城市机动车污染控制课件

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城市機動車污染控制

曲軸箱HC的20%排氣管所有的CO、NOX、Pb和HC的60%油箱和化油器蒸發HC的15%*城市機動車污染現狀隨著經濟的快速發展，我國汽車保有量連年高速增長汽車單車排放因數高機動車污染物排放總量大，城市機動車污染分擔率高嚴重影響城市大氣環境品質*截止2014.7，青島市機動車保有量達197.3萬輛，臨近200萬關口。據數據顯示，全市機動車保有量從10年前的不到100萬輛，增加了一倍，尤其是自2010年開始，數量呈急增的“井噴”現象，四年時間內增加車輛50萬輛，道路交通治堵迫在眉睫，駕駛證考取難度逐年加大。*一、汽油發動機污染物的控制技術工作原理：進氣衝程、壓縮衝程、做功衝程、排氣衝程

四衝程汽油機缸體結構示意圖*汽油車行駛工況與排放1.怠速,減速時CO,HC排放高,濃度約為:CO:1.0%～6%;HC:400～3000ppm

NOx:10～100ppm2.加速,定速時NOx高,濃度約為:

NOx:1000～4000ppmCO:0.5％～3.0%;HC:200～600ppm

加速時,碳煙約為:0.005g/m3

*1.降低污染排放的發動機技術

（1）改進點火系統

一般發動機在壓縮衝程結束前點火，可以得到最大的壓縮比，最高的溫度和壓力。但是降低燃燒溫度有利於降低NOx的濃度，所以往往採用延遲點火的辦法，點火時間甚至可以延遲到活塞達到上止點後。*(2)閉環電子控制汽油噴射技術

由於三效催化轉化器的使用，需要對汽油發動機的空燃比進行精確控制，閉環電子控制的汽油噴射系統正好適應了這一需求。閉環控制系統可以將發動機的空燃比控制在理論空燃比±1％的範圍。*(3)廢氣再迴圈(EGR)廢氣再迴圈(EGR)是減少發動機NOx排放的一種有效方法。廢氣迴圈量一般在15％～20％以內，超過這一範圍，發動機動力性和經濟性將很快惡化，同時由於混合氣過度稀釋產生失火，使HC排放增加。***由圖中可以看出，要提高NOx淨化率，必須以犧牲燃油經濟性為代價。值得注意的是，冷卻EGR和完善的電子閉環控制EGR技術的開發，為該技術的推廣應用創造了優越條件。前者有利於取得最佳的NOx和燃油消耗率的均衡關係，後者在不採用後處理的情況下，也能滿足一般法規對NOx的排放限值要求*2.汽油車尾氣排放後處理技術常見的排氣後處理裝置有氧化、還原型催化轉化器、三效催化轉化器等。（1）氧化、還原催化轉化器氧化型催化反應器利用排氣中殘留的或二次空氣供給的氧，使CO和HC完全氧化。NOX還原催化反應器利用排氣中的CO、HC和H2為還原劑來淨化NOX。

**（2）三效催化轉化器

三效催化轉化器能同時使CO、HC和NOX三種成分都得到高度淨化。圖11-11為不同空燃比下三種污染物的淨化效率

**典型的汽車尾氣催化轉化器使用多孔蜂窩陶瓷載體．表面塗附活性Al2O3，負載鉑、鈀、銠等貴金屬或其他催化劑。除陶瓷載體外，也有使用金屬載體的。由於汽車排氣溫度變化範圍大，運行路況複雜，因此，對催化劑載體的機械穩定性和熱穩定性要求都很高。

*三效催化劑一般由貴金屬、助催化劑(CeO2等稀土氧化物)和載體γ—A12O3組成。

*3.曲軸箱的污染物排放與控制曲軸箱的污染物排放來自於壓縮和作功衝程中從缸體中逸出的氣體,這種現象叫竄氣。曲軸箱排放的氣體由大約85％的未燃燒的空氣燃料混合氣和15％的燃燒產物組成，其中未燃燒HC是主要的污染物，竄漏氣體中HC體積分數為(6～15)×10-3。對曲軸箱排放污染物進行控制主要辦法是將竄漏的氣體再迴圈進入發動機的進氣管，然後在發動機氣缸中燒掉。

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4.燃油蒸發排放控制

油箱和化油器是汽油蒸發排放的兩大主要來源。溫度越高，蒸發排放量就越大。為減小周圍熱源對蒸發排放的影響，油箱和化油器可以採取防熱隔熱措施。為了滿足排放法規對燃油蒸發控制的要求，還必須採取有效的控制措施，目前最常用的是吸附法。圖11-14為吸附法蒸發排放控制裝置的原理圖。

*採用這種裝置，幾乎能將HC蒸氣完全吸附

*除了汽車本身的蒸發排放外，汽油轉運和加油過程的蒸發排放也比較重要。這種排放是由於貯油罐和車輛燃料箱的上部保留著一部分燃料蒸氣。當加油時，蒸氣的位置被汽油所佔據而逸出。**減少燃料分配時HC排放的技術有兩個階段。第一階段控制是油氣回收。其效率約為95％，可將每升油的蒸發排放從1.14g降到0.06g。第二階段的控制是（1）改進加油槍為負壓操作以捕獲蒸氣；（2）在汽車上安裝活性炭吸附罐，就像控制汽車蒸發排放一樣。

*4、汽油車排放污染控制的最新發展

國際上最先進的汽車排放控制系統：採用OBD的排放控制技術，即車載診斷技術。對汽車上與排放相關的所有部件進行即時監控，一旦出現異常即通過指示燈報警，提醒車主及時進行修理。*由於閉環電子控制燃油噴射系統和三效催化淨化技術的廣泛應用，已經將汽油車尾氣排放的污染物淨化到了相當低的程度。近年來的三效催化淨化技術主要是在改善冷啟動淨化性能方面進行提高，採取的技術措施包括催化轉化器電加熱裝置、安裝前置催化轉化器等。*稀燃發動機技術:稀燃發動機可以使用比常規發動機稀得多的混合氣，因而具有明顯的低油耗優勢，如日本豐田公司的稀燃發動機空燃比達到了27。缸內直接噴射過程的燃料蒸發使缸內空氣溫度下降，有利於抗爆性的提高及充氣效率的改善，而且過渡反應性能良好。由於採用了適合發動機運行條件的燃燒方式，故大大減少了燃燒過程污染物的產生，顯著提高了發動機的經濟性。*二、柴油發動機污染物的控制柴油機的燃燒過程分為著火落後期：1-1.5ms速燃期緩燃期後燃期*汽油,柴油發動機的區別汽油發動機燃燒為預混火焰,柴油為擴散火焰柴油發動機壓縮比高,熱效率高30％～50%柴油發動機以噴油霧化方式燃燒,產生碳煙較多柴油車經濟性好,馬力大,最先實現3升車汽油車加速性好,正在開發缸內直噴發動機技術*柴油車行駛工況與排放1.CO總是很低,約0.1%2.減速,怠速時HC相對較高,濃度約為400ppm

此時NOx較低,約為30～70ppm

3.加速,定速時NOx高,濃度約為:

NOx:800～2500ppm

此時HC:90～200ppm4.加速時碳煙最高,約為0.30g/m3

*1.控制柴油機污染物排放的發動機技術（1）廢氣再迴圈（2）改進供油系統改進供油系統的關鍵技術有：採用高壓噴射(最高噴油壓力可達150～180MPa)，噴油規律及結構參數優化，預噴射法，多段噴射法，縮小噴油嘴孔徑並增加孔數，以及推遲噴油提前角等。

*應用高壓噴射技術，以及縮小噴油嘴孔徑並增加孔數的效果，使得柴油噴霧顆粒進一步細化，增強了燃油與空氣的接觸混合，著火落後期縮短，因而改善了燃燒過程，碳煙排放和熱效率都有了明顯改善。一般高壓噴射會使NOx排放增加，但如果配合採用推遲噴油時間或EGR等方法，可以使NOx排放也同時降低。預噴射法和其他改善噴油規律的方法具有類似的效果，主要是在改善燃燒效果，提高熱效率並降低碳煙排放的同時，儘量避免NOx排放性能的明顯惡化。

*推遲供油提前角是降低各種類型燃燒室NOx生成的主要措施。但是由於燃燒延遲了，CO和碳煙顆粒物的排放量都增加，動力性和燃料效率將降低。最佳噴油提前角的確定，必須綜合考慮動力性、經濟性和排放特性，根據不同工況進行自動調控。

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(3)採用增壓和中冷技術增壓和中冷技術是提高柴油機功率、燃油經濟性以及降低污染物排放量的最有效措施之一。增壓技術最常見的是廢氣渦輪增壓，由於進氣密度的大幅提高，柴油機功率可提高30％～100％，燃油經濟性也明顯改善，CO、HC和碳煙的排放都有一定程度的降低，柴油機採用進氣渦輪增壓後，由於進氣溫度較高，提高了最高燃燒溫度，反而使NO的比排放[g/(kW·h)]增加。為此，可採用增壓中冷技術使進氣溫度降低，防止NOx排放性能的惡化。

*(4)採用分隔式燃燒室分隔式燃燒室的NOx排放要比直噴式燃燒室低1/3～1/2，這是因為在分隔式燃燒室中，副燃燒室的壁溫較高，滯燃期短，爆發壓力低，從而使火焰前峰溫度低，且分隔室中α小，處於缺氧條件下，這些均抑制了NOx的產生。由於分隔式燃燒系統利用二次渦流促進主室的混合氣形成和燃燒，在主室中減少或避免高溫局部缺氧的不利影響，所以分隔式燃燒室的HC、CO和顆粒物排放也較低，此外雜訊也較低。但分隔式燃燒室的經濟性差。

*(5)電控柴油噴射

由感測器、執行器、電控單元三部分組成。它可以實現圖11-23所示的一系列控制功能，因而可以在任何工況下都選擇最佳的噴油量、噴油壓力、噴油提前角、噴油速率等參數，從而改善柴油機的燃油經濟性和排放性能，是柴油機控制污染排放的有效手段。20世紀90年代出現的共軌式時間控制系統，採用高壓共軌避免了早期產品壓力難以控制的缺點，從而實現噴油參數的更精確控制。

**2.柴油車排氣後處理技術柴油車排氣淨化後處理技術主要有過濾捕集法和催化轉化法。催化轉化法主要分為氧化型催化轉化器和NOx還原催化轉化器。*柴油機排氣中的大量微粒主要靠篩檢程式、收集器等裝置來捕獲，然後通過清掃或燃燒的辦法去除，使顆粒捕集器再生使用。四效催化轉化器，即在同一催化反應器中同時實現HC、CO、顆粒物和NOx四種污染物的淨化。*(1)氧化催化劑

柴油機氧化催化劑能氧化尾氣排放顆粒物中的大部分可溶性有機物、氣態的HC和CO、臭味和其他一些有毒有機物(如PAH，醛類等)。因為不捕集固態的顆粒物，氧化催化劑不需要再生，可以長期連續使用。這類催化劑已成功應用於輕型柴油車。在不影響燃料消耗和NOx排放的情況下，淨化揮發性HC和CO的效率可達80％，因此可在一定程度上減少柴油車的顆粒物排放.

*氧化型催化轉化器的最佳工作溫度範圍是200～350℃。

氧化催化劑活性成分可用Pt和Pd,多採用蜂窩狀陶瓷結構作為載體材料.

*(2)顆粒捕集器

顆粒捕集器是利用一種內部孔隙極微小、能捕獲微粒物的濾料來捕集排氣中的微粒，捕集到的絕大部分是幹的或吸附著可溶性有機成分的碳粒。然後採取不同的方法來燃燒(氧化)／清除篩檢程式中收集的顆粒物，使顆粒捕集器再生後迴圈使用

.*主要問題:如何有效去除捕集下來的炭黑並使篩檢程式再生。柴油機顆粒物中包含固態的碳，外裹一層分子量很大的碳氫化合物。這種混合物的燃點在500—600℃，遠大於柴油機排氣的正常溫度範圍(150～400℃)。因此，需要設計特殊的方法來保證點火再生，但是一旦被點燃，這些物質燃燒產生的高溫又可能使濾料熔化和斷裂。顆粒捕集器開發的關鍵問題就是要在不損壞捕集器的前提下實現點火和再生。*(3)柴油機稀燃氮氧化物催化劑

由於柴油機是在稀燃條件下運行，普通汽油機的三效催化劑不能用於控制柴油機NOx的排放。這方面的技術目前正處於開發階段，但由於柴油機排氣中O2濃度高，排氣溫度低，HC和CO等還原劑的濃度很低，而且柴油尾氣中的SO2和微粒可能使催化劑失活。因此，對催化淨化技術的要求很苛刻，開發難度比較大。*

三、新型動力車電動汽車：以車載蓄電池為動力的汽車，可以實現廢物零排放。燃料電池汽車：直接將化學能轉換為電能。化學電池的發電效率高達55%以上。優點：無需充電、比能量高；缺點：成本高，燃料貯藏和運輸較為困難*混合動力車：內燃機在燃燒效率相對穩定的行駛條件下發電，並將電能貯存進電池，借助電動機趨使車輛行駛。廢氣排放少、能耗低、雜訊小、不像純電動車那樣受每次充電後行駛距離的限制，可以長距離行駛。*四、減少空氣污染的交通管理措施交通限制、區域禁行、停車管理、道路收費、貨車交通控制等（1）在一些特別擁堵的路段實行電子