现代汽车技术--排放

1、现代汽车技术 现代汽车技术的发展方向 环保、节能安全舒适环保/节能 政府法规 能源危机温室效应石油截至2003年底，全球已探明石油储量为11500亿桶，按照目前的开采速度可供开采41年。年中国占到世界石油需求增长总量的，约每天万桶。同时进口增长，达到每天万桶。石油中国目前石油最终可采储量较低，人均占有量只有10吨，居世界第41位，仅相当于世界平均水平的11% 预测，到2010年，中国的石油需求量为3.5亿吨，而原油产量为2亿吨，原油缺口将达到1.5亿吨，中国对进口石油的依存度将提高到40%。 京都议定书在2008年至2012年期间，发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均削减5.2%

2、，其中美国削减7%，欧盟8%，日本6% 作为世界最大的燃煤国和汽车保有国，美国的二氧化碳排放量占世界排放总量的四分之一，美国二氧化碳的排放已经成为影响全球气候变化的重要因素。 京都议定书国际能源机构公布的数据表示，中国现在的二氧化碳排放量占世界总排放量的17，成为仅次于美国的世界第二大二氧化碳排放国。 2002年，中国国内生产总值自1990年以来增长了204；二氧化碳排放量为33.07亿吨，与1990年相比增长了44.5二氧化碳与汽车1999年，德国公路上行驶的各种汽车排放的二氧化碳达859亿吨。按照京都议定书规定，最晚至2012年，欧洲的二氧化碳排放量须比1990年降低8。要求德国的排放量降

3、低21。欧盟委员会提出的要求是，至2020年，世界二氧化碳的排放量应减少20至40，长远计划为70。二氧化碳与汽车欧洲、日本和韩国的汽车制造商都承诺降低二氧化碳的排放，实现2008年平均排放水平达到140克/公里，2012年达到120克/公里的水平。根据欧洲汽车制造商协会（ACEA)的数据，2002年的新车二氧化碳的排放水平是165克/公里，2001年是164克/公里。 节能Powertrain轻量化电动化安全性 主动安全性（预防事故发生）被动安全性（减少事故伤害/损失）探测技术舒适性 驾驶舒适性（自动驾驶、自动换档）乘坐舒适性（悬架、NVH、人机工程）车辆新技术发展趋势电子化网络化新能源电子

4、化42V电源自动驾驶机电一体化传感器技术电子技术在高档轿车上的应用多种天线、后部安全带预紧、后部安全带作用力限制、多种天线、后部安全带预紧、后部安全带作用力限制、后车门的侧安全气囊、后座头部自动调节功能、窗侧后车门的侧安全气囊、后座头部自动调节功能、窗侧气囊、无钥匙启动、外侧后视镜自动转动、记忆座椅、气囊、无钥匙启动、外侧后视镜自动转动、记忆座椅、带记忆功能的车顶天窗、扇形转速表、动态自动驾驶带记忆功能的车顶天窗、扇形转速表、动态自动驾驶系统系统(DynAPS(DynAPS) ) 、命令、命令/ /语音识别、灯光传感器、多功语音识别、灯光传感器、多功能传感器、带离子流动测量的点火模式、带两级气

5、体能传感器、带离子流动测量的点火模式、带两级气体发生器的安全气囊、数据总线、音响系统、自动空调、发生器的安全气囊、数据总线、音响系统、自动空调、TiptronicTiptronic换档机构、根据辅助输入可调节的转向盘、换档机构、根据辅助输入可调节的转向盘、发光二极管制动灯发光二极管制动灯显示外部环境温度、显示外部环境温度、 雾灯雾灯、 EPS和和ASR/ABS系统、系统、驾驶员和前排乘客的侧向安全气囊、驾驶员和前排乘客的侧向安全气囊、 前车门电动玻前车门电动玻璃窗、璃窗、 左左/右侧独立控制的自动空调系统、前部和后右侧独立控制的自动空调系统、前部和后部处的头部安全气囊、遥控中央门锁系统、主动车

6、门部处的头部安全气囊、遥控中央门锁系统、主动车门反射镜反射镜网络化Safety-relevant SystemsVehicle Body SystemsInformation SystemsDriver s Workplace新能源燃料电池可再生的生物能源CNGLPG甲醇太阳能汽车排放理想的燃烧过程：进气（HC、O2、N2）排气（H2O、CO2、N2）HCO2H2OCO2 N2N2 在理想的燃烧过程中，没有产生任何有害气体。实际燃烧过程的排放影响非正常燃烧的因素火花塞汽油机的燃烧过程是断续的作功冲程的燃烧时间非常短混合比不断变化进气温度和燃烧室的温度不一致发动机设计和制造的简单化妨碍达到理想工

7、况尾气成分（无害）尾气成分（无害）尾气成分（有害）尾气成分（有害）尾气成分（有害）尾气成分（有害）尾气成分（有害）尾气成分（有害） 有害气体通过以下三条途径释放燃烧废气：约99%的CO、99%的NOx、60%的HC是通过排气管排放曲轴箱窜气 ：约1%的CO、1%的NOx、20%的HC是通过曲轴箱窜气燃料蒸发：约20%的HC是通过这种形式被释放。燃烧废气 怠速运转时，CO的排放量最大，NOx最小；行驶时，NOx排放量最大，HC最小，加速时，各种有害气体的排放量都增加，NOx的增加特别显著；减速时，NOx再次成为最小，而HC却显著增加。 曲轴箱窜气 发动机从压缩到作功行程时，从活塞、汽缸的间隙中窜

8、出的气体；是汽缸内燃烧气体(CO2、CO、NOx、HC、H2O等)的一部分 ；主要成分是HC。燃料蒸发随着外界温度的降低，油箱内部的汽油蒸气凝结，因此产生部分真空，从油箱盖吸入空气；随着外界温度的上升，空气与油箱内蒸发的汽油蒸气(HC)一起排出 。汽车排放自从美国 60 年代洁净空气法案颁布以来,全世界开始了控制汽车排放的历程,经过几十年的努力,目前已经形成了以美国、欧洲和日本为代表的三大汽车排放法规体系。世界上许多国家都不同程度的采用这些法规,我国的排放法规体系就是在全面等效采用欧洲ECE技术内容和部分采用EEC的基础上形成的。美国排放法规美国是世界上最早执行排放法规的国家,同时也是排放法规

9、最严格、控制排放指标种类最多和法规更替频繁的国家。美国排放法规可分为联邦排放法规和加利福尼亚州排放法规。美国联邦排放法规落后加利福尼亚州排放法规l-2年。加利福尼亚州排放法规加利福尼亚州排放法规由加利福尼亚空气资源局(CARB-Califorda Air Resource Board )颁布的将轻型车分为过渡低排放车(TLEV)、低排放车(LEV)、超低排放车(ULEV)和零排放车(ZEV) 加州加州汽油轻型车排放法规汽油轻型车排放法规（19971997年实施年实施）加州柴油机汽车的低排放标准加州柴油机汽车的低排放标准 单单位位:g/mile:g/mile 联邦排放法规联邦排放法规 联邦排放法

10、规是联邦环境保护署 (EPA-Environmental Protection Agengy) 颁布的排放法规。 在美国,联邦排放法规各州是自愿实施的。对于新开发的车型排放性能以认证方式进行控制,美国实行自愿认证制度,即认证试验和日常监督试验原则上由汽车厂自己进行。对于在用车则用I/M(Inspection and Maintenance)检测制度。 美国联邦政府制订的车辆排放美国联邦政府制订的车辆排放控制标准控制标准 货车及大客车用柴油机排放标货车及大客车用柴油机排放标准准 (2004 (2004 年后年后 ) ) 货车货车及大客及大客车车用柴油机排放用柴油机排放标标准准 欧洲排放法规欧洲排

11、放法规1958年3月20日在西德、法国、意大利、荷兰等国的首倡下，联合国欧洲经济委员会（ECE）在日内瓦制订了一份多边框家协定书关于采用统一条件批准机动车辆装配和不见且相互承认此批准的协定书（简称1958协定书）。欧洲排放法规欧洲排放法规联合国欧洲经济委员会于1960年颁布实施第一项ECE法规，到今天法规总数已达到99项，其体系内容已相当全面，内容主要涉及安全、环保和节能三大领域,具体到排放法规是7项；欧洲的汽车排放法规一直较美国和日本宽松。欧洲排放法规的实施进程1975年前规定只限制CO和HC排放量1976年起,增加了对NOx的限值1982年1985年对HC和NOx合并限值1986年起采用无

12、铅汽油欧洲排放法规欧共体国家实行型式认证,为了简化认证工作,欧洲按车型进行分类,也需对汽车厂进行质量保证体系认证。欧洲许多国家对新车认证试验和产品车生产一致性试验都由认证权威部门委托试验机构进行。欧洲过去无I/M制度,1992年8月欧共体才实施此制度,试验采用单怠速法,目前正在为制订新的I/M计划进行前期准备,计划用两年半时间进行各种简便规程的验证比较。欧洲对汽车排放污染物没有实施故障车返回制度。欧标准欧标准欧标准欧洲排放标准（重型车）限值限值EURO IIIEURO IV(EURO 4/1)EURO V(EURO 4/2)EEV 零排放零排放PM(g/kWh)0,16 0,030,030,0

13、20,0NOx (g/kWh)5,03,52,02,00,0噪声(dB(A)8078?CO2 (kg/km)0,9?0,0能耗 (kWh/100 km)336?欧洲重型车排放标准Euro 0, since 1.10.1990, ECE-R 49Euro 1, since 1.10.1993, ECE-R 49Euro 2, since 1.10.1996, ECE-R 49Euro 3, since 1.10.2000, ESC & ETC 2)Euro 4, since 1.10.2005, ESC & ETC 1) 2)3)Euro 5, since 1.10.2008,

14、ESC & ETC 1)2)3)1) Common Position of the EU Council of Ministers of Environmental Affairs, 21.12.19982) Equivalent Value refering to the ECE R49 -13-Mode-Test 3) Test Cycle not defined yet限值 g/kWh日本排放法规日本排放法规 1970年要求新车安装曲轴箱通风装置1973年后采用10工况试验法,对污染物限制扩大到HC和NOx1970年开始汽油无铅化,1975年建成供应体系1986年对柴油轿车限值加

15、严控制,规定5年旧车更新1993年低公害车进入实用阶段,主要有电动汽车、甲醇汽车和燃气汽车等1993年对柴油车微粒物进行控制我国排放法规1990年,全国汽车标准化技术委员会在制定汽车行业八五标准体系时,对国际上通行的欧洲、美国、日本三大汽车管理体制、技术法规和标准体系进行了广泛深入的研究和分析,最后确定了全面采用联合国欧洲经济委员会(ECE)汽车技术法规体系来制定我国的排放标准的原则。 我国排放法规我国于1999年颁布了GB14761-1999汽车排放污染物限值及测试方法、GB17691-1999压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测 试方法、GB3847-1999压燃式发动机

16、和装用压燃式发动机的车辆排气可见污染物限值及测试方法等四项排放标准。（欧标准） 我国排放法规2001年，颁布了GB18352.1/2-2001轻型汽车污染物排放限值及测试方法、GB17691-2001车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量标准，2002年颁布了GB14762-2002车用点燃式发动机和装用点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测试方法（欧标准） 排放控制技术 降低燃油消耗废气处理性能监测降低CO2排放降低CO2排放的主要途径是降低发动机的比油耗，提高汽车的燃油经济性。降低发动机比油耗的措施包括：多气门、可变气门正时、稀燃技术、采用先进供油技术及新型燃烧系统、直接喷射、增压中冷及

17、发动机综合电控等。 降低HC排放 燃油改质、减少燃烧室及活塞顶的有害缝隙容积，隔热低散热技术，提高喷油压力等先进供油技术，氧化催化反应，三元催化反应等 降低NOx排放 在不明显影响比油耗情况下，控制最高燃烧温度、氧的浓度以及高温下燃烧的持续时间。主要措施是可变气门正时、推迟喷油及排气再循环。降低PM排放 使用低含硫量的柴油，力求减少渗入燃烧室中的润滑油，多气门、先进供油系统及供油技术，微粒过滤器及电加热、微波再生技术等。发动机燃烧过程控制（机内净化）稀薄燃烧点火滞后改善燃油雾化特性升高活塞环法废气再循环使用清洁燃料,如LPG、CNG等闭环电控多点燃油喷射发动机排气后处理 （机外净化）催化剂低温

18、活化催化器前置双重排气管低热容量催化剂储氧型NOx催化剂排气二次空气喷射高晶粒密度催化剂活性纤置于吸附装置中最佳空燃比控制汽油机常用排放控制技术三元催化转化器 三元催化转化器是用铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、铈(Ce)及稀土金属等中的某几种作催化剂，在排气经过反应器的很短时间内，将其中HC、CO、NOX 同时进行催化反应，使它们转化成C02和H20等排入大气中。 氧传感器 氧传感器用来检测排气中氧的含量，ECU根据氧传感器的输入信号，对实际空燃比相对理论空燃比的偏离情况作出判断，并以此对喷油量进行修正，实现空燃比的精确控制。废气再循环(EGR)系统 在发动机工作过程中，将一部分废气引到吸

19、入的新鲜空气(或混合气)中，返回汽缸内进行再循环的方法。该方法被广泛用于减少NOx排放量。因为废气是惰性气体，在燃烧过程中，废气吸收热量，这样将降低最高燃烧温度，也减少了NOx的生成量。因为NOx主要是在高温富氧的条件下生成的。二次空气喷射 把空气喷入排气管中，使排气中大部分未燃烧的碳氢化合物(HC)在排气歧管内被点燃并燃烧，以降低HC排放 。废气涡轮增压 利用排气能量推动涡轮，带动压气机向发动机提供压力高、密度大的新鲜充量，从而提高功率及转矩。 欧标准的技术（柴油机）新型燃油泵高压燃油喷射废气再循环(EGR)增压、中冷欧标准的技术（柴油机）电控燃油高压喷射(如电控单体泵、电控高压共轨、电控泵

20、喷嘴等)增压中冷废气再循环(EGR)氧化型催化转化器欧标准的技术（柴油机）更高压力的电控燃油喷射可变几何的增压中冷冷却式废气再循环(EGR)多气阀技术可变进气涡流排气后处理技术欧标准的技术（排气后处理技术）氧化型催化转化器连续再生的颗粒捕集器(CRT)选择性催化还原技术(SCR)氮氧化物储存型后处理技术(NSR) 柴油质量10ppm和500ppm的对比-4 %-14 %-6 %-10 %HCCONOxPartikel0 %-2 %-4 %-6 %-8 %-10 %-12 %-14 %-16 % PM发动机技术发动机技术喷射技术喷射技术漩涡漩涡燃烧室燃烧室EGR燃料技术燃料技术 涡轮增压涡轮增压

21、 多气门多气门柴油柴油 燃烧燃烧PMNOxEURO 3机外净化技术SCRCRTOXI CATPMNOxREQUIREMENTS for DIESEL FUELEURO 3SCRTCRT连续再生的颗粒捕集器CRT系统集成了氧化型催化转化器和免维护颗粒物滤清器必须使用含硫极少的柴油（S 0.005 % = 50 ppm）从目前有限的试验结果看，除了氮氧化物(NOX)外，其他污染物均低于欧4标准，特别是尺寸为10-30nm的极小微粒（容易吸入肺中）有明显减少 CRT（连续再生的颗粒捕集器）CRT的效果颗粒物尺寸对CRT的影响02040608010010-30 nm30-100 nm100-300 n

22、mParticle SizeParticulate Emission %without CRTwith CRTVovlo DPF（柴油颗粒过滤器） EGR （废气再循环）SCR选择性催化还原技术减少废气中的氮氧化物和碳烟微颗粒等有害物质的同时，还能明显降低油耗（节油率最大可至6%）2002秋，戴姆勒克莱斯勒公司宣称柴油公共汽车只有采用SCR技术才可达到欧4标准，而MAN公司则希望借此技术满足欧5标准。从MAN公司的试验可知，采用SCR技术后，NOX由10.2降至2.0、微粒从3.9降至2.0左右。SCRT将SCR系统与CRT系统合并。该技术始于1998年，它在CRT的基础上增加了SCR。在转鼓

23、试验台上的试验表明其氮氧化物的转化率为75%。为满足欧5标准及美国将在2010年实施的更为严格的标准，SCRT将是必然的选择。SCRT排气净化系统 车辆、燃料、排放控制技术和 NOx排放排放 （g/kmg/km）3 Axles2 Axles车辆、燃料、排放控制技术和 PM排放排放 （g/kmg/km）3 Axles2 Axles车辆、燃料、排放控制技术和 HC排放排放 （g/kmg/km）3 Axles2 Axles车辆、燃料、排放控制技术和 CO2排放排放 （g/kmg/km）3 Axles2 Axles核燃料核燃料化石燃料化石燃料: : 石油石油, , 天然气天然气, , 煤炭煤炭不可再生

24、能源不可再生能源生物能生物能风风, ,水水, ,太阳能太阳能可再生能源可再生能源 电力水分解水分解汽油汽油柴油柴油丙烷丙烷丁烷丁烷天然天然气气氢氢蓄电池蓄电池生物燃料生物燃料燃料电池燃料电池甲醇甲醇各种燃料的CO2排放量 kg/100 kg/100 kmkm020406080 100 120 140 160Production and TransportOperation 柴油机混合驱动柴油机混合驱动低硫柴油低硫柴油Mineral Oil 燃料电池燃料电池 (NG) 燃料电池燃料电池 (甲醇来自甲醇来自 NG) 燃料电池燃料电池 (NG) 汽油机汽油机 (NG)汽油机汽油机 (CNG)Natu

25、ral Gas 燃料电池燃料电池 (光电效应光电效应) 燃料电池燃料电池 (生物能生物能)Regenerative Energy燃料电池公共汽车电动汽车电动汽车的基本组成电力驱动系统：功率转换系统、电动 机、机械传动系统能源系统：能源、能源管理系统辅助系统：辅助动力源、动力转向、 空调等电动机电动车的各种能源其他储能单元其他储能单元燃料电池燃料电池蓄电池蓄电池接触架空线接触架空线 内燃机内燃机储能装置蓄电池：成本较低、功率不高，寿命较短，充电时间较长 。燃料电池：无污染、能量转换效率高、成本昂贵。惯性飞轮：单位储能量低。蓄电池电池类型电池类型比能量比能量a/（Wh*kg1）能量密度能量密度a/

26、（Wh*L1）比功率比功率b/（W*kg1）循环寿命循环寿命b/（Cycles）预计成本预计成本d/（US$*kW1 *h1)VRLA30-4560-90200-300400-600150Ni-Cd40-6080-110150-350600-1 200300Ni-Zn60-65120-130150-300300100-300Ni-MH60-70130-170150-300600-1 200200-350Zn/Air230296105NAe90-120Al/Air190-250190-2007-16NAeNANa/S100150200800250-450Na/NiCl2861491501 000

27、230-350Li-Polymer155220315600NALi-lon90-130140-200250-450800-1 200 200USABC2003004001 000 100注：注：NA：没有数据；：没有数据；a：C/3放电率；放电率；b：80DOD；c：机械充电方式；：机械充电方式；d：仅供参考：仅供参考EV电池性能参数列表燃料电池由两个层状电极和电解液组成，通过氢与氧的反应产生电能、水和热能。氢从燃料电池的阳极进入电池，氧通过阴极进入电池，在催化剂的作用下，氢原子分解成一个质子和一个电子，质子和电子通过不同途径到达阴极，在负极氧原子和氢质子核组成水分子，而电子则形成电流.燃料电池在不燃烧的前提下，将一种燃料的化学能量转化为可使用的电能和热能。质子交换膜燃料电池 在质子膜电池的两个电极之间有一层聚合电解质薄膜，由铂催化剂将薄膜与电极分开。供给正极的氢气在经过铂催化