我国汽车尾气排放的现状与对策

我国汽车尾气排放的现状与对策内容摘要：

车发动机的主要燃料，在汽油机的工作过程中，要求其燃料供给系统在一个极短时间里，将汽油和空气充分混合并配制成合适比例的可燃混合气。 保证汽油机能在各种条件下可靠起动、平稳运转、正常燃烧，充分发挥汽油机的使用性能。 辛烷值的影响 辛烷值是表示点燃式发动机燃料爆抗性的一个约定数值。 在规 定条件下的标准发动机试验中，通过与标准燃料进行比较来测试，采用和被测燃料具有相同抗暴性的标准燃料中异辛烷的体积百分数表示。 汽油的辛烷值不仅对汽油机的排放有一定的影响，而且还直接关系到是否发生爆燃。 辛烷值是表示汽油抗爆的指标。 在 汽油机燃烧中，随着压缩比及气缸内气体温度的不断升高，可能出现一种不正常的自燃现象，称谓爆燃。 汽油的辛烷值越高，则抗爆燃的能力越强，辛烷值低则易产生爆燃，并增加 NOX 排放量，特别在较稀混合气的情况下更加显著。 事实上，由于爆燃对发动机有破坏作用，所以引起 NOX 剧增的强爆燃情况是在实际使用中 不允许发生的 ,从另外一方面来看，较低的辛烷值限制了发动机的压缩比，导致燃油消耗率上升，总污染物排放量也随之上升 ，对环境危害也有所增加。 众所周知， 在许多情况下烯烃是汽油提高辛烷值的理想成分，但是由于烯烃的热稳定较差，导致它容易产生胶质，并沉积在进气系统中，影响燃烧效果，增加排放。 活泼烯烃是光化学烟雾的前体物，蒸发排放到大气中将会产生光化学反应，从而引起光化学污染。 我国许多城市在夏秋季都发生过空气臭氧浓度超标的光化学烟雾型空气污染，与使用高烯烃汽油有着密切的关系 ，因此也应引起重视。 硫含量的影响 硫（ S）天然存在于原油中，如果在炼油过程未进行脱硫处理，汽油就会受其污染。 硫可降低三元催化器的效率，对氧传感器也有不利影响，进而使汽车使用的汽油机排放增加，不论其发动机技术水平和状态如何，汽油中硫的质量分数从 104降到 105数量时，尾气中的 HC、 CO、 NOX等均有显著下降，高硫汽油会引起车载诊断系统的混乱和误报。 添加剂的影响 车用汽油中的可能加入多种类型的添加剂：防止汽油爆燃的抗爆剂，如四乙基铅、 MMT等；抑制烯烃聚合的抗氧剂，如氨基酚、烷基酚等。 无铅汽油还添加一些高辛烷值的含氧有机化合 物，如 MTBE 和乙醇等。 汽油自身还有的氧有助于氧化汽油的不完全燃烧物 CO 和 HC，并降低它们的排放，当用无反馈控制的供油系统时，从纯烃燃料改用含氧燃料表示着混合气变稀，也会是 CO 和 HC 的排放下降。 空燃比对尾气的影响 HC 是可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。 CO主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。 CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。 随着空燃比的增加，CO 的排放浓度逐渐下降， HC 的排放浓度两头高、中间 低， CO2的排放浓度中间高、两头低。 当空燃比小于 :1 时，混合气变浓，由于空气量不足引起不完全燃烧， CO、 HC 的排放量增大。 空燃比越接近理论空燃比 :1，燃烧越完全， HC、 CO 的值越低， O2 越接近于零，而 CO2的值越高。 而当混合气空燃比超过 :1 时，混合气变稀，由于燃料成分过少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃 HC 大量排出。 在理论空燃比附近，CO 曲线有一个拐点，当 A/F 减少时，可燃混合气过浓，燃油无法充分燃烧， CO 生成物便 8 急剧增加；当 A/F 增大时，氧含量充足，燃油可以充分燃 烧，使 CO 生成量减少，而且比较稳定。 图 41 空燃比对排放污染物的影响 点火正时对尾气的影响 点火提前角对 CO 的排放没有太大影响，但对 HC 和 NOX的影响较大，过分推迟点火会使 CO 没有时间完全氧化而引起 CO 排放量增加，但适度推迟点火可减小 CO 排放。 实际上当点火时间推迟时，为了维持输出功率不变需要开大节气门，这时 CO 排放明显增加。 随着点火提前角的推迟， HC 的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了 CO 和 HC 的氧化，也由于减小了燃烧室内的激冷面积。 火提前角对 CO 的生成量影响不大，但对 HC 和NOX的影响较大。 随着点火提前角的增大， HC 和 NOX生成物都会急剧增加，其原因与燃烧时的速度、压力、温度等有关，当点火提前角增大到一定值后，由于燃烧时间过短， HC 和 NOX生成量便有所下降。 当然，正确的调整点火正时是非常必要的，过迟的点火提前角会使发动机动力下降，油耗增大，工作不稳。 发动机转速对尾气的影响 发动机在怠速、减速和低速小负荷时的混合气较浓，发动机工作循环的气体压力与温度不高，混合气的燃烧速度减慢，引起不完全燃烧，从而产生 CO。 转速的变化对 CO 的排放没有太大的影响，这是由于在排气系 统中的 CO 被氧化，在正常的排气温度下，并不受混合气的限制，而是取决于化学反应的速度。 提高怠速转速，对降低怠速时的 CO 有一定的好处，这是由于随着怠速转速的提高，进气节流减少，进入的空气量增加。 于是残留气体的稀释程度有所减小，使得燃烧改善。 发动机转速升高时， HC 的排放有明显的降低。 原因在于转速升高增加了汽缸中的扰流混合与涡流扩散，又增加了排气中扰流与混合，前者增加了气缸内的燃烧，增加了激冷层 9 的后氧化反应。 但是高速时为了克服较高的发动机阻力，需要加大排气容积的流量，使其排气系统停的时间缩短。 因此 HC 排放量降低且 小于按浓度改变预计的结果。 同时适当的提高发动机怠速转速，对降低 HC 成分有好处。 对于不同混合比的混合气，转速对 NOX 生成速度有着不同的影响。 对于燃烧慢的较稀混合气，在转速提高时，由于着火落后期对于转速的影响较小，在点火时间一定的情况下，燃烧的大部分将在膨胀过程和温度较低时进行，使得 NOX 的生成速度降低。 对于燃烧速度较慢的浓混合气提高其转速时，由于加强了气体在汽缸中的扰动，加大了火焰传播的速度，同时也减少了热损失，使得 NOX的生成速度相对增大。 发动机负荷对尾气的影响 发动机负荷可以用与节气门开度相关 的进气管压力来表示，进气管压力越大（即进气管真空度越低），发动机负荷也就越大。 对 CO 来说，空燃比不变，功率输出的大小对 CO 排放没有影响， CO 的排放量随功率的输出及空气的消耗量的增加而增大，发动机在小负荷及大负荷工作时，所供给的混合气均较浓，在两种情况下 CO 排放均比较高。 例如，最大功率时，节气门全开，供给较浓的混合气，因此 CO 的排放较高。 当空燃比和转速保持不变，并按最大功率调节点火提前角时改变负荷对 HC 的排放影响不大。 这是因为影响 HC 排 放的因素有的使 HC 降低，有的使它增加，结果作用恰恰相互抵消。 当进气管压力在 ～ 范围内时，因供给的混合气较稀，所以 HC 排放降至很低，当进气管压力超过 时，接近全负荷时混合气加浓。 此时 HC 排放量理应上升，但由于全负荷时，排气温度相应增大，这时排气后反应对 HC 排放的消除作用加强了，从而限制了 HC 的排放。 小负荷时进气管压力低，由于缸壁激冷作用的增强，混合气又较浓，若进气管压力低于 20kPa，时还可能发生火焰传播不完全，结果使 HC 排放明显升高。 例如在汽车突然关闭节气门时，进气管内 液体燃料的瞬时蒸发，造成高进气真空下的混合气的额外加浓，也会出现这种情况。 发动机负荷小时（进气管压力低），可使 NOX排放浓度下降。 负荷减小进气压力降低，发动机温度低，残余废气增加，导致着火落后期变大及火焰传播速度减慢，这两个因素均使燃烧时间加长，若在此时点火时间不变，则燃烧过程将更多的膨胀行程延伸，这样就会使循环最高温度降低而使排气中的 NOX浓度下降。 第五章 我国与国外汽车排放标准对比分析 我国与国外汽车的排放标准对比 为降低汽车尾气排放对城市环境造成的危害，世界各国均采用制定汽车排放标准来限制 汽车尾气排放。 目前国际上汽车排放法规主要分为三大体系，即美国排放法规、欧洲排放法规和日本排放法规，其他各国基本上按照或参考这三大体系来制定本国的排放法规，我国主要参照欧洲排放法规。 从表 51 可以看出，我国汽车排放控制水平，轿车在 2020年达到国 1 号法规，在 2020 年前后达到国 2 号水平法规， 2020 年左右 开始陆续实行国 Ⅳ标准，并在 2020 年，北京率先拟执行新车国 V 标准。 10 表 51 我国与国外汽车的排放标准对比 我国近几年的尾气排放标准 2020 年 7 月 1 日，全国范围内开始实施“国Ⅱ”排放标准。 2020 年 12 月 30 日，北京实施“国Ⅲ”排放标准，之前已经上市并且通过“国Ⅲ”标准的车型可以延迟 1 年安装 OBD。 2020 年 1 月 1 日，北京在全国范围内率先实施“国Ⅲ”排放标准。 2020 年 7 月 31 日，上海市环保局宣布，上海公交与出租车行业率先实施“国Ⅲ”排放标准。 2020 年 9 月 1 日，中央国务院正式批准广州实行“国Ⅲ”标准。 2020 年 12 月 1 日，北京全面禁止在京销售未安装 OBD 的新车。 2020 年 7 月 1 日，全国范围内开始实施“国Ⅲ”排放标准。 2020 年 1 月 1 日，“国Ⅳ”燃油在北京上市。 2020 年 1 月 1 日，在全国范围内对重型汽车上牌执行“国Ⅲ”排放标准。 2020 年 7 月 1 日，在全国范围内对轻型汽车上牌执行“国Ⅲ”排放标准。 2020 年 12 月 21 日，环境保护部表示，国 Ⅳ 车用燃油的标准尚未出台，无法确保在全国范围内供应相应车用燃油，经有关部门商讨，对机动车国 Ⅳ 标准实施日期进行适当调整。 北京拟 2020 年实行新车国 V 排放标准。 美国 汽车排放标准 美国是世界上最早执行排放法规的国家，也是排放法规最严格的国家。 美国的汽车排放法规分为联邦排放法规即环境保护局 (EPA)排放法规和加利福尼亚州空气资源局 (CARB)排放法规两个标准。 美国加州 1960 年开始立法控制汽车排气污染物，在 1963 年美国政府颁布《大气净化 欧盟 韩国 印度 中国 新加坡 1995 欧 Ⅰ — — — 欧 Ⅰ 1996 欧Ⅱ — — — 欧 Ⅰ 1997 欧Ⅱ — — — 欧 Ⅰ 1998 欧Ⅱ — — — 欧 Ⅰ 1999 欧Ⅱ — — — 欧 Ⅰ 2020 欧Ⅲ 欧Ⅱ — 国 Ⅰ 欧 Ⅰ 2020 欧Ⅲ 欧Ⅱ 欧 Ⅰ 国 Ⅰ 欧Ⅱ 2020 欧Ⅲ 欧Ⅲ 欧 Ⅰ 国 Ⅰ 欧Ⅱ 2020 欧Ⅲ 欧Ⅲ 欧 Ⅰ 国 Ⅰ 欧Ⅱ 2020 欧Ⅲ 欧Ⅲ 欧 Ⅰ 国Ⅱ 欧Ⅱ 2020 欧 Ⅳ 欧Ⅲ 欧Ⅱ 国Ⅲ 欧Ⅱ 2020 欧 Ⅳ 欧Ⅲ 欧Ⅱ 国Ⅲ 欧Ⅱ 2020 欧 Ⅳ 欧Ⅲ 欧Ⅱ 国Ⅲ 欧Ⅱ 2020 欧 Ⅳ 欧Ⅲ 欧Ⅱ 国Ⅲ 欧Ⅱ 2020 欧 Ⅳ 欧Ⅲ 欧Ⅱ 国Ⅲ 欧Ⅱ 2020 欧 Ⅳ 欧Ⅲ 欧Ⅲ 国 Ⅳ 欧Ⅱ 11 法》当年，加州便开始了控制曲轴箱燃油蒸发物排放； 1966 年加州颁布实施“ 7 工况法”汽车排放法规， 1968 年联邦采用“ 7 工况法”控制汽车的排放物； 1970 年加州开始控制轿车燃油蒸发物排放，美国联邦政府从 1970 年开始制定了一系列车辆排放控 制法规， 1972年采用 LA4C(FPT72)测试循环，并增加对 NOX的控制， 1975 年改用 LA4CH(FPT75)测试循环；从 1975 年起到 80 年代，美国排放法规大幅度加严，特别强化对 NOX的限值，同时也提高对 HC 和 CO 的控制。 1990 年美国国会对《大气净化法》做了重大修订，对汽车排放提出了更高的要求。 1994 年加利福尼亚州制定了低污染汽车排放法规，将轻型车分为了过渡低排放车 (TLEV)、低排放车 (LEV)、超低排放车 (ULEV)和零排放车 (ZEV)，并且规定从 1998年起销售到加州的轻型车必须有 2%为无污染排放 (零排放 )， 2020年为 5%， 2020年达到 10%。 同时计划在 2020 年进一步强化汽车排放法规 (SULEV),限值为 ULEV 的 1/4。 表 52 是联邦轻型车排放标准。 表 52 美国联邦轻型车排放控制标准 实施年份 测试循环 CO HC NOX 1993 — 84 1995 7 工况法 51 —。