第11章 城市机动车污染控制08

1、Slide 1第十一章第十一章城市机动车污染控制城市机动车污染控制Slide 2Emission control of Internal Combustion EnginesSlide 3主要内容主要内容Q1. 城市交通趋势及影响城市交通趋势及影响Q2. Spark(火花塞火花塞) Ignition EnginesQ3. Compressed Ignition EnginesQ4. Advanced technologySlide 4Section 1城市交通趋势及影响城市交通趋势及影响Slide 5城市机动车污染现状城市机动车污染现状随着经济的快速发展，我国汽车保有量随着经济的快速发展，我国

2、汽车保有量连年高速增长连年高速增长 汽车单车排放因子高汽车单车排放因子高 机动车污染物排放总量大，城市机动车机动车污染物排放总量大，城市机动车污染分担率高污染分担率高 严重影响城市大气环境质量严重影响城市大气环境质量Slide 6中国机动车保有量增长情况中国机动车保有量增长情况近近10年来，全国机动车保有量迅速增加，平年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速度约均增长速度约14% 重点大城市保有量增长更快，北京市重点大城市保有量增长更快，北京市92年年以来平均增长速度超过以来平均增长速度超过20% 机动车收入弹性系数研究表明：收入增长机动车收入弹性系数研究表明：收入增长1%，机动车保有量增长

3、，机动车保有量增长1.021.94% 我国经济发展水平决定城市机动车保有量我国经济发展水平决定城市机动车保有量将会在一定时期内保持迅速增加将会在一定时期内保持迅速增加Slide 7中国机动车保有量增长情况中国机动车保有量增长情况0 02002004004006006008008001000100012001200140014001978197819851985198719871989198919911991199319931995199519971997年份年份数量 (万辆)数量 (万辆)Slide 8中美机动车排放因子比较中美机动车排放因子比较 污 染 物 轿 车 轻 型 汽 油 车 重 型

4、 汽 油 车 HC 7.24 9.64 13.17 北 京 CO 72.37 45.19 195.55 NOX 1.84 2.84 4.5 HC 1.86 2.24 6.74 美 国 CO 14.03 17.7 72.97 NOX 1.02 1.14 3.29 Slide 9北京市机动车排放污染分担率北京市机动车排放污染分担率浓浓度度分分担担率率(%) 污污染染物物 年年份份 排排放放量量 (万万吨吨) 排排放放分分担担率率(%) 城区 中心区 1995 年 107.5 76.8 76.5 86.3 CO 1998 年 129.0 82.7 84.1 89.5 1995 年 9.38 40.2

5、 68.4 72 NOx 1998 年 11.5 42.9 72.8 73.6 Slide 10汽车污染物产生来源汽车污染物产生来源 曲轴箱曲轴箱HC 的的 20%排气管排气管所有的所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 60%油箱和化油器蒸发油箱和化油器蒸发HC的的15%Slide 11Section 2火花塞点火引擎火花塞点火引擎Spark Ignition EnginesSlide 12Fuel+Oxygen汽车动力系统汽车动力系统 Theoretical CombustionCarbonDioxideEnergy动力动力Ignition点火点火WaterVaporet汽油车汽油车: 0

6、.250.3柴油车柴油车: 0.30.45Slide 13EngineCylinder（气缸）（气缸）汽油机：汽油机：=610柴油机：柴油机：=1624压缩比压缩比= Va/Vc =(Vc+Vd)/VcP. 433四冲程：进气、压缩、作功、排气Slide 14Actual CombustionQ LeadQ HydrocarbonsQ Carbon MonoxideQ Oxides of NitrogenQ Carbon DioxideQ ParticulatesQ Other pollutants (S、P 等)Q Water VaporAmbient AirReal FuelEngine/

7、EmissionTechnology尾气管排放物尾气管排放物Slide 15等当点等当点101012121414161618182020Ai r - Fuel R ati oAi r - Fuel R ati o0 02 24 46 68 8101012121414O O2 2Percent Percent M ol esM ol es0 04004008008001200120016001600200020002400240028002800N ON OC OC O2 2C OC OH CH CPP M PP M M ol esM ol esStoi chi om et ryStoi chi

8、 om et ry汽油汽油(C8H18)理论空燃比理论空燃比: 约约14.7CO:局部不均匀局部不均匀残余残余HCSlide 16HC: 不完全燃烧不完全燃烧壁面猝灭壁面猝灭油膜吸附油膜吸附Slide 17NOx: Thermal NOPrompt NOFuel NONOx与过剩空气系数的关系与过剩空气系数的关系Slide 18汽油车汽油车 Other EmissionsEvaporative Emissions diurnal, running losses, hot soakCrankcase(曲轴箱) Losses due to blow-byRefueling(加油) Losses d

9、isplaced vaporsQ Other EmissionsQ brake linings(刹车衬套), tire wear, fluid leaks讨论讨论1: 汽车污染产生汽车污染产生Q 汽油发动机空燃比对污染物排放有何影响汽油发动机空燃比对污染物排放有何影响?Q 汽车排放的污染物有哪些汽车排放的污染物有哪些? Q 汽油车污染排放包括哪些环节汽油车污染排放包括哪些环节?Q 这些环节排放哪几种污染物这些环节排放哪几种污染物? -目标是提高燃烧效率目标是提高燃烧效率, 降低排放降低排放汽油车行驶工况与排放汽油车行驶工况与排放Q1. 怠速怠速, 减速时减速时CO, HC排放高排放高, 浓度约

10、为浓度约为: CO: 1.0-6%; HC: 400-3000ppm NOx: 10-100ppmQ2. 加速加速, 定速时定速时NOx高高, 浓度约为浓度约为: NOx: 1000-4000ppm CO: 0.5-3.0%; HC: 200-600ppm 加速时加速时, 碳烟约为碳烟约为: 0.005g/m3 讨论讨论2: 影响排放的因素影响排放的因素Q 汽车使用中哪些因素对排放影响大汽车使用中哪些因素对排放影响大?Q 如何考虑汽车行驶工况对排放的影响如何考虑汽车行驶工况对排放的影响? (如制定标准时如制定标准时, 计算排放量时计算排放量时)主要控制技术主要控制技术Q前处理前处理: 无铅汽油

11、无铅汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油低硫汽油和柴油(1200ppm-50ppm?) 废气再循环废气再循环(EGR): 20%循环循环, 降低降低NOx约约60%, 但油耗增加但油耗增加3%Q机内控制机内控制: 发动机设计发动机设计 表面积表面积/容积容积 越小越好越小越好; 电子控制技术电子控制技术; 多气门技术多气门技术Q机外控制技术机外控制技术: 热反应器热反应器, 催化反应器催化反应器(氧化氧化, 还原还原-三效三效)改进点火系统改进点火系统Q电控燃油电控燃油喷射系统喷射系统废气再循环废气再循环(EGR)废气再循环与发动机经济性的关系废气再循环与发动机经济性的关系三效催化净化技

12、术三效催化净化技术(TWC)Q同时净化同时净化3种污染物种污染物: CO, HC, NOxQ只能在很窄的空燃比窗口工作只能在很窄的空燃比窗口工作: 闭环电控燃油喷闭环电控燃油喷射技术射技术 三效催化净化技术三效催化净化技术(TWC)Q主要使用贵金属主要使用贵金属+陶瓷载体陶瓷载体, Pt, Rd, PdQ寿命要求寿命要求80000-160000km, 防中毒很关键防中毒很关键! 曲轴箱曲轴箱(crankcase)排放控制排放控制图1113 封闭式曲轴箱强制通风系统P.447Evaporative emission control讨论讨论3: 控制技术控制技术Q目前最主流的汽油车排放控制技术组合

13、是什么目前最主流的汽油车排放控制技术组合是什么?Q三效催化技术有哪几个关键三效催化技术有哪几个关键?Q车用汽油哪些指标对排放最重要车用汽油哪些指标对排放最重要? -更新的标准导致更新的技术更新的标准导致更新的技术Slide 31Section 3Compressed Ignition Engines汽油汽油, 柴油发动机的区别柴油发动机的区别Q汽油发动机燃烧为预混火焰汽油发动机燃烧为预混火焰, 柴油为扩散火焰柴油为扩散火焰Q柴油发动机压缩比高柴油发动机压缩比高, 热效率高热效率高30-50%Q柴油发动机以喷油雾化方式燃烧柴油发动机以喷油雾化方式燃烧, 产生碳烟较多产生碳烟较多Q柴油车经济性好柴

14、油车经济性好, 马力大马力大, 最先实现最先实现3升车升车Q汽油车加速性好汽油车加速性好, 正在开发缸内直喷发动机技术正在开发缸内直喷发动机技术Formation path of Soot Pollutants and Air-fuel ratio 过剩空气系数过剩空气系数柴油车行驶工况与排放柴油车行驶工况与排放Q1. CO总是很低总是很低, 约约0.1%Q2. 减速减速, 怠速时怠速时HC相对较高相对较高, 浓度约为浓度约为400ppm 此时此时NOx较低较低, 约为约为30-70ppmQ Q3. 加速加速, 定速时定速时NOx高高, 浓度约为浓度约为: NOx: 800-2500ppm 此

15、时此时HC: 90-200ppmQ4. 加速时碳烟最高加速时碳烟最高, 约为约为0.30g/m3 Slide 36控制柴油机污染物排放的发动机技术控制柴油机污染物排放的发动机技术1、废气再循环、废气再循环 P.4572、改进供油系统、改进供油系统 P.4583、采用增压和中冷技术、采用增压和中冷技术 P.4594、采用分隔室燃烧、采用分隔室燃烧 P.4595、电控采用喷射、电控采用喷射 P.460 图11-12 增压柴油机的排放特性和燃油消耗率柴油车排气后处理柴油车排气后处理 图图11-24 使用氧化催化剂时排气温度对颗粒物净化效率的影响使用氧化催化剂时排气温度对颗粒物净化效率的影响颗粒捕集器颗粒捕集器(Particulate Trap) Slide 40Section 4Advanced TechnologySlide 41最新控制技术最新控制技术Q冷启动排放控制冷启动排放控制催化剂需要一定的起燃温度催化剂需要一定的起燃温度前级催化剂前级催化剂电加热催化剂电加热催化剂Q车载诊断技术车载诊断技术(OBD)自动检测诊断车辆排放系统状况自动检测诊断车辆排放系统状况自动提示故障自动提示故障存储信息有利于维修存储信息有利于维修Slide 42未来汽车技术未来汽车技术Q稀燃缸内直喷汽油发动机稀