不同含量乙醇靈活燃料汽車(chē)的排放差異解析

　　在現(xiàn)代文明的今天，汽車(chē)已經(jīng)成為人類(lèi)不可缺少的交通運(yùn)輸工具。自從1886年第一輛汽車(chē)誕生以來(lái)，它給人們的生活和工作帶來(lái)了極大的便利，也已經(jīng)發(fā)展成為近現(xiàn)代物質(zhì)文明的支柱之一。但是，我們也看到，在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展、汽車(chē)產(chǎn)量和保有量不斷增加的同時(shí)，汽車(chē)也帶來(lái)了大氣污染，即汽車(chē)尾氣污染。為了降低汽車(chē)排放污染、凈化空氣，各汽車(chē)生產(chǎn)廠商為了減少汽車(chē)排放污染，研制出了各種汽油的代用燃料。福特在代用燃料技術(shù)方面具有全球領(lǐng)先地位。福特汽車(chē)的尾氣排放水平已從1965年的平均每英里10.6克降到目前的每英里0.25克，減少了98%。其中需要特別展示就是福特汽車(chē)公司生產(chǎn)的靈活燃料汽車(chē)(FFV，flexible fuel vehicle)。靈活燃料汽車(chē)是指汽車(chē)只有一個(gè)燃料箱，用汽油和醇類(lèi)燃料的任意混合物作燃料的汽車(chē)。

　　日前，來(lái)自福特汽車(chē)公司研究和創(chuàng)新中心的一個(gè)研究小組對(duì)汽油和乙醇燃料的混合比例的大小對(duì)汽車(chē)排放有何影響做了詳盡的研究。其中實(shí)驗(yàn)利用底盤(pán)功率計(jì)分別測(cè)量同一車(chē)輛搭配E0、E10、E20、E30、E40、E55和E80(E10乙醇汽油是由90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調(diào)和而成，其他乙醇汽油牌號(hào)以此類(lèi)推)不同配比乙醇汽油所產(chǎn)生的汽車(chē)尾氣排放數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)中所采用的車(chē)輛為來(lái)自福特的2006款水星大伯爵靈活燃料汽車(chē)。實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同配比的乙醇汽油均進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中包括目前最流行的E10乙醇汽油、未來(lái)?yè)碛袠O大應(yīng)用空間的E20-E40乙醇汽油以及最新出現(xiàn)的高配比E55、E80乙醇汽油。

　　橫坐標(biāo)為乙醇含量，縱坐標(biāo)為尾氣排量

　　此次福特對(duì)不同牌號(hào)的乙醇汽油均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其中與以往實(shí)驗(yàn)相比，此次實(shí)驗(yàn)所采樣的乙醇汽油種類(lèi)是以往的兩倍，因此，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)比以往更加詳細(xì)具體。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中還分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放和汽車(chē)尾氣管廢氣排放、廢氣排放工作溫度以及根據(jù)乙醇濃度設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)可以區(qū)分出乙醇汽油化學(xué)性質(zhì)和汽車(chē)標(biāo)定特性對(duì)車(chē)輛尾氣排放的影響。其中乙醇汽油化學(xué)性質(zhì)和汽車(chē)標(biāo)定特性是影響車(chē)輛尾氣排放最主要的兩大影響機(jī)制。

　　該研究小組成員Hubbard表示：”未來(lái)靈活燃料趨勢(shì)是什么，是低配比的E0-E15乙醇汽油還是最新出現(xiàn)的高配比E85乙醇汽油，又或者是中度配比的E20-E40乙醇汽油。這個(gè)問(wèn)題需要考慮的因素很多，其中靈活燃料的特性、煉油行業(yè)對(duì)靈活燃料的影響、車(chē)輛對(duì)靈活燃料的兼容性能、加油站等基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性能以及新燃料的過(guò)渡時(shí)間等都將影響到未來(lái)靈活燃料的發(fā)展趨勢(shì)。其中一個(gè)重要的考慮因素就是乙醇與汽油的配比度對(duì)車(chē)輛尾氣中氮氧化物(NOx)、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC，volatile organic compounds)、一氧化碳(CO)以及顆粒物質(zhì)(PM，particulate matter)含量的影響。

　　不同配比的乙醇汽油化學(xué)特性決定了燃料的基本特性，而燃料基本特性將直接決定燃料燃燒后尾氣的成分。其中更高配比的乙醇汽油將使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中氧含量增加，體積應(yīng)變能(也稱(chēng)為有效熱值，NHV，net heating value)降低，汽化熱值(HoV，heat of vaporization)提高以及一些其他因素的改變，至于以上變化對(duì)車(chē)輛尾氣排放是具有正面的還是負(fù)面的影響，這將取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)施以及控制策略等。采用高配比的乙醇汽油不僅可以直接影響車(chē)輛尾氣排放，而且還可以使得燃油燃燒更加充分，并提升發(fā)動(dòng)機(jī)在爆震限制高負(fù)載工況和部分負(fù)載十工況(工況法是評(píng)價(jià)車(chē)輛或發(fā)動(dòng)機(jī)排放狀況的最為科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，被各國(guó)廣為采用。并且，各國(guó)都遵循同一規(guī)律：輕型車(chē)測(cè)試整車(chē)的排氣污染物排放量，重型車(chē)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染物排放量。不同的是，各國(guó)采用的試驗(yàn)工況因國(guó)情而異。十工況是由怠速、加速、等速、減速等共計(jì)10種不同車(chē)速和負(fù)荷組成一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)的一種試驗(yàn)工況)下的整體性能表現(xiàn)。針對(duì)中度配比乙醇汽油的相關(guān)設(shè)計(jì)校準(zhǔn)優(yōu)化是目前靈活燃料汽車(chē)的主要研究方向。最初靈活燃料汽車(chē)設(shè)計(jì)目的是使汽車(chē)能夠采用E0、E10以及E85的靈活燃料并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，所以最初的靈活燃料汽車(chē)均通過(guò)了E0、E85靈活燃料排放測(cè)試。

　　為了更好地理解不同配比的乙醇汽油對(duì)汽車(chē)尾氣排放的不同影響，我們成立了專(zhuān)門(mén)的研究小組，我們對(duì)福特自主品牌2006款水星大伯爵靈活燃料汽車(chē)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中我們采用了底盤(pán)功率計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放和汽車(chē)尾氣管廢氣排放均進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試記錄。通過(guò)分析以上實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，我們可以得到不同配比的乙醇汽油在其化學(xué)性質(zhì)和汽車(chē)標(biāo)定特性方面各自對(duì)汽車(chē)尾氣排放的理論影響曲線?！?/p>

　　一般來(lái)說(shuō)，高配比的乙醇汽油相應(yīng)汽車(chē)尾氣中乙醇、乙醛、甲醛、氨和甲烷的含量會(huì)增加，氮氧化物(NOx)和非甲烷有機(jī)氣體(NMOG，Non-Methane Organic Gases)含量會(huì)降低，一氧化碳、乙烯和一氧化二氮(N2O)的含量則基本保持不變。

　　中度配比的乙醇汽油(E20-E40)對(duì)應(yīng)的尾氣中非甲烷有機(jī)氣體(NMOG)和四氫大麻酚(THC，tetrahydrocannabinol)含量最低，與E0和E80配比的乙醇汽油相比要低25%-35%；尾氣中氮氧化物(NOx)的含量在E30-E40配比的乙醇汽油時(shí)達(dá)到最低，與E0配比的乙醇汽油相比降低約50%，而E55和E80更高配比的乙醇汽油相應(yīng)尾氣中氮氧化物(NOx)的含量反而又增加了。