HVO混合物在实际运行中，如何对现代柴油乘用车排放有影响？

前言

运输部门推广使用可再生燃料，作为应对气候变化、实现能源多样化和确保能源供应的一种手段。

可再生能源指令要求欧盟到20年所有能源使用2020%的可再生能源的总目标和运输部门使用10%可再生能源的子目标。

生物燃料将是实现这一目标的关键组成部分，另一个是来自可再生能源的电力，考虑到欧洲车队的组成，由脂肪酸甲酯和加氢处理植物油组成的生物柴油是欧盟最重要的生物燃料，占能源运输生物燃料市场总量的30%左右。

在过去几年中，植物油、动物脂肪或废食用油的加氢处理已被提议作为酯交换反应的替代工艺，用于生产生物基燃料，该过程被认为是在不影响燃料物流，发动机或排气后处理装置的情况下生产高质量生物基柴油燃料的替代方法。

今天，星河就带大家了解一下，HVO混合物在实际运行中，如何对现代柴油乘用车排放有影响？

为什么选择HVO作为实验材料

HVO是一种液体燃料，含有无硫和无芳烃的石蜡烃混合物并且十六烷值高。

这种生物燃料是通过加氢处理甘油三酯基生物质的催化产生的，在此过程中，氢用于通过脱羰基化、脱羧和氢脱氧从甘油三酯结构中去除氧原子和双键，丙烷、水、一氧化碳和二氧化碳是产生的副产品。

HVO有资格作为即用型燃料，例如，它是一种非化石碳氢化合物燃料，其化学结构与传统柴油燃料相同。

正是由于这些原因，所以HVO不受与FAME基生物柴油类似的混合壁的影响。

此外，与FAMEs和醇相比，HVO具有更高的能量含量以及优异的热稳定性和存储稳定性，它还具有优良的燃烧质量和良好的低温性能。

自2011年以来，HVO的生产在欧盟开始，2016年，产量估计为2亿升，预计4年将增加到约2亿升，2017年和14年，基于FAME的柴油和HVO的总产量预计将分别进一步增长2017.2018%和3.9%。

燃料成分正在经历持续的变化，这使得彻底了解新燃料混合物可能对车辆排放产生的影响至关重要，使用不同的可再生燃料时，废气成分可能会发生变化，这是一个非常重要的主题，因为车辆排放对空气污染和潜在的健康都有影响。

先前的实验室研究表明，使用HVO可以减少受管制化合物，醛和PAHs的排放，当使用HVO混合物时，NOx排放量增加。

尽管其中一些研究分析了HVO混合物对轻型车辆排放的影响，但仍然缺乏关于HVO燃料混合物对配备现代后处理系统的欧6 LDV的影响的信息在实际操作和寒冷的环境温度下。

由于NOx和CO2柴油LDV在实际运行期间排放的排放大大超过了底盘测功机实验室测量期间测量的新欧洲驾驶循环的排放水平，实际排放与实验室测试之间的这种巨大差异归因于型式认证设置和特定车辆校准。

欧盟2017/1154引入了使用便携式排放测量系统和世界统一轻型测试程序的实际驾驶排放测试程序，旨在缩小型式认证认证与实际排放之间的差距。

因此，在RDE测试程序下的道路运行期间的测量允许使用真实的道路变量分析不同驾驶条件下的排放。

在这种监管背景下，WLTP下的实验室测试用于表征废气管制排放和不受管制的排放来自两辆欧6b柴油车，使用五种不同的燃料混合物、三种HVO混合物、纯化石柴油和商用柴油。

此外，由于寒冷的环境温度可能对HVO特性产生负面影响，并导致使用传统柴油的欧6柴油车辆的排放量更高，因此两辆车都按照WLTP在23℃和-7℃下进行了测试，使用所有五种燃料混合物。

最后，使用三种HVO混合物对配备SCR的车辆进行道路测量，以评估HVO混合物在实际操作过程中可能对车辆性能和排放产生的影响。

HVO在柴油车中的排放测试

两辆符合欧6b标准的柴油乘用车，一辆配备SCR系统、一辆配备LNT系统在WLTP之后使用五种不同的燃料混合物在23和-7℃下进行了测试。

测试是在意大利伊斯普拉的欧盟委员会-联合研究中心的车辆排放实验室进行的，使用含有不同比例HVO的三种燃料混合物对车辆进行了测试，即：纯HVO、30体积%HVO、7体积%HVO、纯化石柴油和商用B7柴油。

车辆一般特征

VELA设施包括一个具有受控温度和相对湿度的气候测试单元，以模拟环境条件，然后在底盘测功机上，在7±1℃和-454±4500℃下进行重复测试，该测功机专为两轮和四轮驱动LDV设计。

然后，排放物被送入恒容取样器，使用关键的文丘里喷嘴来调节流量，一系列热电偶监测机油、冷却液、排气和环境条件的温度，测试的质量控制和验证基于重复测试的可重复性，受管制排放的良好可重复性表明测试程序的适用性。

所以，受管制污染物和NH的排放，N2在实验室测量期间对O和HCHO进行了全面研究。

通过使用集成设置对一组Tedlar袋的稀释废气进行采样来分析受管制的气体排放，其中包括：非色散红外、化学发光和加热火焰离子化检测器。

然后，使用高分辨率傅里叶变换红外光谱仪监测原始废气中的HCHO排放，得到有关在瞬态运行期间使用原始废气中的FTIR测量这些污染物的信息。

通过固体颗粒数测量系统，得到粒径截止值为23nm，符合轻型车辆法规83在CVS用于测量固体颗粒排放，为了估计测试期间排放的累积质量，还使用第二组分析仪实时测量原始废气中的标准污染物。

车辆的废气流量是通过减去引入隧道的稀释空气流量减去稀释隧道的总流量来确定的，质量流量由废气流量和测量的浓度来确定，排放系数根据综合质量流量和WLTC的测量总行驶距离计算得出。

WLTC Class是冷启动驾驶循环，每次测试开始时车辆及其部件的温度为 23± 5℃，驱动循环由四个阶段组成，具有不同的速度分布，它的最高速度为131.3公里/小时，长23.3公里。

该周期基于来自多个国家的真实车辆旅行，并被认为代表了欧盟的实际真实单词驾驶。

同时，DV1还使用HVO-100、HVO-30和HVO-7混合物使用符合RDE标准的路线在道路上进行了测试，对所使用的每种HVO混合物进行了三次道路测试，这些测试遵循相同的路线。

路线展示了符合RDE标准的行程所需的所有功能，例如，行程顺序、每次操作的份额和最小距离、平均速度、持续时间。

其中使用的PEMS设备是由Sensors Inc制造的Semtech-DS，它由排气管连接、加热排气管路、排气流量计、废气分析仪、连接到车辆网络的数据记录仪、全球定位系统和用于环境温度和湿度测量的气象站组成。

所有数据均以1Hz的频率记录，Semtech DS测量CO和CO的废气浓度通过非色散红外传感器，常开通过非色散紫外线传感器，NOx由NO浓度之和计算。

EFM使用皮托管来计算质量流量，从而可以计算排放因子，在实际驾驶操作期间测量的车辆排放取决于操作条件和环境条件。

然而，在实验室底盘测功机测试期间，所有这些因素都被定义和控制，使用PEMS进行的测量是通过整合城市，农村，高速公路和完整阶段的排放来分析的，而不是移动平均窗口方法，后者在下一个RDE包中可能会发生变化。

HVO在不同情况下的排放数据分析

DV2的受管制和不受管制的排放在两种研究温度中的任何一种都没有显示出明显的燃料相关趋势，此外，DV2在23℃时表现出相似的排放因子，与使用的燃料无关。

然而，与纯化石燃料相比，HVO的特点是十六烷值非常高，再加上HVO混合物的较低沸点，导致更完全的燃烧，但是，四氢大麻酚和一氧化碳废气排放是由燃料不完全燃烧引起的。

因此，柴油车辆配备了柴油氧化催化剂来控制这些污染物的排放，DOC将CO和 THC转化为CO和水，DV1和DV2都配备了DOC。

DV2的大多数THC和CO排放与DOC控制无关，在再生过程中，LNT的操作条件用于将吸附的NOx还原为N2.该过程在催化转化器上进行，而发动机在丰富的空气/燃料混合物上运行，该混合物提供减少NOx所需的CO和碳氢化合物。

如果燃烧不完全，就会排放出四氢大麻酚和一氧化碳，因此，液化天然气再生与燃料无关。

DV1和DV2的二氧化碳排放量没有显示出一致的燃料趋势，因此，使用不同的HVO混合物和传统燃料测试的两种重型柴油发动机的二氧化碳排放没有一致的燃料影响。

DV1和DV2表现出高氮氧化物排放适用于DV1和199±8毫克公里，对于DV2，在研究的所有其他条件下进行WLTP测试。

使用WLTC测试的柴油车辆的高NOx排放，在两种研究温度下，HVO混合物和柴油的EGR操作非常相似，其中排除了EGR作为NOx排放差异的原因。

并且，在-1℃时，DV7或两种研究温度中的任何一个下的DV2都没有显示出燃料对NOx排放的特定趋势，在23℃时，DV1在用含有高HVO的混合物进行测试时，NOx排放量高于其他三种燃料;B7、柴油和HVO-7。

虽然这可以被视为与HVO浓度相关的趋势，但仔细观察NOx和NH3使用这些混合物获得的排放曲线可以发现，NOx排放的差异可能与SCR系统的运行策略有关。

因为SCR通过反应N来减少NOx排放在催化剂表面上，尿素过量通常会导致NH3排放，所以可以排除由于SCR的热管理激活引起的差异，并且在23℃时，所使用的HVO和柴油混合物的排气发动机输出温度非常相似。

DV1的NOx排放差异与所用燃料无关，而是与后处理控制策略相关的假设得到了在-7摄氏度下测量的排放的支持，SCR系统在零度以下的环境温度下失活或效率非常低。

由于SCR被停用，并且EGR操作测得的氮氧化物排放量主要对应于发动机输出的氮氧化物。

如果存在与燃料特性相关的差异，这些差异将反映在发动机排放中，对于测试的所有HVO混合物，DV1在-7℃下的NOx排放相似，并且没有观察到与燃料相关的趋势。

在引入DPF和SCR系统之前，柴油机尾气中的NOx通常由>90%的NO组成。

然而，为了降低用于DPF再生的烟灰氧化温度，并且由于等摩尔量的NO和NO2用NH提高反应速率在SCR中，DOC已被用于将NO氧化为NO。

结果没有运输部门的排放量急剧增加，因为乘用车的排放可能对大气化学和城市空气质量产生重要影响，所以DV1和DV2均未呈现所有测试条件下的排放。

通过研究不同传统柴油燃料的排放，得出结论，甲醛和乙醛主要是在燃烧过程中由燃料初始氧化热解中产生的燃料碎片形成的，这些碎片主要来自燃料的主要成分。

在所有测试条件下，两辆车中的任何一辆都没有检测到乙醛排放，甲醛释放量低于DV2的检测限值。

DV1在两个研究温度下表现出甲醛释放量，在 23 ℃时，DV1排放1毫克公里所有测试燃料的甲醛含量，但HVO-100除外，其排放量低于检测限值，DV1的甲醛释放量增加了低温。

此外，随着燃料混合物中HVO含量从6mg km增加，甲醛显着减少使用HVO-7和柴油混合物，低至2毫克公里HVO-100。

然而，较低的一氧化碳使用HVO混合物时，较低的一氧化碳HVO燃料的排放归因于这些燃料的C/H比较低，从而将燃烧转移到略高的H产量2O代替一氧化碳。

由于HVO具有更高的基于质量的热值，如果发动机效率保持不变，这将导致油耗降低约2.4%，同时，如果质量燃料消耗低于较低的热值，则可以将其解释为较低的能耗表明发动机效率的提高。

然而，HVO-7在 −5℃下，所研究车辆的质量油耗比B100低 ∼7%，这表明发动机效率有所提高，在23℃时，差异方向相同，但较小，由于测量不确定度，可以忽略不计。

并且，两款车型的CO均降低约6%2在-100℃下，HVO-7的排放量比B7低，表明部分CO含量较低是由H/C比引起的，部分原因是低温下效率更高。

最后，在进行的测试中，两辆车的PN排放量非常低，低于欧6PN限制，在某些情况下接近背景水平。

这表明DPF在所有测试条件下的性能都非常好，DV2在冷启动期间释放所有颗粒，特别是在低环境温度下，可能是由于小的过滤器缺陷，这些缺陷往往会随着温度的升高而关闭，从而导致DPF效率随温度升高而增加。

不同燃料之间PN排放的变化并不奇怪，配备DPF的车辆的PN排放不仅取决于发动机排放，还取决于DPF的烟灰饼，这取决于自上次再生以来的里程累积。

因此，HVO-7的相对较高的排放量主要是由于在特定测试期间DPF的过滤效率不同，因为车辆在使用特定燃料的测试开始之前已经再生，PN排放没有显示出任何一致的燃料效应。

实际驾驶操作期间的道路排放

DV1按照符合RDE标准的路线使用HVO-7、HVO-30和HVO-100在道路上进行了测试，对每种HVO混合物进行了三次测试，遵循相同的路线。

使用三种HVO混合物获得的平均道路NOx排放系数在整个路线上没有显着差异。

这个实验结果，揭示了所研究车辆的两个重要问题：1、SCR系统在实验室测试和道路上的工作方式可能不同，如HVO-7测试所反映的那样，2、HVO浓度不影响NOx排放。

然而，在HVO-7在完整路线上的道路测试中，排放因子表现出较大的分散性，这导致HVO-7和HVO-100或HVO-7和HVO-30之间没有显着差异。

尽管如此，没有2HVO-100的排放系数明显高于用HVO-30测量的排放系数，超过 75毫克公里在城市实行运行中由DV1排放，占排放总量的40%以上。

并且，CO排放因子在使用三种HVO混合物的整个路线上没有显示出显着差异，道路一氧化碳排放量与WLTP排放量非常一致，使用HVO-100进行的道路测试显示出最大的CO测试间偏差，与WLTP测试期间观察到的情况相似。

结语

使用五种不同的燃料混合物，即：B7、化石柴油、HVO-7、HVO-30和HVO-100，用于评估纯HVO燃料和HVO混合物对两辆现代柴油乘用车在实际驾驶操作期间的管制和不受管制排放的影响。

总体而言，在WLTP下，使用不同的HVO混合物并未导致23℃或-7℃车辆排放的燃料相关趋势，所有测试混合物在低温下，两辆测试车辆的受管制排放物较高。

这一结果与使用传统燃料测试的欧6柴油车的报告一致，NO排放因素及趋势和 N2O似乎与所使用的催化系统及其操作策略有关，而不是与燃料有关。

三种HVO混合物获得的NOx排放在道路测试期间没有显示出显着差异，当使用HVO-1和HVO-30时，在WLTP下测量到DV100的NOx排放量相似。

然而，在道路操作期间，HVO-100 导致较低的CO2排放量比HVO-7和HVO-30混合物高，在实验室测试期间也观察到类似的趋势。

事实上，HVO-100导致CO降低 ∼4%2排放量超过其他燃料混合物，包括B7和柴油。