不同含量乙醇灵活燃料汽车的排放差异解析

　　在现代文明的今天，汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具。自从1886年第一辆汽车诞生以来，它给人们的生活和工作带来了极大的便利，也已经发展成为近现代物质文明的支柱之一。但是，我们也看到，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染，即汽车尾气污染。为了降低汽车排放污染、净化空气，各汽车生产厂商为了减少汽车排放污染，研制出了各种汽油的代用燃料。福特在代用燃料技术方面具有全球领先地位。福特汽车的尾气排放水平已从1965年的平均每英里10.6克降到目前的每英里0.25克，减少了98%。其中需要特别展示就是福特汽车公司生产的灵活燃料汽车(FFV，flexible fuel vehicle)。灵活燃料汽车是指汽车只有一个燃料箱，用汽油和醇类燃料的任意混合物作燃料的汽车。

　　日前，来自福特汽车公司研究和创新中心的一个研究小组对汽油和乙醇燃料的混合比例的大小对汽车排放有何影响做了详尽的研究。其中实验利用底盘功率计分别测量同一车辆搭配E0、E10、E20、E30、E40、E55和E80(E10乙醇汽油是由90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成，其他乙醇汽油牌号以此类推)不同配比乙醇汽油所产生的汽车尾气排放数据，实验中所采用的车辆为来自福特的2006款水星大伯爵灵活燃料汽车。实验中对不同配比的乙醇汽油均进行了数据统计，其中包括目前最流行的E10乙醇汽油、未来拥有极大应用空间的E20-E40乙醇汽油以及最新出现的高配比E55、E80乙醇汽油。

　　横坐标为乙醇含量，纵坐标为尾气排量

　　此次福特对不同牌号的乙醇汽油均进行了实验，其中与以往实验相比，此次实验所采样的乙醇汽油种类是以往的两倍，因此，通过此次实验得到的相关数据比以往更加详细具体。同时，实验中还分别对发动机废气排放和汽车尾气管废气排放、废气排放工作温度以及根据乙醇浓度设定的发动机控制策略进行了相关实验测试。通过分析这些数据可以区分出乙醇汽油化学性质和汽车标定特性对车辆尾气排放的影响。其中乙醇汽油化学性质和汽车标定特性是影响车辆尾气排放最主要的两大影响机制。

　　该研究小组成员Hubbard表示：”未来灵活燃料趋势是什么，是低配比的E0-E15乙醇汽油还是最新出现的高配比E85乙醇汽油，又或者是中度配比的E20-E40乙醇汽油。这个问题需要考虑的因素很多，其中灵活燃料的特性、炼油行业对灵活燃料的影响、车辆对灵活燃料的兼容性能、加油站等基础设施的兼容性能以及新燃料的过渡时间等都将影响到未来灵活燃料的发展趋势。其中一个重要的考虑因素就是乙醇与汽油的配比度对车辆尾气中氮氧化物(NOx)、挥发性有机化合物(VOC，volatile organic compounds)、一氧化碳(CO)以及颗粒物质(PM，particulate matter)含量的影响。

　　不同配比的乙醇汽油化学特性决定了燃料的基本特性，而燃料基本特性将直接决定燃料燃烧后尾气的成分。其中更高配比的乙醇汽油将使得发动机燃烧室中氧含量增加，体积应变能(也称为有效热值，NHV，net heating value)降低，汽化热值(HoV，heat of vaporization)提高以及一些其他因素的改变，至于以上变化对车辆尾气排放是具有正面的还是负面的影响，这将取决于发动机的设计结构、硬件设施以及控制策略等。采用高配比的乙醇汽油不仅可以直接影响车辆尾气排放，而且还可以使得燃油燃烧更加充分，并提升发动机在爆震限制高负载工况和部分负载十工况(工况法是评价车辆或发动机排放状况的最为科学的实验方法，被各国广为采用。并且，各国都遵循同一规律：轻型车测试整车的排气污染物排放量，重型车测试发动机的排气污染物排放量。不同的是，各国采用的试验工况因国情而异。十工况是由怠速、加速、等速、减速等共计10种不同车速和负荷组成一个试验循环的一种试验工况)下的整体性能表现。针对中度配比乙醇汽油的相关设计校准优化是目前灵活燃料汽车的主要研究方向。最初灵活燃料汽车设计目的是使汽车能够采用E0、E10以及E85的灵活燃料并达到标准要求，所以最初的灵活燃料汽车均通过了E0、E85灵活燃料排放测试。

　　为了更好地理解不同配比的乙醇汽油对汽车尾气排放的不同影响，我们成立了专门的研究小组，我们对福特自主品牌2006款水星大伯爵灵活燃料汽车进行了相关实验，实验中我们采用了底盘功率计对发动机废气排放和汽车尾气管废气排放均进行了相关测试记录。通过分析以上实验得到的数据，我们可以得到不同配比的乙醇汽油在其化学性质和汽车标定特性方面各自对汽车尾气排放的理论影响曲线。”

　　一般来说，高配比的乙醇汽油相应汽车尾气中乙醇、乙醛、甲醛、氨和甲烷的含量会增加，氮氧化物(NOx)和非甲烷有机气体(NMOG，Non-Methane Organic Gases)含量会降低，一氧化碳、乙烯和一氧化二氮(N2O)的含量则基本保持不变。

　　中度配比的乙醇汽油(E20-E40)对应的尾气中非甲烷有机气体(NMOG)和四氢大麻酚(THC，tetrahydrocannabinol)含量最低，与E0和E80配比的乙醇汽油相比要低25%-35%；尾气中氮氧化物(NOx)的含量在E30-E40配比的乙醇汽油时达到最低，与E0配比的乙醇汽油相比降低约50%，而E55和E80更高配比的乙醇汽油相应尾气中氮氧化物(NOx)的含量反而又增加了。