大氣污染控制工程_城市機動車污染控制

1、Slide 1第第11章城市機動車污染控制章城市機動車污染控制教學(xué)內(nèi)容:1城市交通趨勢及影響2汽油發(fā)動機污染物的形成與控制3柴油發(fā)動機污染物的形成與控制4新型動力車5交通規(guī)劃與交通管理Slide 2第第11章城市機動車污染控制章城市機動車污染控制Q1、教學(xué)要求Q要求了解城市交通趨勢及影響Q理解汽（柴）油發(fā)動機污染物的形成與來源Q掌握其控制技術(shù)Q2、教學(xué)重點Q本章重點介紹汽油發(fā)動機污染物的形成與控制，柴油發(fā)動機污染物的形成與控制Q3、教學(xué)難點Q柴油發(fā)動機污染物的形成與控制建議學(xué)時數(shù)：2學(xué)時Slide 3Emission control of Internal Combustion Engines

2、Slide 4Section 1城市交通趨勢及影響城市交通趨勢及影響Spark Ignition EnginesSlide 5世界機動車增長趨勢世界機動車增長趨勢Slide 6城市機動車污染現(xiàn)狀城市機動車污染現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國汽車保有量隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國汽車保有量連年高速增長連年高速增長 汽車單車排放因子高汽車單車排放因子高 機動車污染物排放總量大，城市機動車機動車污染物排放總量大，城市機動車污染分擔(dān)率高污染分擔(dān)率高 嚴(yán)重影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量Slide 7中國機動車保有量增長情況中國機動車保有量增長情況近近10年來，全國機動車保有量迅速增加，平均增長速年

3、來，全國機動車保有量迅速增加，平均增長速度約度約14% 重點大城市保有量增長更快，北京市重點大城市保有量增長更快，北京市92年以來平均年以來平均增長速度超過增長速度超過20% 機動車收入彈性系數(shù)研究表明：收入增長機動車收入彈性系數(shù)研究表明：收入增長1%，機動，機動車保有量增長車保有量增長1.021.94% 我國經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定城市機動車保有量將會在一我國經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定城市機動車保有量將會在一定時期內(nèi)保持迅速增加定時期內(nèi)保持迅速增加Slide 8中國機動車保有量增長情況中國機動車保有量增長情況0 0200200400400600600800800100010001200120014001400

4、1978197819851985198719871989198919911991199319931995199519971997年份年份數(shù)量 (萬輛)數(shù)量 (萬輛)Slide 9中美機動車排放因子比較中美機動車排放因子比較 污 染 物 轎 車 輕 型 汽 油 車 重 型 汽 油 車 HC 7.24 9.64 13.17 北 京 CO 72.37 45.19 195.55 NOX 1.84 2.84 4.5 HC 1.86 2.24 6.74 美 國 CO 14.03 17.7 72.97 NOX 1.02 1.14 3.29 Slide 10北京市機動車排放污染分擔(dān)率北京市機動車排放污染分擔(dān)率

5、濃度分擔(dān)率濃度分擔(dān)率(%) 污染物污染物 年份年份 排放量排放量 (萬噸萬噸) 排放分擔(dān)率排放分擔(dān)率(%) 城區(qū) 中心區(qū) 1995 年 107.5 76.8 76.5 86.3 CO 1998 年 129.0 82.7 84.1 89.5 1995 年 9.38 40.2 68.4 72 NOx 1998 年 11.5 42.9 72.8 73.6 Slide 11汽車動力系統(tǒng)汽車動力系統(tǒng) Theoretical CombustionFuel+OxygenCarbonDioxideEnergy動力動力Ignition點火點火WaterVaporet汽油車汽油車: 0.250.3柴油車柴油車:

6、0.30.45Slide 12EngineCylinder=610，而柴而柴油機油機=1624= (Vc+Vd)/VcSlide 13Actual CombustionQ LeadQ HydrocarbonsQ Carbon MonoxideQ Oxides of NitrogenQ Carbon DioxideQ ParticulatesQ Other pollutantsQ Water VaporAmbient AirReal FuelEngine/EmissionTechnology尾氣管排放物尾氣管排放物Slide 14Stoichiometry等當(dāng)點等當(dāng)點10101212141416

7、1618182020Air - Fuel RatioAir - Fuel Ratio0 02 24 46 68 8101012121414O O2 2Percent Percent MolesMoles0 04004008008001200120016001600200020002400240028002800NONOCOCO2 2COCOHCHCPPM PPM MolesMolesStoichiometryStoichiometry汽油汽油(C8H18)理理論空燃比論空燃比: 約約14.7CO:局部不均勻局部不均勻殘余殘余HCSlide 15HC: 不完全燃燒不完全燃燒壁面猝滅壁面猝滅油膜吸

8、附油膜吸附Slide 16NOx: ThermalPrompt NOFuel NOSlide 17汽油車汽油車 Other EmissionsEvaporative Emissions diurnal, running losses, hot soakCrankcase Losses due to blow-byRefueling Losses displaced vaporsOther Emissions brake linings, tire wear, fluid leaks討論討論1: 汽車污染產(chǎn)生汽車污染產(chǎn)生Q 汽油發(fā)動機空燃比對污染物排放有何影響汽油發(fā)動機空燃比對污染物排放有何影響

9、?Q 汽車排放的污染物有哪些汽車排放的污染物有哪些? Q 汽油車污染排放包括哪些環(huán)節(jié)汽油車污染排放包括哪些環(huán)節(jié)?Q 這些環(huán)節(jié)排放哪幾種污染物這些環(huán)節(jié)排放哪幾種污染物? -目標(biāo)是提高燃燒效率目標(biāo)是提高燃燒效率, 降低排放降低排放Slide 19New Cars Are Cleanerand More Efficient-85%-70%+100%HC-85%MPGNOxCOPercent change compared to new cars of the 1970 Model Year注注: MPG:英里英里/加侖加侖Slide 20排放性能的劣化排放性能的劣化 Conventional car

10、buretor car HC emissions of LDGVHC emissions of LDGVy = 0.0114x + 0.6433y = 0.0114x + 0.6433R R2 2 = 0.1748 = 0.17480 00.50.51 11.51.52 22.52.50 0202040406060Accumulaged Mileage(10Accumulaged Mileage(104 4km)km)Emission Factor(g/km)g/km)Slide 21汽車污染物產(chǎn)生來源汽車污染物產(chǎn)生來源 曲軸箱曲軸箱HC 的的 20%排氣管排氣管所有的所有的CO、NOX、Pb

11、和和 HC的的 60%油箱和化油器蒸發(fā)油箱和化油器蒸發(fā)HC的的15%Slide 22行駛工況的影響行駛工況的影響 (IM240)汽油車行駛工況與排放汽油車行駛工況與排放Q 1. 怠速怠速, 減速時減速時CO, HC排放高排放高, 濃度約為濃度約為: CO: 1.0-6%; HC: 400-3000ppm NOx: 10-100ppmQ 2. 加速加速, 定速時定速時NOx高高, 濃度約為濃度約為: NOx: 1000-4000ppm CO: 0.5-3.0%; HC: 200-600ppm 加速時加速時, 碳煙約為碳煙約為: 0.005g/m3 討論討論2: 影響排放的因素影響排放的因素Q 汽

12、車使用中哪些因素對排放影響大汽車使用中哪些因素對排放影響大?Q 如何考慮汽車行駛工況對排放的影響如何考慮汽車行駛工況對排放的影響? (如制定標(biāo)準(zhǔn)時如制定標(biāo)準(zhǔn)時, 計算排放量時計算排放量時)主要控制技術(shù)主要控制技術(shù)Q 前處理前處理: 無鉛汽油無鉛汽油(0.013g/L), 低硫汽油和柴油低硫汽油和柴油(1200ppm-50ppm?) 廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR): 20%循環(huán)循環(huán), 降低降低NOx約約60%, 但油耗增加但油耗增加3%Q 機內(nèi)控制機內(nèi)控制: 發(fā)動機設(shè)計發(fā)動機設(shè)計 表面積表面積/容積容積 越小越好越小越好; 電子控制技術(shù)電子控制技術(shù); 多氣門技術(shù)多氣門技術(shù)Q 機外控制技術(shù)機外控制

13、技術(shù): 熱反應(yīng)器熱反應(yīng)器, 催化反應(yīng)器催化反應(yīng)器(氧化氧化, 還原還原-三效三效)改進點火系統(tǒng)改進點火系統(tǒng)Q電控燃油電控燃油噴射系統(tǒng)噴射系統(tǒng)廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)(EGR)三效催化凈化技術(shù)三效催化凈化技術(shù)(TWC)Q 同時凈化同時凈化3種污染物種污染物: CO, HC, NOxQ 只能在很窄的空燃比窗口工作只能在很窄的空燃比窗口工作: 閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù)閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù) 三效催化凈化技術(shù)三效催化凈化技術(shù)(TWC)Q 主要使用貴金屬主要使用貴金屬+陶瓷載體陶瓷載體, Pt, Rd, PdQ 壽命要求壽命要求80000-160000km, 防中毒很關(guān)鍵防中毒很關(guān)鍵! 曲軸箱曲軸箱(crankc

14、ase)排放控制排放控制Evaporative emission controlSlide 33中國的機動車污染控制中國的機動車污染控制QClean Air Strategy Developed Complete Lead Phase Out by 2000 Introduce Euro 1(1992 Vintage,Catalyst Based) Standards for Cars & Lt.Trucks in 2000 (Beijing,Shanghai 1999) Heavy Truck Standard,Euro 1,also in 2001(2000 in Beijing) I/M

15、 Pilot Being Developed in Shanghai討論討論3: 控制技術(shù)控制技術(shù)Q目前最主流的汽油車排放控制技術(shù)組合是什么目前最主流的汽油車排放控制技術(shù)組合是什么?Q三效催化技術(shù)有哪幾個關(guān)鍵三效催化技術(shù)有哪幾個關(guān)鍵?Q車用汽油哪些指標(biāo)對排放最重要車用汽油哪些指標(biāo)對排放最重要? -更新的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致更新的技術(shù)更新的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致更新的技術(shù)Slide 35Section 3柴油發(fā)動機污染物的形成與控制Compressed Ignition Engines汽油汽油, 柴油發(fā)動機的區(qū)別柴油發(fā)動機的區(qū)別Q 汽油發(fā)動機燃燒為預(yù)混火焰汽油發(fā)動機燃燒為預(yù)混火焰, 柴油為擴散火焰柴油為擴散火焰Q 柴油發(fā)

16、動機壓縮比高柴油發(fā)動機壓縮比高, 熱效率高熱效率高30-50%Q 柴油發(fā)動機以噴油霧化方式燃燒柴油發(fā)動機以噴油霧化方式燃燒, 產(chǎn)生碳煙較多產(chǎn)生碳煙較多Q 柴油車經(jīng)濟性好柴油車經(jīng)濟性好, 馬力大馬力大, 最先實現(xiàn)最先實現(xiàn)3升車升車Q 汽油車加速性好汽油車加速性好, 正在開發(fā)缸內(nèi)直噴發(fā)動機技術(shù)正在開發(fā)缸內(nèi)直噴發(fā)動機技術(shù)Formation path of Soot Pollutants and Air-fuel ratio 柴油車行駛工況與排放柴油車行駛工況與排放Q 1. CO總是很低總是很低, 約約0.1%Q 2. 減速減速, 怠速時怠速時HC相對較高相對較高, 濃度約為濃度約為400ppm 此時

17、此時NOx較低較低, 約為約為30-70ppm Q 3. 加速加速, 定速時定速時NOx高高, 濃度約為濃度約為: NOx: 800-2500ppm 此時此時HC: 90-200ppmQ 4. 加速時碳煙最高加速時碳煙最高, 約為約為0.30g/m3 Turbo-charge and Emission(采用增壓和中冷技術(shù)) Inter-coolerOxidation catalyst(氧化催化劑) Particulate Trap(顆粒補集器) Slide 43Section 4新型動力車Advanced TechnologySlide 44最新控制技術(shù)最新控制技術(shù)Q 冷啟動排放控制冷啟動排放控制 催化劑需要一定的起燃溫度催化劑需要一定的起燃溫度 前級催化劑前級催化劑 電加熱催化劑電加熱催化劑Q 車載診斷技術(shù)車載診斷技術(shù)(OBD) 自動檢測診斷車輛排放系統(tǒng)狀況自動檢測診斷車輛排放系統(tǒng)狀況 自動提示故障自動提示故障 存儲信息有利于維修存儲信息有利于維修Slide 45未來汽車技術(shù)未來汽車技術(shù)Q 稀燃缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機稀燃缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機Q 柴油車柴油車PM及及NOx機外凈化技術(shù)機外凈化技術(shù)Q 混合動力技術(shù)混合動力技術(shù)Q 燃料電池汽車技術(shù)燃料電池汽車技術(shù)Slide 46Q