第9章 车用低排放燃料及新型动力系统

1、汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 1太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.1 燃料品质对内燃机排放的影响燃料品质对内燃机排放的影响9.2 石油燃料的改善石油燃料的改善9.3 代用燃料代用燃料9.4 混合动力汽车混合动力汽车 第第9 9章章 车用低排放燃料及新型动力系统车用低排放燃料及新型动力系统汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 2太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.1 9.1 燃料品质对内燃机排放的影响燃料品质对内燃机排放的影响9.1.1 对对CO、CO2、HC和和NO

2、x的影响的影响9.1.2 对碳烟和微粒的影响对碳烟和微粒的影响9.1.3 对臭氧的影响对臭氧的影响汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 3太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院1. 辛烷值的影响辛烷值的影响 辛烷值是表示汽油抗爆性的指标，不仅反映燃辛烷值是表示汽油抗爆性的指标，不仅反映燃料的抗爆性的高低，而且对汽油机的排放有影响。料的抗爆性的高低，而且对汽油机的排放有影响。汽油的辛烷值高，则抗爆燃能力强，并且随着辛烷汽油的辛烷值高，则抗爆燃能力强，并且随着辛烷值的提高，值的提高，CO和和HC的排放随之降低；辛烷值低可的排放随之降低；辛烷值低

3、可能引起较强的爆燃，并增加能引起较强的爆燃，并增加NOx排放量，特别在较排放量，特别在较稀混合气的情况下更加显著。较低的辛烷值限制了稀混合气的情况下更加显著。较低的辛烷值限制了发动机的压缩比，导致发动机热效率低，总的污染发动机的压缩比，导致发动机热效率低，总的污染物排放量，特别是物排放量，特别是CO2也随之上升。也随之上升。 9.1.1 对对CO、CO2、HC和和NOx的影响的影响汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 4太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2.十六烷值的影响十六烷值的影响 十六烷值对柴油机燃烧的滞燃期有很大影响。十六烷十六

4、烷值对柴油机燃烧的滞燃期有很大影响。十六烷值较低，则滞燃期较长，初期预混燃烧的燃油量增加，值较低，则滞燃期较长，初期预混燃烧的燃油量增加，初期放热率峰值和最高燃烧温度较高，因而初期放热率峰值和最高燃烧温度较高，因而NOX排放量排放量增加；如果十六烷值较高，可推迟喷油，这样有利于在增加；如果十六烷值较高，可推迟喷油，这样有利于在保持燃油经济性的条件下降低保持燃油经济性的条件下降低NOX排放。另外，高十六排放。另外，高十六烷值的柴油易于自燃，可降低柴油机烷值的柴油易于自燃，可降低柴油机CO和和HC的排放。的排放。 十六烷值也影响柴油机的蓝烟和白烟排放，它们是在十六烷值也影响柴油机的蓝烟和白烟排放，

5、它们是在柴油机冷起动时或高海拔地区运转时，由于大气压力下柴油机冷起动时或高海拔地区运转时，由于大气压力下降产生的未燃烧柴油液滴组成的排气烟雾。十六烷值下降产生的未燃烧柴油液滴组成的排气烟雾。十六烷值下降时柴油机冷起动性能变差，柴油机容易排气冒白烟，降时柴油机冷起动性能变差，柴油机容易排气冒白烟，引起排放增加。引起排放增加。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 5太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院3. 硫含量的影响硫含量的影响 硫可降低三效催化转化器的效率，对氧硫可降低三效催化转化器的效率，对氧传感器也有不利影响，因而使车用汽油机传感器

6、也有不利影响，因而使车用汽油机排放增加。不论发动机技术水平和状态如排放增加。不论发动机技术水平和状态如何，汽油中硫的质量分数从何，汽油中硫的质量分数从10-4降到降到10-5数数量级时，量级时，HC、CO、NOX等均有显著的下等均有显著的下降。高硫汽油会引起车载诊断系统的混乱降。高硫汽油会引起车载诊断系统的混乱和误报。和误报。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 6太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院烯烃是不饱和烃，它是具有双链结构的烃类，乙烯烃是不饱和烃，它是具有双链结构的烃类，乙烯是烯烃中最简单的不饱和烃烯是烯烃中最简单的不饱和烃

7、。石油中一般不含这。石油中一般不含这类烃，主要是在二次加工过程中产生的。它的化学类烃，主要是在二次加工过程中产生的。它的化学稳定性最差，易氧化形成胶质，并沉积在进气系统稳定性最差，易氧化形成胶质，并沉积在进气系统中，影响燃烧效果，增加排放。中，影响燃烧效果，增加排放。但其辛烷值较高，凝点较低。常利用这两个特性，但其辛烷值较高，凝点较低。常利用这两个特性，将它加入汽油中，以提高汽油的辛烷值。掺入柴油将它加入汽油中，以提高汽油的辛烷值。掺入柴油以降低其凝点。但因其稳定性差，这类掺合产品均以降低其凝点。但因其稳定性差，这类掺合产品均不宜长期储存。不宜长期储存。 4. 烯烃的影响烯烃的影响 汽车排放与

8、控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 7太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院 它的化学稳定性良好，其密度最大，自燃点最高，芳烃它的化学稳定性良好，其密度最大，自燃点最高，芳烃具有很高的辛烷值（具有很高的辛烷值（100），所以添加芳香烃组分，是炼），所以添加芳香烃组分，是炼油工业为使汽油达到现代车用汽油所需要的抗爆性水平而使油工业为使汽油达到现代车用汽油所需要的抗爆性水平而使用的一种手段。但由于芳烃分子结构比烷烃稳定，燃烧速度用的一种手段。但由于芳烃分子结构比烷烃稳定，燃烧速度较慢，在其它相同的条件下导致较高的未燃较慢，在其它相同的条件下导致较高的未

9、燃HC排放量。排放量。5. 芳烃的影响芳烃的影响 芳香烃具有较高的芳香烃具有较高的C/HC/H比，因而有较比，因而有较高的密度和较大的高的密度和较大的COCO2 2排放量。汽油中芳排放量。汽油中芳香烃的质量分数从香烃的质量分数从50%50%降到降到20%20%，CO2CO2排放排放量可减少量可减少5%5%左右。芳烃燃烧温度高，从而左右。芳烃燃烧温度高，从而增加了增加了NONOX X排放量。排放量。 现代车用汽油正逐步限制芳烃含量，现代车用汽油正逐步限制芳烃含量，特别是对苯含量的限制尤为严格。特别是对苯含量的限制尤为严格。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车

10、辆工程系 8太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院6. 蒸发性的影响蒸发性的影响 汽油能否在进气系形成良好的可燃混合气，汽油能否在进气系形成良好的可燃混合气，汽油的蒸法性能是主要因素。汽油的蒸发性能一汽油的蒸法性能是主要因素。汽油的蒸发性能一般用蒸馏曲线（馏程）和般用蒸馏曲线（馏程）和37.8测得的雷德蒸汽测得的雷德蒸汽压压RVP表示。汽油的雷德蒸汽压表示。汽油的雷德蒸汽压RVP应按季节和应按季节和使用地区的气候条件适当控制。在高温时要严格使用地区的气候条件适当控制。在高温时要严格控制控制RVP，尽量减少热油产生的问题，例如燃油，尽量减少热油产生的问题，例如燃油供给系统的气阻和蒸发排

11、放控制系统碳罐的过载供给系统的气阻和蒸发排放控制系统碳罐的过载。在高温下控制。在高温下控制RVP对减少发动机及加油时的蒸对减少发动机及加油时的蒸发排放也有影响。在低温下，要有足够的发排放也有影响。在低温下，要有足够的RVP，以得到好的起动和暖机性能。汽油的挥发性对以得到好的起动和暖机性能。汽油的挥发性对NOX排放没有影响，对排放没有影响，对CO排放影响很小。排放影响很小。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 9太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.1.2 对碳烟和微粒的影响对碳烟和微粒的影响1. 硫含量的影响硫含量的影响 柴油中的硫在

12、柴油机中燃烧后以柴油中的硫在柴油机中燃烧后以SO2形式随排气形式随排气排出，其中一部分排出，其中一部分SO2被氧化成被氧化成SO3，然后与水结，然后与水结合形成硫酸和硫酸盐。合形成硫酸和硫酸盐。2. 芳烃的影响芳烃的影响 柴油的芳烃含量直接影响其柴油的芳烃含量直接影响其十六烷值。芳烃是柴油中的有十六烷值。芳烃是柴油中的有害成分，芳烃燃烧时冒烟倾向害成分，芳烃燃烧时冒烟倾向严重，所以当柴油中芳烃的体严重，所以当柴油中芳烃的体积分数增加时，柴油机微粒排积分数增加时，柴油机微粒排放的质量浓度急剧增加。放的质量浓度急剧增加。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程

13、系 10太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院 3.粘度、密度及馏程的影响粘度、密度及馏程的影响 当柴油粘度增加时，油束的雾化变差，燃烧恶当柴油粘度增加时，油束的雾化变差，燃烧恶化，碳烟排放增加。化，碳烟排放增加。柴油密度较高，会导致微粒排放量增加，因为柴油密度较高，会导致微粒排放量增加，因为柴油密度超过柴油机标定范围会造成过度供油柴油密度超过柴油机标定范围会造成过度供油效应。效应。柴油的馏程也影响柴油机的微粒排放量。较重柴油的馏程也影响柴油机的微粒排放量。较重的馏分组成使柴油喷注雾化变差，蒸发迟缓，的馏分组成使柴油喷注雾化变差，蒸发迟缓，易形成局部过浓的混合气，产生较多的微粒。易形

14、成局部过浓的混合气，产生较多的微粒。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 11太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院4. 添加剂的影响添加剂的影响 在柴油中加入少量碱土金属或过渡金属（在柴油中加入少量碱土金属或过渡金属（Ba、Ca、Fe、Mn等）的环烷酸盐或硬脂酸盐，可显著降低柴油机排气的烟等）的环烷酸盐或硬脂酸盐，可显著降低柴油机排气的烟度，这类添加剂被称为消烟剂。度，这类添加剂被称为消烟剂。Ba的效果很好，其次为的效果很好，其次为Ca、Mn等。等。Ba对降低烟度效果明显，但对排气微粒浓度，则先对降低烟度效果明显，但对排气微粒浓度，则先

15、随着随着Ba的增加快速下降，然后又逐渐上升，这主要是由的增加快速下降，然后又逐渐上升，这主要是由Ba的的氧化物造成的。当柴油中硫含量较高时，由于形成较多的氧化物造成的。当柴油中硫含量较高时，由于形成较多的BaSO4，有时甚至使微粒排放量不降反升。消烟剂使微粒粒，有时甚至使微粒排放量不降反升。消烟剂使微粒粒度分布向较小尺寸方向移动，使环境效应更加恶化。由于这度分布向较小尺寸方向移动，使环境效应更加恶化。由于这些理由及这类重金属大多数对人体有害，所以现在不推荐使些理由及这类重金属大多数对人体有害，所以现在不推荐使用消烟剂。用消烟剂。 柴油中还可能加有机添加剂，如为缩短滞燃期的十六烷柴油中还可能加有

16、机添加剂，如为缩短滞燃期的十六烷值改善剂以及稳定剂、表面活性剂等，它们一般都能改善柴值改善剂以及稳定剂、表面活性剂等，它们一般都能改善柴油机的排放状况。油机的排放状况。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 12太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.1.3 对臭氧的影响对臭氧的影响 发动机在燃烧过程中产生的有害排放物中，主要是碳发动机在燃烧过程中产生的有害排放物中，主要是碳氢化合物（氢化合物（HC）和氮氧化物（）和氮氧化物（NOX）参与光化学反应，）参与光化学反应，对于空气中的臭氧的生成有重要影响。对于空气中的臭氧的生成有重要影响。普通

17、汽油由于组分中含有大量的长链烷烃、烯烃及芳普通汽油由于组分中含有大量的长链烷烃、烯烃及芳香烃，香烃，NOX 排放相对较高，同时使用过程中蒸发损失严排放相对较高，同时使用过程中蒸发损失严重，因此使用普通汽油时容易导致臭氧的生成。重，因此使用普通汽油时容易导致臭氧的生成。研究表明，车用汽油中烯烃的质量分数从研究表明，车用汽油中烯烃的质量分数从20%降至降至5%，会使大城市中臭氧生成率下降，会使大城市中臭氧生成率下降20%30%。减少小分。减少小分子烯烃的效果尤为明显。子烯烃的效果尤为明显。柴油机排放以微粒为主，包括干碳烟、可溶性有机物柴油机排放以微粒为主，包括干碳烟、可溶性有机物和硅酸盐。可溶性有

18、机物中含有未燃的燃料以及润滑油成和硅酸盐。可溶性有机物中含有未燃的燃料以及润滑油成分，其中以烷烃类为主，但排放量相对较小，因此对臭氧分，其中以烷烃类为主，但排放量相对较小，因此对臭氧的影响也较小。的影响也较小。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 13太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.2 9.2 燃料的改善燃料的改善9.2.1 9.2.1 汽油的改善汽油的改善 汽油品质的提高主要体现在降低含硫量、降低烯烃含量、汽油品质的提高主要体现在降低含硫量、降低烯烃含量、降低芳烃含量以及降低芳烃含量以及MTBE的替代组分四个方面。的替代组分四

19、个方面。 石油燃料质量对汽车排放的影响显而易见，控制燃料的组石油燃料质量对汽车排放的影响显而易见，控制燃料的组成，提高燃料的质量可以直接降低汽车排气的有害排放物，成，提高燃料的质量可以直接降低汽车排气的有害排放物，并且能够为有关排气后处理新技术的应用创造有利条件。就并且能够为有关排气后处理新技术的应用创造有利条件。就减少排气有害排放物方面，提高燃料的质量比严格执行排放减少排气有害排放物方面，提高燃料的质量比严格执行排放法规更快捷方便，严格的排放法规一般只针对新车，而油品法规更快捷方便，严格的排放法规一般只针对新车，而油品质量的提高可以惠及所有在用的车辆，对于减少汽车排放污质量的提高可以惠及所有

20、在用的车辆，对于减少汽车排放污染能起到立竿见影的效果。染能起到立竿见影的效果。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 14太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院表表9-1 欧洲排放体系对汽油硫含量的要求对比欧洲排放体系对汽油硫含量的要求对比项目1993年1998年2000年2005年2009年汽车排放标准欧I欧II欧III欧IV欧V硫含量 ppm10005001505010苯含量 %55111芳烃含量 %-423535烯烃含量 %-181818氧含量 %2.52.52.72.72.7铅含量，mg/L1313555汽车排放与控制技术汽车排放与

21、控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 15太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院表表9-2 国内外汽油组分构成对比国内外汽油组分构成对比 组分中国欧洲美国催化汽油73.827.035重整汽油16.447.235直馏汽油1.18.0异构汽油0.45.130烷基化油0.44.2MTBE2.02.0其它成分5.96.5汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 16太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-249.2.2 9.2.2 柴油的改善柴油的改善 提高柴油品质主要从三个方面出发：提高十六烷值、降低硫提高柴油品

22、质主要从三个方面出发：提高十六烷值、降低硫含量和降低芳烃含量。含量和降低芳烃含量。 对于低排放柴油来说，首先要提高十六烷值；如果十六烷值对于低排放柴油来说，首先要提高十六烷值；如果十六烷值低于低于45，则会引起柴油机工作粗暴、最高燃烧压力增加和，则会引起柴油机工作粗暴、最高燃烧压力增加和NOx排放增加。满足未来排放标准的轿车用柴油机，要求所排放增加。满足未来排放标准的轿车用柴油机，要求所使用的柴油十六烷值不低于使用的柴油十六烷值不低于49。 这里要区别这里要区别十六烷值十六烷值和和十六烷指数十六烷指数两个概念。十六烷值是指两个概念。十六烷值是指柴油在规定的实验发动机上测得的有关柴油压缩着火性的

23、一柴油在规定的实验发动机上测得的有关柴油压缩着火性的一个相对性参数；而十六烷指数是指燃料固有的十六烷，由被个相对性参数；而十六烷指数是指燃料固有的十六烷，由被测燃料特性计算得出。固有的十六烷和加入十六烷改善剂后测燃料特性计算得出。固有的十六烷和加入十六烷改善剂后的十六烷对柴油机的影响不同，为避免添加剂的剂量过多，的十六烷对柴油机的影响不同，为避免添加剂的剂量过多，应尽量减少十六烷值与十六烷指数之间的差值。应尽量减少十六烷值与十六烷指数之间的差值。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 17太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-2

24、4柴油的改善柴油的改善 降低柴油中的硫含量则是低排放柴油的降低柴油中的硫含量则是低排放柴油的标志性特征。标志性特征。 芳烃含量直接影响到柴油的密度和黏度，芳烃含量直接影响到柴油的密度和黏度，过高的芳烃含量会使柴油机的喷油量降低，过高的芳烃含量会使柴油机的喷油量降低，雾化变差，重芳烃的含量过高，会导致颗粒雾化变差，重芳烃的含量过高，会导致颗粒物排放的增加，所以要限制柴油中的芳烃含物排放的增加，所以要限制柴油中的芳烃含量，特别是多环芳香烃的含量。量，特别是多环芳香烃的含量。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 18太原理工大学机械工程太原理工大学机械工

25、程学院学院表表9-2欧洲排放体系对柴油硫含量的要求对比欧洲排放体系对柴油硫含量的要求对比 项目1993年1998年2000年2005年2009年汽车排放标准欧I欧II欧III欧IV欧V十六烷值4949515151十六烷值指数4646464646硫含量 ppm20005003505010多环芳烃11118密度kg/m3820-860820-860820-845820-845820-845汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 19太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院代用燃料概念车代用燃料概念车9.3 9.3 代用燃料代用燃料汽车排放与控制技术

26、汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 20太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.3.1 9.3.1 含氧燃料含氧燃料 含氧燃料主要包括以甲醇（含氧燃料主要包括以甲醇（CH3OH）和）和乙醇（乙醇（C2H5OH）为代表的醇类燃料、二甲醚）为代表的醇类燃料、二甲醚（DimethylEther，缩写，缩写DME）为代表的醚）为代表的醚类燃料。类燃料。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 21太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院1. 1. 醇类燃料醇类燃料 醇类燃料汽车是指以甲醇或乙醇类燃料汽车是指以甲醇

27、或乙醇为燃料的汽车。醇类燃料汽车发醇为燃料的汽车。醇类燃料汽车发展较早，在技术和成本方面，醇类展较早，在技术和成本方面，醇类汽车已经达到实用阶段。醇类燃料汽车已经达到实用阶段。醇类燃料的来源广，制取方式多。的来源广，制取方式多。 甲醇可以从煤炭、天然气、煤甲醇可以从煤炭、天然气、煤层气，可再生生物资源、分类垃圾层气，可再生生物资源、分类垃圾等物资中制取；乙醇的原料主要是等物资中制取；乙醇的原料主要是含糖、含淀粉的农作物，如甜菜、含糖、含淀粉的农作物，如甜菜、甘蔗、玉米、草杆等。甘蔗、玉米、草杆等。醇类分子醇类分子汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系

28、22太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院醇类燃料的性能指标醇类燃料的性能指标项目汽油甲醇乙醇化学式C4-12烃合物CH3OHC2H5OH常压沸点（）3022064.878.3低热值（MJ/kg）44.5220.2627.20汽化潜热（kJ/kg）2971101862辛烷值（RON）90,93,95,97112111自燃点（）260470420分子量1001153246汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 23太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院醇类燃料的主要特点醇类燃料的主要特点辛烷值比汽油高，抗爆性好辛烷值比汽油高，抗爆性好

29、汽化潜热大汽化潜热大 热值低热值低 腐蚀性大腐蚀性大 醇混合燃料容易发生分层醇混合燃料容易发生分层 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 24太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24醇类燃料的应用醇类燃料的应用 醇类燃料应用醇类燃料应用在汽车上的三种主在汽车上的三种主要类型：要类型：掺烧掺烧、纯纯烧烧和和改质改质。醇类燃。醇类燃料对降低汽车排放料对降低汽车排放污染的效果明显。污染的效果明显。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 25太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2

30、022-3-24(1) (1) 掺烧掺烧掺烧是醇类燃料在汽车上的主要应用方式。为掺烧是醇类燃料在汽车上的主要应用方式。为使内燃机燃用醇燃料时能有良好的效果，可采使内燃机燃用醇燃料时能有良好的效果，可采用不同的掺烧方式，调整混合燃料的性质，改用不同的掺烧方式，调整混合燃料的性质，改进内燃机结构及设计良好的掺烧及控制装置。进内燃机结构及设计良好的掺烧及控制装置。在混合燃料中甲醇或乙醇的容积比例分别以在混合燃料中甲醇或乙醇的容积比例分别以MX或或EX表示表示 。如乙醇占。如乙醇占10、20，即以，即以E10、E20表示，纯乙醇燃料用表示，纯乙醇燃料用El00表示。表示。 汽车排放与控制技术汽车排放与

31、控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 26太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24(2)(2)纯烧纯烧 混合气的形成装置必须与醇较低的热值及较少混合气的形成装置必须与醇较低的热值及较少的空气需要量相适应。的空气需要量相适应。 加大输油泵的供油能力，以避免气阻。加大输油泵的供油能力，以避免气阻。 采用高压缩比以充分利用醇高辛烷值的特性。采用高压缩比以充分利用醇高辛烷值的特性。 更合适的混合气形成装置。更合适的混合气形成装置。 火花塞和火花塞间隙的选择，压缩比提高后，火花塞和火花塞间隙的选择，压缩比提高后，宜采用冷型火花塞。宜采用冷型火花塞。 解决冷起动不

32、利的因素。解决冷起动不利的因素。 加大燃料箱，以保证必要续驶里程。加大燃料箱，以保证必要续驶里程。 改善有关零件的抗腐蚀性和抗溶胀性等。改善有关零件的抗腐蚀性和抗溶胀性等。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 27太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院(3) (3) 甲醇改质甲醇改质 甲醇改质是利用发动机排气的余热将甲醇改成为甲醇改质是利用发动机排气的余热将甲醇改成为H2和和CO，然后再输往发动机。，然后再输往发动机。 332()()2CH OHCH OHHCO吸热催化剂液态气态 甲醇蒸发需要吸收汽化潜热，气体甲醇改质也需要吸收甲醇蒸发需

33、要吸收汽化潜热，气体甲醇改质也需要吸收热量，故甲醇改质后名义热值为液态甲醇的热量，故甲醇改质后名义热值为液态甲醇的1.2倍。倍。 改质气的理论成分为：含氢改质气的理论成分为：含氢66.7(mol)，含一氧化碳，含一氧化碳33.3(mol)。实际上还会含有少量的甲烷和甲醛等，使改质。实际上还会含有少量的甲烷和甲醛等，使改质气的热值降低，火焰传播速度下降，还会使排气中的气的热值降低，火焰传播速度下降，还会使排气中的HC和和CO增加。增加。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 28太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院汽车排放与控制技术汽车排放

34、与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 29太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院甲醇改质燃料特性项目甲醇改质气甲醇汽油分子式或成分33.3%(mol)CO 66.7%(mol)H2 CH3OHC8H18(以辛烷值为代表)分子量10.6532114理论空燃比6.516.5114.8低热值(MJ/kg)24.3120.2644.52理论混合气热值(MJ/m3)3.4333.563.82最大火焰传播速度(cm/s)21530着火界限(过量空气系数)0.470.470.51.3最小点火能量(理论混合比下)0.018(H2)0.250.3汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太

35、原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 30太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院甲醇改质气的的低热值比甲醇高，但混合气甲醇改质气的的低热值比甲醇高，但混合气热值比甲醇略低热值比甲醇略低火焰传播速度远远大于汽油，这个特性有利火焰传播速度远远大于汽油，这个特性有利于热效率的提高于热效率的提高着火界限很宽，很容易实施稀混合气燃烧，着火界限很宽，很容易实施稀混合气燃烧，提高热效率提高热效率辛烷值高，许用压缩比高辛烷值高，许用压缩比高甲醇改质气有效地回收了一部分排气热量，甲醇改质气有效地回收了一部分排气热量，有利于热效率的提高。有利于热效率的提高。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原

36、理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 31太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院甲醇改质装置甲醇改质装置 进气管进气管甲醇甲醇 热交换器热交换器 改质器改质器 改质管改质管 热交换器热交换器 预热预热气态气态H2+CO冷却冷却汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 32太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院汽车燃用醇类燃料时应注意的问题：汽车燃用醇类燃料时应注意的问题： 醇是一种溶剂，发动机使用初期，燃油系统零部件、油醇是一种溶剂，发动机使用初期，燃油系统零部件、油路和燃油管壁上沉积物会剥落，导致滤清器堵塞，一些路和燃油管壁上沉

37、积物会剥落，导致滤清器堵塞，一些黑色金属和有色金属将腐蚀。应进行橡胶长时间浸泡试黑色金属和有色金属将腐蚀。应进行橡胶长时间浸泡试验及耐腐蚀试验。验及耐腐蚀试验。 长期使用醇长期使用醇-汽油混合燃料，润滑油酸值和粘度将会增加汽油混合燃料，润滑油酸值和粘度将会增加，在发动机进气系统部件中，易产生油污，导致拉缸。，在发动机进气系统部件中，易产生油污，导致拉缸。应在润滑油中添加清洁剂及中和酸性物质的添加剂。应在润滑油中添加清洁剂及中和酸性物质的添加剂。 使用掺醇汽油后，汽车燃油耗和发动机动力性有所下降使用掺醇汽油后，汽车燃油耗和发动机动力性有所下降。可适当提高压缩比和加大点火提前角，对电喷发动机。可适

38、当提高压缩比和加大点火提前角，对电喷发动机进行匹配，延长喷油时间。进行匹配，延长喷油时间。 醇的气化潜热比汽油高，在寒冷地区会使混合燃料难以醇的气化潜热比汽油高，在寒冷地区会使混合燃料难以气化，不易起动。气化，不易起动。 容易分层，使汽油和醇互溶性变差，影响燃油的品质。容易分层，使汽油和醇互溶性变差，影响燃油的品质。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 33太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院醇类燃料在发动机上的参数选择醇类燃料在发动机上的参数选择 汽油机使用醇类燃料汽油机使用醇类燃料时的参数选择时的参数选择提高压缩比提高压缩比 改善燃

39、油分配均匀性改善燃油分配均匀性及供油特性及供油特性 混合气空燃比的调整混合气空燃比的调整 火花塞及点火时间的火花塞及点火时间的选择选择 柴油机使用醇类燃料柴油机使用醇类燃料时的参数选择时的参数选择 压缩比的选择压缩比的选择 电热塞与火花塞电热塞与火花塞 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 34太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院二甲醚作为汽车燃料的优点(1)二甲醚燃料具有高效率和低污染的优点，无需任何废气循环和处理二甲醚燃料具有高效率和低污染的优点，无需任何废气循环和处理装置，碳烟排放为零，可实现无烟燃烧；并可降低发动机噪声装置，碳烟排

40、放为零，可实现无烟燃烧；并可降低发动机噪声10dB以以上，所排放尾气无需催化转化处理就能满足美国加利福尼亚有关汽车上，所排放尾气无需催化转化处理就能满足美国加利福尼亚有关汽车超低排放尾气的标准（超低排放尾气的标准（ULEV，是世界上最严格的尾气排放标准之，是世界上最严格的尾气排放标准之一）。一）。(2)二甲醚液化后直接用作汽车燃料，其燃烧效果优于甲醇燃料，除具二甲醚液化后直接用作汽车燃料，其燃烧效果优于甲醇燃料，除具有甲醇燃料所具有的优点外，还克服了其低温起动性能和加速性能差有甲醇燃料所具有的优点外，还克服了其低温起动性能和加速性能差的缺点。的缺点。(3)常规发动机代用燃料（如液化石油气、天然

41、气、甲醇等）的十六烷常规发动机代用燃料（如液化石油气、天然气、甲醇等）的十六烷值都小于值都小于10，只适用于点燃式发动机；而二甲醚的十六烷值大于，只适用于点燃式发动机；而二甲醚的十六烷值大于55，与柴油相比，二甲醚的十六烷值高与柴油相比，二甲醚的十六烷值高27%，可直接压燃，具有优良的压，可直接压燃，具有优良的压缩性，燃烧性能更好，并且其机械性能良好，发动机爆发力大，适用缩性，燃烧性能更好，并且其机械性能良好，发动机爆发力大，适用于压燃式发动机。因此，是柴油的理想替代燃料。于压燃式发动机。因此，是柴油的理想替代燃料。(4)与液化天然气相比，二甲醚的理论空气量、烟气量比液化天然气分与液化天然气相

42、比，二甲醚的理论空气量、烟气量比液化天然气分别低别低38%和和37%，而理论燃烧温度、混合热值又比液化天然气分别高，而理论燃烧温度、混合热值又比液化天然气分别高8.7%和和7.4%，并且在储存、运输和使用上比液化天然气更安全。，并且在储存、运输和使用上比液化天然气更安全。2. 2. 醚类燃料醚类燃料汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 35太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院二甲醚作汽车燃料的缺点二甲醚作汽车燃料的缺点(1)以常规技术生产二甲醚，成本略高于柴油（目前国产以常规技术生产二甲醚，成本略高于柴油（目前国产二甲醚量不大，规模小，价

43、格约是甲醇的一倍，需改进二甲醚量不大，规模小，价格约是甲醇的一倍，需改进工艺流程，采用新工艺，扩大规模，降低成本）。工艺流程，采用新工艺，扩大规模，降低成本）。(2)在柴油机上用二甲醚，需对气态二甲醚加压，使其变在柴油机上用二甲醚，需对气态二甲醚加压，使其变成液态，需增加设备及控制措施。另外，需对加气站进成液态，需增加设备及控制措施。另外，需对加气站进行必要的改造，才能推广使用。行必要的改造，才能推广使用。(3)柴油机燃用二甲醚存在的一些技术难点。如二甲醚的柴油机燃用二甲醚存在的一些技术难点。如二甲醚的钻度较柴油低，需加人添加剂使其钻度接近柴油；二甲钻度较柴油低，需加人添加剂使其钻度接近柴油；

44、二甲醚对金属无侵蚀性，但对橡胶等有不利影响。醚对金属无侵蚀性，但对橡胶等有不利影响。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 36太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.3.29.3.2 生物燃料生物燃料 生物柴油具备以下优点：生物柴油具备以下优点： (1)具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30%（有催化剂时为（有催化剂时为70%）；生物柴油中不含对环境会）；生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香

45、族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油。检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低。检测表明，与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空气毒性，降低的空气毒性，降低94%的患癌率；由于生物柴油含的患癌率；由于生物柴油含氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相比减少约比减少约10%（有催化剂时为（有催化剂时为95%）；生物柴油的生物）；生物柴油的生物降解性高。降解性高。 (2)具有较好的低温发动机启动性能，无添加剂冷滤点达具有较好的低温发动机启动性能，无添加剂冷滤点达-20。 (3)具有较好的

46、润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长。的磨损率低，使用寿命长。 (4)具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的安全性又是危险品。因此，在运输、储存、使用方面的安全性又是显而易见的。显而易见的。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 37太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院(5)具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃烧具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃烧特性好于柴油，燃烧残留物呈微酸

47、性，使催化剂特性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。和发动机机油的使用寿命加长。(6)具有可再生性能。作为可再生能源，与石油储具有可再生性能。作为可再生能源，与石油储量不同，其通过农业和生物科学家的努力，可供量不同，其通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。应量不会枯竭。(7)无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。练。(8)生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力性，并降

48、低尾气污染。以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 38太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-241.1.天然气天然气 天然气主要来源于油田，主要成分是甲烷，其余为乙烷、天然气主要来源于油田，主要成分是甲烷，其余为乙烷、丙烷、丁烷及少量其它物质。天然气资源丰富，是世界上产丙烷、丁烷及少量其它物质。天然气资源丰富，是世界上产量增长最快的能源。量增长最快的能源。 天然气按其存在形式分为压缩天然天然气按其存在形式分为压缩天然气（气（CNG）和液化天然气（）和液化天然气（LNG） 。目前用于汽车上

49、的是压缩天然气。目前用于汽车上的是压缩天然气。9.3.3 9.3.3 气体燃料气体燃料 目前在内燃机上使用的气体燃料有天然气、液化石油气、目前在内燃机上使用的气体燃料有天然气、液化石油气、沼气、煤气等，其中以天然气和液化石油气为主。沼气、煤气等，其中以天然气和液化石油气为主。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 39太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24天然气与汽油的主要理化性能比较天然气与汽油的主要理化性能比较表表项目天然气（甲烷）汽油（90#）密度（液相kg/m3）424700780分子量M16.04396沸点（）-

50、161.53090低热值（MJ/kg）50.0543.9辛烷值（RON）13092着火极限（%）537390420火焰传播速度（cm/s）33.83947火焰温度（）19182197汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 40太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24天然气天然气的排放性能的排放性能 燃用压缩天然气的燃用压缩天然气的CO和和HC排放较汽油明显排放较汽油明显降低，但甲烷的排放增加。降低，但甲烷的排放增加。此外，使用纯压缩天然气此外，使用纯压缩天然气的汽车的的汽车的NOx排放较高。排放较高。 天然气在汽车上与空气混合

51、时是气态，因此，与汽油、天然气在汽车上与空气混合时是气态，因此，与汽油、柴油相比，其混合气更均匀，燃烧更完全。柴油相比，其混合气更均匀，燃烧更完全。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 41太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24压缩天然气与汽油排放比较 天然气汽车作为一种清洁汽车，由于其低排放、安全可天然气汽车作为一种清洁汽车，由于其低排放、安全可靠、技术成熟、有良好的经济效益和环境效益而被广泛应用于靠、技术成熟、有良好的经济效益和环境效益而被广泛应用于世界世界40多个国家和地区。多个国家和地区。 污染物轻型客车小轿车汽油

52、CNG降低率汽油CNG降低率CO（%）3.00.583.3%1.000.1585%HC(10-6)100080020%20015025%汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 42太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院CNGCNG汽车系统示意图汽车系统示意图汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 43太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 44太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院汽车排放与控制技术汽车

53、排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 45太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院天然气汽车性能评价天然气汽车性能评价 （1）较低的污染排放）较低的污染排放 与空气混合充分、燃烧彻底，可大幅度降低与空气混合充分、燃烧彻底，可大幅度降低CO和和HC的排放量的排放量 天然气火焰温度低，也会使天然气火焰温度低，也会使NOx排放量减少排放量减少 天然气是碳氢原子比最小的烃类化合物，以天然气是碳氢原子比最小的烃类化合物，以产生相同热量计算，产生的产生相同热量计算，产生的CO也可比汽油、也可比汽油、柴油降低柴油降低15以上以上 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学

54、车辆工程系太原理工大学车辆工程系 46太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院天然气与汽油的排放对比环境温度燃料种类排放物(g/km)COCO2NOXTHCNMHC24天然气0.156229.30.0250.0680.006汽油1.21302.70.140.1740.14-20天然气0.21289.60.060.080.006汽油5.87356.10.390.920.83平均减少百分比(%)91.521.583.576.0 97.5汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 47太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24（2

55、）良好的运行经济性）良好的运行经济性 天然气的研究法辛烷值天然气的研究法辛烷值130，这就意味着，这就意味着燃用天然气比燃用汽油时，许用压缩比燃用天然气比燃用汽油时，许用压缩比可高可高24个单位。很显然，压缩比高，个单位。很显然，压缩比高，热效率就高。热效率就高。 天然气与空气的混合气形成质量比汽油天然气与空气的混合气形成质量比汽油与空气的好，混合均匀与分配均匀有利与空气的好，混合均匀与分配均匀有利于提高燃烧的完全度。于提高燃烧的完全度。 汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 48太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24（3

56、）可靠的安全保障）可靠的安全保障 从燃点看，天然气的自燃温度高达从燃点看，天然气的自燃温度高达650680，远高于汽油的，远高于汽油的228471，柴油的，柴油的200300 从着火界限看，天然气的着火界限范围为从着火界限看，天然气的着火界限范围为515%，汽油为，汽油为1.37.6%，天然气比空气轻，要，天然气比空气轻，要形成天然气点燃的浓度比汽油难得多形成天然气点燃的浓度比汽油难得多 在制造要求和质量保证上，在制造要求和质量保证上，CNG气瓶比汽车油气瓶比汽车油箱严格得多箱严格得多天然气汽车缺点：天然气汽车缺点：1 1、续驶里程短、续驶里程短 2 2、动力性变差、动力性变差 汽车排放与控制

57、技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 49太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24492.2.液化石油气液化石油气 车用液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，污染物排放总体较低。车用液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，污染物排放总体较低。 液化石油气液化石油气(LPG)与汽油、柴油常规汽车燃料相比，与汽油、柴油常规汽车燃料相比，具有燃烧完全、积炭少、污染物排放低等优点。具有燃烧完全、积炭少、污染物排放低等优点。LPGLPG汽车汽车汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 50太原理工大学机械工程太原理工大

58、学机械工程学院学院2022-3-24汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 51太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 52太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院2022-3-24汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 53太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院9.3.4 9.3.4 氢燃料氢燃料 氢气在常温常压下为无色、无味、无毒的气体。氢气在常温常压下为无色、无味、无毒的气体。氢是

59、宇宙中最丰富的物质，也是地球上储量最丰富的氢是宇宙中最丰富的物质，也是地球上储量最丰富的资源，自然界的氢绝大部分以化合态的形式存在，最资源，自然界的氢绝大部分以化合态的形式存在，最常见的便是水和有机物。常见的便是水和有机物。汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 54太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院表表9-13 氢气与碳氢燃料性能对比氢气与碳氢燃料性能对比项目汽油甲烷一氧化碳氢气低热值(MJ/kg)44.049.814.59141.91燃点（K）7408009201020900950820870燃烧温度（K）24702300264025

60、00火焰传播速度（最大值）（m/s）1.20.340.423.1最小点火能量（MJ）0.250.28-0.02按可燃极限计算的过量空气系数0.31.350.62.00.12.940.1510.0扩散系数（cm2/s）0.080.240.63汽车排放与控制技术汽车排放与控制技术太原理工大学车辆工程系太原理工大学车辆工程系 55太原理工大学机械工程太原理工大学机械工程学院学院氢燃料主要有以下特点：氢燃料主要有以下特点： 氢是所有元素中质量最轻的。氢是所有元素中质量最轻的。 氢的沸点为氢的沸点为-253，常温常压下为气体，携带性和安全性差。，常温常压下为气体，携带性和安全性差。 氢极易点燃，最小点火