汽车尾气治理

第三节 汽油机有害排放的影响因素分析
CO排放量主要受空燃比影响：浓混合气多，稀混空气也有少量的CO排出 HC、NO排放的影响因素多、复杂，主要有运转条件和结构参数等。
一、空燃比及点火时间的影响
1. 空燃比的影响
对HC的影响：
在空燃比小于18时, HC排放随空燃比增加 而减少 原因: 混合气变稀，壁面淬熄层中燃料浓 度减少以及在排气行程及排气道中氧浓度 的增大使HC进一步氧化。 当空燃比大于18时，HC随空燃比增大而 增加. 原因: 混合气变稀，部分燃烧及失火致使 HC排放增加。但稀燃汽油机不增加。
7．芳烃含量的影响 芳烃：指最少包括一个苯环的燃油分子 作用：能提高汽油的辛烷值和能量密度 危害：增加发动机中的沉积物、有害气体及二氧化碳排 放量。试验表明，汽油中芳烃含量与排气中有毒物质苯 的含量成比例增加。 8．苯含量的影响 来源：原油和催化重整过程，苯能提高汽油的辛烷值 危害：致癌作用。 9． 挥发性的影响 太低：混合气的生成不良，启动困难，暖机性能不好，影 响燃烧和排放； 太高：蒸发排放增加，碳罐容易过载，并且油路中气泡增 加，影响喷油器的稳定性，进而影响排放。 在不同的温度时，汽车需要的蒸汽压不同。从汽车的启动 和暖车性能考虑，希望汽油在低温时具有高的蒸汽压。
图6-5 点火时间对HC、NO的影响
二、运转条件
瞬态（过渡）运行工况：主要有起动、加速、减速等。
起动时：转速低、温度低、空气流速低、汽油雾化差、各缸 分配均匀性差、通常为浓混合气，发动机的燃烧不良，排气 中CO及HC浓度很高。 加速性：加速工况通常由加速泵增加进入缸内的燃油量，即 供给较浓的混合气，故排气中的CO及HC浓度增大。 减速时：节气门开度的突然减小，进气管内的真空度增大， 使壁面上的燃油蒸发加速，还有，从化油器的量孔中流出的 燃油由于惯性的作用，仍流入进气管，这将使进入气缸的混 合气过浓，排气中的CO及HC浓度增大，燃油经济性变差。
6．烯烃含量的影响 烯烃是不饱和碳烃混合物，能提高辛烷值，但受热后会形成胶质沉积 在进气系统和燃油供给系统中，形成堵塞，使排放恶化，功率下降，油 耗增加。 研究表明，HC中烯烃的含量和燃料中烯烃与石腊的含量的总和成比 例；烯烃和二烯烃是生成进气阀沉积物的主要成分；烯烃蒸发后会促使 近地大气中形成臭氧，危害健康。
9(43*)
研究部门
CO 19
9(52*)
NOx 8
10(20*)
32 32
55 46
48 61
JARI
Alliance/AIAM JCAP
1978年限值
LEV&ULEV LEV&ULEV DI/NOx催化剂
197
100 30 25
21
30 1 2
55
21 7 -
51
34 12 -
77
27
16 37
*热车时的EUDC部分试验达到的降低数值。
美国汽车制造商协会AAMA（Aerican Automobile Manufactures Association） 国际汽车制造商协会AIAM、（Association of International Automobile Manufactures） 汽车制造商联盟Alliance（Alliance of Automobile Manufactures） 空气质量改善研究计划AQIRP（Air Qulity Improvement Research Programme） 美国调查研究理事会CRC（Coordinating Research Council） 欧洲排放、燃油和发动机技术计划EPEFE（European Programme on Emission，Fuel & Engine Technology）、JARI日本汽车研究所(Japan Automobile Research Institute) 日本空气洁净计划JCAP (Japan Clean Air Progam)；
5．含氧化合物的影响 在燃油中加入含氧的组分甲基叔丁基醚(MTBE)、乙基叔丁基醚(ETBE) 或乙醇等可提高辛烷值，减少CO和HC的排放。但在汽油中加入含氧的 甲醇，则会腐蚀破坏燃油供给系统。 对于化油器式发动机和开环控制的发动机，燃油中加入含氧化合物可使 排放越低。 对于采用闭环控制的、燃用理论空燃比的发动机，含氧化合物的加入， 则会因富氧而干扰氧传感器闭环控制系统工作，供给使发动机的混合比 偏离理论比变得稍稀，使催化器的转换效率降低，NOx排放增加。 对于稀燃发动机，如果添加的比例过大，则可能导致发动机混合气过稀 ，工作稳定性变差，导致排放增加。
对NO的影响：
NO的排放在16附近最大， 小或大于16的空燃比都使NO排放浓度降 低
图6-4 空燃比对HC、NO的影响12
MBT：Minimum advance for the best torque
2. 点火时间的影响
空燃比一定时，HC及NO的排放随着点火时间推迟减少。 HC减少的主要原因是点火时间延迟后，排气温度上升，使HC在排气行程及排气道 中的氧化加强。 NO降低的原因主要是由于点火延迟后，最高燃烧温度直线下降。
MMT 锰能够产生足够的存储 氧能力，使OBDⅡ系统不能 识别已失效的TWC MMT的燃烧产物会覆盖 发动机零件表面如火花塞、 TWC表面等处，因而锰会 影响正常点火或导致失火， 在有些情况下可以使催化器 前端的孔堵塞，使汽车排放 和油耗增加，性能下降。
图6-1b MMT对汽车排放的影响
（3）铁含量的影响 来自：替代四乙基铅的二茂铁（ferrocene）添加剂 二茂铁的燃烧产物会以铁的氧化物的形式会覆盖在发动机 火花塞表面、催化剂和排气系统等处 火花塞早期出现故障、寿命减少， 催化剂和氧传感器出现故障或失效 进入润滑系统则可使活塞环等磨损加大。 4．硅的影响 硅的可能来源：遗弃在精炼厂附近的含硅溶剂混入所致。 硅燃烧后产生的白色粉末状可沉积物在氧传感器上使其失 灵，也可覆盖在催化剂表面，使催化器的转换效率降低， 发动机磨损增加。
1．辛烷值的影响 （1）.辛烷值的分类： RON：较好地反映发动机低速和中等程度敲缸 （knock）时的运转情况 MON：能较好地反映发动机节气门部分开度和 高温敲缸时的运转情况，RON通常高 于MON值10个单位。 北京06年5月24日起的汽油价格 90 # 4.76 93 # 5.09 97# 5.42 98# 6.02
3．金属添加剂的影响 （1）铅含量的影响 有机铅化物可增加汽油的辛烷值，但会使TWC很快中毒失效。 “无铅汽油” 并非真正无铅 随着使用时间增长，微量铅也会对排放系统的性能产生影响
MMT的影响 LEVs 在运行160000km后，使用添加 （2）．锰含量的影响 锰主要来源于燃料中的 1/32g/Usgal锰的汽油的汽车其排放中非甲烷有 辛烷值增加剂有机锰化合物 机气体NMOG、CO和NOx明显增加，但每 Usgal汽油的行驶里程约增加了0.8km。
图6-3 发动机的排气成分随空燃比的变化
过量空气系数的计算式
a
n p x H 2 O n p (1 x H 2 O )( CO 2 CO 2 2 O 2 NO 2 NO 2 ) r (n m 4 0 ) 2 4 . 773 2 1 0 r
第一节 燃料标准及其品质对排放的影响
一、汽油标准（Gasoline fuel standards） 1. 我国目前的基准燃料的技术指标：
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表6-1 我国汽油车试验用基准燃料的技术要求（等同CEC RF-08-A-85）
限值 技术指标 研究法辛烷值 马达法辛烷值 15C时的密度，kg· -1 L 雷德蒸汽压，kPa 起馏点，C 10%馏出温度，C 50%馏出温度，C 90%馏出温度，C 终馏点，C 残留量 ，%（V/V） ≥95.0 ≥ 85.0 0.748～0.762 56～64 24～40 42～58 90～110 155～180 190～215 2 烯烃，%（V/V） 芳烃，%（V/V） 饱和烃，%（V/V） 苯，%（V/V） 诱导期*，min 实际胶质 ，mg· （100mL）-1 硫含量， %（m/m） 50C时、3h的铜片腐蚀 铅含量，g/L 磷含量，g/L ≤5 ≥480 ≤4 ≤0.04 一级 ≤0.005 ≤0.0013 ≤20 其余 技术指标 限值
表6-2 世界燃油规范规定的汽油的主要指标 1类 技术指标 硫含量, mg/kg ≤1000 ≤200 ≤30 无硫 2类 3类 4类
铅含量，g/L
芳烃含量，%（V/V） 苯含量，%（V/V） 烯烃含量，%（V/V）
0.005
50 5.0 -
不可察觉
40 2.5 20
不可察觉
35 1.0 10
不可察觉
2．硫含量的影响 硫会增加点火迟滞，提高点火温度 催化转化器中毒失效、效率降低 发动机功率降低 车载故障诊断系统OBDⅡ（少数国产轿车已采用）不能识别失效的TWC 腐蚀金属零件
实 例 1
图6-1 硫的体积分数对净化器效率及出口排放的影响
实例2 汽油中硫含量对汽油车排气中有害物HC、CO和NOx的排出量影响 汽车排放 技术水平 Tier 0 EURO 2 LEV&ULEV LEV 硫含量范围 （mg/kg） 450 382 600 630 50 18 30 30 硫含量降低后有害物降低 百分数，% HC AQRP EPEFE AAMA/AIAM CRC 18
实例3：硫含量对汽油车NOx排出量的影响：
随着硫含量的降低，NOx有下降的趋势 车辆的排放技术水平不同时，NOx排出量和下降的多少不同。 稀燃发动机、缸内直喷发动机汽车的NOx排放量明显高于化学计量空燃 比的车辆。原因是硫的燃烧产物使NOx催化净化器效率降低。
燃料中硫含量对汽油车NOx排出量的影响（10・15工况） 降低硫含量是降低汽油车有害物HC、CO和NOx的一个重要措施。