燃用较差油品对国五SCR柴油机性能和排放影响的试验研究

2014-10-11王凤滨李腾腾

汽车工程 2014年8期

尹超，王凤滨，李腾腾，邱君

(中国汽车技术研究中心，天津 300162)

前言

柴油的物理性质(密度、黏度、蒸馏特性等)和化学性质(十六烷值、HC结构、硫含量)影响燃烧特性，对柴油机原机排放和后处理系统的老化都有重要的影响［1－2］，世界各国在制定各阶段排放法规的同时，都对相应阶段的燃油理化性质进行了规定。

北京市针对第五阶段排放法规的需要，已于2012年5月31日，实施了新的《车用柴油》(DB 11/239—2012)地方标准，以配套供应相应标准的车用燃油［3］。由于机动车辆流动性很大，在北京市燃用第五阶段柴油(国五柴油)能够满足国五排放标准的重型柴油车，出京以后难免会添加第三阶段柴油(国三柴油)甚至更差的油品。出京试验就是基于底盘测功机或发动机台架，模拟国五车辆驶出北京以后较长时间内使用较差油品的现象，并考察试验前后车辆(发动机)性能和排放劣化的情况。

本文中基于发动机台架，对两台完全相同的国五SCR柴油机在分别燃用国三柴油和国五柴油的情况下，各进行了125h耐久性试验。并在耐久性试验前后，均使用国五柴油对两台发动机进行性能和排放试验。考察国五SCR柴油机使用较差油品后性能和排放的劣化情况，并与正常使用国五柴油发动机的劣化情况进行对比。

1 耐久性台架试验

1.1 试验燃油

燃油品质(如黏度、十六烷值、硫含量等)影响柴油机的燃烧过程，进而影响柴油机排放［4－5］。本试验所用国三柴油和国五柴油的主要技术指标如表1所示，分别满足GB 17691—2005关于第三阶段基准柴油和北京市地方标准DB 11/239—2012关于第五阶段用油的规定。由表可知，国三柴油的密度、硫含量和芳烃含量都大大高于国五柴油，但十六烷值较低。

表1 燃油技术指标

1.2 试验对象和测试设备

表2为试验发动机的基本参数。表3为本试验所用的主要测试设备。

表2 试验发动机参数

表3 测试设备

1.3 试验方法

本试验对两台相同的配置SCR后处理的国五发动机，在分别燃用国三柴油和国五柴油的条件下，根据 GB 20890—2007［6］规定的发动机台架耐久性试验循环，各进行了125h耐久性试验。每循环5h，换算为整车道路行驶里程800km。因此，所完成的耐久性台架试验相当于整车道路行驶2万km。

耐久性试验前后，均采用国五柴油对两台发动机进行外特性试验、ESC和ETC排放试验，考察国五发动机使用较差油品后的动力性和排放的劣化情况，并与正常使用国五柴油的发动机的劣化情况进行对比。其中使用国三柴油进行耐久性试验的发动机，在使用国五柴油进行外特性和排放试验前，应先运行一段时间，以保证油路中的国三柴油燃尽。

2 试验结果分析

2.1 动力性

图1为耐久试验前后发动机动力性的变化情况。由图可知，无论是使用国三柴油还是国五柴油进行耐久试验，试验后发动机的动力性都略有降低。使用国三柴油进行耐久试验的发动机，各转速下的全负荷功率降幅为0.7%;使用国五柴油进行耐久试验的发动机，各转速下的全负荷功率降幅为0.8%。可见，国五SCR发动机使用不同的油品，对发动机动力性的影响是相似的。

2.2 排放特性

图2为耐久试验前后NOx排放变化情况。不同负荷下，使用国三柴油进行耐久试验的发动机NOx排放劣化程度均大于使用国五柴油的发动机。图3为ESC和ETC试验NOx排放劣化情况。由图可知，使用国三柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验NOx排放增幅分别为32%和11%;使用国五柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验NOx排放增幅分别为8%和4%。可见，国五SCR柴油机使用较差油品后，NOx排放比正常使用国五柴油时劣化更严重。

图4为耐久试验前后CO排放变化情况。不同负荷下，使用国三柴油进行耐久试验的发动机CO排放劣化程度均大于使用国五柴油的发动机。图5为ESC和ETC试验CO排放劣化情况。由图可知，使用国三柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验CO排放增幅分别为31%和32%;使用国五柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验CO排放增幅分别为7%和8%。

图6为耐久试验前后发动机THC排放变化情况。不同负荷下，使用国三柴油进行耐久试验的发动机THC排放劣化程度均大于使用国五柴油的发动机。图7为ESC和ETC试验THC排放劣化情况。由图可知，使用国三柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验THC排放增幅分别为32%和30%;使用国五柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验THC排放增幅分别为11%和8%。

图8为耐久试验前后，ESC和ETC试验PM排放劣化情况。由图可知，使用国三柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验PM排放增幅分别为16%和10%;使用国五柴油进行耐久试验的发动机，ESC和ETC试验PM排放增幅分别为4%和2.5%。可见，国五SCR柴油机使用一段时间国三柴油后，比正常使用国五柴油PM排放劣化更严重。