第八章燃料與排放

1、汽車排放與噪聲控制第第8章章 燃料與排放燃料與排放2021年11月16日8.1 燃料對(duì)排放的影響燃料對(duì)排放的影響8.2 燃料的改善燃料的改善8.3 代用燃料代用燃料第第8章章 燃料與排放燃料與排放 第第8章章 燃料與排放燃料與排放概述：主要內(nèi)容概述：主要內(nèi)容 車用燃料對(duì)汽車排車用燃料對(duì)汽車排放的影響放的影響 汽油和柴油的改良汽油和柴油的改良方法及常用的代用方法及常用的代用燃料燃料第第8章章 燃料與排放燃料與排放 汽油對(duì)排放的影響汽油對(duì)排放的影響第第8章章 燃料與排放燃料與排放 汽油對(duì)排放的影響 辛烷汽油值的影響 汽油揮發(fā)性的影響 汽油密度的影響 烴類組成的影響 硫含量的影響 添加劑的影響汽油對(duì)

2、排放的影響汽油對(duì)排放的影響第第8章章 燃料與排放燃料與排放 汽油辛烷值的影響汽油辛烷值的影響 汽油的辛烷值高，則抗爆燃能力強(qiáng)，辛烷值低可能引起較汽油的辛烷值高，則抗爆燃能力強(qiáng)，辛烷值低可能引起較強(qiáng)的爆燃，并增加強(qiáng)的爆燃，并增加NOx排放量。排放量。汽油揮發(fā)性的影響汽油揮發(fā)性的影響 汽油的揮發(fā)性對(duì)汽油的揮發(fā)性對(duì)NOx排放幾乎沒(méi)有影響，對(duì)排放幾乎沒(méi)有影響，對(duì)CO排放影響也排放影響也很小。很小。汽油密度的影響汽油密度的影響 汽油密度變化對(duì)于按照標(biāo)準(zhǔn)燃料調(diào)整的發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響汽油密度變化對(duì)于按照標(biāo)準(zhǔn)燃料調(diào)整的發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響實(shí)際上可以忽略不計(jì)。實(shí)際上可以忽略不計(jì)。汽油對(duì)排放的影響汽油對(duì)排放的影響第第8

3、章章 燃料與排放燃料與排放 烴類組成的影響烴類組成的影響 烷烴的熱穩(wěn)定性好烷烴的熱穩(wěn)定性好； 烯烴具有較高的辛烷值，烯烴具有較高的辛烷值，但熱穩(wěn)定性差，易于在發(fā)動(dòng)機(jī)的但熱穩(wěn)定性差，易于在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)里形成膠狀沉淀物；進(jìn)氣系統(tǒng)里形成膠狀沉淀物； 芳烴燃燒溫度高，芳烴燃燒溫度高，從而增加了從而增加了NOx排放量，重的芳烴和其排放量，重的芳烴和其它高分子重化合物都有可能在汽油機(jī)燃燒室表面形成沉淀它高分子重化合物都有可能在汽油機(jī)燃燒室表面形成沉淀物，增加排氣中的物，增加排氣中的HC和和NOx排放。排放。硫含量的影響硫含量的影響 硫可降低三效催化轉(zhuǎn)化器的效率，硫可降低三效催化轉(zhuǎn)化器的效率，對(duì)氧傳感器

4、也有不利影對(duì)氧傳感器也有不利影響，汽油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)響，汽油中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)S從從10-4降到降到10-5數(shù)量級(jí)時(shí)，數(shù)量級(jí)時(shí)，HC、CO、NOx等均有顯著的下降。等均有顯著的下降。添加劑對(duì)汽油的排放也有一定影響添加劑對(duì)汽油的排放也有一定影響柴油對(duì)排放的影響柴油對(duì)排放的影響第第8 8章章 燃料與排放燃料與排放 柴油對(duì)排放的影響十六烷值的影響粘度密度和餾程的影響芳烴含量的影響硫含量的影響添加劑的影響柴油對(duì)排放的影響柴油對(duì)排放的影響第第8章章 燃料與排放燃料與排放 十六烷值的影響十六烷值的影響 十六烷值較低時(shí)，柴油機(jī)冷起動(dòng)性能變差，柴油機(jī)容易排氣十六烷值較低時(shí)，柴油機(jī)冷起動(dòng)性能變差，柴油機(jī)容易排氣冒白

5、煙，引起排放增加。冒白煙，引起排放增加。粘度、密度和餾程的影響粘度、密度和餾程的影響 柴油粘度增加，霧化變差，燃燒惡化，碳煙排放增加；柴油粘度增加，霧化變差，燃燒惡化，碳煙排放增加； 柴油密度較高會(huì)導(dǎo)致微粒排放量增加；柴油密度較高會(huì)導(dǎo)致微粒排放量增加； 柴油的餾程也會(huì)影響柴油機(jī)的微粒排放量。柴油的餾程也會(huì)影響柴油機(jī)的微粒排放量。芳烴含量的影響芳烴含量的影響 芳烴分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，含碳量高，是柴油中的有害成分，芳芳烴分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，含碳量高，是柴油中的有害成分，芳烴燃燒時(shí)冒煙傾向嚴(yán)重。烴燃燒時(shí)冒煙傾向嚴(yán)重。柴油對(duì)排放的影響柴油對(duì)排放的影響第第8章章 燃料與排放燃料與排放 硫含量的影響硫含量的影響 柴油

6、中的硫含量比汽油高得多，柴油中的硫在柴油機(jī)中燃柴油中的硫含量比汽油高得多，柴油中的硫在柴油機(jī)中燃燒后以燒后以SO2形式隨排氣排出，其中一部分形式隨排氣排出，其中一部分SO2被氧化成被氧化成SO3，然后與水結(jié)合形成硫酸和硫酸鹽。然后與水結(jié)合形成硫酸和硫酸鹽。添加劑的影響添加劑的影響 柴油中加入少量柴油中加入少量堿土金屬或過(guò)渡金屬的環(huán)烷酸鹽或硬脂酸堿土金屬或過(guò)渡金屬的環(huán)烷酸鹽或硬脂酸鹽，鹽，可顯著降低柴油機(jī)排氣的煙度，這類添加劑被稱為消可顯著降低柴油機(jī)排氣的煙度，這類添加劑被稱為消煙劑。煙劑。 柴油中還能加有機(jī)添加劑，一般都能改善柴油機(jī)的排放狀柴油中還能加有機(jī)添加劑，一般都能改善柴油機(jī)的排放狀況。

7、況。燃料的改善燃料的改善第第8章章 燃料與排放燃料與排放 柴油的改善汽油的改善燃料的改善燃料的改善第第8章章 燃料與排放燃料與排放 汽油的改善汽油的改善 對(duì)于低排放無(wú)對(duì)于低排放無(wú)鉛鉛汽油規(guī)定鉛的質(zhì)量濃度要從微量降低到零；汽油規(guī)定鉛的質(zhì)量濃度要從微量降低到零； 對(duì)對(duì)硫含量硫含量也作了嚴(yán)格限制；也作了嚴(yán)格限制； 需要大幅度降低需要大幅度降低烯烴烯烴含量，減少汽油機(jī)內(nèi)的沉積物；含量，減少汽油機(jī)內(nèi)的沉積物； 對(duì)芳烴特別是對(duì)芳烴特別是苯苯含量作了限制，以降低排氣的毒性。含量作了限制，以降低排氣的毒性。柴油的改善柴油的改善 對(duì)于低排放柴油來(lái)說(shuō)，首先要對(duì)于低排放柴油來(lái)說(shuō)，首先要提高十六烷值提高十六烷值； 降

8、低柴油中的降低柴油中的硫含量硫含量則是低排放柴油的標(biāo)志性特征。則是低排放柴油的標(biāo)志性特征。主要代用燃料天然氣液化石油氣醇類燃料植物油氫氣代用燃料代用燃料第第8章章 燃料與排放燃料與排放 代用燃料代用燃料概概 念念 車車天然氣天然氣第第8章章 燃料與排放燃料與排放 天然氣主要來(lái)源于油田，天然氣主要來(lái)源于油田，它是地表下巖石儲(chǔ)集層中它是地表下巖石儲(chǔ)集層中自然存在的、以輕質(zhì)碳?xì)浠衔餅橹黧w的氣體混合自然存在的、以輕質(zhì)碳?xì)浠衔餅橹黧w的氣體混合物，物，主要成分是甲烷，主要成分是甲烷，其余為乙烷、丙烷、丁烷及其余為乙烷、丙烷、丁烷及少量其它物質(zhì)。地球上天然氣資源豐富，是世界上少量其它物質(zhì)。地球上天然氣資

9、源豐富，是世界上產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的能源。產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的能源。 開采天然氣開采天然氣天然氣天然氣(NG)按其存在形式按其存在形式分為壓縮天然氣分為壓縮天然氣(CNG)和和液化天然氣液化天然氣(LNG)。目前用于汽車上的是壓縮目前用于汽車上的是壓縮天然氣。天然氣?？扇急??？扇急?。天然氣的性能指標(biāo)天然氣的性能指標(biāo)第第8章章 燃料與排放燃料與排放 天然氣與汽油的主要理化性能比較表天然氣與汽油的主要理化性能比較表項(xiàng)目項(xiàng)目天然氣（甲烷）天然氣（甲烷）汽油（汽油（90#）密度（液相密度（液相kg/m3）424700780分子量分子量M16.04396沸點(diǎn)（沸點(diǎn)（）-161.53090低熱值（低熱值（MJ/kg）

10、50.0543.9辛烷值（辛烷值（RON）13092著火極限（著火極限（%）537390420火焰?zhèn)鞑ニ俣龋ɑ鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣龋╟m/s）33.83947火焰溫度（火焰溫度（）19182197天然氣的排放性能天然氣的排放性能第第8章章 燃料與排放燃料與排放 實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)表明，燃用燃用CNG發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)的CO和和HC排放較汽油排放較汽油明顯降低，明顯降低，甲烷的排放增甲烷的排放增加。加。此外，此外，使用中發(fā)現(xiàn)純壓縮使用中發(fā)現(xiàn)純壓縮天然氣汽車天然氣汽車NOx排放高排放高。 圖圖8-7 壓縮天然氣概念車壓縮天然氣概念車天然氣在汽車上與空氣混合時(shí)是氣態(tài)，因此，與天然氣在汽車上與空氣混合時(shí)是氣態(tài)，因此，與

11、汽油、柴油相比，汽油、柴油相比，混合氣更均勻，燃燒更完全?；旌蠚飧鶆颍紵耆?。另外，天然氣的主要成分甲烷中只有一個(gè)碳分子，另外，天然氣的主要成分甲烷中只有一個(gè)碳分子，從理論上講，從理論上講，燃燒產(chǎn)物中燃燒產(chǎn)物中CO較少。較少。液化石油氣液化石油氣第第8章章 燃料與排放燃料與排放 車用液化石油氣的主要成分是丙烷和丁烷。車用液化石油氣的主要成分是丙烷和丁烷。丙烷沸點(diǎn)丙烷沸點(diǎn)低，極易汽化，冷起動(dòng)性好，但熱值低；丁烷沸點(diǎn)高，低，極易汽化，冷起動(dòng)性好，但熱值低；丁烷沸點(diǎn)高，不易汽化，但熱值高。不易汽化，但熱值高。LPG排放污染物較低，但比排放污染物較低，但比CNG的排放要高。的排放要高。液化石油氣

12、液化石油氣(LPG)與汽油、柴油常規(guī)汽車燃料相比，與汽油、柴油常規(guī)汽車燃料相比，具有燃燒完全、積炭少、排放污染物低等優(yōu)點(diǎn)。具有燃燒完全、積炭少、排放污染物低等優(yōu)點(diǎn)。CNG汽車系統(tǒng)示意圖汽車系統(tǒng)示意圖LPG汽車汽車醇類燃料醇類燃料第第8章章 燃料與排放燃料與排放 醇類燃料汽車是指醇類燃料汽車是指以以甲醇或乙醇甲醇或乙醇為燃為燃料的汽車。料的汽車。 與電動(dòng)車、天然氣與電動(dòng)車、天然氣汽車一樣，都是新汽車一樣，都是新能源和低公害汽車。能源和低公害汽車。 醇類燃料汽車發(fā)展醇類燃料汽車發(fā)展較早，在技術(shù)方面較早，在技術(shù)方面和成本方面醇類汽和成本方面醇類汽車已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階車已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。段。醇類分子醇類分

13、子醇類燃料資源豐富，可醇類燃料資源豐富，可從眾多的原料中制取。從眾多的原料中制取。著名諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主著名諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主喬治喬治 A. 奧拉奧拉著作著作 煤炭煤炭形成于大約形成于大約2.9億億3.6億年前的石億年前的石炭紀(jì)時(shí)期，由那個(gè)時(shí)炭紀(jì)時(shí)期，由那個(gè)時(shí)代生長(zhǎng)的植物厭氧分代生長(zhǎng)的植物厭氧分解而成。解而成。 石油石油是由史前的是由史前的海洋海洋動(dòng)物動(dòng)物和和藻類藻類尸體變化尸體變化形成的。形成的。 甲醇經(jīng)濟(jì)甲醇經(jīng)濟(jì)，作為應(yīng)對(duì)，作為應(yīng)對(duì)油氣時(shí)代過(guò)后能源問(wèn)油氣時(shí)代過(guò)后能源問(wèn)題的一條解決途徑。題的一條解決途徑。醇類燃料的性能指標(biāo)醇類燃料的性能指標(biāo)第第8章章 燃料與排放燃料與排放 醇類燃料的主要性能指標(biāo)

14、醇類燃料的主要性能指標(biāo)項(xiàng)目項(xiàng)目汽油汽油甲醇甲醇乙醇乙醇常壓沸點(diǎn)（常壓沸點(diǎn)（）3022064.878.3低熱值（低熱值（MJ/kg）44.5220.2627.20汽化潛熱（汽化潛熱（kJ/kg）2971101862辛烷值（辛烷值（RON）90,93,95,97112111自燃點(diǎn)（自燃點(diǎn)（）260470420分子量分子量1001153246醇類燃料的應(yīng)用醇類燃料的應(yīng)用第第8章章 燃料與排放燃料與排放污染物污染物E85汽油車汽油車變化率變化率(%)CO(%)1.78-78.8HC(10-6)3001400-78.6NOX(10-6)41.526+59.6E85汽車怠速排放與同型汽油車排放對(duì)比汽車怠速

15、排放與同型汽油車排放對(duì)比醇類燃料在汽車上的主要類型：醇類燃料在汽車上的主要類型：摻燒、純燒和改質(zhì)摻燒、純燒和改質(zhì)。摻燒主要是醇（甲醇或乙醇）以不同的比例摻入汽油摻燒主要是醇（甲醇或乙醇）以不同的比例摻入汽油中；純燒類型是指單純?nèi)紵状蓟蛞掖既剂?；改質(zhì)類中；純燒類型是指單純?nèi)紵状蓟蛞掖既剂?；改質(zhì)類型現(xiàn)在主要是指甲醇改質(zhì)。型現(xiàn)在主要是指甲醇改質(zhì)。利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱將甲醇生成為利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱將甲醇生成為H2和和CO或者或者DME，然后輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。然后輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。純燒醇類燃料對(duì)降低汽車排放污染的效果明顯。純燒醇類燃料對(duì)降低汽車排放污染的效果明顯。Catalytic Converter

16、 Engine DME Tank Inlet Exhaust Gas Methanol TIC Methanol Intake DME as ignition improver for engine operating on methanol 日本北海道大學(xué)村山正研究室日本北海道大學(xué)村山正研究室 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置The DME fuelled Volvo bus日本二甲醚汽車的研究情況日本二甲醚汽車的研究情況上海上海DME示范公交線路示范公交線路DME經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)植物油植物油第第8章章 燃料與排放燃料與排放植物油的許多性質(zhì)與柴油比較接近，植物油的許多性質(zhì)與柴油比較接近， 因此主要用作柴油機(jī)替代燃料

17、。因此主要用作柴油機(jī)替代燃料。與柴油相比，植物油熱值略低，但因與柴油相比，植物油熱值略低，但因密度大，體積熱值較接近；密度大，體積熱值較接近；植物油餾植物油餾分比柴油重得多，粘度和表面張力比分比柴油重得多，粘度和表面張力比柴油大，霧化困難；柴油大，霧化困難；自燃點(diǎn)高而十六自燃點(diǎn)高而十六烷值低，發(fā)火性差，著火延遲期長(zhǎng)；烷值低，發(fā)火性差，著火延遲期長(zhǎng)；殘?zhí)几撸紵乙咨沙练e物。此外，殘?zhí)几?，燃燒室易生成沉積物。此外，植物油易生成膠狀物堵塞油路。植物油易生成膠狀物堵塞油路。純植物油用作柴油機(jī)燃料時(shí)，通過(guò)加大噴油提前角，增加油泵純植物油用作柴油機(jī)燃料時(shí)，通過(guò)加大噴油提前角，增加油泵循環(huán)供油量等措施，

18、可以獲得良好的動(dòng)力性。但使用純植物油循環(huán)供油量等措施，可以獲得良好的動(dòng)力性。但使用純植物油冷起動(dòng)困難，而且容易出現(xiàn)過(guò)濾器堵塞、燃燒室積碳、活塞環(huán)冷起動(dòng)困難，而且容易出現(xiàn)過(guò)濾器堵塞、燃燒室積碳、活塞環(huán)粘接、潤(rùn)滑油稀釋等問(wèn)題。粘接、潤(rùn)滑油稀釋等問(wèn)題。植物油植物油第第8章章 燃料與排放燃料與排放 相對(duì)密相對(duì)密度度運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度(38)/mm2/s殘?zhí)繗執(zhí)?熱值熱值MJ/kg自燃點(diǎn)自燃點(diǎn)十六十六烷值烷值豆油豆油0.92640.200.5838.936327芝麻油芝麻油0.92236.890.5637.2320 玉米油玉米油0.92234.740.4237.2357 菜籽油菜籽油0.92134.710.5238.935032米糠油米糠油0.92239.530.3537.2340 花生油花生油0.91939.300.3637.6360 向日葵油向日葵油0.92431.00.3436.236033柴油柴油0.845.030.00342.522050幾種植物油的主要性質(zhì)表幾種植物油的主要性質(zhì)表氫氣氫氣第第8章章 燃料與排放燃料與排放 氫氣作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料有許多優(yōu)點(diǎn)：氫氣作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料有許多優(yōu)點(diǎn)：資源豐富，熱值高，排放污染少。資源豐富，熱值高，排放污染少。它既可以借助化工技術(shù)從煤、天它既可以借助化工技術(shù)從煤、天然氣等化石能源制取，也可利用然氣等化石能源制取，也可利用太陽(yáng)能、核能等自然能源分解