Test oil information

表4 油品的理化特性Tab.4 Physical and chemical characteristics of oils

1.3 試驗方法

依據國標GB 18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》測試細則進行RDE 試驗。試驗開始前，確定試驗樣車Ⅰ型試驗的CO2排放量以及各速度段的CO2的排放量。把各測試模塊安裝在試驗樣車上，通電進行熱機處理，熱機完畢后，對設備進行泄露檢查、PN 零點檢查以及分析儀零點標定，待準備工作完成后開始試驗。為保證試驗路線市區、市郊、高速的里程占比，選擇圖3 所示的試驗路線，同時為確保試驗的合理、準確性，每種油品做2 次試驗。

圖3 試驗路線Fig.3 Test route

2 試驗結果與分析

2.1 試驗合理性分析

根據法規要求，PEMS 驗證的試驗結果應滿足表5 所示的允許誤差。國Ⅵ柴油和煤制柴油2 種油品，每種油品各做2 次試驗，試驗結果如表6 所示。由表6 可知，國Ⅵ柴油2 次結果的行駛里程、CO、NOX、PN 排放的誤差分別為1.4 km、10.2 mg/km、10.3 mg/km、1.74×1010個/km，各參數誤差均滿足法規允許誤差，因此國Ⅵ柴油2 組試驗準確合理，符合要求。煤制柴油2 次結果的誤差分別為0 km、-9.3 mg/km、7.9 mg/km、0.63×1010個/km，各參數誤差均滿足法規允許誤差，因此煤制柴油的2 組試驗準確合理，符合要求。綜上所述，國Ⅵ柴油、煤制柴油2 組試驗結果均符合允許誤差要求，試驗合理有效。

表5 允許誤差Tab.5 Allowable errors

表6 各油品總排放結果Tab.6 Total emissions by oil product

2.2 NOX 排放對比分析

法規要求市區、總行程的排放應小于Ⅰ型限值與符合性因子的乘積。G6、D1 這2 種油品的NOX排放結果如圖4 所示。結果顯示，G6-1、G6-2、D1-1、D1-2 試驗的NOX排放結果均低于國標限值73.5 mg/km，4 次試驗排放均符合法規要求。G6-1、G6-2 的2 次試驗市區、總行程的排放均值結果為35.8、28.3 mg/km；D1-1、D1-2 的2 次試驗市區、總行程的排放均值結果為27.8、24.7 mg/km。相較于G6 柴油，煤制油D1 的市區、總行程的排放結果下降了22.3%、12.7%，影響NOX排放增加的油品的理化特性有多環芳烴、密度、T90/T95 溫度[11]，而G6 柴油這些理化特性均高于煤制油D1，有導致NOX排放增加的趨勢。

圖4 G6-D1 NOX 排放因子對比圖Fig.4 Comparison chart of G6-D1 NOX emission factors

2.3 CO 排放對比分析

2 種油品G6、D1 的CO 排放結果如圖5 所示，可知4 次試驗結果均低于法規限值500 mg/km。從各階段排放結果看，市區、高速階段的CO 排放較高于市郊的排放。實際駕駛過程中CO 產生于高速大負荷工況以及烴類成分燃燒時的中間產物[12]，這與4 次試驗各階段排放趨勢保持一致。

圖5 G6-D1 CO 排放因子對比圖Fig.5 Comparison of G6-D1 CO emission factors

2 次G6 柴油市區、總行程CO 排放結果均優異于2 次煤制油D1 的市區、總行程的CO 排放；2 次G6 試驗市區、總行程的排放均值為154.7、137.5 mg/km；煤制油D1 的2 次試驗市區、總行程的排放均值為170.6、150.3 mg/km。相較于G6 柴油，煤制油D1 的市區、總行程的排放結果上升了10.3%、9.3%。

理化特性方面，十六烷值的增加會導致CO 排放的下降，G6 柴油、煤制油D1 的十六烷值分別為59.9、53.7，因此G6 柴油的CO 排放較好于煤制油D1。試驗駕駛工況方面，4 次試驗各階段加速度a>0.1 m/s2次數如圖6 所示。其關系為：D1-2（1475）>G6-2（1408）>G6-1(1372)>D1-1（1326），市區階段加速度次數過多，導致燃料燃燒不充分，從而導致CO 排放量增加。

圖6 各階段加速度a>0.1 m/s2 次數Fig.6 Times of acceleration a>0.1 m/s2 of each stage

2.4 PN 排放對比分析

G6 柴油、煤制油D1 這2 種油品的PN 排放結果如圖7 所示。PN 產生于冷啟動階段和高速大負荷工況下，4 次試驗中市區、高速段的PN 排放均高于市郊階段，且試驗結果均符合法規要求。

圖7 G6-D1 PN 排放因子對比圖Fig.7 Comparison chart of G6-D1 PN emission factors

2 次G6 試驗市區、總行程PN 的排放均值結果為1.34×1010、9.79×109個/km；2 次煤制油D1 試驗市區、總行程PN 的排放均值結果為1.59×1010、1.43×1010mg/km。較低的十六烷值能夠促使PN 的生成，而煤制油D1 的十六烷值相對較小，故煤制油D1 的PN 排放相對較高。

3 結論

煤制油D1 的NOX排放相較對于國Ⅵ柴油具有一定的優勢，市區、總行程排放下降22.3%、12.7%。煤制油D1 的CO 排放相較于G6 柴油較高，且市區、總行程的排放結果比G6 柴油上升了10.3%、9.3%；PN 排放同樣較高于G6 柴油。