煤制油整车实际道路行驶排放的研究.pdf

第 61 卷 第 8 期Vol.61 No.82023 年 8 月August 2023农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERING0 引言近几年，随着我国政府对大气污染、雾霾等问题的重视，汽车尾气排放标准不断更新，且要求越来越严格。相较于国法规，国法规新增了实际道路行驶排放（RDE）试验1-2。国排放法规的更新促进了油品品质的提升、发动机技术的升级以及后处理技术的改进。国内外诸多科研团队对国标的更新及油品研发进行了研究。李永伦等3在带有 DOC+POC+SCR后处理发动机上测试 3 种煤制油和 2 种国标柴油的排放特性，试验表明煤制柴油的排放性能较好；强艳飞等4借助仿真软件模拟、分析、对比了煤制油和石化柴油的燃烧与排放特性，对比结果表明：在低转速工况下，煤制油的功率降幅较小。燃烧煤制油的缸内压力低于石化柴油，但放热峰值高于石化柴油。煤制油各污染物的排放量均低于石化柴油；Singh 等5以生物柴油为研究对象，从十六烷值、含氧量、燃料密度以及发动机的运行状况（转速和负荷）等方面分析了对 NOX排放的影响；唐为义等6在 4 种不同海拔的环境下进行 RDE 试验，分析对比了不同海拔下 PN 的排放特性。研究发现，PN 的排放随发动机负荷的减小、海拔的增高而减小；马志磊等7以传动比为研究变量，分析其对动力学特性和排放的影响，并得出结论，调节传动比能够有效减少实际行驶污染物的排放；Kinga等8以混合动力汽车为试验对象进行了 RDE 试验，并根据试验结果对法规提出了修改意见，测试时间缩短到 6090min，且各阶段路程保持在 16km 左右，能够减少冷启动阶段对城市工况排放的影响；石则强等9通过实验室间的 RDE 试验比对研究发现，影响试验结果的主要因素为分析仪的精度、环境扩展条件以及数据对齐等；邓蛟等10研究了环境温度对 RDE 试验结果的影响，发现随着环境温度的升高，各污染物冷启动排放占比随之减少。纵观国内外研究现状，发现当前对煤制油应用于轻型车实际道路行驶排放试验的研究相对较少，doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.08.022煤制油整车实际道路行驶排放的研究高章，赵凯，孙城，黄金秋（213000江苏省常州市中汽研汽车检验中心(常州)有限公司）摘要 选取一辆满足国法规的轻型试验车，采用国柴油和煤制柴油作为试验燃料，考察 2 种油品的实际道路行驶下的排放特性，确保试验的准确合理性，每种油品各开展 2 次试验。结果表明，2 组试验的试验结果误差均在法规允许的误差范围之内，煤制柴油在 NOX排放方面具有一定优势。相较于国柴油，煤制柴油的 NOX在市区、总行程的排放下降了 22.3%、12.7%，而在 CO、PN 排放方面结果有上升趋势。关键词 煤制油；理化特性；实际道路行驶排放 中图分类号 U467 文献标志码 A 文章编号 1673-3142(2023)08-0110-04引用格式：高章,赵凯,孙城,等.煤制油整车实际道路行驶排放的研究 J.农业装备与车辆工程,2023,61(8):110-113.Study on actual road emissions from coal-to-liquids on light vehiclesGAOZhang,ZHAOKai,SUNCheng,HUANGJinqiu(CATARCAutomotiveTestCenter(Changzhou)Co.,Ltd.,Changzhou213000,Jiangsu,China)AbstractAlighttestvehiclethatmettheregulationsofChinaVIwasselected,andChinaVIdieselandcoal-to-dieselwereusedasthetestfueltoinvestigatetheemissioncharacteristicsofthetwooilsunderactualroaddrivingtoensuretheaccuracyandrationalityofthetest,andeachoilproductwastestedtwice.Theresultsshowedthattheerrorofthetestresultsofthetwosetsoftestswaswithintheallowableerrorrangeoftheregulations,andcoal-to-dieselhadcertainadvantagesinNOxemissions.ComparedwithChinaVIdiesel,theNOxemissionsofcoal-to-dieselinurbanareasandtotaltraveldecreasedby22.3%and12.7%,andtheresultsofCOandPNemissionshadanupwardtrend.Key wordscoal-to-liquid;physicalandchemicalcharacteristics;actualroaddrivingemissions收稿日期：2023-03-07111第 61 卷第 8 期因此本研究以国柴油和煤制柴油为试验用油进行RDE 试验，通过比对试验结果，分析油品对实际道路排放结果的影响，为降低实际道路行驶污染物排放提供理论依据。1 试验设备及方法1.1 试验设备本次试验选取长安凯程 F70 为试验样车，相关参数如表 1 所示，试验车如图 1 所示。试验测试所用设备为HORIBA-OBS-ONE型号的PEMS设备。PEMS 设备的技术参数如表 2 所示，PEMS 设备如图 2 所示。表 1 试验样车发动机参数Tab.1 Test prototype engine parameters指标参数发动机型号GW4D20M最大功率/kW155最大扭矩/(Nm)320发动机排量及型式2.4T、4 冲程、L 型直列 4 缸、电控直喷表 2 HORIBA-OBS-ONE PEMS 技术参数Tab.2 HORIBA-OBS-ONE PEMS technical parameters测试模块主要功能测量范围测量精度PF测量排气温度、压力温度：0800压力：80110kPa温度：2%的 FS压力：1%的 FSPN测量颗粒物05 107个/cm3(231000nm)10%GA测量 CO、CO2、NOX浓度CO：010VolCO2：020VolNOX：03000ppmCO/CO2/NOX满量程0.3%以内或读数2.0%以内(以较大为准)CC中央控制单元PE供电转换单元PS供电单元1.2 试验油品本次试验采样 2 种油品，分别为国柴油和煤制柴油，相关油品信息如表 3、表 4 所示。表 3 试验油品信息Tab.3 Test oil information油品名称油品信息G6符合国燃油标准的柴油D1符合国燃油标准的煤制柴油表 4 油品的理化特性Tab.4 Physical and chemical characteristics of oils参数G6D1密度(20)/(g/cm3)0.850.831含硫量/(mg/kg)4.90.2十六烷值59.953.7多环芳烃(SH/T0606)/%3.51闪点(闭口)/69.472.2酸度/(mgKOH/100mL)5.960.15凝点/-6-2010%蒸余物残炭值/w%0.020冷滤点/-1-14运动黏度(20)/(mm2/s)4.2513.174磨痕直径(60)/m235305氧化安定性，总不溶物/(mg/100mL)0.90.1m/s2次数如图6所示。其关系为：D1-2（1475）G6-2（1408）G6-1(1372)D1-1（1326），市区阶段加速度次数过多，导致燃料燃烧不充分，从而导致 CO 排放量增加。2.4 PN 排放对比分析G6 柴油、煤制油 D1 这 2 种油品的 PN 排放结果如图 7 所示。PN 产生于冷启动阶段和高速大负荷工况下，4 次试验中市区、高速段的 PN 排放均高于市郊阶段，且试验结果均符合法规要求。2 次 G6 试验市区、总行程 PN的排放均值结果为 1.341010、9.79109个/km；2 次煤制油 D1 试验市区、总行程 PN 的排放均值结果为 1.591010、1.431010mg/km。较低的十六烷值能够促使 PN 的生成，而煤制油 D1 的十六烷值相对较小，故煤制油 D1 的 PN 排放相对较高。3 结论煤制油 D1 的 NOX排放相较对于国柴油具有一定的优势，市区、总行程排放下降 22.3%、12.7%。煤制油 D1 的 CO 排放相较于 G6 柴油较高，且市区、总行程的排放结果比 G6 柴油上升了10.3%、9.3%；PN 排放同样较高于 G6 柴油。参考文献1国家环境保护总局.轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国、阶段):GB18352.3-2005S.北京:中国标准出版社,2005.2刘爽,闵浪,宋东,等.轻型车实际行驶污染物排放(RDE)试验方法概述 J.时代汽车,2021(8):24-26.3李永伦,白雪梅,李克健,等.调和煤制油在柴油机上的尾气排放性能试验研究 J.汽车技术,2016(7):52-56.4强艳飞,吴双群,张磊磊.基于 Converge 的 F-T 煤制油燃烧与排放特性数值模拟研究 J.车用发动机,2021(3):32-38.5SINGHD,SUBRAMANIANKA,JUNEJAM,etal.Investigatingtheeffectoffuelcetanenumber,oxygencontent,fueldensity,andengineoperatingvariablesonNOxemissionsofaheavydutydieselengineJ.EnvironmentalProgress&SustainableEnergy,2017,36(1):214-221.6唐为义,李树宇,李权.不同海拔下轻型汽油车 PN 排放特性RDE 测试研究 J.内燃机,2022,38(3):11-15.7 马志磊,何超,李加强,等.传动比对汽车实际行驶排放试验动力学特性与排放的影响 J.环境科学研究,2023,36(3):526-534.8 KINGAS,JACEKP.AnalysisoftheexhaustemissionsofhybridvehiclesforthecurrentandfutureRDEdrivingcycleJ.Energies,2022,15(22):8691-8691.9石则强,曹宁,拓万航,等.轻型汽车实际行驶排放实验室比对研究 J.交通节能与环保,2022,18(5):4-9.10 邓蛟,武鑫.环境温度对轻型车实际道路排放试验结果的影响J.小型内燃机与车辆技术,2022,51(4):56-59.11 刘巽俊.内燃机的排放与控制M.北京:机械工业出版社,2003.12 杨超.轻型汽车实际道路行驶排放特性研究 D.长春:吉林大学,2020.作者简介 高章（1985-），男，高级工程师，硕士，研究方向：汽车排放及测试技术。E-mail：图 6 各阶段加速度 a0.1 m/s2次数Fig.6 Times of acceleration a0.1 m/s2 of each stage加速度 a0.1m/s2次数市区市郊高速1600140012001000800600400G6-1G6-2D1-1D1-2 图 7 G6-D1 PN 排放因子对比图 Fig.7 Comparison chart of G6-D1 PN emission factorsPN 排放因子/(个/km)3.0E+102.5E+102.0E+101.5E+101.0E+105.0E+090.0E+00市区市郊高速总行程1.44E95.7E8限值1.26E+12G6-1G6-2D1-1D1-21.53E102.53E101.13E101E101.87E102.68E101.85E101.74E101.11E108.32E91.22E98.31E91.08E91.64E10高章等：煤制油整车实际道路行驶排放的研究