探秘燃油配方：解锁降低汽车尾气排放、守护空气质量的密码

为探究燃油配方对汽车尾气排放的影响，研究人员以欧 6 车辆为对象，对比冬夏汽油在实际驾驶排放循环（RDE）中的表现。结果表明不同汽油配方会导致尾气中 CO、THC、NOx及颗粒物排放各异。该研究为优化燃油配方、减少污染提供依据。

　　在当今社会，汽车已然成为人们出行不可或缺的交通工具。然而，汽车尾气排放却如同一个隐匿在城市上空的 “阴霾恶魔”，给环境和人类健康带来了极大的威胁。全球范围内，交通运输领域的尾气排放是空气污染的重要 “贡献者”。尽管各国政府通过制定如欧洲标准等政策来管控尾气排放，使得 NO_x和 PM2.5 等污染物的排放有所减少，但全球变暖危机依旧严峻。就拿英国来说，在欧洲，交通运输产生的颗粒物排放约占 30%，NO_x排放约占 40.5%，而其中道路运输又是 “主力军” 。

与此同时，全球汽车行业正朝着更清洁的技术方向转型，不过，内燃机（Internal Combustion Engines，ICE）车辆在道路上仍占据主导地位。2020 年，电动汽车仅占全球轻型车辆的 0.7%，即便到 2050 年，预计这一比例也才提升至 31% 。并且，国际能源署指出，到 2030 年，电动汽车预计仅占全球轻型车辆销量的 40% 。这意味着在未来相当长的一段时间内，内燃机车辆还会与我们相伴。

更糟糕的是，车辆尾气排放中的超细颗粒物（≤2.5μm）对人体健康危害极大，每年约有 400 万人因心肺疾病死亡与之相关 。为了应对这一情况，欧洲不断收紧尾气排放标准，促使发动机技术不断进步，比如直接喷射系统，虽然提高了燃油效率，但却导致 NO_x排放增加和颗粒物排放更细 。而且，实验室条件下尾气排放的降低，与现实世界的情况存在差异，像 “柴油门” 丑闻就揭示了这一问题，所以需要更可靠的测量方法。此外，燃油的季节性配方变化，以及环境温度等因素对尾气排放的影响，也有待深入研究。在这样的背景下，研究燃油配方对汽车尾气排放的影响变得至关重要。

来自国外的研究人员针对这一问题展开了研究。他们以一辆改装成移动实验室的斯柯达野帝 1.2 汽油车为实验对象，该车配备涡轮增压直喷分层燃烧发动机，符合欧 6 排放标准，采用三元催化（Three-Way Catalytic，TWC）后处理系统，但没有颗粒过滤器。研究人员按照实际驾驶排放（Real Driving Emissions，RDE）循环进行测试，测试路线模拟西班牙典型的交通状况，涵盖城市、乡村和高速公路路段。实验中使用先进仪器测量尾气排放，如用发动机排气粒子粒度仪（Engine Exhaust Particle Sizer，EEPS - 3090）测量颗粒物浓度和粒径分布，用车载排放测量系统（On-Board Emissions Measurement System，OBS - 2200）测量气体排放。同时，运用多种仪器分析技术对实验用汽油进行检测。

研究结果

1. 气体排放：在夏季条件下对比冬夏汽油测试结果发现，夏季汽油（Summer Gasoline，SG）产生的一氧化碳（CO）浓度比冬季汽油（Winter Gasoline，WG）更高，这是因为 SG 中芳烃含量较高，其较低的蒸气压阻碍了燃烧过程，导致 CO 生成增加。而 WG 的石蜡含量较高，使得燃烧效率更高，所以二氧化碳（CO₂）排放更高，但同时由于其能量含量较低，为达到相同功率输出会增加燃油消耗，从而也增加了 CO₂排放。另外，WG 产生的总碳氢化合物（THC）和 NO_x排放比 SG 更高。这是因为 WG 的石蜡含量高，在冷启动等情况下会导致雾化效果差、燃烧不完全，部分未燃烧混合物进入排气口或被润滑油吸收后释放，导致 THC 排放增加。而且，WG 较低的芳烃含量和较高的石蜡含量会使混合气更稀，燃烧温度更高，且高温持续时间更长，从而促进了 NO_x的生成。

对不同驾驶区域进行分段分析发现，在城市环境中，WG 的 CO 排放比 SG 低，但 CO₂、THC 和 NO_x排放更高；在农村地区，SG 产生的 CO 和 THC 约为 WG 的两倍，而 WG 的 CO₂和 NO_x排放略高；在高速公路上，WG 的 CO 排放更少，CO₂排放更高，NO_x排放基本不变。这些结果表明驾驶条件会影响尾气排放行为，发动机对燃油配方的响应会因驾驶环境而异。
2. 颗粒物排放：在冬季条件下，使用 WG 的车辆颗粒物排放比使用 SG 的车辆高 17.2%。这主要是因为 WG 的芳烃含量较少，在相同喷油条件下，燃烧室内释放的热量较少，导致催化剂工作温度较低，效率降低。同时，WG 中较高的乙醇含量会降低燃烧室温度，使得燃油雾化效果变差，混合气不均匀，进而导致燃烧不完全，促进了颗粒物的形成。而 SG 中较高的含氧化合物有助于燃油更好地蒸发和更完全地燃烧，减少了促进烟尘形成的关键中间物种的浓度。在常见的夏季用 SG、冬季用 WG 的场景下，使用 WG 的车辆颗粒物排放比使用 SG 的车辆高 17.7%，且 WG 排放的总颗粒数更多，SG 排放的较小粒径（6 - 8nm）颗粒更多，这些小颗粒对健康危害更大。

研究结论和讨论

综合实验结果，燃油类型对气态污染物和颗粒物排放有显著影响。不同燃油配方在燃烧过程中，因成分差异，对 CO、CO₂、THC、NO_x和颗粒物排放的影响各不相同。芳烃含量与排放之间存在复杂关系，较高的芳烃含量虽有助于降低 NO_x排放，但可能会增加 CO 和超细颗粒物排放。因此，优化燃油配方至关重要，可根据不同地区的排放重点来调整芳烃含量，比如在城市地区重点减少超细颗粒物排放，在空气质量法规严格的地区着重降低 NO_x排放。

通过对不同驾驶区域的分段分析可知，燃油配方对气态排放的影响在不同驾驶环境中有所不同。这凸显了在排放研究中采用模态和分段分析的重要性，有助于根据实际驾驶条件开发优化的燃油配方，从而降低车辆对环境的影响。

在实际车辆使用中，冬夏不同燃油的使用导致颗粒物排放差异明显，这反映出季节性燃油设计的权衡问题，即冬季注重点火性能，夏季注重减少蒸发，这些都会影响整体排放平衡。为解决这些问题，未来应致力于优化燃油成分，实现全年高效燃烧，并推动汽车制造商改进发动机技术，降低对季节性燃油变化的敏感性，以此减少排放，减轻对环境的影响。此外，汽车制造商对负载控制系统（如空燃比）的校准也会影响内燃机的排放，冬季加浓新鲜混合气虽有助于提高三元催化剂的温度，增强 NO_x后处理效果，但会增加 CO 和 THC 等其他污染物的排放。

该研究在西班牙马德里对欧 6 车辆进行实际驾驶排放循环测试，评估了季节性汽油变化对排放的影响，提供了关键的真实世界数据。与以往实验室研究不同，其结果对于制定燃油优化策略、改善空气质量、减少环境污染具有重要意义，也为未来排放法规的制定提供了参考依据。随着汽车行业向混合动力和电动汽车转型，这些研究成果可为开发新型燃油混合物提供指导，以提高内燃机的效率，减少污染物排放，尤其是在货运和农村交通等内燃机仍占重要地位的领域。

研究人员在本研究中主要运用了以下关键技术方法：一是采用符合 RDE 循环的实际驾驶测试，选择模拟西班牙典型路况的特定路线进行实验，保证测试的真实性；二是使用先进仪器测量尾气排放，如 EEPS - 3090 检测颗粒物，OBS - 2200 测量气体排放；三是运用多种仪器分析技术检测汽油，包括质子核磁共振光谱（^¹H NMR）确定汽油成分，气相色谱 - 质谱联用（GC - MS）识别汽油组分，以及测定汽油的辛烷值、蒸馏曲线、蒸气压和元素组成等参数 。