第九讲 技术保障体系

2024/3/241第九讲城市交通可持续发展的技术保障体系第一节

机动车燃料改进控制体系；第二节机内净化措施；第三节机外净化措施。2024/3/242第一节机动车燃料改进控制体系一、燃料的前处理：就是研究燃料对发动机排放性能的影响，揭示燃料的组分和性质与发动机排放之间的关系，在此基础上对燃料进行改进，达到降低发动机排放的目的。2024/3/243第一节机动车燃料改进控制体系汽油的无铅化；芳香族化合物；十六烷值；燃料中加入含氧剂；馏程温度。2024/3/244第一节机动车燃料改进控制体系1、汽油的无铅化汽油为什么含铅？提高汽油的抗爆性；保证汽车良好的动力性和经济性；满足发动机高压缩比对高辛烷值的要求。2024/3/245第一节机动车燃料改进控制体系含铅汽油的影响？铅毒与排气一起直接危害人的健康；使为了减少排污而设置的排气后处理装置（催化净化器）迅速失效－－“催化剂中毒”。2024/3/246第一节机动车燃料改进控制体系解决方法改进石油炼制加工工艺

掺含高辛烷值组分

添加无毒抗爆剂

2024/3/247第一节机动车燃料改进控制体系2、降低芳香族化合物的含量减少燃料中所含芳香族化合物时，CO和HC排放的降低表现不明显，很少出现CO和HC排放增加的情况；而对PM和NOx排放的影响，则表现出一定的规律性，即一般都是随着燃料中芳香族化合物含量的增加而增加。2024/3/248第一节机动车燃料改进控制体系3、合理提高十六烷值2024/3/249第一节机动车燃料改进控制体系4、燃料中加入含氧剂添加少量的含氧剂能改善燃料的爆震性能，从而减少芳香烃和铅的使用；CO和HC、PM的排放也会相应减少。而NOx的排放略有增加；排放物中醛、酮等的排放明显降低。2024/3/2410第一节机动车燃料改进控制体系5、馏程温度馏程就是油品的沸点范围，一定范围内蒸馏出来的油品就叫“馏分”。在研究燃料对发动机的排放性能影响时，常使用T90或T95，T90是指燃料蒸馏90%时的温度，T95是指燃料蒸馏95%时的温度。当馏程温度T90或T95增大时，对CO、HC排放的影响主要是降低的趋势，个别情况下HC排放略有增加；对PM和NOx排放的影响较小。2024/3/2411第一节机动车燃料改进控制体系二、代用燃料1、燃料天然气

液化石油气

甲醇（Methanol）

乙醇（Ethanol）

氢电能2024/3/2412第一节机动车燃料改进控制体系天然气――主要成分为甲烷压缩天然气（CNG，CompressedNaturalGas）

液化天然气（LNG，LiquefiedNaturalGas）

2024/3/2413第一节机动车燃料改进控制体系液化石油气（LPG，LiquefiedPetroleumGas）天然气加工和石油气炼制的一种副产品；在大气温度条件下，只要稍加压力便可以液化，便于各种方式的储运。2024/3/2414第一节机动车燃料改进控制体系甲醇（Methanol）理化性质近似汽油，可部分或全部代替汽油或柴油在汽车上应用;生产甲醇有广泛丰富的原料（煤、天然气等）来源，又易于储存，所以被视为一种非常有希望的代用燃料。甲醇毒性很高，存在安全使用的问题

2024/3/2415第一节机动车燃料改进控制体系乙醇（Ethanol）乙醇可用作汽油或柴油的调和组分，主要使用的有E85（多用于轻型车）和E95（多用于重型车）。“喝酒”的汽车2024/3/2416第一节机动车燃料改进控制体系氢：氢气是最为清洁的一种燃料，它燃烧的直接产物是水，污染物排放很低;氢气作为汽车燃料，经济上可行，同时燃料资源丰富，它和电动汽车一起被看作是解决汽车尾气和能源持续利用问题的长远办法。2024/3/2417第一节机动车燃料改进控制体系2024/3/2418第一节机动车燃料改进控制体系电能：使用电能作为驱动的汽车是最清洁的汽车，其尾气排放为零，所以又称“零排放汽车”。2024/3/2419第一节机动车燃料改进控制体系2、代用燃料汽车（AFV，AlternativeFuelVehicles）：从广义上讲，是指除汽（柴）油燃料汽车以外，使用其他形式燃料（动力）的车辆。2024/3/2420第一节机动车燃料改进控制体系（1）按燃料种类分类①燃气汽车压缩天然气汽车：普及应用广液化天然气汽车：应用较少液化石油气汽车：获得广泛应用2024/3/2421第一节机动车燃料改进控制体系2024/3/2422第一节机动车燃料改进控制体系②醇类燃料汽车甲醇汽车－－基本达到实用阶段2024/3/2423第一节机动车燃料改进控制体系乙醇汽车－－有希望的代用燃料2024/3/2424第一节机动车燃料改进控制体系③电动汽车：脱离了燃油发动机，以自载蓄电池为电源2024/3/2425第一节机动车燃料改进控制体系2024/3/2426第一节机动车燃料改进控制体系（2）按汽车结构形式分类①单一燃料汽车（DedicatedVehicle）：能且仅能使用上述代用燃料中的一种作为车辆引擎的动力来源。2024/3/2427第一节机动车燃料改进控制体系②双燃料汽车（Dual-FuelVehicle）：一般是指具有两套燃料供应系统（其一为代用燃料），使用中可以在两种燃料之间进行灵活切换的一类车辆。2024/3/2428第一节机动车燃料改进控制体系③混合动力汽车（Hybrid-ElectricalVehicle）：是指既安装有蓄能系统，又有燃料驱动系统的汽车。2024/3/2429第一节机动车燃料改进控制体系三、电力驱动汽车技术通常人们习惯把蓄电池或燃料电池作为部分动力或全部动力的汽车统称为电动汽车。主要包括：EV、HEV、FEV。2024/3/2430第一节机动车燃料改进控制体系1.电动汽车的特点操作性维修和可靠性安全性费用目前主要的技术难点：怎样才能把更多的能量装到电瓶里去，解决续驶里程短的问题。2024/3/2431第一节机动车燃料改进控制体系2．电动汽车的环境效益电动汽车与燃油汽车废气排放的比较（单位：g/km）

废气组成电动汽车燃油汽车

CO 017.0HC02.7NOx0（0.023） 0.74CO2 0（130）320

注：括号中的数据考虑了电厂排放的废气2024/3/2432第一节机动车燃料改进控制体系

电动汽车与燃油汽车运行噪音比较

噪声dB电动汽车燃油汽车35km/h（匀速）666750km/h（匀速）666935km/h（加速）667540km/h（加速）66722024/3/2433第一节机动车燃料改进控制体系3、纯电动汽车

（PureElectricVehicle，EV）（1）概念和特点纯电动汽车是只用电力驱动的汽车。与传统燃油汽车相比，具有以下特点：没有尾气排放，车辆噪音低，是真正的环保汽车;能源效率高，节能性优越，通过有效利用夜间能源，可望实现电能的均衡性。2024/3/2434第一节机动车燃料改进控制体系（2）纯电动汽车技术制约电动汽车发展的主要因素是蓄电池和电动机。蓄电池是制约电动汽车发展的最大因素，它关系到电动汽车的价格、稳定性、行驶里程等多个方面;

常用的电池包括：铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池锂电池和燃料电池。2024/3/2435第一节机动车燃料改进控制体系电动机直接决定电动汽车性能的好坏。电动机选择的原则应是具有良好的调速性能，能够实现直流电向交流电的转换以及电池与电机之间电压的变换；另外还要求电动汽车制动时能够实现制动再发电、回收部分能量及对电池组进行管理等。包括：直流电动机、交流电动机、永磁无刷电机和开关磁阻电机等。2024/3/2436第一节机动车燃料改进控制体系车型燃油公共汽车无轨电车电动公共汽车能源种类汽油电电每日能源消耗量60（升）230（度）200（度）能源价格（元）6/升0.9/度0.9/度年需费用（元）131,40075，59165，700电动公共汽车、无轨电车、燃油公共汽车年运营成本比较

2024/3/2437第一节机动车燃料改进控制体系4、混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle）是指在同一辆汽车中同时采用了电动机和发动机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机谐调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车。2024/3/2438第一节机动车燃料改进控制体系混合动力电动汽车的特征:

吸收了电动汽车和普通内燃汽车两者的优点。正常情况下电能储存系统不需要充电；起动和低速行驶时－－电能储存系统提供动力；超过一定速度后－－内燃机驱动；上坡和加速超车时－－内燃机和电动机联合驱动；减速刹车和高速公路正常行驶时－－回收能量、充电;内燃机还可以改用CNG、甲醇、乙醇等代用燃料。包括：并联式构造和串联式构造。2024/3/2439第一节机动车燃料改进控制体系国内外发展状况国外：技术成熟，性能优良可靠；国内：技术开发完成，轿车和大客车已批量生产。丰田Prius汽油电力混合动力轿车东风EQ6110HEV混合动力大客车2024/3/2440第一节机动车燃料改进控制体系5、燃料电池汽车（FuelCellVehicle）燃料电池汽车是指直接将化学能转换为电能驱动车辆行驶的车辆。2024/3/2441第一节机动车燃料改进控制体系燃料电池燃料电池是将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。由燃料、氧化剂、电极组成。优点：无需充电，比能量高，无污染。缺点：成本高，燃料贮藏和运输较为困难。2024/3/2442第一节机动车燃料改进控制体系燃料电池汽车特点能量转换效率高;水和CO2是唯一的排放物，环境污染小;运行噪音低;燃料来源具有多样性;操作上不需要对传统汽油车做任何基础改变。2024/3/24432024/3/2444第一节机动车燃料改进控制体系燃料电池汽车的成本分析①在使用周期内，氢燃料电池汽车比混合氢燃料车的成本低；②除了小型短程的汽车，燃料电池汽车比蓄电池电动车使用周期成本低；③当甲醇和氢都来自原料时，甲醇燃料电池车的成本比氢燃料电池车的成本低得多；④太阳能氢燃料电池汽车在所有类型的汽车中是成本最高的，但其导致的环境影响也是最小的。2024/3/2445第一节机动车燃料改进控制体系燃料电池汽车的环境效益以氢为燃料的燃料电池汽车是真正的零排放汽车;若采用甲醇作为燃料，反应器会产生痕量的NOX和CO，燃料供应和贮存系统会有少量的甲醇蒸发;以汽油和其它石油产品为燃料，也存在一定排放，来自反应器、燃料箱和升流系统等;噪声也较低，运行时噪音值只有60分贝。2024/3/2446案例：GEF、UNDP支持发展中国家发展FCBs2024/3/2447中国燃料电池巴士商业化示范项目2024/3/24482024/3/24492024/3/2450智能汽车—TESLA（特斯拉）2024/3/2451第二节机动车机内净化技术

所谓机内净化技术，是指从发动机有害污染物的生成机理及影响因素出发，通过对发动机进行调整或改进，达到控制燃烧，减少和抑制污染物生成的各种技术。2024/3/2452第二节机动车机内净化技术措施1.废气再循环技术（EGR）2.改进发动机的燃烧室结构，优化燃烧系统设计3.改进点火系统4.改进燃料供给系统，调制混合气和控制空燃比5.采用电子控制燃油喷射新技术6.开发分层充气及均质稀燃的新型燃烧系统7.采用综合控制的发动机管理系统2024/3/2453第二节机动车机内净化技术一、废气再循环1.概念：废气再循环就是将一部分发动机排气引入汽缸内重新燃烧，利用发动机含氧量低和热容量大的特点，降低汽缸内氧气含量和最高燃烧温度，从而降低NOx生成量的方法，简称EGR(ExhaustGasRecirculation)。2024/3/2454第二节机动车机内净化技术2.EGR装置基本组成：

EGR阀、温度控制开关、接真空信号的软管和通废气的金属管等。2024/3/2455第二节机动车机内净化技术3、EGR量对发动机性能的影响废气混入的多少用EGR率表示：EGR率＝废气还流量/（废气还流量＋进气量）×100％

2024/3/2456第二节机动车机内净化技术

不同EGR对油耗和排放的影响2024/3/2457第二节机动车机内净化技术

EGR增加，由于燃烧速度变慢，动力性和经济性变差；EGR过小，NOx排放达不到法规要求，易产生爆燃和发动机过热等现象。由此可见，EGR是以降低发动机的工作效率、动力性和燃油经济性为代价，来减少NOx排放的。因此，EGR的量必须控制在一定范围内。2024/3/2458第二节机动车机内净化技术4、EGR率的控制要求对于汽油机而言：当EGR率>10％时，燃油消耗量基本不增加；当EGR率＝20%时，NOx浓度下降60%～70%，油耗上升只有3%；当EGR率>20％时，发动机燃烧不稳定，工作粗暴，HC将增加10％。2024/3/2459第二节机动车机内净化技术对于柴油机而言：必须使用更大量的EGR才能有效地降低NOx。一般直喷式和非直喷式柴油机的EGR率可分别超过40%和25%。2024/3/2460第二节机动车机内净化技术二、燃烧系统的优化设计燃烧室形状—降低CO、HC燃烧室面积和容积的比S/V要小,即尽可能紧凑,可降低CO、HC；火花塞尽可能布置在燃烧室中央，以缩短火焰传播距离。2024/3/2461第二节机动车机内净化技术紧凑的燃烧室热效率高；燃烧的改善，使不完全燃烧产物CO排放下降；S/V的下降，使表面冷激淬熄效应减小，使未燃HC排放下降；紧凑燃烧室的快速燃烧使最高燃烧温度上升，导致NOx生成量增加。2024/3/2462第二节机动车机内净化技术缸内气流运动—降低HC、NOX燃烧室内气流也是影响发动机排放HC和NOx的重要因素；提高缸内混合气的涡流和湍流程度，有助于加强油气的均匀混合，为点火和快速燃烧、完全燃烧创造良好条件，HC的排放就得到减少。2024/3/2463第二节机动车机内净化技术

三、点火系统的改进

点火系统是点燃式内燃机的重要组成部分，点火系统通过对点火时间、点火能量的控制，可以控制燃料燃烧的时间、温度以及燃料燃烧的效率，从而对减少尾气污染有很大作用。2024/3/24642024/3/2465第二节机动车机内净化技术改进途径主要有：减小点火提前角提高点火能量采用电子点火系统途径2024/3/2466第二节机动车机内净化技术

四、燃料供给系统的改进

燃料供给系统的功用是供给发动机在各种工况下的可燃混合气。改进燃料供给系统，改善燃料分配，对空燃比精确控制，不仅是传统内燃机排气净化的需要，也是稀燃和EGR发动机稳定燃烧的需要。2024/3/2467第二节机动车机内净化技术

电子控制汽油喷射系统（ElectronicFuelInjectionSystem，简称EFI）

利用各种传感器检测发动机的转速、冷却水温度、进气管真空度和废气成分等参数的各种状态，经微机的判断、计算，来改变喷油量和点火提前角，使发动机在不同工况下均能得到合适空燃比的混合气，实现最大限度的节油和净化排气，并提高发动机的动力性。2024/3/2468第二节机动车机内净化技术五、稀薄燃烧系统稀薄燃烧（LeanBurn）是指能燃用空燃比为18∶1或更稀（A/F≥18：1）的混合气的汽油机。2024/3/2469第二节机动车机内净化技术

稀薄燃烧系统的排放特性2024/3/2470第二节机动车机内净化技术缺陷：空燃比过大（A/F>18），HC会因混合气过稀使燃烧不够完全而排放量增加；汽油机燃烧效率最高的经济空燃比为A/F＝16.6。2024/3/2471第二节机动车机内净化技术分层进气――实现稀薄燃烧的关键技术采用由浓至稀的分层进气燃烧方式。通过缸内空气的运动，在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达12：1左右，外层逐渐稀薄。这样，混合气空燃比最大值均在18以上。2024/3/2472第二节机动车机内净化技术

由日本三菱公司研制成功的三菱缸内喷注汽油机GDI（GasolineDirectInjection），可令混合比达到40：1。2024/3/2473第三节机动车机外净化技术

所谓机外净化技术，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，进一步采取净化措施，以减少最终汽车污染排放的技术。2024/3/2474第三节机动车机外净化技术一、排气后处理净化技术是对已经排出发动机燃烧室而尚未排到大气中去的废气，在排气系统中作进一步净化处理。主要包括：二次空气喷射、热反应器、后燃法、催化净化装置等。2024/3/2475第三节机动车机外净化技术1.二次空气喷射—降低HC、CO二次空气喷射就是指将新鲜的空气喷射到排气门附近，使高温废气和空气混合，使没有充分燃烧的HC、CO进一步燃烧，降低污染排放的方法。

能降低HC、CO的排放，可以使总排气污染下降50％左右。在混合气较浓时效果尤其明显。2024/3/2476第三节机动车机外净化技术

二次空气喷射装置主要包括空气滤清器、空气泵、防止回火管、单向阀、空气分配管、排气门、进气管和回火防止阀。

2024/3/2477第三节机动车机外净化技术2.热反应器—降低HC、CO热反应器是一种降低HC、CO排放的后处理装置。基于高排气温度、足够的氧气及增加排气停留时间能促使HC和CO在排气系统中高度氧化的原理设计。安装在发动机排气道的出口处，一般与二次空气喷射一起使用。2024/3/2478第三节机动车机外净化技术

热反应器由壳体、外筒和内筒三层壁构成。壳体与外筒之间是保温层，填有绝热材料，使内部保持高温，以利于HC和CO的再燃烧。2024/3/2479第三节机动车机外净化技术与二次空气喷射系统结合使用效果更好。2024/3/2480第三节机动车机外净化技术3.催化净化装置催化净化装置是一种内部装有催化剂的装置，安装在发动机的排气管中，通过催化剂的作用，将HC、CO氧化成H2O、CO2，并将NOx还原生成N2，以减少尾气排放的装置。2024/3/2481第三节机动车机外净化技术

系统特性系统种类空燃比的控制方法催化剂的种类降低排放的对象氧化催化净化系统开环控制氧化催化剂CO、HC三效催化净化系统反馈控制三效催化剂CO、HC、NOx还原催化净化系统开环控制还原催化剂NOx吸附(选择)还原净化系统反馈控制吸附(选择)还原催化剂NOx催化净化系统的分类2024/3/2482第三节机动车机外净化技术系统的组成;

三元催化反应器发生作用要求发动机有比较精确的空燃比，才能保证对三种气体排放有效净化。系统主要由氧传感器、控制单元和催化器组成。

2024/3/2483第三节机动车机外净化技术影响转换效能和使用寿命的因素:1234四因素燃油质量工作温度发动机的工作状态选用新材料，开发新技术，以提高催化反应器的净化效能和寿命2024/3/2484第三节机动车机外净化技术二、非排气污染物净化技术是指由排气管以外的其他途径排放到大气中的有害污染物。主要指曲