汽车排放法规及技术路线.ppt

1、2015.3.5-V001,中国,目录,排气污染物种类及危害,汽车排放污染物与内燃机总类及运转条件有关。 汽油机CO和HC排放比柴油机更多，Nox持平，而PM则少一个数量级,2015.3.5-V001,中国,2,中国,2015.3.5-V001,排气污染物种类及危害,不同工况下排气污染物的浓度,排放污染物种类及危害,1.CO CO是无色无刺激性气体。对于柴油机来说，CO产生原因是由于空气不足，局部缺氧，造成燃烧不充分。CO有毒，在含量到达10ppm时，人就会慢性中毒，贫血、心脏及呼吸道恶化；含量达到120ppm时，人在1小时内就会中毒，含量越高，越会造成人员中毒死亡。 2.HC HC是由于燃料

2、不完全燃烧和部分被分解造成的。HC化合物中的环芳烃是很强的致癌物质；甲醛和丙烯醛等醛类物质刺激眼睛及呼吸器官，同HC一起引起光化学烟雾。HC吸入人体后会破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱等，同时也会致癌。,2015.3.5-V001,中国,2015.3.5-V001,中国,4,排放污染物种类及危害,3.Nox Nox中的NO2是褐色的有刺激性臭味的气体，是在高温富氧的状况下产生的。NO2会造成血液中血红蛋白变性，易于HC在阳光紫外线的作用下，产生素性很大的光化学烟，浓度达到0.5ppm，连续3个月以上患支气管炎部位有肺气肿出现；达到1ppm以上就会闻到臭味；含量越高，对人类及动植物危害越大；含量

3、在100-150ppm时，人在30min左右就会因肺水肿而死亡。,2015.3.5-V001,中国,5,排放污染物种类及危害,4.PM PM颗粒物由原始微粒和二次微粒组成，包括铅化物、碳烟、油雾等。 铅化物：使人贫血、牙齿变黑、神经麻痹，已引发血管病、脑溢血和慢性肾炎等疾病。 碳烟：极小的颗粒（0.10.5m）有致癌作用，会 导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。,2015.3.5-V001,中国,6,排放污染物种类及危害,2015.3.5-V001,中国,7,国内外排放法规,一：排放法规的发展 早在20世纪40年代中期，由于洛杉矶市出现严重的石油型空气污染光化学烟雾促使加利福尼亚州成为世界

4、上第一个实施控制汽车排放法规的地区，也使美国成为世界上最早认识到汽车排放对环境危害的国家，从20世纪60年代中开始实施汽车排放控制法规。 l970、1972年开始实行欧洲统一的工况试验法。,2015.3.5-V001,中国,8,国内外排放法规,第一阶段： 1960年美国加利福尼亚州政府正式立法汽车排气污染物，1963年颁布限制汽车排放的新法规； 1970年美国联邦又通过了环境保护法案，严格了汽车排放CO及的标，1973年又对NOx提出了限制标准。 欧洲经济委员会于1970年颁布实施第一排放法规，控制轻型汽油车排气污染物和曲轴箱物排放，以后限值每3-4年修订加严一次； 1975年前规定只限制CO

5、和HC排放量； 1976年起，增加了对NOx的限值，从1975年开始实施整套ECE规。,2015.3.5-V001,中国,9,国内外排放法规,第二阶段： 20世纪70年代以后，世界上各大汽车生产国相继颁布了汽车排放控制标准，以欧洲和美国及日本为代表，并逐渐形成三个排放法规体系。欧洲在1972年起实施ECE15/03标准，20世纪80年代中期加严到ECE15/04，20世纪90年代初欧洲颁布了轻型车排放标准及第一阶段重型车排放标准(简称欧I标准)，20世纪90年代中期实施了加严的轻型车排放标准及第二阶段重型车排放标准(简称欧I标准）。,2015.3.5-V001,中国,10,国内外排放法规,第三

6、阶段 20世纪90年代初，美国加州政府根据其自己的环保目标，制订了一套更为严格的车辆排放标准低排放车辆法规。该法规将轻型车分为过渡低排放车辆(TLEV)、低排放车辆(LEV)、超低排放车辆(ULEV)和零排放车辆(ZEV)。 欧盟在20世纪90年代开始实施了更加严格的排放法规，对汽车废气排放的限制越来越严格，相继制定实施了欧洲I号、欧洲号、欧洲号标准、欧和欧标准及欧标准。 中国从0年代开始着手制定排放法规，0世纪末，参照欧盟排放法规，制定自己的排放法规。现已基本推行国四标准。,2015.3.5-V001,中国,11,国内外排放法规,二：常见排放标准,2015.3.5-V001,中国,12,国内

7、外排放法规,美国现行汽车排放标准：（1）美国联邦标准（2）加州标准 美国联邦标准限值与加州标准对比：,2015.3.5-V001,中国,13,国内外排放法规,加州LEV标准限值,2015.3.5-V001,中国,14,国内外排放法规,欧洲： 2009年9月1日起对新车型式认证实行欧5a标准，2011年1月1日起对所有新注册的车辆实行欧5a标准。欧5b的实施日期相应推迟两年。 自2014年9月1日起对新车型式认证实行欧6b标准，2015年9月1日起对所有新注册的车辆实行欧6b标准。 N1(II,III)和N2类车，欧5/6标准的实施日期相应推迟1年,2015.3.5-V001,中国,15,国内外

8、排放法规,欧标准排放限值,注：PI=点燃式 CI=压燃式 1) 应在4.5mg/km的限值实施之前引入修订后的测量程序 2) 应在该限值实施之前引入新的测量程序 3) 点燃式PM质量限值仅适用于装直喷发动机的车辆,2015.3.5-V001,中国,16,国内外排放法规,欧标准排放限值,注：PI=点燃式 CI=压燃式 (4) 数量标准在2014年9月1日之前制定 5) 应在该限值实施之前引入新的测量程序。,2015.3.5-V001,中国,17,国内外排放法规,日本排放法规自成一体，测试循环、计算方法、耐久性要求、分类方法等和欧美不同。 日本现行标准排放限值,2015.3.5-V001,中国,1

9、8,国内外排放法规,中国排放法规：中国从0年代开始着手制定排放法规，0世纪末，参照欧盟排放法规，制定自己的排放法规。 GB 17691-2001车用压燃式发动机排气污染物限值及测量方法,2015.3.5-V001,中国,19,国内外排放法规,GB 17691-2005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（中国、阶段）,2015.3.5-V001,中国,20,国内外排放法规,GB1835.3-2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国、阶段）,2015.3.5-V001,中国,21,国内外排放法规,GB1835.3-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国

10、阶段）,2015.3.5-V001,中国,22,国内外排放法规,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（中国、阶段）,2015.3.5-V001,中国,23,国内外排放法规,地方标准： DB11/946-2013轻型汽车（点燃式）污染物排放限值及测量方法（北京阶段）,2015.3.5-V001,中国,24,排气系统技术路线,柴油机尾气净化难度： （1）四种需要处理的污染物：HC、CO、NOx、PM； （2）还原剂HC和CO偏少，既不利于NOx的还原，也不利于尾气温度的提升，还原Nox还需要添加其他的还原剂； （3）尾气温度低，造成三个困难：NOx处理困难、

11、PM净化困难、DPF和催化剂的硫酸盐堵塞问题； （4）排气中氧气过量，6-15%，NOx还原困难。 2014年国家强制实行国四标准，为了达到国四标准，排气系统技术路线必须升级。现重点介绍柴油机排气系统技术路线。 相对于国三排放限值，国四国五排放限值降低，原先技术路线难以达到要求,2015.3.5-V001,中国,25,排气系统技术路线,目前国内排放标准从国三过渡到国四，排气标准限值降低。目前技术方案有：,2015.3.5-V001,中国,26,排气系统技术路线,从国家标准看出对排气污染物的限值越来越严格，为了能达到这一要求，现阶段排气后处理常用的排气系统技术路线：,2015.3.5-V001,

12、中国,27,排气系统技术路线,EGR：冷却型废气再循环（Exhaust Gas Recirculation） 采用冷却EGR技术，通过电控EGR阀，定时定量地将废气引入到进气管，与新鲜空气混合进入燃烧室参与燃烧，降低气缸充量的含氧量，延缓燃烧过程，降低燃烧速度，从而使燃烧室中的压力形成过程变慢，因此NOx生成的主要条件（高氧、高温高压）减弱，降低了NOx排放。另外，提高废气再循环率会使总的废气排出流量减少，因此废气排放中的总污染物输出将会相对减少。 作用： （1）降低Nox的排放； （2）相对降低总污染物的输出。,2015.3.5-V001,中国,28,排气系统技术路线,DOC：柴油催化氧化器

13、（Diesel Oxidation Catalyst） DOC 是一种氧化催化后处理装置，该装置以多孔载体作废气通道，多数 DOC 以贵金属为涂层作为氧化催化剂，可降低尾气中不完全燃烧物发生化学反应的温度，通过 DOC 后，废气中 90%的 SOF、HC 以及 CO 便可转化为 H2O 和 CO2，同时部分 C 颗粒也可在贵金属催化下与尾气中的氧反应生成 CO2，这样就可大幅度地减少发动机尾气中的不完全燃烧物。此外在 DOC 作用下还将部分 NO 氧化成NO2，为后续的 POC 的再生提供了有利条件。 作用： （1）有效降低HC和CO； （2）去除PM中的SOF、VOF； （3）降低PM的效率

14、可达10-30%。,2015.3.5-V001,中国,29,排气系统技术路线,POC：颗粒催化氧化器（Particle Oxidation Catalyst） POC是一种全新的柴油机后处理设计理念，其结构是使废气通过一个特殊结构数据的通道，工作原理上最大程度地避免了高硫含量环境对催化器的不利影响；POC 将颗粒物中的碳颗粒吸附在表面，利用前级 DOC 氧化生成的 NO2，去催化 POC表面捕集的碳颗粒，以此恢复 POC 的捕集功能，废气通过 POC 后，有 40%-60%左右的 C 颗粒被吸附掉。POC的功能：降低PM的排放，过滤效率50% 作用： （1）降低PM的效率可达30-80%； （

15、2）没有明显的排气背压升高。,2015.3.5-V001,中国,30,排气系统技术路线,DPF：柴油颗粒过滤捕捉器（Diesel Particle Filter） DPF工作原理是排气通过时微粒经过扩散、截流、惯性碰撞和重力沉降等原理被过滤体捕集。随着工作时间的增加，过滤体内堆积的微粒增多，发动机的背压上升，会影响柴油机的正常工作，需用燃烧等方法将这些微粒除去，即过滤体的再生。 作用： （1）减少HC排放； （2）减少CO排放； （3）降低PM排放的效率最高可达90%,2015.3.5-V001,中国,31,排气系统技术路线,SCR：选择性催化还原器（Selective Catalytic R

16、eduction） SCR 工作原理是将还原剂喷入排气管，排气中的氮氧化合物在催化器的作用下与还原剂反应被还原成氮气和水，SCR系统目前采用的还原剂是尿素。尿素NH2CONH2 加H2O后在高温下分解成 NH3 和CO2；NH3和排气中的NO和NO2反应产生氮气和水。 化 学方程式 ： 1）NH2CONH2 + H2O = 2 NH3 + CO2； 2） NO+NO2 +2NH3 =2N2+ 3H2O； 3）4NO+O2+4NH3=4N2+6H2O； 4）2NO2 +O2+4NH3=3N2+6H2O 作用：降低NOx30%以上,2015.3.5-V001,中国,32,排气系统技术路线,2015

17、.3.5-V001,中国,33,排气系统技术路线,（1）EGR+DOC+POC：冷却废气再循环+柴油催化氧化器+颗粒氧化催化器 通过EGR降低NOx的排放量，同时PM会有一定的增加，增加的PM经过DOC+POC处理会降低，从而达到降低NOx和PM的目的。因POC后处理系统不存在堵塞风险，成本更低。因此，相比较于DPF，国内较倾向POC。 。,2015.3.5-V001,中国,34,排气系统技术路线,EGR+DOC+POC的优点： 低成本； 不受基础设施和地域限制； 不需加注尿素，不需主动再生； 装车尺寸小，POC可与消声器集成； 后处理系统重量轻； 标定相对简单，开发周期短。,2015.3.5

18、-V001,中国,35,排气系统技术路线,EGR+DOC+POC的缺点： 发动机需增加控制器、冷却器等零部件，结构较复杂； 燃油经济性相对较差，需标定优化； 对燃油的硫含量相对敏感； 较高发热量，限制最高功率； POC失效，使颗粒在POC中累积到一定程度，导致集中排出，形成黑烟的问题； 降低PM排放能力差于DPF。,2015.3.5-V001,中国,36,排气系统技术路线,（2）EGR+DOC+DPF:冷却废气再循环+柴油催化氧化器+颗粒过滤捕捉器 通过EGR降低NOx的排放量，同时PM会有一定的增加，增加的PM经过DOC+DPF处理会降低，从而达到降低Nox和PM的目的。 DPF通过采用微孔

19、吸附性材料对废气中的微粒进行过滤，达到降低PM的目的。但DPF会被堵塞，要考虑再生问题。由于国内再生技术不成熟，且控制策略复杂，对硫非常敏感，成本较高，在商用车领域应用不广泛，因此国内很少用DPF，欧洲普遍运用。,2015.3.5-V001,中国,37,排气系统技术路线,EGR+DOC+DPF的优点： PM高转化效率； 催化器体积小，整车易布置 ； 重量轻，可增加有效负载 ； 排放控制无需新建基础设施。 EGR+DOC+DPF的缺点： 过滤体需要再生； 高发热量，需加大冷却系统； 对燃油的硫含量相对敏感； 燃油经济性相比SCR降低,2015.3.5-V001,中国,38,排气系统技术路线,（3）优化燃烧+SCR 首先通过喷射系统优化、喷射定时提前以及增压中冷等技术优化发动机的燃烧，把微粒物(PM)降到适当的水平，这样会导致NOx排放的提高；再利用SCR技术，将NOx转