CH9净化方案及新能源汽车技术

1、发动机排放污染及控制主讲人主讲人 龚金科等龚金科等2022年3月24日课程内容课程内容9.1 汽油车排放污染物净化方案9.2 柴油车排放污染物净化方案9.3 混合动力车第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 第9章 发动机排放污染物净化方案及分析概述：主要内容 讨论汽油车和柴油车分别达到欧II、欧III和欧IV排放标准的一般净化方案，介绍混合动力新技术。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 汽油车排放污染物净化方案 采用闭环电控燃油系统加三效催化转化器可达到欧II排放标准。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 欧III标准要求催化剂的起燃温度尽可能低、使用强制加热方式使转化器内的温度在起动

2、时就超过起燃温度。汽油车排放污染物净化方案 满足欧III排放标准，二气门、非增压汽油机可采用闭环电控燃油喷射系统加紧耦合型三效催化转化器、前置双催化转化器或三效催化转化器辅以强制加热；多气门、增压汽油机则可采用闭环电控燃油喷射系统加低起燃温度的三效催化转化器或紧耦合型三效催化转化器。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 三效催化转化器汽油车排放污染物净化方案 要满足欧III排放标准，也可采用缸内直喷稀薄燃烧汽油机GDI发动机。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 采用GDI技术的发动机汽油车排放污染物净化方案 对于欧IV排放标准，一般在多气门增压汽油机上采用综合控制的发动机管理系统加紧耦合

3、型三效催化转化器、前置双催化转化器或三效催化转化器辅以强制加热实现，同时采用废气再循环可进一步降低NOX排放。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 发动机管理系统柴油车排放污染物净化方案 对于欧II排放标准，可以采用涡轮增压中冷和高压喷射减少微粒，采用废气再循环降低NOX。 要达到欧III排放标准，需采用电子控制，每循环多次高压喷射。在此基础上采用微粒捕集器，进一步降低微粒； 采用多级中冷废气再循环进一步降低NOX，结合先进的电控技术，可以使柴油车达到欧IV排放标准。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 满足欧II排放标准的CA4DS2系列柴油机柴油车排放污染物净化方案第9章 发动机排放污

4、染物净化方案及分析 满足欧III标准的柴油车可以考虑采用的部分关键技术柴油车排放污染物净化方案第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 满足欧III标准的柴油车可以考虑采用的部分关键技术柴油车排放污染物净化方案 欧II标准要求使用含硫量500ppm(0.05%)的柴油； 欧III标准要求使用含硫量200ppm(0.02%)的柴油； 而欧IV标准要求使用含硫量55ppm (0.0055%)的柴油。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 我国第一台拥有自主知识产权的欧IV柴油发动机YC6L-40混合动力汽车 混合动力汽车(HEV)，是将能量转换技术和能量存储技术集合于一体的汽车。第9章 发动机排放污

5、染物净化方案及分析 丰田混合动力车Prius HEV既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又利用了电动机无污染、低噪声的长处，使得汽车的热效率得以提高，废气排放得到改善。混合动力汽车发展概况 图9-7 国产混合动力车 混合动力汽车在发达国家已日益成熟，有些国家已经进入实用阶段。1997年10月，全球首辆商业性混合动力型汽车“PRIUS”由日本丰田公司研制成功。 随着排放法规日趋严格，混合动力汽车性能日益提高以及成本的不断降低，混合动力汽车的市场份额将逐渐增大，成为本世纪头20年重点发展的新型汽车。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 混合动力汽车控制策略 先进的驱动技术是混合动力汽车

6、取得成功并表现其优越性的关键。混合动力汽车将电力驱动和辅助动力单元合用到一辆汽车上。 一方面，发动机始终在最佳工作点上驱动发电机或直接驱动汽车，排放少、效率高； 另一方面，蓄电池又得到发电机的不断充电，加大了续驶里程，延长了蓄电池的使用寿命。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 混合动力汽车类型第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 串联式混合动力汽车串联式混合动力汽车混合动力汽车类型第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 并联式混合动力汽车并联式混合动力汽车混合动力汽车类型第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 混联式混合动力汽车混联式混合动力汽车插电式混合电动车插电式混合电动车 插电式混

7、合动力系统通过接入家用电源为系插电式混合动力系统通过接入家用电源为系统中配备的充电电池充电，充电后可统中配备的充电电池充电，充电后可 仅凭仅凭充电电池作为电动汽车行驶。另外，在充电充电电池作为电动汽车行驶。另外，在充电电池的剩余电量用完后，并不是切换至发动电池的剩余电量用完后，并不是切换至发动机行驶模式，而是通过发动机旋转发电机，机行驶模式，而是通过发动机旋转发电机，利用由此产生的电力为蓄电池充电，利用由此产生的电力为蓄电池充电， 继续继续用电动机行驶，从而形成了串联方式的插电用电动机行驶，从而形成了串联方式的插电式混合动力车。式混合动力车。 代表车型有代表车型有:通用的通用的VOLT, 比亚

8、迪的比亚迪的F3DM比亚迪的比亚迪的F3DM工作原理工作原理丰田公司丰田公司PRIUSTHS系统动力合成器动力合成器特点：特点： 核心是用行星齿轮组组成的动力合成器。核心是用行星齿轮组组成的动力合成器。 阿特金森阿特金森循环发动机循环发动机 发动机始终保持在低油耗高效率的转速范围。在起动、加速和上发动机始终保持在低油耗高效率的转速范围。在起动、加速和上坡等发动机动力不足时，由驱动电动机提供辅助动力。坡等发动机动力不足时，由驱动电动机提供辅助动力。 镍镍-氢电池氢电池 计算机控制的多能源动力控制模块。计算机控制的多能源动力控制模块。 THS系统相当时一个电控自动无级变速器系统相当时一个电控自动无

9、级变速器 制动时能回收能量，使整车效率提高制动时能回收能量，使整车效率提高20%混合动力汽车需要解决的关键技术问题 混合动力汽车要进入实用化，需要具备高比能量和高比功率的能量存储装置，低成本、高效率的电子设备和燃料经济性高、排放低的高效发动机。需要解决的关键技术问题主要有：第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 混合动力单元技术第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 混合动力汽车的动力可以同时来自热力发动机和电动机。在混合动力汽车上，发动机又被称为混合动力单元。 控制混合动力单元的排放将是今后研究的重点。从目前的研究表明，直喷式柴油机将是首选的混合动力单元。混合动力车系统示意图能量存储技术 目

10、前用于混合动力汽车的能量存储装置主要还是高能蓄电池，镍氢电池和锂离子电池的技术也较成熟。未来能量存储装置需要进一步降低制造成本，改善电池性能，提高电池使用寿命。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 能量存储装置也称之为载荷调节装置。汽车集成电力电子模块技术 混合动力汽车的控制系统的开发是混合动力系统最关键的技术创新。第9章 发动机排放污染物净化方案及分析 二、纯电动汽车二、纯电动汽车 电动汽车组成电动汽车组成 蓄电池蓄电池 电池管理系统电池管理系统 驱动电机及驱动系统驱动电机及驱动系统 车身与底盘车身与底盘 安全保护系统安全保护系统 1 1、纯电动汽车驱动模式、纯电动汽车驱动模式 电动汽车驱

11、动系统的两大优势：电动汽车驱动系统的两大优势：调速性能好调速性能好响应快速响应快速 电动汽车驱动结构电动汽车驱动结构 传统驱动方式传统驱动方式 电动机驱动桥组合式电动机驱动桥组合式 电动机驱动桥整体式电动机驱动桥整体式 轮毂电动分散驱动式轮毂电动分散驱动式电动机驱动桥组合式电动机驱动桥组合式轮毂电动分散驱动式轮毂电动分散驱动式2、纯电动汽车能量总成控制技术、纯电动汽车能量总成控制技术优化系统的能量分配优化系统的能量分配预测电池的荷电状态和相应的续驶里程预测电池的荷电状态和相应的续驶里程再生制动时，合理调整再生能量再生制动时，合理调整再生能量提供最佳的驾驶模式提供最佳的驾驶模式调整温度控制方式调

12、整温度控制方式自诊断自诊断三、燃料电池汽车三、燃料电池汽车 （一）氢燃料电池（一）氢燃料电池 工作原理工作原理 燃料电极：燃料电极：H2 2H+2e 氧电极：氧电极： 0.5O2+2e+ 2H+ H2 总反应：总反应：0.5O2 + H2 H2O质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池 又称固体高聚合物电解质燃料电池又称固体高聚合物电解质燃料电池，用可传导质子的聚合膜作为电解，用可传导质子的聚合膜作为电解质，这种聚合膜具有选择透过离子质，这种聚合膜具有选择透过离子的功能，是关键技术。的功能，是关键技术。 质子燃料电池单体由氧电极、燃料质子燃料电池单体由氧电极、燃料电极和质子交换膜等组成。燃料电电极和质子交换膜等组成。燃料电池本体由若干个单体电池串联、并池本体由若干个单体电池串联、并联或串并联组成。联或串并联组成。 正负极均为多孔碳电极，在电极内正负极均为多孔碳电极，在电极内浸入氟磺酸并与质子交换膜压合，浸入氟磺酸并与质子交换膜压合，电极之间为催化剂层和电解质，共电极之间为催化剂层和电解质，共同组成单元电池。同组成单元电池。（二）燃料电池电动汽车的基本结构（二）燃料电池电动汽车的基本结构（三）燃料电池汽车驱动类型及特点（三）燃料电池汽车驱动类型及特点1、纯燃料电池驱动、纯燃料电池驱动2、燃料电池和辅助蓄电池联合驱动、燃料电池和辅助蓄电池联合