11-机动车污染控制

,第十一章机动车污染控制,本章主要内容,机动车污染概述内燃机排放控制机动车排气净化技术车用燃料改进和燃料替代交通规划与交通管理,2,机动车保有量的增长机动车与城市大气污染机动车污染控制历程,一、机动车污染概述,3,一、机动车污染概述,机动车保有量的增长,4,全球机动车保有量的增长趋势,一、机动车污染概述,机动车保有量的增长,5,未来20年间客运以及货运交通都将有巨大增量,不同地区客运交通增量预测（与2000年相比）,不同地区货运交通增量预测（与2000年相比）,一、机动车污染概述,机动车保有量的增长,6,中国机动车销售和生产量的增长趋势,一、机动车污染概述,机动车保有量的增长,7,中国机动车保有量的增长趋势,一、机动车污染概述,机动车保有量的增长,8,北京市机动车保有量的增长趋势,北京限购政策:每年24万辆轻型车,一、机动车污染概述,机动车保有量的增长,9,中国机动车保有量的增长趋势,一、机动车污染概述,10,对我国能源安全的挑战,在不考虑引入先进动力系统/替代燃料的情况下，2030年我国汽车的汽柴油消耗将达到6.7-11.9亿吨，相当于原油消耗7.3-12.9亿吨,如果维持国内原油产量水平不变（2亿吨/年），仅仅考虑道路汽车消耗的原油（未考虑其他交通运输消耗的原油）就将使得2030年进口原油依存度高达73-84%,机动车与城市大气污染,一、机动车污染概述,11,对我国大气环境的挑战,在不考虑引入先进动力系统/替代燃料的情况下，2030年我国汽车的CO2排放量将达到21.1-37.6亿吨，是2005年排放量的7.4-13.1倍,机动车与城市大气污染,一、机动车污染概述,机动车与城市大气污染,12,机动车占大气污染物排放的比例,一、机动车污染概述,13,柴油车排放是城市细颗粒物污染的重要来源之一,机动车与城市大气污染,一、机动车污染概述,14,柴油车排放是大城市BC污染的主要来源之一,机动车与城市大气污染,一、机动车污染概述,机动车污染控制历程,15,三个阶段第一阶段：排放法规的起步和逐步完善时期,一、机动车污染概述,机动车污染控制历程,16,三个阶段第二阶段：汽车排放控制技术快速发展时期,一、机动车污染概述,机动车污染控制历程,17,三个阶段第三阶段：低排放(零排放)时期,一、机动车污染概述,机动车污染控制历程,18,汽油车排放标准发展进程,一、机动车污染概述,机动车污染控制历程,19,柴油车排放标准发展进程,一、机动车污染概述,机动车污染控制历程,20,不同机动车排放标准下的污染物排放,轻型汽油车,重型柴油车,以欧0轻型汽油车新车排放水平为基准,欧IV新车排放水平下降：NOX92%、CO89%、HC91%以欧0重型柴油车新车排放水平为基准，欧IV新车排放水平下降：PM96%、NOx75%、CO79%、HC80%,一、机动车污染概述,机动车污染控制历程,21,不同机动车排放标准下的污染物排放,2005,2009,2014,2007/2009,mg/km,本章主要内容,机动车污染概述内燃机排放控制机动车排气净化技术车用燃料改进和燃料替代交通规划与交通管理,22,内燃机的工作原理大气污染物的形成与排放降低污染排放的发动机技术,二、内燃机排放控制,23,二、内燃机排放控制,内燃机的工作原理,24,内燃机(InternalCombustionEngine)将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力按点火方式分类汽油发动机(SparkIgnitionEngine)柴油发动机(CompressedIgnitionEngines)按冲程分类两冲程、四冲程,二、内燃机排放控制,内燃机的工作原理,25,四冲程内燃汽油发动机,循环过程中电动系统适时向火花塞输送电脉冲,通过曲柄、连杆和曲柄销的传动，带动活塞上下运动,二、内燃机排放控制,内燃机的工作原理,26,四冲程内燃汽油发动机,二、内燃机排放控制,内燃机的工作原理,27,汽油内燃机和柴油内燃机的比较,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,28,完全燃烧,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,29,空-燃比(A/F),化学计量空燃比过量空气系数当量比,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,30,汽油机排放,31,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,32,CO：不完全燃烧、局部混合不均匀、残余HC,供给每摩尔燃料的氧气量比完全燃烧所需氧气量少z摩尔：,燃烧产物的总摩尔数为：,CO的摩尔比为：,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,33,HC：不完全燃烧、淬熄、油膜吸附,淬熄效应：温度较低的燃烧室壁面对火焰的迅速冷却，使活化分子的能量被吸收，燃烧反应中断。淬熄效应在燃烧室壁面形成一层厚约0.1-0.2mm的不完全燃烧火焰淬熄层，产生的HC占排气管排放的30-50。,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,34,柴油机污染物排放,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,35,柴油机颗粒物排放：碳烟、可溶性有机物、硫酸盐,碳烟生成途径,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,36,尾气管的大气污染物排放,LeadHydrocarbonsCarbonMonoxideOxidesofNitrogenCarbonDioxideParticulatesOtherpollutantsWaterVapor,Engine/EmissionTechnology,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,37,其它排放,EvaporativeHCEmissionsdiurnal,runninglosses,hotsoak,CrankcaseHCLossesduetoblow-by,RefuelingHCLossesdisplacedvapors,OtherPMEmissionsbrakelinings,tirewear,etc.,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,38,汽车污染物的来源,曲轴箱25%的HC,排气管100%的CO、NOX、Pb和55-65%的HC,油箱和化油器蒸发HC的10-20%,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,39,发动机运行条件对排放的影响,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,40,发动机运行条件对排放的影响,化油器汽油机在不同工况下的排气成分,外界空气温度、压力、湿度、使用的燃料等都会影响发动机污染物的排放,二、内燃机排放控制,大气污染物的形成与排放,41,污染物排放性能的劣化,二、内燃机排放控制,降低污染排放的发动机技术,42,改进点火系统,二、内燃机排放控制,降低污染排放的发动机技术,43,电控燃油喷射(ElectronicFuelInjection),汽油喷射与化油器发动机等速运行时的排放浓度对比,二、内燃机排放控制,降低污染排放的发动机技术,44,废气再循环(ExhaustGasRecirculation,EGR),二、内燃机排放控制,降低污染排放的发动机技术,45,废气再循环(ExhaustGasRecirculation,EGR),二、内燃机排放控制,降低污染排放的发动机技术,46,稀薄燃烧(leanburn),本章主要内容,机动车污染概述内燃机排放控制机动车排气净化技术车用燃料改进和燃料替代交通规划与交通管理,47,汽油机排气净化技术柴油机排气净化技术,三、机动车排气净化技术,48,三、机动车排气净化技术,汽油机排气净化技术,49,三效催化净化技术(TWC),同时净化3种污染物:CO,HC,NOx,2CO+O2CO24HC+5O24CO2+2H2O2NO+2CON2+2CO22NO+5CO+3H2O2NH3+5CO22NO+2H2N2+2H2O2NO2+2HC+0.5O2N2+H2O+2CO2,三、机动车排气净化技术,汽油机排气净化技术,50,三效催化净化技术(TWC),只能在很窄的空燃比窗口工作:闭环电控燃油喷射技术,三、机动车排气净化技术,汽油机排气净化技术,51,稀燃氮氧化物吸附装置(LNT),针对稀薄燃烧技术设计的NOx排放后处理装置,三、机动车排气净化技术,汽油机排气净化技术,52,冷启动排气控制,60%80%的HC排放来自冷启动降低三元催化剂的起燃温度安装在排气管上的紧密耦合型催化反应器电加热催化反应器收集冷启动时未燃烃的技术,三、机动车排气净化技术,汽油机排气净化技术,53,曲轴箱(cranecase)的排气控制,三、机动车排气净化技术,柴油机排气净化技术,54,对欧4以上排放标准，单纯的机内控制已经无法满足要求，需辅以NOx/PM的后处理技术。,SCR,SCR,EGR+DOC,EGR+DPF,DPF+NOx,三、机动车排气净化技术,柴油机排气净化技术,55,颗粒捕集器(DPF),通过内部孔隙极微小、能捕获颗粒物的过滤介质来捕集排气中的微粒，然后采取不同的方法来燃烧，清除过滤器中收集的颗粒物，使颗粒捕集器再生后循环使用,三、机动车排气净化技术,柴油机排气净化技术,56,氧化型催化转化器,氧化尾气排放PM中大部分可溶性有机物（SOF）、气态的HC和CO、臭味和其他一些有毒有机物,200-350,本章主要内容,机动车污染概述内燃机排放控制机动车排气净化技术车用燃料改进和燃料替代交通规划与交通管理,57,常规燃料的质量改善车用燃料替代技术新型动力车,四、车用燃料改进和燃料替代,58,四、车用燃料改进和燃料替代,59,目前世界范围内已经成熟或处于R&D阶段的车/油系统超过50种,四、车用燃料改进和燃料替代,60,常规燃料的质量改善,改善车用汽油质量,提高辛烷值控制蒸发性降低烯烃和芳烃含量添加含氧剂降低含硫量添加发动机清净剂,改善车用柴油质量,降低含硫量提高十六烷值降低芳香烃含量燃料改性添加剂改善油质型促进燃烧型消烟减污型,四、车用燃料改进和燃料替代,61,车用燃料替代技术,传统燃料和替代燃料的物化特性比较,天然气、液化石油气、氢气、甲醇、乙醇、醇类和汽油混合物、从煤中提取的液体燃料、生物燃料和电,四、车用燃料改进和燃料替代,62,车用燃料替代技术,四、车用燃料改进和燃料替代,63,加州的新型动力车替代计划,ConventionalVehicles,Plug-InHybrids,HydrogenFuelCell&BatteryElectric,Hybrids,新型动力车,四、车用燃料改进和燃料替代,64,机动车排放生命周期分析(WTW),VehicleCycle,FuelCycle(Well-to-Wheels),WelltoPump,PumptoWheels,新型动力车,四、车用燃料改进和燃料替代,65,新型动力车,机动车排放生命周期分析(WTW),本章主要内容,机动车污染概述内燃机排放控制机动车排气净化技术车用燃