汽车理论-崔胜民课件第3章汽车排放性

2023/3/1汽车理论第3章汽车排放性汽车理论

第1页3.1汽车排放性评价指标3.1.1汽油车排放性评价指标3.1.2柴油车排放性评价指标3.1.3汽车排放限值3.2汽车排放性影响因素3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响3.2.2发动机对汽车排放的影响3.2.3使用因素对汽车排放的影响3.3汽车排放控制途径3.3.1机前控制3.3.2机内净化技术3.3.3机外后处理技术3.4汽车排放实验2023/3/1汽车理论

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页目录汽车排放性汽车排放是指废气中排出的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）等有害物质,这些一次污染物还会通过大气化学反应生成光化学烟雾、酸沉降等二次污染物。

随着汽车保有量的急剧增加，汽车排放对环境造成了越来越大的破坏，对人类健康造成了越来越大的损害。

为了保护环境和人类健康，世界各国通过制定越来越严格的排放标准来限制汽车排放。2023/3/1汽车理论

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页3.1汽车排放性评价指标

汽车排放性评价指标与排放标准有关。不同阶段实施的排放标准不同，其评价指标也有差异。目前国内实施的是国Ⅳ排放标准，个别城市地区开始实施国Ⅴ排放标准。评价指标：循环工况下汽车单位行驶里程的主要污染物排放总量。2023/3/1汽车理论

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页3.1.1汽油车排放性评价指标

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一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）排放量高

颗粒物

（PM）排放量低

氮氧化合物（NOx）排放与柴油车基本相同汽油车排放特点3.1.1汽油车排放性评价指标

1．基于国Ⅳ排放标准的评价指标评价指标:

一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx）

单位行驶里程排放量循环工况下CO的单位行驶里程排放量为：2023/3/1汽车理论

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页3.1.1汽油车排放性评价指标

循环工况下HC的单位行驶里程排放量为：循环工况下NOx的单位行驶里程排放量为：汽油车循环工况下污染物单位里程总排放量为各污染物单位里程排放量总和，即：2023/3/1汽车理论

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页3.1.1汽油车排放性评价指标

2．基于国Ⅴ排放标准的评价指标评价指标:

在国Ⅳ排放标准的评价指标基础上，增加了非甲烷基碳氢化合物（NMHC）和颗粒物（PM）的限制，对碳氢化合物（HC）的评价改为对总碳氢化合物（THC）的评价。循环工况下THC的单位行驶里程排放量为：2023/3/1汽车理论

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页3.1.1汽油车排放性评价指标

循环工况下NMHC的单位行驶里程排放量为：循环工况下PM的单位行驶里程排放量为：汽油车循环工况下污染物单位里程总排放量为各污染物单位里程排放量总和，即：2023/3/1汽车理论

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页3.1.2柴油车排放性评价指标

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页我国现阶段柴油车的排气污染较为严重，特别是颗粒物排放对人体的危害很大。

颗粒物（PM）氮氧化物（NOx）排放量多

一氧化碳（CO）

碳氢化合物（HC）排放量少柴油车排放特点3.1.2柴油车排放性评价指标

1．基于国Ⅳ排放标准的评价指标评价指标:

一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氢化物和氮氧化物之和

（HC+NOx）以及颗粒物（PM）循环工况下CO、NOx、PM的单位行驶里程排放量计算公式同汽油车循环工况下HC+NOx的单位行驶里程排放量为：柴油车循环工况下污染物单位里程总排放量为各污染物单位里程排放量总和，即:2023/3/1汽车理论

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页3.1.2柴油车排放性评价指标

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页2．基于国Ⅴ排放标准的评价指标评价指标:

在国Ⅳ排放标准的评价指标基础上，增加了颗粒物个数（PN）的限制。循环工况下PN的单位行驶里程排放量为：3.1.3汽车排放限值

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页1．轻型汽车排放限值国际主流汽车环保排放标准：欧、美、日中国汽车排放标准：借鉴应用最为广泛的欧洲标准

第Ⅰ阶段1.36g/km2001年第Ⅱ阶段0.9g/km2004年第Ⅲ阶段0.56g/km2007年第Ⅳ阶段0.30g/km2010年第Ⅴ阶段0.25g/km2018年HC+NOx排放量开始实施时间图3.1中国轻型汽车排放标准5个阶段3.1.3汽车排放限值

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页1．轻型汽车排放限值第Ⅰ阶段：GB18352.1—2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(I)》，等同于欧Ⅰ，于2001年开始实施。第Ⅱ阶段：GB18352.2—2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)》，等同于欧Ⅱ，于2004年开始实施。第Ⅲ阶段：GB18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》，部分等同于欧Ⅲ，于2007年开始实施。第Ⅳ阶段：GB18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)》，部分等同于欧Ⅳ，于2010年开始实施。第Ⅴ阶段：GB18352.5—2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第Ⅴ阶段)》，部分等同于欧Ⅴ和欧Ⅵ，将于2018年1月1日实施。3.1.3汽车排放限值

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表中，第一类车是指包括驾驶座位在内、座位数不超过6座、且最大总质量不超过2500kg的载客汽车；第二类车是指除第一类车以外的其他所有汽车；基准质量是指汽车整备质量加上100kg；PI代表点燃式发动机，主要是汽油机；CI代表压燃式发动机，主要是柴油机；CI-FZ代表非直喷压燃式发动机；CI-Z代表直喷压燃式发动机。3.1.3汽车排放限值

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表中，第一类车是指包括驾驶座位在内、座位数不超过6座、且最大总质量不超过2500kg的载客汽车；第二类车是指除第一类车以外的其他所有汽车；基准质量是指汽车整备质量加上100kg；PI代表点燃式发动机，主要是汽油机；CI代表压燃式发动机，主要是柴油机；CI-FZ代表非直喷压燃式发动机；CI-Z代表直喷压燃式发动机。3.1.3汽车排放限值

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表中，第一类车是指包括驾驶座位在内、座位数不超过6座、且最大总质量不超过2500kg的载客汽车；第二类车是指除第一类车以外的其他所有汽车；基准质量是指汽车整备质量加上100kg；PI代表点燃式发动机，主要是汽油机；CI代表压燃式发动机，主要是柴油机；CI-FZ代表非直喷压燃式发动机；CI-Z代表直喷压燃式发动机。3.1.3汽车排放限值

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页2．重型汽油车排放限值重型汽油车：总质量大于3500kg且搭载汽油机的车辆

3.1.3汽车排放限值

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页3．重型柴油车排放限值重型柴油车：总质量大于3500kg且搭载柴油机的车辆

3.2汽车排放性影响因素

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页燃料发动机本身特性使用条件3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

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页1.燃料类型对汽车排放的影响汽车使用的燃料不同，其排放水平也不同汽车正常使用的燃料:汽油、柴油、液化石油气（LPG）和压缩天然气（CNG）等

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页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

图3.2不同燃料类型汽车的污染物排放量分担率全国汽油车CO和HC排放量明显高于柴油车，超过汽车排放总量的70%而柴油车排放的NOx接近汽车排放总量的70%，PM超过90%

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页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

2.燃料质量对汽车排放的影响燃油对汽车排放的影响是由燃油中各组分综合作用产生的结果汽车排放污染物的水平与市售燃油质量有密切关系。长期以来，欧美和日本等发达国家在制定和实施汽车排放标准时始终将车和油视为一个系统，强调同步实施燃油和汽车排放标准，实现“车、油、路”的同时升级。2014年1月1日开始施行新版GB17930-2013《车用汽油》标准，标准对汽油中的烯烃含量及硫含量做了更加严格的限制。2013年2月7日起施行新版GB19147-2013《车用柴油》标准，大幅度降低硫含量。2023/3/1汽车理论

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页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

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页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

2.燃料质量对汽车排放的影响分别对国Ⅲ基准汽油和市售93号汽油、国Ⅲ基准柴油和市售0号柴油进行排放对比试验，结果表明，使用93号汽油的排气污染物浓度较基准汽油有显著的提高，NEDC循环工况下，排气污染物CO、THC、NOx分别提高了30.3%、27.69%和23.53%。

图3.3汽油质量对排放的影响2023/3/1汽车理论第26

页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

2.燃料质量对汽车排放的影响汽油组分对产生排气污染物的影响主要源于芳烃、饱和烃和烯烃、硫等杂质含量的不同本次试验所用基准汽油与市售汽油的主要差异在辛烷值、烯烃含量和硫含量不同许多研究结果表明，低烯烃含量、低硫含量和适当的芳烃含量都有利于降低排放污染物浓度图3.4柴油质量对排放的影响2023/3/1汽车理论第27

页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

2.燃料质量对汽车排放的影响使用市售柴油的排气污染物浓度较基准柴油也均有显著的提高，NEDC循环工况下，排气污染物CO、THC、NOx、THC+NOx及颗粒物PM分别提高了47.66%、45.34%、8.21%、18.53%和30.20%。2023/3/1汽车理论第28

页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

2.燃料质量对汽车排放的影响两种柴油的主要差异在于十六烷值和硫含量,试验结果的差异性是柴油组分对汽车影响的综合因素造成的。研究表明：提高十六烷值可以减少CO、HC、NOx的排放量降低硫含量可以降低排气中有毒气体和颗粒物的排放减少芳烃含量也可降低颗粒物及多环芳烃等有毒物质的排放国Ⅴ汽油标准与国Ⅳ汽油标准相比较，降低了硫含量、锰含量、烯烃含量的指标限值。硫含量是车用汽油中最关键的环保指标，为进一步提高汽车尾气净化系统的能力，硫含量指标限值由第Ⅳ阶段的50mg/kg降为10mg/kg，降低了80%。2023/3/1汽车理论

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页3.2.1燃料类型和质量对汽车排放的影响

2.燃料质量对汽车排放的影响考虑到锰对人体健康不利的潜在风险和对汽车排放控制系统产生的不利影响，从对健康和环境负责角度，采取预防原则，将锰含量指标限值由第Ⅳ阶段的8mg/L降低为2mg/L，并禁止人为加入含锰添加剂。为进一步降低汽油蒸发排放造成的光化学污染，减少汽车发动机进气系统沉积物，烯烃含量由第Ⅳ阶段的28%降低到24%。国Ⅴ汽油牌号由90号、93号、97号分别调整为89号、92号、95号。从国Ⅳ到国Ⅴ，汽车污染排放量将大幅减少，在用车的总体排放污染物可减少10%~15%，而新车的氮氧化物排放量则可减少25%左右。国家标准委测算，国Ⅴ标准实施后，预计在用车每年可减排氮氧化物约30万吨，新车5年累计可减排氮氧化物约9万吨。

要保障我国汽车排放标准实施的良好效果，提高油品质量是关键因素。2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

发动机的一些设计参数和运行参数都与排放污染物的排出量有很大关系为了降低发动机排放污染物，必须了解这些因素对排放污染物生成的影响1.空燃比空燃比是指可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，是发动机运转时的一个重要参数。它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气，气多油少，燃烧完全，油耗低，污染小，但功率较小。空燃比小于理论值的混合气叫做浓混合气，气少油多，功率较大，空燃比为16时油耗最低，在18左右污染源浓度最低。因此，为了降低燃料消耗减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气。2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

2.喷油速率及喷油提前角喷油速率和喷油提前角是供油系统的两个主要参数，它们也是影响污染物排放的主导因素之一。这两个参数的变动，可能只降低某种污染物的排放量，却使另一种增加，即在这一过程中，改变这两个参数虽然降低了有害排放物的量，但是会使发动机的经济性及动力性下降。2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

（1）喷油速率喷油速率是指喷油器在单位时间内喷入燃烧室内的燃油量。喷油速率的变化对CO、HC和NOx都有一定的影响。若提高喷油速率，减少喷油持续时间，并可在喷油终点时推迟喷油，这样不仅降低NOx的排放量，而且又保证了发动机的动力性和燃油经济性。但是，如果喷油率过高，会导致HC的排放量增加。这里所说的喷油率增加并不是指整个过程的喷油速率的提高。初期的喷油速率不能过高，用以抑制着火后期内混合气的生成量，降低初期的燃烧速率，从而降低发动机内的温度和抑制NOx的生成。中期急速喷油，即通过高喷油压力和高喷油速率来加速扩散燃烧速度，这样可避免低的喷油压力和雾化质量变差带来的不完全燃烧和微粒排放的增加。2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

（2）喷油提前角喷油提前角对柴油机的CO、HC和NOx排放的影响较大减小喷油提前角，可降低这些污染物的排放量但是，喷油提前角过小会使柴油机燃烧效率下降，导致HC和碳烟增加

除了喷油速率和喷油提前角，供油系统的参数还有很多，如喷油压力、喷口直径、喷孔数目等。它们对污染物的排放量都有一定的影响，比如，在喷油速率和压力等因素不变时，增加喷口的直径或是减少喷孔的数目，都可以降低NOx的排放量。2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

3.点火提前角在空燃比一定的情况下，点火提前角对CO排放浓度影响不大，但对HC和NOx的影响较大延迟点火时刻，可降低燃烧最高温度，因而NOx的排放量减少同时，由于燃烧时间较长，促进氧化作用，使HC减少但是延迟点火会引起功率下降和过热等问题，必须对点火提前角进行控制（1）在怠速和减速时减小点火提前角，以减少CO和HC的生成量；（2）中、高速时则加大点火提前角，以保证功率；（3）发动机过热时，将点火提前角加到最大值，使转速上升，加强冷却作用直至恢复到正常温度为止。2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

4.配气相位配气相位特别是气门重叠时间对HC和NOx的排放量影响很大试验研究结果表明：（1）气门重叠时间长，因排气彻底，进气充足，气缸内温度低，NOx排放量将减少，而HC的增加量并不多；（2）当气门重叠时间短时，HC将减少，而NOx却增加较多。5.涡轮增压涡轮增压技术通过额外增加进气，提高了燃烧室内的压力，促进了燃油的充分燃烧，有助于减少汽车废气排放。试验研究结果表明：（1）涡轮增压汽车的CO排放量约为非涡轮增压汽车的45％

（2）涡轮增压汽车的NOx排放量只有非涡轮增压汽车的37％

（3）涡轮增压汽车的HC排放量不足非涡轮增压汽车的8％2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

6.发动机运转状态汽油机的运转状态分为稳定运转和非稳定运转。稳定运转状态是指发动机的零部件、冷却水及润滑油的温度趋于平衡，发动机在恒定的转速和负荷下运转。非稳定运转是指发动机在实际运行中，零部件、冷却水及润滑油的温度不可能恒定不变，发动机的转速和负荷也需要随时调整以适应不同的外界条件。2023/3/1汽车理论

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页3.2.2发动机对汽车排放的影响

6.发动机运转状态在稳定运转状态下影响污染物排放的主要因素是转速和负荷。转速对排放的影响较为复杂，因为转速的变化，将引起充气系数、点火提前角、混合气形成、空燃比等因素的变化。但是，当转速增加时，汽油机内的温度升高，利于燃料的燃烧，减低CO和HC排放。但是汽油机怠速时，由于转速低、汽油雾化差、混合气很浓，CO和HC的排放浓度较高；同样，随着负荷的增加对污染物排放的影响较小。

在非稳定运转状态下影响污染物的排放主要因素是冷启动、加速、减速等。冷启动时，汽油机不仅转速及温度低，而且过量空气系数小于1，致使汽油机内混合气过浓，从而导致较高浓度的CO排放；加速时，发动机部分负荷迅速增加，使发动机内的混合气过浓，从而增加了废气的排放量；减速时，发动机由于汽车倒拖的过程，在汽油机内，处于怠速状态，即污染物的排放量增加。3.2.3使用因素对汽车排放的影响

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页使用因素运行环境运行工况汽车类型技术状况2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

1.运行环境的影响当汽车行驶在高原地区时，由于海拔较高，气压较低，进气量不足，造成燃油混合气不均，燃油混合气得不到充分燃烧，使CO、HC的排放量增加。汽车尾气排放受大气温度的影响(1)低温条件下，燃料的流动下变差，雾化性能变差，混合气较浓，燃油混合气得不到充分的燃烧，使污染物排放浓度增加。(2)高温条件下运行时，由于空气密度变小，而燃油的密度几乎不变，燃油系统容易产生气阻现象，混合气得不到充分燃烧，排出的CO将增加。2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

2.运行工况的影响汽车在城市道路运行时由于道路状况的变化，运行工况需要经常发生变化。通过实验研究发现，在污染物的排放过程中，起主导作用的是汽车的加速过程，对污染物的分担率都在30%以上，个别甚至超过了70%。这是因为汽车在加速过程中需要发动机输出功率较大，随着进气量和供油量的增大，混合气浓度增加，空燃比发生了很大变化，且由于燃烧的不稳定，燃烧不完全，许多未燃烧的燃料直接从排气管排出，使CO和HC排放量较大。与此同时，由于燃烧室内二氧化碳和氮气充足，且气缸内温度的迅速增加，为NOx的生成创造了有利条件，因此，加速阶段也是NOx排放量较大的过程。怠速状态下，发动机空转，缸内燃烧不完全，造成CO和HC排放量较高；与此同时，由于缸内温度较低，因而NOx的排放量较低。匀速行驶燃烧较为稳定，且缸内混合气浓度在化学当量空燃比附近，后处理效率较高，排放较低。在驾驶汽车时保持匀速行驶状态有利于减少汽车尾气排放，汽车低速行驶时会造成污染物排放量增加。研究表明，车速每增减5km/h，CO和HC排放量在15％~20％左右变化。3.汽车类型的影响2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

图3.5各类型汽车的CO排放量分担率3.汽车类型的影响2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

图3.6各类型汽车的HC排放量分担率3.汽车类型的影响2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

图3.7各类型汽车的NOx排放量分担率3.汽车类型的影响2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

图3.8各类型汽车的PM排放量分担率由上图可以看出：全国客车CO和HC排放量明显高于货车，其中，轻型客车贡献率最大；而货车排放的NOx和PM明显高于客车，其中重型货车是主要贡献者。2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

4.汽车技术状态的影响汽车随着车龄增加，技术状况逐渐变坏，将导致汽车的排气污染增加，比较典型的是“黄标车”。2012年，全国“黄标车”保有量仅占汽车保有量的13.4%，但其排放的CO、HC、NOx、PM分别占52.5%、56.8%、58.2%、81.9%。因此，“黄标车”污染治理是我国机动车污染防治的重点。2023/3/1汽车理论

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页3.2.3使用因素对汽车排放的影响

4.汽车技术状态的影响图3.92012年全国“黄标车”污染物排放分担率2023/3/1汽车理论

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页3.3汽车排放控制途径

汽车排放控制机前控制机内净化机外后处理技术2023/3/1汽车理论

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页3.3.1机前控制

1.提高燃油品质目前，国内在用汽车排放污染所面临的并不是发动机性能问题，而是燃油质量跟不上发动机技术发展问题。强化燃油质量研究，是解决当前我国发动机与燃油之间矛盾的当务之急如果汽车使用了不符合标准的燃油，会造车燃料消耗和尾气排放增加，还会损坏汽车排放车载诊断控制系统。提高排放标准是控制汽车排放最有效的办法。2023/3/1汽车理论

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页3.3.1机前控制

图3.10不同排放标准汽车的污染物排放量分担率2023/3/1汽车理论

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页3.3.1机前控制

2.使用代用燃料使用代用燃料是目前降低汽车排放的一条重要途径。代用燃料的要求：代用燃料必须是储量或原料丰富，能满足汽车的大量需求；能量密度高，保证汽车有足够的续驶里程；污染环境少；价格低廉，比使用汽油或柴油更经济；使用安全，运输、储存方便。

目前，汽车使用最多的代用燃料有:醇类(甲醇、乙醇)、液化石油气和天然气。这些代用燃料对汽车的改动不大，且有一定的使用经验，技术比较成熟。2023/3/1汽车理论

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页3.3.1机前控制

3.发展新能源汽车

新能源汽车主要有纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车。目前面临的主要问题是提高蓄电池的性能和驱动技术以及电动汽车的安全性。从目前市场形势来看，混合动力汽车和纯电动汽车已经开始进入产业化阶段，国家和地方政府制订各种优惠政策，鼓励和使用新能源汽车。为了解决能源紧张和环境污染问题，国家制定了节能与新能源汽车十二五规划来推动我国新能源汽车产业的发展，通过节能与新能源汽车技术创新工程的实施，能够有效的减少汽车排放污染，对促进大气环境质量的可持续发展具有重要的意义。电动汽车是以蓄电池为驱动，在运行时几乎没有尾气排放。但电动汽车消耗的电能，如果来自燃煤发电，则火电厂由此增加的废气排放属于电动汽车间接排放的废气。如果要真正实现零排放，电动汽车的电能应来自太阳能、风能等清洁能源。2023/3/1汽车理论

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页3.3.2机内净化技术

1.汽油机机内净化技术汽油机机内排放控制主要是通过采用电子控制燃油喷射系统、改善燃烧状况和废气再循环系统等，减少污染物的生成和排放（1）电子控制燃油喷射系统电子控制汽油喷射系统利用各种传感器检测发动机的各种工作状态，经微机的判断、计算，使发动机在不同工况下，均能获得合适空燃比的混合气。因混合气浓度时刻与发动机工况相适应，燃油混合气燃烧完全，所以发动机排放的污染物浓度就低。目前，我国汽油发动机100％采用电子控制燃油喷射系统，其中绝大多数是多点电喷汽油车。而目前比较前沿的汽油机缸内直喷技术，也已经开始应用于高档轿车上。2023/3/1汽车理论

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页3.3.2机内净化技术

（2）可变气门正时技术发动机可变气门正时技术原理是根据发动机的运行情况，调整进气或排气的量和气门开合时间、角度，使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率，减小燃料消耗，降低废气排放。可变气门正时可分为连续可变气门正时和不连续可变气门正时，进气可变气门正时和排气可变气门正时。国际著名汽车公司都有自己的可变气门正时技术。（3）进气系统改进通过进气运动形成尽可能均匀的混合气，其对冷起动的排放控制，具有特别重要的意义。比如，采用可变进气管、螺旋进气道等措施，加强进气涡流和压缩涡流，可使燃料和空气充分混合，燃烧良好，降低有害排放。此外，增压技术可提高发动机的功率，降低排放和油耗，将成为未来低排放车用汽油机重要的技术手段。2023/3/1汽车理论

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页3.3.2机内净化技术

2.柴油机机内机内净化技术柴油机机内排放控制的核心是对燃烧过程进行优化，通过改进柴油机结构参数或者增加附加装置来改善燃烧性能，进而达到减少废气排放的目的。（1）提高喷油压力和减小喷孔直径提高喷油压力和减小喷孔直径可明显地降低PM的排放为了避免高压喷射导致的NOx排放的增加，要求适当降低空气涡流运动，提高压缩比和可变定时燃油喷射与其相适应。高压喷油系统需要和燃烧室良好配合，以避免过多燃油喷射到气缸的冷表面上，减少HC和PM中有机可溶物的排放。同时减少喷嘴压力室容积或采用无压力室喷油嘴，能使PM和HC排放大大减少；通过燃油喷射率的优化，如采用双弹簧喷油器，可降低PM和NOx的排放。2023/3/1汽车理论

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页3.3.2机内净化技术

（2）进气系统的优化对进气系统进行优化设计，主要目的是在提高充气效率的同时，合理组织进气涡流，以利于混合气的形成，提高燃烧速率，并尽量减少NOx的生成。（3）进气涡流的优化提高涡流比可使燃烧加速并且完全，其结果可导致缸内最高燃烧压力与温度的升高，从而使NOx的排放明显增加。若减少进气涡流的强度虽可减少NOx的排放，但又势必会牺牲柴油机的动力性和经济性。因此，可采用可变涡流进气道技术使涡流比在0.2~2.5范围内变化，以兼顾柴油机在整个工况范围内各个方面的性能。但采用可变涡流进气道技术存在着结构复杂和成本较高的问题，因而限制了该技术的推广。2023/3/1汽车理论

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（4）改进供给系统采用电控喷油泵、电控喷嘴、电子调速器、可变涡流系统、多气门和中央配置喷油器等措施，既可改善柴油机性能，又可降低柴油机污染物排放，尤其是颗粒物PM的排放。（5）

防止机油串入燃烧室由于柴油机排放的颗粒物主要是由串入燃烧室的机油不完全燃烧造成的，所以应尽可能地减少串机油量。防止和减少机油串入燃烧室，应通过加强机体刚度，改善气缸盖与机体的连接，减少气缸工作面的变形，改善活塞、活塞环和气缸表面的设计，加强机油控制，减少从气门推杆泄漏机油等措施来实现。2023/3/1汽车理论

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页3.3.2机内净化技术

（6）增压中冷技术柴油机采用进气增压技术（EGR）后，由于压缩温度升高，在动力性与经济性提高的同时，NOx的排量也必然增加。但增压柴油机在采用中冷技术以后，增压空气在进入气缸以前被冷却，在一定程度上可以抑制NOx的排放。废气涡轮增压提高了气缸内平均有效压力、过量空气系数和整个循环的平均温度，可使柴油机颗粒物的排放量降低50%左右，并减少CO和CH的排放。利用中冷技术，NOx的排放量可降低60%~70%。目前，柴油机增压中冷技术在中型柴油机上应用日益广泛，小型柴油机上也逐渐在采用，一些新研制的轿车柴油机上也开始采用。废气涡轮增压中冷技术的应用大大提高了汽车柴油机的动力性，改善了燃料经济性，并且还在降低汽车排放有害物、减少温室效应气体CO2、保护环境等方面起到了重要作用。为使汽车柴油机满足更高排放法规的要求，必须采用电控可变喷嘴涡轮增压器。随着涡轮增压器技术和其他先进发动机技术的进一步发展，柴油机将会成为真正的低能耗、高环保性的汽车动力。2023/3/1汽车理论

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页3.3.3机外后处理技术

机外排放控制技术主要是指发动机燃烧生成的废气排出发动机排气门后，但还未排入到大气环境之前所采取的控制技术。1.汽油机机外后处理技术（1）三元催化转换器。目前，安装三元催化转换器是排放控制中最为有效的方法。三元催化转换器不仅能促使CO、HC的氧化反应，而且能促使NOx的还原反应，能同时实现3种有害成分的净化。（2）曲轴箱强制通风系统。曲轴箱强制通风系统已成为汽油机的基本配置。—般情况下，串气量相当于气缸总排气量的0.5~1.0%。因串气中含有大量未燃、不完全燃烧的HC和少量的CO等有害物，把曲轴箱排放物吸入进气管，在气缸中烧掉，可有效降低排放。（3）燃油蒸发排放控制系统。油箱中的燃油因受到外界热源的热辐射及从喷油嘴带回大量热量的回油的加热，如不加以控制，产生HC的量可超过HC总排放的20％。燃油蒸发排放控制系统由炭罐、炭罐清洗阀和相关的管路构成。通过炭罐收集燃油蒸气，根据工况控制流量，将排放物经清洗阀导入进气管。这套系统解决了燃油蒸发排放的问题。2023/3/1汽车理论

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页3.3.3机外后处理技术

2.柴油机机外后处理技术柴油机机外后处理技术主要有柴油氧化催化器、柴油颗粒过滤器和颗粒氧化催化器等。（1）柴油氧化催化器（DOC）。柴油氧化催化器安装在发动机排气管路中，通过氧化反应，将发动机排气中CO和HC转化成无害的H2O和CO2的装置。DOC也可以通过氧化吸附在碳颗粒上的HC来降低柴油颗粒物PM排放的质量。（2）柴油颗粒过滤器（DPF）。柴油颗粒过滤器是一种陶瓷件，用来从发动机尾气中捕捉颗粒物质。在发动机尾气处在高温情况下，这些被捕捉的颗粒在颗粒过滤器中被燃烧掉，生成CO2排放到空气中。在发动机排气温度低的情况下，需要增加催化器来实现再生。2023/3/1汽车理论

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页3.3.3机外后处理技术

柴油颗粒过滤器的分类有2种：一是按再生种类，通常分为主动再生过滤器和被动再生过滤器。被动再生过滤器工作时不需要任何能量输入，只需要从发动机排出来的尾气所携带的热量即可。主动再生过滤器需要一个附加系统来往尾气中增加能量以便提高尾气温度。被动再生过滤器的应用成本低，但是应用范围较窄，而主动再生过滤器可以用于所有柴油机上。二是按有无催化分类，通常分为无催化型过滤器和有催化型过滤器，无催化型过滤器一般需要采用主动再生技术，而有催化型过滤器可以是被动再生，也可以是主动再生。目前市面上应用最多的主要有被动带催化型颗粒过滤器和主动无催化型颗粒过滤器2种。被动带催化型柴油颗粒过滤器可以降低PM排放85%左右，可以降低HC和CO排放60%~90%；主动无催化型柴油颗粒过滤器可以降低PM排放85%左右，可以降低HC和CO排放10%~20%。2023/3/1汽车理论

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页3.3.3机外后处理技术

2.柴油机机外后处理技术（3）颗粒氧化催化器（POC）。颗粒氧化催化器是一种没有堵塞现象的柴油颗粒过滤器，可以在比传统柴油颗粒过滤器背压更低的前提下，高效地降低柴油颗粒物质排放。这种技术可以用于许多无法使用DPF的地方，如轻负荷条件和旧的柴油机。其一般要求燃料硫含量在50ppm下应用，最好在15ppm以下。颗粒氧化催化器可以降低PM排放50%~70%，可以降低HC和CO排放60%以上。汽车排放是一个系统工程，除了提高燃油质量外，往往是机内控制和机外控制相结合。例如：EGR+DOC+DPF组合控制系统，如图3.13所示，是国际上常用的排放控制途径，通过EGR降低NOx排放，通过DOC和DPF降低颗粒物。2023/3/1汽车理论

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页小结

汽车排放是一个系统工程，除了提高燃油质量外，往往是机内控制和机外控制相结合。例如：EGR+DOC+DPF组合控制系统，如图3.11，是国际上常用的排放控制途径，通过EGR降低NOx排放，通过DOC和DPF降低颗粒物。图3.11EGR+DOC+DPF系统原理2023/3/1汽车理论

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页3.4汽车排放试验

轻型汽车排放试验依据是GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》；重型汽油车排放试验依据是GB14762-2008《重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》；柴油汽车排放试验依据是GB3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》、GB17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法》。这里主要介绍轻型汽车排放试验：轻型汽油车排放试验包括常温下冷启动后排气污染物排放试验、曲轴箱污染物排放试验、蒸发污染物排放试验、污染控制装置耐久性试验、低温下冷启动后排气中CO和HC排放试验、双怠速试验、车载诊断（OBD）系统试验。轻型柴油车排放试验包括常温下冷启动后排气污染物排放试验、污染控制装置耐久性试验、车载诊断（OBD）系统试验。2023/3/1汽车理论

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页3.4汽车排放试验

1.汽车排气污染物排放试验汽车常温下冷启动后排气污染物排放试验也称为Ⅰ型试验，是在底盘测功机上进行，如图3.12所示。汽车放置在带有负荷和惯量模拟的底盘测功机上，按标准规定的运转循环、排气取样和分析方法、颗粒物取样和称量方法进行试验。图3.12汽车排放试验2023/3/1汽车理论

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页3.4汽车排放试验

1.汽车排气污染物排放试验试验共持续19分40秒，由两部分（1部和2部）组成，应不间断完成：试验1部由4个城区循环组成，每个城区循环包含15个工况（怠速、加速、匀速、减速等）；试验2部由1个郊区循环组成，该郊区循环包含13个工况（怠速、加速、匀速、减速等）。试验期间排气被稀释，并按比例将样气收集到一个或多个袋中，在运转循环结束后进行分析，并测量稀释排气的总容积。试验过程中不仅记录CO、HC和NOx的排放量，也记录装压燃式发动机汽车的PM排放量。试验应重复三次，每一项试验结果应乘以相应的劣化系数；每次试验求得的排气污染物排放量，必须小于标准规定的限值。2023/3/1汽车理论

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页3.4汽车排放试验

2.曲轴箱污染物排放试验曲轴箱污染物排放试验也称为Ⅲ型试验。要求发动机曲轴箱通风系统不允许有任何曲轴箱污染物排入大气。试验分3种工况:试验工况1为怠速、测功机不吸收功率；试验工况2为车速50±2km/h（3挡或前进挡），测功机吸收的功率相当于Ⅰ型试验50km/h下的设定状况；试验工况3为车速50±2km/h（3挡或前进挡），测功机吸收的功率相当于工况2的设定值乘以1.7。在适当位置直接检测曲轴箱内的压力，如果曲轴箱内压力小于大气压，则认为汽车曲轴箱污染物排放满足要求。2023/3/1汽车理论

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页3.4汽车排放试验

3.燃油蒸发污染物排放试验燃油蒸发污染物排放试验也称为Ⅳ型试验，它主要用于确定由于昼间温度波动、停车期间热浸和城内运转所产生的HC。试验包括下列阶段：（1）由一个运转循环1部和一个运转循环2部组成的试验准备；（