【文章內(nèi)容簡介】 車發(fā)動機的主要燃料，在汽油機的工作過程中，要求其燃料供給系統(tǒng)在一個極短時間里，將汽油和空氣充分混合并配制成合適比例的可燃混合氣。保證汽油機能在各種條件下可靠起動、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)、正常燃燒，充分發(fā)揮汽油機的使用性能。 辛烷值的影響 辛烷值是表示點燃式發(fā)動機燃料爆抗性的一個約定數(shù)值。在規(guī) 定條件下的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機試驗中，通過與標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行比較來測試，采用和被測燃料具有相同抗暴性的標(biāo)準(zhǔn)燃料中異辛烷的體積百分?jǐn)?shù)表示。 汽油的辛烷值不僅對汽油機的排放有一定的影響，而且還直接關(guān)系到是否發(fā)生爆燃。辛烷值是表示汽油抗爆的指標(biāo)。在 汽油機燃燒中，隨著壓縮比及氣缸內(nèi)氣體溫度的不斷升高，可能出現(xiàn)一種不正常的自燃現(xiàn)象，稱謂爆燃。汽油的辛烷值越高，則抗爆燃的能力越強，辛烷值低則易產(chǎn)生爆燃，并增加 NOX 排放量，特別在較稀混合氣的情況下更加顯著。事實上，由于爆燃對發(fā)動機有破壞作用，所以引起 NOX 劇增的強爆燃情況是在實際使用中 不允許發(fā)生的 ,從另外一方面來看，較低的辛烷值限制了發(fā)動機的壓縮比，導(dǎo)致燃油消耗率上升，總污染物排放量也隨之上升 ，對環(huán)境危害也有所增加。 眾所周知， 在許多情況下烯烴是汽油提高辛烷值的理想成分，但是由于烯烴的熱穩(wěn)定較差，導(dǎo)致它容易產(chǎn)生膠質(zhì)，并沉積在進(jìn)氣系統(tǒng)中，影響燃燒效果，增加排放。活潑烯烴是光化學(xué)煙霧的前體物，蒸發(fā)排放到大氣中將會產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，從而引起光化學(xué)污染。我國許多城市在夏秋季都發(fā)生過空氣臭氧濃度超標(biāo)的光化學(xué)煙霧型空氣污染，與使用高烯烴汽油有著密切的關(guān)系 ，因此也應(yīng)引起重視。 硫含量的影響 硫（ S）天然存在于原油中，如果在煉油過程未進(jìn)行脫硫處理，汽油就會受其污染。硫可降低三元催化器的效率，對氧傳感器也有不利影響，進(jìn)而使汽車使用的汽油機排放增加，不論其發(fā)動機技術(shù)水平和狀態(tài)如何，汽油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從 104降到 105數(shù)量時，尾氣中的 HC、 CO、 NOX等均有顯著下降，高硫汽油會引起車載診斷系統(tǒng)的混亂和誤報。 添加劑的影響 車用汽油中的可能加入多種類型的添加劑：防止汽油爆燃的抗爆劑，如四乙基鉛、 MMT等；抑制烯烴聚合的抗氧劑，如氨基酚、烷基酚等。 無鉛汽油還添加一些高辛烷值的含氧有機化合 物，如 MTBE 和乙醇等。汽油自身還有的氧有助于氧化汽油的不完全燃燒物 CO 和 HC，并降低它們的排放，當(dāng)用無反饋控制的供油系統(tǒng)時，從純烴燃料改用含氧燃料表示著混合氣變稀，也會是 CO 和 HC 的排放下降。 空燃比對尾氣的影響 HC 是可燃混合氣不完全燃燒或裂解的碳?xì)浠衔锛吧倭康难趸磻?yīng)的中間產(chǎn)物。 CO主要來自在空氣不足的情況下可燃混合氣的不完全燃燒，是汽油機尾氣中有害成分濃度最大的物質(zhì)。 CO2是可燃混合氣燃燒的產(chǎn)物，它能夠反映出燃燒的效率。 隨著空燃比的增加，CO 的排放濃度逐漸下降， HC 的排放濃度兩頭高、中間 低， CO2的排放濃度中間高、兩頭低。當(dāng)空燃比小于 :1 時，混合氣變濃，由于空氣量不足引起不完全燃燒， CO、 HC 的排放量增大。空燃比越接近理論空燃比 :1，燃燒越完全， HC、 CO 的值越低， O2 越接近于零，而 CO2的值越高。而當(dāng)混合氣空燃比超過 :1 時，混合氣變稀，由于燃料成分過少，用通常的燃燒方式已不能正常著火，產(chǎn)生失火，使未燃 HC 大量排出。在理論空燃比附近，CO 曲線有一個拐點，當(dāng) A/F 減少時，可燃混合氣過濃，燃油無法充分燃燒， CO 生成物便 8 急劇增加；當(dāng) A/F 增大時，氧含量充足，燃油可以充分燃 燒，使 CO 生成量減少，而且比較穩(wěn)定。 圖 41 空燃比對排放污染物的影響 點火正時對尾氣的影響 點火提前角對 CO 的排放沒有太大影響，但對 HC 和 NOX的影響較大，過分推遲點火會使 CO 沒有時間完全氧化而引起 CO 排放量增加，但適度推遲點火可減小 CO 排放。實際上當(dāng)點火時間推遲時，為了維持輸出功率不變需要開大節(jié)氣門，這時 CO 排放明顯增加。隨著點火提前角的推遲， HC 的含量降低，主要是因為增高了排氣溫度，促進(jìn)了 CO 和 HC 的氧化，也由于減小了燃燒室內(nèi)的激冷面積?；鹛崆敖菍?CO 的生成量影響不大，但對 HC 和NOX的影響較大。 隨著點火提前角的增大， HC 和 NOX生成物都會急劇增加，其原因與燃燒時的速度、壓力、溫度等有關(guān)，當(dāng)點火提前角增大到一定值后，由于燃燒時間過短， HC 和 NOX生成量便有所下降。當(dāng)然，正確的調(diào)整點火正時是非常必要的，過遲的點火提前角會使發(fā)動機動力下降，油耗增大，工作不穩(wěn)。 發(fā)動機轉(zhuǎn)速對尾氣的影響 發(fā)動機在怠速、減速和低速小負(fù)荷時的混合氣較濃，發(fā)動機工作循環(huán)的氣體壓力與溫度不高，混合氣的燃燒速度減慢，引起不完全燃燒，從而產(chǎn)生 CO。轉(zhuǎn)速的變化對 CO 的排放沒有太大的影響，這是由于在排氣系 統(tǒng)中的 CO 被氧化，在正常的排氣溫度下，并不受混合氣的限制，而是取決于化學(xué)反應(yīng)的速度。提高怠速轉(zhuǎn)速，對降低怠速時的 CO 有一定的好處，這是由于隨著怠速轉(zhuǎn)速的提高，進(jìn)氣節(jié)流減少，進(jìn)入的空氣量增加。于是殘留氣體的稀釋程度有所減小，使得燃燒改善。 發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時， HC 的排放有明顯的降低。原因在于轉(zhuǎn)速升高增加了汽缸中的擾流混合與渦流擴(kuò)散，又增加了排氣中擾流與混合，前者增加了氣缸內(nèi)的燃燒，增加了激冷層 9 的后氧化反應(yīng)。但是高速時為了克服較高的發(fā)動機阻力，需要加大排氣容積的流量，使其排氣系統(tǒng)停的時間縮短。因此 HC 排放量降低且 小于按濃度改變預(yù)計的結(jié)果。同時適當(dāng)?shù)奶岣甙l(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速，對降低 HC 成分有好處。 對于不同混合比的混合氣，轉(zhuǎn)速對 NOX 生成速度有著不同的影響。對于燃燒慢的較稀混合氣，在轉(zhuǎn)速提高時，由于著火落后期對于轉(zhuǎn)速的影響較小，在點火時間一定的情況下，燃燒的大部分將在膨脹過程和溫度較低時進(jìn)行，使得 NOX 的生成速度降低。對于燃燒速度較慢的濃混合氣提高其轉(zhuǎn)速時，由于加強了氣體在汽缸中的擾動，加大了火焰?zhèn)鞑サ乃俣龋瑫r也減少了熱損失，使得 NOX的生成速度相對增大。 發(fā)動機負(fù)荷對尾氣的影響 發(fā)動機負(fù)荷可以用與節(jié)氣門開度相關(guān) 的進(jìn)氣管壓力來表示，進(jìn)氣管壓力越大（即進(jìn)氣管真空度越低），發(fā)動機負(fù)荷也就越大。 對 CO 來說，空燃比不變，功率輸出的大小對 CO 排放沒有影響， CO 的排放量隨功率的輸出及空氣的消耗量的增加而增大，發(fā)動機在小負(fù)荷及大負(fù)荷工作時，所供給的混合氣均較濃，在兩種情況下 CO 排放均比較高。例如，最大功率時，節(jié)氣門全開，供給較濃的混合氣，因此 CO 的排放較高。 當(dāng)空燃比和轉(zhuǎn)速保持不變，并按最大功率調(diào)節(jié)點火提前角時改變負(fù)荷對 HC 的排放影響不大。這是因為影響 HC 排 放的因素有的使 HC 降低，有的使它增加，結(jié)果作用恰恰相互抵消。當(dāng)進(jìn)氣管壓力在 ～ 范圍內(nèi)時，因供給的混合氣較稀，所以 HC 排放降至很低，當(dāng)進(jìn)氣管壓力超過 時，接近全負(fù)荷時混合氣加濃。此時 HC 排放量理應(yīng)上升，但由于全負(fù)荷時，排氣溫度相應(yīng)增大，這時排氣后反應(yīng)對 HC 排放的消除作用加強了，從而限制了 HC 的排放。小負(fù)荷時進(jìn)氣管壓力低，由于缸壁激冷作用的增強，混合氣又較濃，若進(jìn)氣管壓力低于 20kPa，時還可能發(fā)生火焰?zhèn)鞑ゲ煌耆?，結(jié)果使 HC 排放明顯升高。例如在汽車突然關(guān)閉節(jié)氣門時，進(jìn)氣管內(nèi) 液體燃料的瞬時蒸發(fā)，造成高進(jìn)氣真空下的混合氣的額外加濃，也會出現(xiàn)這種情況。 發(fā)動機負(fù)荷小時（進(jìn)氣管壓力低），可使 NOX排放濃度下降。負(fù)荷減小進(jìn)氣壓力降低，發(fā)動機溫度低，殘余廢氣增加，導(dǎo)致著火落后期變大及火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，這兩個因素均使燃燒時間加長，若在此時點火時間不變，則燃燒過程將更多的膨脹行程延伸，這樣就會使循環(huán)最高溫度降低而使排氣中的 NOX濃度下降。 第五章 我國與國外汽車排放標(biāo)準(zhǔn)對比分析 我國與國外汽車的排放標(biāo)準(zhǔn)對比 為降低汽車尾氣排放對城市環(huán)境造成的危害，世界各國均采用制定汽車排放標(biāo)準(zhǔn)來限制 汽車尾氣排放。目前國際上汽車排放法規(guī)主要分為三大體系，即美國排放法規(guī)、歐洲排放法規(guī)和日本排放法規(guī)，其他各國基本上按照或參考這三大體系來制定本國的排放法規(guī)，我國主要參照歐洲排放法規(guī)。 從表 51 可以看出，我國汽車排放控制水平，轎車在 2020年達(dá)到國 1 號法規(guī)，在 2020 年前后達(dá)到國 2 號水平法規(guī)， 2020 年左右 開始陸續(xù)實行國 Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，并在 2020 年，北京率先擬執(zhí)行新車國 V 標(biāo)準(zhǔn)。 10 表 51 我國與國外汽車的排放標(biāo)準(zhǔn)對比 我國近幾年的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn) 2020 年 7 月 1 日，全國范圍內(nèi)開始實施“國Ⅱ”排放標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 12 月 30 日，北京實施“國Ⅲ”排放標(biāo)準(zhǔn)，之前已經(jīng)上市并且通過“國Ⅲ”標(biāo)準(zhǔn)的車型可以延遲 1 年安裝 OBD。 2020 年 1 月 1 日，北京在全國范圍內(nèi)率先實施“國Ⅲ”排放標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 7 月 31 日，上海市環(huán)保局宣布，上海公交與出租車行業(yè)率先實施“國Ⅲ”排放標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 9 月 1 日，中央國務(wù)院正式批準(zhǔn)廣州實行“國Ⅲ”標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 12 月 1 日，北京全面禁止在京銷售未安裝 OBD 的新車。 2020 年 7 月 1 日，全國范圍內(nèi)開始實施“國Ⅲ”排放標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 1 月 1 日，“國Ⅳ”燃油在北京上市。 2020 年 1 月 1 日，在全國范圍內(nèi)對重型汽車上牌執(zhí)行“國Ⅲ”排放標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 7 月 1 日，在全國范圍內(nèi)對輕型汽車上牌執(zhí)行“國Ⅲ”排放標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 12 月 21 日，環(huán)境保護(hù)部表示，國 Ⅳ 車用燃油的標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺，無法確保在全國范圍內(nèi)供應(yīng)相應(yīng)車用燃油，經(jīng)有關(guān)部門商討，對機動車國 Ⅳ 標(biāo)準(zhǔn)實施日期進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整 。 北京擬 2020 年實行新車國 V 排放標(biāo)準(zhǔn) 。 美國 汽車排放標(biāo)準(zhǔn) 美國是世界上最早執(zhí)行排放法規(guī)的國家，也是排放法規(guī)最嚴(yán)格的國家。美國的汽車排放法規(guī)分為聯(lián)邦排放法規(guī)即環(huán)境保護(hù)局 (EPA)排放法規(guī)和加利福尼亞州空氣資源局 (CARB)排放法規(guī)兩個標(biāo)準(zhǔn)。 美國加州 1960 年開始立法控制汽車排氣污染物，在 1963 年美國政府頒布《大氣凈化 歐盟 韓國 印度 中國 新加坡 1995 歐 Ⅰ — — — 歐 Ⅰ 1996 歐Ⅱ — — — 歐 Ⅰ 1997 歐Ⅱ — — — 歐 Ⅰ 1998 歐Ⅱ — — — 歐 Ⅰ 1999 歐Ⅱ — — — 歐 Ⅰ 2020 歐Ⅲ 歐Ⅱ — 國 Ⅰ 歐 Ⅰ 2020 歐Ⅲ 歐Ⅱ 歐 Ⅰ 國 Ⅰ 歐Ⅱ 2020 歐Ⅲ 歐Ⅲ 歐 Ⅰ 國 Ⅰ 歐Ⅱ 2020 歐Ⅲ 歐Ⅲ 歐 Ⅰ 國 Ⅰ 歐Ⅱ 2020 歐Ⅲ 歐Ⅲ 歐 Ⅰ 國Ⅱ 歐Ⅱ 2020 歐 Ⅳ 歐Ⅲ 歐Ⅱ 國Ⅲ 歐Ⅱ 2020 歐 Ⅳ 歐Ⅲ 歐Ⅱ 國Ⅲ 歐Ⅱ 2020 歐 Ⅳ 歐Ⅲ 歐Ⅱ 國Ⅲ 歐Ⅱ 2020 歐 Ⅳ 歐Ⅲ 歐Ⅱ 國Ⅲ 歐Ⅱ 2020 歐 Ⅳ 歐Ⅲ 歐Ⅱ 國Ⅲ 歐Ⅱ 2020 歐 Ⅳ 歐Ⅲ 歐Ⅲ 國 Ⅳ 歐Ⅱ 11 法》當(dāng)年，加州便開始了控制曲軸箱燃油蒸發(fā)物排放； 1966 年加州頒布實施“ 7 工況法”汽車排放法規(guī)， 1968 年聯(lián)邦采用“ 7 工況法”控制汽車的排放物； 1970 年加州開始控制轎車燃油蒸發(fā)物排放，美國聯(lián)邦政府從 1970 年開始制定了一系列車輛排放控 制法規(guī)， 1972年采用 LA4C(FPT72)測試循環(huán)，并增加對 NOX的控制， 1975 年改用 LA4CH(FPT75)測試循環(huán)；從 1975 年起到 80 年代，美國排放法規(guī)大幅度加嚴(yán)，特別強化對 NOX的限值，同時也提高對 HC 和 CO 的控制。 1990 年美國國會對《大氣凈化法》做了重大修訂，對汽車排放提出了更高的要求。 1994 年加利福尼亞州制定了低污染汽車排放法規(guī)，將輕型車分為了過渡低排放車 (TLEV)、低排放車 (LEV)、超低排放車 (ULEV)和零排放車 (ZEV)，并且規(guī)定從 1998年起銷售到加州的輕型車必須有 2%為無污染排放 (零排放 )， 2020年為 5%， 2020年達(dá)到 10%。同時計劃在 2020 年進(jìn)一步強化汽車排放法規(guī) (SULEV),限值為 ULEV 的 1/4。表 52 是聯(lián)邦輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)。 表 52 美國聯(lián)邦輕型車排放控制標(biāo)準(zhǔn) 實施年份 測試循環(huán) CO HC NOX 1993 — 84 1995 7 工況法 51 —