乙醇汽油車非法規(guī)污染物排放的多方法聯(lián)合測(cè)量

張 凡，王建海，田冬蓮，王建昕

(1．中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300162;2．清華大學(xué)汽車工程系，北京 100084)

前言

進(jìn)入WTO后，我國汽車工業(yè)步入一個(gè)高速發(fā)展的新時(shí)期。汽車保有量的猛增將給我國的能源需求和環(huán)境保護(hù)帶來巨大壓力，因此迫切需要尋找合適的替代燃料。歐洲汽車制造商研發(fā)組織于2004年對(duì)各種汽車燃料和動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了全生命周期的性能評(píng)價(jià)［1］，做出了汽車工業(yè)在未來幾十年內(nèi)將會(huì)呈現(xiàn)燃料多元化和動(dòng)力系統(tǒng)多元化發(fā)展的預(yù)測(cè)。

乙醇作為一種生物質(zhì)燃料，具有來源廣泛的優(yōu)點(diǎn)，可以從淀粉質(zhì)原料、糖質(zhì)原料和纖維素原料中制取。目前，乙醇主要以摻混的形式廣泛應(yīng)用在汽油車上，已成為在汽車上應(yīng)用最廣泛的生物質(zhì)替代燃料之一，特別是在巴西和美國，已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；褪袌?chǎng)化。中國也在黑龍江、吉林、遼寧、河南、安徽等十多個(gè)省市進(jìn)行了E10乙醇汽油的試點(diǎn)運(yùn)行。

由于乙醇有氧含量，在汽油中摻燒乙醇燃料時(shí)，可以在一定程度上降低汽車尾氣排放中的CO、HC等法規(guī)污染物，對(duì)大氣污染有一定的改善作用［2－3］，但是乙醇燃料發(fā)生不完全燃燒時(shí)卻會(huì)生成大量的甲醛、乙醛、丙酮等非法規(guī)污染物［4－5］。這些醛酮類物質(zhì)對(duì)人體健康都有較大的影響，具有潛在的遺傳毒性和致癌活性［6］。隨著法規(guī)限制的法規(guī)污染物排放日益降低和替代燃料逐步推廣應(yīng)用，乙醇汽油車的非法規(guī)污染物排放問題日益受到人們的重視。

針對(duì)乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車的非法規(guī)污染物排放，國內(nèi)外的汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)分別使用不同的測(cè)量方法開展了定性和定量分析。西安交通大學(xué)［7］、清華大學(xué)［8］和天津大學(xué)［9］使用氣相色譜儀(GC)測(cè)量了乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的甲醛、乙醛和乙醇排放。天津大學(xué)［10］使用氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)測(cè)量了乙醇汽車尾氣排放中的乙醛和芳香烴化學(xué)物排放。奧地利AVL公司、芬蘭國家技術(shù)研究中心［11］使用傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)測(cè)量了乙醇汽油車在不同循環(huán)工況下的甲醛、苯等瞬時(shí)排放?？偟膩碚f，各研究使用的測(cè)量方法有所區(qū)別，測(cè)量的非法規(guī)污染物種類不盡相同，測(cè)量結(jié)果缺乏全面完整的分析。

為了更為全面系統(tǒng)地測(cè)量乙醇汽油車的主要非法規(guī)污染物排放，首先須對(duì)國際上通用的各種測(cè)量方法進(jìn)行深入細(xì)致地對(duì)比分析。本文中依據(jù)GB 18352.3—2005標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在輕型車底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行了新歐洲行駛循環(huán)(NEDC)工況的排放測(cè)試，同時(shí)使用FTIR、高效液相色譜儀(HPLC)、GC-MS多種方法聯(lián)合測(cè)量了同一臺(tái)輕型汽車在燃用不同比例乙醇汽油時(shí)的非法規(guī)污染物排放。通過在不同測(cè)試方法中 CO、CO2、NOx、甲醛、乙醛、苯、甲苯排放結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了 MEXA、FTIR、HPLC、GC-MS等各種測(cè)試方法的準(zhǔn)確性和一致性。另外通過多種方法的聯(lián)合測(cè)量研究了燃料中乙醇含量對(duì)汽車尾氣中甲醛、乙醛、丙酮、苯、甲苯、二甲苯、乙烯、丙烯、1，3-丁二烯和異丁烯等非法規(guī)污染物排放的影響。

1 試驗(yàn)裝置和儀器

本文中使用的試驗(yàn)車輛為一輛2011年生產(chǎn)的1.6L自動(dòng)擋輕型轎車，行駛里程約為20 000km，其相關(guān)參數(shù)如表1所示。

試驗(yàn)用汽油是燕山石化公司提供的93#國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)油。試驗(yàn)用乙醇是從國藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司直接購買的無水乙醇(分析純)，乙醇含量≥99.7%。試驗(yàn)前分別在汽油中摻混10%和20%體積分?jǐn)?shù)的乙醇，經(jīng)過充分?jǐn)嚢韬蟮玫紼10和E20兩種乙醇汽油燃料。試驗(yàn)時(shí)首先將汽車中的原有燃油放空，然后分別加入試驗(yàn)用純汽油、E10、E20燃料20L進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，從汽車中放出剩余的燃料，采集2L油樣送至上海SGS檢測(cè)中心進(jìn)行分析，油樣參數(shù)的相關(guān)結(jié)果如表2所示。

表1 試驗(yàn)車輛相關(guān)參數(shù)

表2 試驗(yàn)用油樣相關(guān)參數(shù)

本文中進(jìn)行的試驗(yàn)為GB 18352.3—2005規(guī)定的Ⅰ型排放試驗(yàn)，循環(huán)曲線如圖1所示。

試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)主要由底盤測(cè)功機(jī)、排放環(huán)境試驗(yàn)倉、排放分析系統(tǒng)等部分組成，具體的試驗(yàn)裝置及儀器型號(hào)如表3所示。

試驗(yàn)中稀釋用的背景空氣進(jìn)行了凈化處理，可以達(dá)到稀釋空氣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)分別為wCO≤0.1×10－6、wHC≤0.1 × 10－6、wNOx≤0.1 × 10－6的水平，以降低稀釋空氣對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

表3 試驗(yàn)裝置及儀器型號(hào)

2 不同方法測(cè)量結(jié)果的對(duì)比分析

本試驗(yàn)使用MEXA、FTIR、HPLC、GC-MS多種儀器同時(shí)測(cè)量了汽車尾氣中的法規(guī)和非法規(guī)污染物瞬態(tài)排放和循環(huán)工況平均排放。為了驗(yàn)證各種測(cè)試方法的準(zhǔn)確性和一致性，試驗(yàn)中對(duì)比分析了各種測(cè)試方法得到的CO、CO2、NOx的瞬態(tài)排放結(jié)果和 CO、CO2、NOx、甲醛、乙醛、苯、甲苯的循環(huán)工況平均排放結(jié)果。

2.1 不同測(cè)試方法的瞬態(tài)排放測(cè)量結(jié)果

試驗(yàn)中CO、NOx、CO2法規(guī)污染物的瞬態(tài)排放同時(shí)通過MEXA和FTIR兩種方法進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)比分析了測(cè)量結(jié)果。

2.1.1 法規(guī)污染物瞬態(tài)排放的測(cè)試方法

MEXA方法的采樣對(duì)象是通過混合室后的稀釋排氣。在MEXA-7400LE系統(tǒng)中分別使用不分光紅外線吸收型分析儀測(cè)量CO和CO2，使用化學(xué)發(fā)光型分析儀測(cè)量 NOx的瞬時(shí)值。測(cè)量結(jié)果記為 CO(MEXA)、NOx(MEXA)、CO2(MEXA)。

FTIR方法是在MEXA-6000FT中使用FTIR測(cè)量了在混合室前汽車直排尾氣中的CO、NOx、CO2瞬時(shí)值。根據(jù)在GB 18352.3—2005中規(guī)定的方法計(jì)算出稀釋系數(shù)，并將FTIR測(cè)得的汽車尾氣直排濃度轉(zhuǎn)換為稀釋排氣的濃度，分別記為CO(FTIR)、NOx(FTIR)、CO2(FTIR)。

2.1.2 法規(guī)污染物瞬態(tài)排放測(cè)量結(jié)果的對(duì)比分析

以E20燃料的測(cè)量結(jié)果為例，對(duì)比了MEXA和FTIR兩種方法的CO、NOx、CO2在整個(gè)NEDC工況下的瞬態(tài)排放曲線，如圖2所示。

從圖2(a)和圖2(b)中可以看出，在整個(gè)NEDC工況下兩種方法測(cè)量得到的CO和NOx瞬態(tài)排放無論是曲線形狀還是數(shù)值大小都基本相同。即使是在排放變化最大的冷起動(dòng)前100s，以及在汽車車速和負(fù)荷變化最大的最后200s，兩種方法的CO和NOx測(cè)量結(jié)果都能夠較為準(zhǔn)確地反映汽車尾氣排放濃度隨汽車運(yùn)行工況變化的情況，兩種方法的一致性能夠得到保證。

由于兩種測(cè)試方法的采樣對(duì)象(稀釋排氣和直排尾氣)和分析原理(不分光紅外線吸收和傅立葉變換紅外光譜)有所不同，因此造成測(cè)量結(jié)果存在一定差異，特別是針對(duì)排放量最大的CO2。從圖2(c)中可見，CO2(FTIR)在整個(gè)NEDC工況下都要略大于CO2(MEXA)。由于FTIR測(cè)量的是汽車尾氣的直排濃度，而MEXA的測(cè)量對(duì)象是稀釋排氣，汽車尾氣經(jīng)過與環(huán)境空氣稀釋后，峰值變化幅度會(huì)有所降低，瞬時(shí)稀釋系數(shù)的計(jì)算存在一定的誤差，因此FTIR的瞬態(tài)排放測(cè)量結(jié)果要略高于MEXA。

2.2 不同測(cè)試方法的循環(huán)工況平均排放測(cè)量結(jié)果

循環(huán)工況的平均排放能夠更為準(zhǔn)確地反映汽車尾氣的排放水平，因此本試驗(yàn)通過比較不同方法得出的 CO、NOx、CO2法規(guī)污染物和甲醛、乙醛、苯、甲苯非法規(guī)污染物的循環(huán)工況平均排放測(cè)量結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了不同測(cè)試方法的一致性。

2.2.1 循環(huán)工況平均排放的測(cè)試方法

本試驗(yàn)使用MEXA袋采分析、FTIR瞬時(shí)值積分和MEXA瞬時(shí)值積分3種方法計(jì)算了CO、NOx、CO2法規(guī)污染物的循環(huán)工況平均排放。

第1種方法是在試驗(yàn)的循環(huán)工況結(jié)束后使用MEXA-7400LE直接測(cè)量了采樣氣袋中稀釋排氣的CO、NOx、CO2法規(guī)污染物排放水平，記為 MEXA袋采分析結(jié)果。

第2和第3種方法都是根據(jù)瞬態(tài)排放曲線通過積分計(jì)算來得出循環(huán)工況的平均排放水平。按照GB 18352.3—2005的規(guī)定，本試驗(yàn)利用定容采樣系統(tǒng)記錄了稀釋排氣的瞬時(shí)流量，并分別與上述的FTIR和MEXA瞬時(shí)排放測(cè)量結(jié)果進(jìn)行積分計(jì)算，再除以汽車行駛總距離，得出 CO、NOx、CO2在整個(gè)NEDC工況下的平均排放水平，分別記為FTIR瞬時(shí)值積分結(jié)果和MEXA瞬時(shí)值積分結(jié)果。

本試驗(yàn)使用FTIR瞬時(shí)值積分和袋采化學(xué)分析兩種方法計(jì)算了甲醛、乙醛、苯、甲苯非法規(guī)污染物的循環(huán)工況平均排放。

第1種方法是使用MEXA-6000FT測(cè)量了甲醛、乙醛、苯、甲苯非法規(guī)污染物的瞬時(shí)排放值，根據(jù)稀釋系數(shù)將直排濃度轉(zhuǎn)換為稀釋排氣的濃度，然后與稀釋排氣的瞬時(shí)流量進(jìn)行積分計(jì)算，再除以汽車行駛總距離，得出甲醛、乙醛、苯、甲苯在整個(gè)NEDC工況下的平均排放水平，記為FTIR瞬時(shí)值積分結(jié)果。

第2種方法是使用化學(xué)分析方法直接測(cè)量了采樣氣袋中稀釋排氣的非法規(guī)污染物排放水平。在試驗(yàn)循環(huán)結(jié)束后，使用美國SKC公司的PCXR8型氣體采樣泵從采樣氣袋中抽出適量的稀釋排氣，分別使用TENAX-TA吸附管采集稀釋排氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物，使用2，4-DNPH吸附柱采集稀釋排氣中的醛酮類化合物。對(duì)于TENAX-TA吸附管，采樣后經(jīng)過熱脫附后使用GC-MS進(jìn)行定性定量分析，得出樣品中苯、甲苯的排放值。對(duì)于2，4-DNPH吸附柱，利用固相萃取裝置進(jìn)行樣品洗脫后，經(jīng)HPLC測(cè)量可以得到甲醛、乙醛的排放水平。在采集過程中，使用校準(zhǔn)后的流量計(jì)精確地測(cè)量流經(jīng)各吸附管的采樣流量，然后根據(jù)稀釋排氣總流量和采樣流量的比值，計(jì)算出在整個(gè)NEDC工況下各種非法規(guī)污染物的排放值。為了避免采樣、分析過程對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的干擾，本試驗(yàn)對(duì)同一稀釋排氣進(jìn)行了兩次采樣，分別在中國汽車技術(shù)研究中心和北京市理化分析測(cè)試中心進(jìn)行獨(dú)立分析。相關(guān)的測(cè)量結(jié)果分別記為袋采分析結(jié)果(樣品1)和袋采分析結(jié)果(樣品2)。

MA 是一類由微生物產(chǎn)生的、分子內(nèi)含有大環(huán)內(nèi)酯環(huán)的生物活性物質(zhì)，其根據(jù)分子中內(nèi)酯鍵的數(shù)量不同有大環(huán)一內(nèi)酯至大環(huán)多內(nèi)酯多種結(jié)構(gòu)；另按照內(nèi)酯環(huán)的大小又可分為十二元環(huán)、十四元環(huán)、十五元環(huán)等，目前最大可至六十元環(huán)。除以上一般分類的 MA 外，還有多烯大環(huán)內(nèi)酯、安莎大環(huán)內(nèi)酯與酯肽等。

2.2.2 3種方法的法規(guī)污染物平均排放的對(duì)比

以E20燃料的尾氣排放測(cè)量結(jié)果為例，對(duì)比分析了MEXA袋采分析、MEXA瞬時(shí)值積分和FTIR瞬時(shí)值積分3種方法得出的CO、CO2、NOx平均排放水平，如圖3所示。

從圖3可以看出，無論是 CO、CO2還是 NOx，3種方法的測(cè)量結(jié)果順序都是相同的，依次為:FTIR瞬時(shí)值積分結(jié)果＞MEXA袋采分析結(jié)果＞MEXA瞬時(shí)值積分結(jié)果。這與圖2所示的瞬態(tài)排放結(jié)果是一致的。為了更為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同測(cè)試方法的一致性，本試驗(yàn)以3種方法測(cè)量結(jié)果的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值，分別計(jì)算使用不同方法測(cè)量汽油、E10、E20燃料的CO、CO2、NOx平均排放的相對(duì)誤差，如表4所示。由表可見，3種方法測(cè)量法規(guī)污染物平均排放的誤差基本都在±10%范圍之內(nèi)?？偟膩碚f，作為GB 18352.3—2005規(guī)定的方法，MEXA袋采分析方法的誤差最小，測(cè)量值介于另外兩種方法測(cè)量結(jié)果之間，能最準(zhǔn)確地測(cè)量法規(guī)污染物的平均排放。

表4 3種方法的法規(guī)污染物平均排放的誤差

2.2.3 兩種方法的非法規(guī)污染物平均排放的對(duì)比

以E20燃料的尾氣排放測(cè)量結(jié)果為例，本試驗(yàn)對(duì)比分析了兩種測(cè)試方法得到的在NEDC工況下的甲醛、乙醛、苯、甲苯平均排放水平，結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出，甲醛、乙醛、苯、甲苯的FTIR瞬時(shí)值積分結(jié)果、袋采分析結(jié)果(樣品1)和袋采分析結(jié)果(樣品2)基本一致。

以FTIR瞬時(shí)值積分結(jié)果、袋采分析結(jié)果(樣品1和樣品2)的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值，分別計(jì)算使用兩種方法測(cè)量汽油、E10、E20非法規(guī)污染物平均排放的誤差，如表5所示。兩種方法測(cè)量非法規(guī)污染物平均排放的誤差都在±10%范圍之內(nèi)。

表5 兩種方法的非法規(guī)污染物排放的誤差

總的來說，通過汽車尾氣中法規(guī)污染物和非法規(guī)污染物的瞬態(tài)排放和循環(huán)工況平均排放測(cè)量結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了 MEXA、FTIR、HPLC、GC-MS等各種測(cè)試方法具有較好的一致性。

3 不同比例乙醇汽油的排放分析

本試驗(yàn)在同一輛輕型汽車上分別燃用純汽油、E10和E20 3種燃料進(jìn)行了Ⅰ型排放試驗(yàn)，研究了燃料中乙醇含量對(duì)汽車尾氣中法規(guī)污染物和非法規(guī)污染物排放的影響。本試驗(yàn)使用袋采化學(xué)分析和FTIR瞬時(shí)值積分兩種方法的平均值作為甲醛、乙醛、苯、甲苯排放的測(cè)量結(jié)果，使用袋采化學(xué)分析方法的測(cè)量值作為丙酮、二甲苯的排放結(jié)果，使用FTIR瞬時(shí)值積分方法的計(jì)算值作為乙烯、丙烯、1，3-丁二烯、異丁烯的排放結(jié)果。

3.1 瞬態(tài)排放的測(cè)量結(jié)果與分析

3.1.1 乙醇比例對(duì)法規(guī)污染物瞬態(tài)排放的影響

由圖可見，HC的瞬態(tài)排放主要集中在NEDC工況開始的冷起動(dòng)前100s，催化劑起燃后瞬態(tài)排放就降低到很低的水平，一直持續(xù)到試驗(yàn)結(jié)束。CO和NOx的瞬態(tài)排放除在開始的冷起動(dòng)過程有峰值外，在最后連續(xù)加速過程中也會(huì)有較高的峰值出現(xiàn)。總的來說，在整個(gè)NEDC工況下3種燃料的CO、NOx、HC瞬態(tài)排放曲線形狀基本相同，沒有出現(xiàn)明顯的階梯分布情況。但在冷起動(dòng)的前100s以及汽車連續(xù)加速的最后200s期間，3種燃料的排放峰值還是有所差別，說明燃料中的乙醇比例會(huì)對(duì)汽車的瞬時(shí)運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，須進(jìn)一步仔細(xì)分析。

3.1.2 乙醇比例對(duì)非法規(guī)污染物瞬態(tài)排放的影響

以FTIR測(cè)得的在混合室前汽車直排尾氣中非法規(guī)污染物的瞬態(tài)排放結(jié)果為例，本試驗(yàn)探討了在汽油、E10和E20 3種燃料中乙醇比例對(duì)乙醛、甲苯、丙烯、1，3-丁二烯非法規(guī)污染物瞬態(tài)排放的影響，如圖6所示。

從圖6中可以看出，乙醛、甲苯、丙烯、1，3-丁二烯的瞬態(tài)排放曲線基本相似，都是在冷起動(dòng)剛開始的第1個(gè)汽車加速工況產(chǎn)生一個(gè)最高的瞬時(shí)峰值，然后逐漸在100s左右降低到零排放附近，直到NEDC工況結(jié)束。這些非法規(guī)污染物的瞬態(tài)排放曲線與圖5(c)中所示的HC排放曲線具有相同的規(guī)律，瞬態(tài)排放降低到零點(diǎn)的時(shí)間都是一致的，即為汽車催化劑完全起燃的時(shí)間。測(cè)量結(jié)果說明，由于乙醛、甲苯、丙烯、1，3-丁二烯本質(zhì)上都是碳?xì)浠衔?，因此與HC一樣，都能夠被起燃后的車用三效催化劑完全轉(zhuǎn)化，使汽車尾氣中的非法規(guī)污染物排放水平保持在較低的水平?？偟膩碚f，汽車在整個(gè)NEDC工況的非法規(guī)污染物排放水平主要取決于催化劑尚未完全起燃的冷起動(dòng)前100s。

為了進(jìn)一步分析燃料中乙醇比例對(duì)非法規(guī)污染物瞬態(tài)排放的影響，圖7特別給出了乙醛、甲苯、丙烯、1，3-丁二烯在第1個(gè)ECE工況的瞬態(tài)排放放大曲線。從圖7(a)可以看出，隨著3種燃料中乙醇比例的增加，乙醛瞬態(tài)排放明顯呈現(xiàn)出階梯形增加的規(guī)律。E20的乙醛瞬態(tài)排放出現(xiàn)了兩個(gè)明顯的峰值，分別約為100 ×10－6和 60 ×10－6。這是由于汽車在加速工況時(shí)的燃料加濃，燃料中的乙醇發(fā)生了不完全燃燒，生成了大量的乙醛排放。而E10的乙醛瞬態(tài)排放在相同的時(shí)刻也出現(xiàn)了兩個(gè)高峰，但是峰值分別降低到70×10－6和40 ×10－6。汽油在相同時(shí)刻的排放峰值最低，分別只有約為45 ×10－6和25 ×10－6。

圖7(b)～圖7(d)分別給出的E20、E10、汽油3種燃料的甲苯、丙烯、1，3-丁二烯瞬態(tài)排放曲線也呈現(xiàn)出明顯的階梯狀分布規(guī)律，但與乙醛排放不同，這些污染物的排放隨著燃料中乙醇比例的增加反而減少。從圖中可以看出，汽油、E10燃料的甲苯、丙烯、1，3-丁二烯瞬態(tài)排放在冷起動(dòng)前100s的相同時(shí)刻都有兩個(gè)高峰，但是E20燃料的排放只有一個(gè)高峰，而且峰值明顯降低。

3.2 循環(huán)工況平均排放的測(cè)量結(jié)果與分析

一般認(rèn)為，循環(huán)工況平均排放能夠更為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)汽車尾氣中的污染物排放水平，因此本試驗(yàn)通過瞬時(shí)值積分和袋采分析方法進(jìn)一步研究了燃料中乙醇比例對(duì)循環(huán)工況平均排放的影響。

3.2.1 乙醇比例對(duì)法規(guī)污染物平均排放的影響

本試驗(yàn)使用MEXA袋采分析、MEXA瞬時(shí)值積分和FTIR瞬時(shí)值積分3種方法的平均值作為CO、NOx、CO2排放的測(cè)量結(jié)果，使用MEXA袋采分析、MEXA瞬時(shí)值積分兩種方法的平均值作為HC排放的測(cè)量結(jié)果，使用MEXA袋采分析、FTIR瞬時(shí)值積分兩種方法的平均值作為CH4排放的測(cè)量結(jié)果，如圖8所示。

從圖中可以看出，汽油、E10、E20 3種燃料的CO2和 NOx排放基本相同，而 CO、HC、CH4排放都隨燃料中乙醇比例的增加而減少。

測(cè)量結(jié)果說明，乙醇的氧含量能夠促進(jìn)燃料的充分完全燃燒，有效降低CO、HC、CH4法規(guī)污染物的生成，而對(duì)于NOx生成的影響較小。此外，由于乙醇的低熱值約為汽油的60%，因此在整個(gè)NEDC工況的燃料消耗量E20＞E10＞汽油，但是乙醇的碳質(zhì)量成分約為汽油的60%，相同質(zhì)量的燃料消耗之后生成的CO2排放量E20＜E10＜汽油，這兩種相反的影響因素造成CO2排放基本不變。

3.2.2 乙醇比例對(duì)非法規(guī)污染物平均排放的影響

本試驗(yàn)使用MEXA袋采化學(xué)分析和FTIR瞬時(shí)值積分兩種方法的平均值作為甲醛、乙醛、苯、甲苯排放的測(cè)量結(jié)果，使用MEXA袋采化學(xué)分析方法的測(cè)量值作為丙酮、二甲苯的排放結(jié)果，使用FTIR瞬時(shí)值積分方法的計(jì)算值作為乙烯、丙烯、1，3-丁二烯、異丁烯的排放結(jié)果。汽油、E10、E20 3種燃料的主要非法規(guī)污染物可以分為醛酮、芳香烴和烯烴3大類，其平均排放水平如圖9所示。

在圖9(a)所示的醛酮類排放中，乙醛排放隨著燃料中乙醇比例的增加而成比例地增加，E20和E10的乙醛排放水平分別是汽油的171.2%和142.2%，這與圖7(a)所示的乙醛瞬態(tài)排放結(jié)果是一致的。測(cè)量結(jié)果說明，燃料中的乙醇經(jīng)過不完全的氧化反應(yīng)后會(huì)在汽車尾氣中產(chǎn)生大量的乙醛排放，而甲醛和丙酮排放則基本不受燃料中乙醇比例的影響。

由圖9(b)可見，苯、甲苯排放隨燃料中乙醇比例的增加而成比例地減少，而汽油、E10、E20 3種燃料的二甲苯排放也有逐步減少的趨勢(shì)，但是幅度不大。E20的苯排放是汽油的81.0%，而E10是汽油的92.1%。E20和 E10的甲苯排放約為汽油的90.4%和94.8%，這與圖7(b)所示的3種燃料的甲苯瞬態(tài)排放變化規(guī)律相同。E20和E10的二甲苯排放約為汽油的93.0%和95.0%。測(cè)量結(jié)果表明，由于乙醇不含芳香烴成分，汽油燃料中添加乙醇，能夠在一定程度上降低汽車尾氣中的苯、甲苯、二甲苯等芳香烴污染物的排放。

從圖9(c)中可以看出，隨著燃料中乙醇比例的增加，乙烯、丙烯、1，3-丁二烯、異丁烯等烯烴類排放近似線性地減少。E20的乙烯排放是汽油的82.1%，而E10是汽油的92.8%。E20和E10的丙烯排放約為汽油的80.1%和87.3%，而E20和E10的1，3-丁二烯排放約為汽油的76.6%和91.4%，這與圖7(c)、(d)所示的丙烯、1，3-丁二烯瞬態(tài)排放結(jié)果相同。E20和E10的異丁烯排放約為汽油的82.4%和94.0%。測(cè)量結(jié)果說明，燃料中乙醇的氧含量有助于汽油中烯烴的完全氧化，能夠有效降低汽車尾氣中的烯烴排放。

4 結(jié)論

(1)通過汽車尾氣中 CO、NOx、CO2等法規(guī)污染物和甲醛、乙醛、苯、甲苯等非法規(guī)污染物的瞬態(tài)排放和循環(huán)工況平均排放測(cè)量結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了MEXA、FTIR、HPLC、GC-MS等各種測(cè)試方法具有較好的一致性。

(2)在冷起動(dòng)的第1個(gè)汽車加速工況，乙醛、甲苯、丙烯、1，3-丁二烯排放會(huì)有一個(gè)最高的瞬時(shí)峰值，然后逐漸在100s左右降低到零排放附近，并維持到NEDC工況結(jié)束。汽車在整個(gè)NEDC工況的非法規(guī)污染物排放水平主要取決于催化劑尚未完全起燃的冷起動(dòng)前100s。

(3)隨著燃料中乙醇比例的增加，CO2和NOx排放基本保持一致，HC、CO、CH4排放成比例地減少，乙醛排放成比例地增加，苯、甲苯、二甲苯、乙烯、丙烯、1，3-丁二烯和異丁烯排放成比例地減少，甲醛和丙酮排放基本維持不變。

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