F-T汽油对国Ⅴ直喷汽油轿车排放性能影响的研究

秦宏宇，胡葳，高俊华

(1.中国汽车技术研究中心汽车试验研究所, 天津 300300; 2.中国汽车技术研究中心数据中心, 北京 100176)



F-T汽油对国Ⅴ直喷汽油轿车排放性能影响的研究

秦宏宇1，胡葳2，高俊华1

(1.中国汽车技术研究中心汽车试验研究所, 天津 300300; 2.中国汽车技术研究中心数据中心, 北京 100176)

以一辆满足国Ⅴ排放标准的新生产轿车为试验样车，在NEDC测试循环下，车辆分别燃用国Ⅴ汽油和F-T汽油，应用全流稀释排放测试系统进行了气态污染物排放、颗粒物质量排放和颗粒物数目排放的对比研究。研究结果表明：相较于燃用国Ⅴ汽油，燃用F-T汽油后THC排放和CO2排放分别降低了14.3%和2.8%，CO和NOx的排放分别增加26.8%和104.8%，颗粒物质量排放量(PM)和粒数排放量(PN)分别下降了26.5%和39.1%。研究分析表明，满足国Ⅴ排放标准的轻型汽车在不进行人为调整的条件下，具有较好的F-T汽油使用适应性，且燃用F-T汽油比燃用国Ⅴ汽油具有更好的燃油经济性以及更低的温室气体排放。

F-T汽油； 排放测量； 颗粒

1923年德国化学家Hans Tropsch和Franz Fischer开发出煤炭间接液化(Fische-Tropsch)技术[1]。二战期间为了满足战争需要德国曾建成9个间接液化厂。随着间接液化技术的不断进步，目前南非的萨索尔公司和新西兰、马来西亚的煤间接液化生产厂已经实现商业化，南非的萨索尔公司生产的F-T汽油和柴油可满足南非28%的需求量[2]。其他国家也逐渐推广应用煤化油技术，如美国空军为摆脱对国外石油的依赖,2008年开始建设“煤变油”设施，日本三菱重工有限公司在2007年与荷兰皇家壳牌和埃克森美孚联合开发煤炭液化设施，印度和加拿大建立了用于生产交通运输燃料的煤液化工厂。中国的科研院所及企业对F-T柴油的生产工艺、车辆或发动机使用F-T柴油的适应性进行过大量的研究与验证，目前内蒙古伊泰公司在北京的万t级煤液化工厂已经投产，生产出的F-T柴油得到北京发改委的批准拟在北京市场上进行示范运营。

国内外针对F-T柴油在柴油机上的应用发表过大量的研究成果，而对于F-T汽油在车辆上应用的研究成果较少，且多集中于对南非F-T汽油的研究。如Ulrik Larsen[3]以一辆GOLF在用车为试验样车，使用NEDC和FTP75测试循环对燃用南非F-T汽油和95号标准汽油的气态污染物排放、颗粒物质量排放以及多环芳烃(PAHs)进行过比对研究。Authur Bell[4]使用一辆丰田Corolla，在NEDC循环下比较了欧Ⅳ基准汽油、南非F-T汽油以及南非市场上供应的两种石油级汽油对车辆ECE和EUDC循环排放的影响。我国对F-T汽油的合成[5-6]与催化[7-8]等技术开展过相关研究，但F-T汽油对汽油车排放的影响及车辆使用的适应性未见报道。本研究针对我国某单位合成的小批量F-T汽油，在试验室内对油品关键参数进行化学分析，并在一辆符合国Ⅴ排放标准的轻型缸内直喷汽油车上燃用F-T汽油和国Ⅴ汽油进行NEDC循环下的排放研究，探讨F-T汽油对轻型车气态污染物排放、颗粒物质量排放、颗粒物数目排放和燃油经济性的影响。

1 试验设备与方法

试验所用的汽油轿车满足中国第5阶段排放标准，该车所装配的发动机采用缸内直喷技术。车辆及发动机的主要参数见表1。试验按照标准GB 18352.5—2013[9]中Ⅰ型试验的NEDC循环进行测试，测试设备及条件满足国Ⅴ排放标准的要求。试验中所使用的主要仪器设备见表2。

试验用油选择满足轻型车京五标准[10]的95号汽油(G5)和国内某煤合成油公司生产的F-T汽油。其理化特性对比见表3。试验车辆先以95号汽油为燃料进行2次Ⅰ型试验，试验过程记录气态污染物模态值以及瞬时的PN值。在95号汽油试验结束后更换新的汽车油箱，以F-T汽油为燃料进行2次NEDC循环试验。4次排放试验过程的参数基本一致，包括预处理循环、浸车温度及时间、轮胎气压、试验前的机油和冷却液温度等。

表1 车辆及发动机的主要参数

表2 主要测试仪器及设备

表3 F-T汽油与95号汽油理化特性对比

2 试验结果分析

2.1 法规排放结果对比

表4 示出了NEDC测试循环下，试验用车燃用G5汽油和F-T汽油的排放特性试验结果。从表中可以看到，试验车辆以G5汽油和F-T汽油为燃料时的各污染物排放结果均低于国Ⅴ阶段排放限值。图1示出了相对于G5汽油，燃用F-T汽油时试验车辆主要排放物的变化情况。对于气态排放物，相对于G5汽油，F-T汽油能有效降低车辆的THC和CO2排放量，分别降低了14.3%和2.8%，而CO及NOx排放量增加，分别增加了26.8%和104.3%。此外，相对于G5汽油，燃用F-T汽油能够大幅降低颗粒物排放，以F-T汽油为燃料时颗粒物质量排放量(PM)和粒数排放量(PN)分别下降了26.5%和39.1%。

表4 法规排放结果对比

2.2 模态数据对比

图2示出了在NEDC循环过程中，即不同车速下试验用车燃用F-T和G5汽油时CO，THC和NOx的瞬时排放特性。图3示出了NEDC循环前100 s的瞬态数据对比。从图3可以看到，在NEDC测试循环的前100 s，CO，THC和NOx排放量较大，这可能是由于发动机刚起动，催化器温度较低，催化转化效率低所导致。对比两种汽油下的瞬时排放可以发现，在循环前100 s，燃用F-T汽油的CO和THC排放量明显大于燃用G5汽油的排放量。从图2可以看出，随着测试循环的进行，CO，THC和NOx排放量由于催化器转化效率的提高而大幅降低。两种燃油下的CO排放几乎为0；THC排放差别并不明显，不同车速下排放量有所不同；特别需要指出的是，在整个NEDC测试工况下F-T汽油的NOx瞬时排放都比G5汽油的排放量高，燃用F-T汽油时在整个工况的初始阶段和高速阶段均产生了较高的排放峰值，而循环总颗粒物质量排放比G5汽油低，从而可推断发动机燃烧F-T汽油时燃烧更充分，燃烧最高温度更高。这说明车辆不进行人为调整，在发动机电子控制自调整的情况下，F-T汽油能适用于国Ⅴ轻型车辆。

图4示出了在NEDC测试循环中，试验用车燃用F-T和G5汽油时PN的瞬时排放特性。

从图4可以看出，在整个测试循环过程中，燃用F-T汽油的PN值都明显小于G5汽油。从而表明，燃用F-T汽油不仅在一次颗粒物生成过程所产生的大颗粒污染物质量排放比燃用G5汽油时少，在二次颗粒物生成过程及小粒径颗粒物生成方面均相对于燃用G5汽油有不同程度的降低。这可能是由F-T汽油的低芳烃含量导致的，芳烃是一种含有苯环结构的烃类有机物，其不仅结构牢固，而且含碳量较高，不易燃烧，容易形成炭烟颗粒，而相对于G5汽油，F-T汽油的芳烃含量较低，有利于减少颗粒的形成。

2.3 经济性对比

表5示出了试验用车在NEDC循环下，燃用G5汽油及F-T汽油的燃油消耗量对比。相对于G5汽油，燃用F-T汽油时试验用车在ECE循环和EUDC循环的百公里油耗分别降低1.77%和2.40%，综合油耗降低2.29%。图5示出了在NEDC循环过程中，试验用车燃用F-T和G5汽油时CO2的瞬时排放特性的对比。从图5中可以看出，F-T汽油的瞬时CO2排放量略低于G5汽油。分析结果表明，F-T汽油具有较好的燃油经济性，其节油效果在高速工况更为明显，而且F-T汽油能有效降低温室气体的排放。这进一步表明了发动机燃烧F-T汽油时比G5汽油燃烧更加充分、燃烧质量更高，充分说明了F-T汽油在国Ⅴ轻型汽油车上良好的适应性。

表5 G5汽油和F-T汽油的燃油经济性对比

3 结论

a) 相比于燃用G5汽油，燃用F-T汽油THC排放和CO2排放分别降低了14.3%和2.8%，CO和NOx的排放分别增加26.8%和104.8%，颗粒物质量排放量(PM)和粒数排放量(PN)分别下降了26.5%和39.1%；

b) F-T汽油对满足国Ⅴ排放标准的轻型汽油车具有很好的适应性，不需要对车辆进行人为调整，即使NOx排放有一定的上升，但车辆的NOx排放结果仍满足国Ⅴ排放标准；

c) 与G5汽油相比，汽车燃用F-T汽油时的燃油消耗量略有下降，具有更好的燃油经济性及更低的温室气体排放量。

[1] 刘立东.柴油机燃用F-T柴油的基础研究[D].天津:天津大学，2010.

[2] 吴春来.煤炭间接液化技术及其在中国的产业化前景[J].煤炭转化,2005,28(4):79-81.

[3] Ulrik Larsen,Peter Lundorf,Anders lvarsson,et al.Emissions from Diesel and Gasoline Vehicles Fuelled by Fischer-Tropsch Fuels and Similar Fuels[C].SAE Paper 2007-01-4008.

[4] Arthur Bell,Andy Yates.An Evaluation of the Speciated Exhaust Emissions Associated with South African Gasoline in an EU4 Vehicle[C].SAE Paper 2008-01-1769.

[5] 关玉德,王定珠,林恒生,等.一氧化碳和氢一步合成汽油[J].燃料化学学报,1983,11(1):1-9.

[6] 黄克权.降低F-T合成汽油成本的途径[J].煤炭转化,1992,15(1):79-83.

[7] 李宇萍,王铁军,吴创之,等.SiO2/HZSM-5对钴基催化剂费托合成汽油烃类的影响[J].现代化工,2008,28(2):43-46.

[8] 卢学栋,李文彬,杨彩虹,等.F-T模型化合物在ZSM-5氟石催化剂上的反应研究[J].天然气化工,1991,16(3):12-17.

[9] 北京市质量技术监督局.DB 11/238—2012 车用汽油[S].北京:[出版者不详]，2012.

[10] 环境保护部.GB 18352.5—2013 轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)[S].北京:中国环境科学出版社,2013.

[编辑：姜晓博]

Influences of Fischer-Tropsch Gasoline on Emission Performance for China-Ⅴ DI Gasoline Passenger Car

QIN Hong-yu1, HU Wei2, GAO Jun-hua1

(1.Auto Testing Research Institute of China Automotive Technology and Research Center，Tianjin 300300, China；2.Data Center of China Automotive Technology and Research Center, Beijing 100176, China)

The gaseous pollutants, particulate mass and particulate number of China-Ⅴ passenger car fueled with China-Ⅴ gasoline and fischer-tropsch (F-T) gasoline respectively were measured with the full-flow dilution test system according to NEDC test cycle.The results show that THC, CO2, PM and PN reduces by 14.3%, 2.8%, 26.5% and 39.1% respectively and CO and NOxincreases by 26.8% and 104.8% after using F-T gasoline.It is found that China-Ⅴ light-duty passenger car has good adaptability to F-T gasoline without artificial intervention.Furthermore, F-T gasoline has better fuel economy and lower greenhouse gas emission than Chian-Ⅴ gasoline.

Fischer-Tropsch gasoline； exhaust emission measurement； particulate

2014-10-11；

2015-04-02

秦宏宇(1985—)，男，工程师，硕士，主要研究方向为汽车排放法规和排放测试技术研究；qinhongyu@catarc.ac.cn。

10.3969/j.issn.1001-2222.2015.02.011

TK418.9;TK411.5

B

1001-2222(2015)02-0053-04