城市公交车非常规气体排放特性研究

工作，具体为，加油20 L，行驶50 km，放尽柴油，共重复3次。

2 测试数据和分析

对每一试验车，燃用不同油品分别进行3次重复性测试，现综合分析3辆车的气态排放结果，采用试验结果的平均值进行分析。

2.1 NH3排放

燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循环运行过程中，NH3排放量在676 s时出现最高值，此时排放量为22.11 g/km;NH3排放量在893 s时出现最低值，此时排放量为2.74 g/km;车速在701 s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为7.52 g/km。燃用生物柴油后，车辆在整个循环运行过程中，NH3排放量在704 s时达到最高值，排放量为10.23 g/km;NH3排放量在616 s时出现最低值，此时排放量为1.19 g/km;车速在701s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为9.42 g/km。与京Ⅵ柴油相比，采用B5生物柴油，NH3排放整体呈降低趋势。在0～81 s内B5生物柴油的NH3排放略高于京Ⅵ柴油的NH3排放， 在82～431 s内京Ⅵ柴油的NH3排放高于生物柴油的NH3排放，在432～572 s内京Ⅵ柴油的NH3排放与B5生物柴油的NH3排放相差不多，在573～698 s内京Ⅵ柴油的NH3排放明显高于B5生物柴油的NH3排放，在699～900 s内京Ⅵ柴油的NH3排放与B5生物柴油的NH3排放相差不多。

燃用不同柴油的NH3排放变化如图 3所示。

燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循环运行过程中，中速工况NH3平均排放量最低，为4.91 g/km。高速工况平均排放量最高，达到8.92 g/km，整个循环平均排放量为5.96 g/km。相比整个循环下NH3平均排放量而言，怠速工况降低10.07%，低速工况排放降低11.73%，中速工况排放降低2.88%，高速工况排放增长30.13%。燃用生物柴油，车辆在整个循环运行过程中，低速工况NH3平均排放量最低，为3.27 g/km。高速工况平均排放量最高，为4.82 g/km，整个循环平均排放量为3.70 g/km。相比整个循环下NH3的平均排放量而言，怠速工况降低11.35%，低速工况排放降低7.86%，中速工况排放量降低17.69%，高速工况平均增长49.73%。

相比京Ⅵ柴油，在采用B5生物柴油后，NH3排放量整体降低37.84%，其中怠速工况排放量降低36.94%，低速工况排放量降低40.46%，中速工况排放量降低26.66%，高速工况排放量降低45.98%，高速工况排放量降低最明显。

不同工况下的NH3的平均排放如图 4所示。

发动机排放物中的NH3主要是由柴油中含氮有机物在燃烧过程中生成的中间产物，在正常条件下这种中间产物会继续氧化生成NOx和水。实验结果表明，对比燃用京Ⅵ柴油和B5生物柴油在不同行驶工况下的平均排放可知，在燃用B5生物柴油后，在各个工况下NH3的平均排放均明显降低，其中在高速工况下的降低程度最明显。燃用京Ⅵ柴油的公交车整个循环过程中在中速工况下NH3的平均排放量最低，在高速工况下NH3的平均排放量最高;燃用B5生物柴油的公交车整个循环过程中在低速工况下NH3的平均排放量最低，在高速工况下NH3的平均排放量最高。究其原因：生物柴油中的氧含量高于石油柴油，能够使燃烧过程中燃料的燃烧更加充分，进而促进燃烧过程中生成的中间产物NH3进一步氧化生成NOx，因此燃用B5生物柴油的NH3排放较低。在高速工况下，发动机的循环喷油量增加，气缸内的混合气较浓，燃料燃烧不够充分，导致在高速工况下NH3的排放量增加[6]。

2.2 SO2排放

燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循环运行过程中，SO2排放量在683 s时出现最高值，此时排放量为3.21 g/km;SO2排放量在136 s时出现最低值，此时排放量为0.34 g/km;车速在701 s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为2.43 g/km。燃用生物柴油后，车辆在整个循环运行过程中，SO2排放量在690 s时达到最高值，排放量为3.78 g/km;SO2排放量在292 s时出现最低值，此时排放量为0.09 g/km;车速在701 s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为3.07 g/km。相比京Ⅵ柴油在采用B5柴油后， 在中低车速时SO2排放量相对有所降低，在高车速时，SO2排放量相对京Ⅵ柴油有所增加。

燃用不同柴油的SO2排放变化如图 5所示。

使用燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循環运行过程中，怠速工况SO2平均排放量最低，为0.98 g/km，高速工况平均排放量最高，达到2.11 g/km，整个循环平均排放量为1.57 g/km。相比整个循环下SO2平均排放量而言，怠速工况排放降低37.43%，低速工况排放降低19.31%，中速工况排放增长14.93%，高速工况排放增长34.68%。使用燃用生物柴油，车辆在整个循环运行过程中，怠速工况SO2平均排放量最低，为0.72 g/km，高速工况平均排放量最高，为2.40 g/km，整个循环平均排放量为1.50 g/km。相比整个循环下SO2的平均排放量而言，怠速工况排放降低51.80%，低速工况排放降低24.41%，中速工况排放量增长11.16%，高速工况平均增长60.13%。

相比京Ⅵ柴油在采用B5生物柴油后，SO2排放量整体降低4.52%，其中怠速工况排放量降低26.44%，低速工况排放量降低10.55%，中速工况排放量降低7.65%，高速工况排放量升高13.52%。

不同工况下的SO2的平均排放量如图 6所示。

发动机排放物中SO2的排放量主要取决于燃料中硫含量的多少，京Ⅵ柴油中含有少量硫，生物柴油几乎不含硫，添加生物柴油后硫含量会降低，从而导致SO2的排放量降低。实验结果表明在燃用生物柴油后整体上SO2排放量降低，其中在怠速、低速和中速工况下SO2的平局排放量都有不同程度的降低，但在高速工况下，燃用生物柴油后SO2排放量相比京Ⅵ柴油反而有所升高，主要是因为生物柴油热值较低，有研究表明，燃用生物柴油会导致发动机比油耗会上升。在高速工况下，燃用生物柴油时循环喷油量略微增加，导致总体硫含量升高，SO2排放量升高[7-8]。

2.3 甲醛（HCHO）排放

使用燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循环运行过程中，HCHO排放量在354 s时出现最高值，此时排放量为3.76 g/km;HCHO排放量在895 s时出现最低值，此时排放量为1.29 g/km;车速在701 s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为2.78g/km。使用燃用生物柴油后，车辆在整个循环运行过程中，HCHO排放量在694 s时达到最高值，排放量为3.21 g/km;HCHO排放量在635 s时出现最低值，此时排放量为0.93 g/km;车速在701 s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为3.04 g/km。对比燃用京Ⅵ柴油和B5生物柴油后的HCHO排放， 除了在268～287 s和679～695 s内燃用B5生物柴油的HCHO排放高于京Ⅵ柴油，在其余循环时间内燃用B5生物柴油后HCHO排放明显低于京Ⅵ柴油。

燃用不同柴油的HCHO排放变化如图 7所示。

使用燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循环运行过程中，怠速工况HCHO平均排放量最低，为2.26 g/km，高速工况平均排放量最高，达到2.83 g/km，整个循环平均排放量为2.53 g/km。相比整个循环下HCHO平均排放量而言，怠速工况排放降低10.82%，低速工况排放降低6.35%，中速工况排放增长3.87%，高速工况排放增长11.87%。使用燃用生物柴油，车辆在整个循环运行过程中，怠速工况HCHO平均排放量最低，为1.81 g/km，高速工况平均排放量最高，为2.46 g/km，整个循环平均排放量为2.09 g/km。相比整个循环下HCHO的平均排放量而言，怠速工况排放降低13.75%，低速工况排放降低7.18%，中速工况排放量增长2.64%，高速工况平均增长14.91%。

相比京Ⅵ柴油，在采用B5生物柴油后，HCHO排放量整体降低17.24%，其中怠速工况排放量降低19.95%，低速工况排放量降低17.97%，中速工况排放量降低18.22%，高速工况排放量降低13.06%。

不同工况下的HCHO的平均排放量如图 8所示。

试验结果表明，采用燃用生物柴油，在各个工况下HCHO排放量都有不同程度的降低。发动机排放物中的HCHO主要是燃料燃烧的中间产物，它的排放规律与HC的排放规律是相关的。在高负荷和高的燃烧工况下，燃料燃烧比较完全，不利于醛类的生成。相比与京Ⅵ柴油，生物柴油十六烷值含量较高，自燃温度较低，因此燃用生物柴油时着火延迟期缩短，燃烧持续期延长，使得未燃HC减少，同时由于生物柴油含氧量高，能够促进HCHO的氧化，从而进一步降低了HCHO的排放[9]。

2.4 甲苯（C7H8）排放

采用燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循环运行过程中，C7H8排放量在585 s时出现最高值，此时排放量为4.33 g/km;C7H8排放量在443 s时出现最低值，此时排放量为1.28 g/km;车速在701s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为2.97 g/km。采用燃用生物柴油后，车辆在整个循环运行过程中，C7H8排放量在278 s时达到最高值，排放量为4.01g/km;C7H8排放量在259 s时出现最低值，此时排放量为0.42 g/km;車速在701 s时最高，最高车速为66.2 km/h，此时排放量为1.31 g/km。相比京Ⅵ柴油在采用B5生物柴油后，只有在269～278 s、327～334 s、 365～389 s、506～535 s和872～889s内C7H8排放高于京Ⅵ柴油，在其余循环时间内C7H8排放明显降低。对比京Ⅵ柴油和B5生物柴油整个循环时间内的排放趋势，在京Ⅵ柴油C7H8排放出现峰值时，B5生物柴油C7H8排放出现谷值。

燃用不同柴油的C7H8排放变化如图 9所示。

采用燃用京Ⅵ柴油，车辆在整个循环运行过程中，怠速工况C7H8平均排放量最高，为3.08 g/km，高速工况平均排放量最低，为2.75 g/km，整个循环平均排放量为2.96 g/km。相比整个循环下C7H8平均排放量而言，怠速工况排放升高4.25%，低速工况排放升高2.86%，中速工况排放降低0.34%，高速工况排放降低7.14%。采用燃用生物柴油，车辆在整个循环运行过程中，怠速工况C7H8平均排放量最高，为2.44 g/km，高速工况平均排放量最低，为2.20 g/km，整个循环平均排放量为2.29 g/km。相比整个循环下C7H8的平均排放量而言，怠速工况排放升高6.72%，低速工况排放升高1.68%，中速工况排放量降低2.37%，高速工况平均降低4.29%。

相比京Ⅵ柴油，在采用B5生物柴油后，C7H8排放量整体降低22.57%，其中怠速工况排放量降低20.73%，低速工况排放量降低23.46%，中速工况排放量降低24.15%，高速工况排放量降低20.05%。

不同工况下的C7H8的平均排放量如图 10所示。

C7H8排放主要是由于燃料中芳香烃成分不完全燃烧的产物，相关研究表明，苯类排放量与燃料中芳香烃含量线性相关。实验结果表明，添加生物柴油后在各个运行工况下C7H8的排放量均有所降低，且随着行驶工况速度的提升，C7H8的平均排放量逐渐降低，在高速工况下平均排放量最低。这是因为柴油中含有部分单环芳香烃成分，这些成分不完全燃燒会导致排放物中C7H8排放量的升高。生物柴油本身不含芳香烃，添加生物柴油能够降低燃料中芳香烃的含量，同时由于生物柴油的含氧特性，添加生物柴油有助于完善燃料的燃烧程度，促进C2H2和C3H3这些MAHs和PAHs前驱物的燃烧，阻碍了苯环的形成，从而降低排放物中C7H8的排放量。 随着行驶工况车速的升高，气缸内的燃烧温度和压力逐渐升高，这就为苯环化学键的断裂提供了更多的能量，使更多的单环芳香烃分子被破坏最后充分燃烧，最终使得C7H8的排放量逐渐降低[10-12]。

3 结论

本文通过实验分析国Ⅴ排放标准的柴油公交车采用燃用京Ⅵ柴油和B5生物柴油在不同行驶工况下的非常规气体排放特性，经过大量试验数据采集与结果分析，得出如下结论：

1）不论是燃用京Ⅵ柴油还是B5生物柴油，在高速工况下NH3的平均排放量最高。相比京Ⅵ柴油，在采用B5生物柴油后，NH3的整体排放量明显降低，平均降低37.84%，其中各个行驶工况下NH3的平均排放量均有不同程度的降低，在高速工况下降低最明显，平均排放量降低45.98%。

2）不论是燃用京Ⅵ柴油还是B5生物柴油，随着行驶工况速度的提升，SO2的平均排放量也逐渐升高。相比京Ⅵ柴油，在燃用B5生物柴油后，SO2的整体排放量降低，平均降低4.52%，在中、低速和怠速工况下SO2的平均排放量均降低，但在高速工况下却有所升高。

3）不论是燃用京Ⅵ柴油还是B5生物柴油，随着行驶工况速度的提升，HCHO的平均排放量也逐渐升高。相比京Ⅵ柴油，在燃用B5生物柴油后，HCHO的整体排放量降低，平均降低17.24%，其中各个行驶工况下HCHO的平均排放量均有不同程度的降低，在怠速工况下降低最多，平均排放量降低19.95%。

4）不论是燃用京Ⅵ柴油还是B5生物柴油，随着行驶工况速度的提升，C7H8的平均排放量逐渐降低，在怠速工况下C7H8的平均排放量最高。相比京Ⅵ柴油，在燃用B5生物柴油后，C7H8的整体排放量降低，平均降低22.57%，其中各个行驶工况下C7H8的平均排放量均有不同程度的降低，在中速工况下降低最多，平均排放量降低24.15%。

参考文献：

[1]    彭美春，王贤烽，王海龙. 柴油-生物柴油-乙醇混合燃料发动机的醛类化合物排放特性研究[J]. 内燃机学报，2010，28（2）：127-132.

[2]    DAS M，SARKAR M，DATTA A，et al. An experimental study on the combustion，performance and emission characteristics of a diesel engine fuelled with diesel-castor oil biodiesel blends[J]. Renewable Energy，2018，119：174-184.

[3]    ÖZENER O，YÜKSEK L，ERGENÇ A T，et al. Effects of soybean biodiesel on a DI diesel engine performance，emission and combustion characteristics[J]. Fuel，2014，115：875-883.

[4]    袁银南，张恬，梅德清，等. 直喷式柴油机燃用生物柴油燃烧特性的研究[J]. 内燃机学报，2007，25（1）：43-46.

[5]    楼狄明，赵成志，徐宁，等. 不同排放标准公交车燃用生物柴油颗粒物排放特性[J]. 环境科学，2017，38（6）：2301-2307.

[6]    马林才. 生物柴油制备、喷雾、燃烧及非常规排放的试验研究[D]. 杭州：浙江大学，2015.

[7]    许广举，李铭迪，李学智，等. 不同掺混比例生物柴油的非常规污染物排放特性[J]. 农业工程学报，2015，31（21）：227-232.

[8]    冯鲁煜，王斌，危红媛，等. 满足国五排放标准的柴油甲醇双燃料发动机非常规排放研究[J]. 环境科学学报，2018，38（2）：681-688.

[9]    李博，楼狄明，谭丕强，等. 发动机燃用生物柴油的常规和非常规排放特性[J]. 内燃机工程，2009，30（5）：22-26.

[10]  楼狄明，石健，胡志远，等. 发动机燃用麻疯树油制生物柴油的非常规排放特性研究[J]. 内燃机工程，2010，31（5）：69-73.

[11]  尤可为，葛蕴珊，何超，等. 柴油机燃用生物柴油的非常规污染物排放特性[J]. 内燃机学报，2010，28（6）：506-509.

[12]  刘双喜，高俊华，景晓军，等. 柴油机燃用生物柴油的非常规气态排放试验研究[J]. 内燃机，2009（6）：39-42.

[责任编辑 田 丰]

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