第11章 城市機(jī)動(dòng)車污染控制08

1、Slide 1第十一章第十一章城市機(jī)動(dòng)車污染控制城市機(jī)動(dòng)車污染控制Slide 2Emission control of Internal Combustion EnginesSlide 3主要內(nèi)容主要內(nèi)容Q1. 城市交通趨勢(shì)及影響城市交通趨勢(shì)及影響Q2. Spark(火花塞火花塞) Ignition EnginesQ3. Compressed Ignition EnginesQ4. Advanced technologySlide 4Section 1城市交通趨勢(shì)及影響城市交通趨勢(shì)及影響Slide 5城市機(jī)動(dòng)車污染現(xiàn)狀城市機(jī)動(dòng)車污染現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車保有量隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)

2、汽車保有量連年高速增長(zhǎng)連年高速增長(zhǎng) 汽車單車排放因子高汽車單車排放因子高 機(jī)動(dòng)車污染物排放總量大，城市機(jī)動(dòng)車機(jī)動(dòng)車污染物排放總量大，城市機(jī)動(dòng)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 6中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)情況中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)情況近近10年來(lái)，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量迅速增加，平年來(lái)，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量迅速增加，平均增長(zhǎng)速度約均增長(zhǎng)速度約14% 重點(diǎn)大城市保有量增長(zhǎng)更快，北京市重點(diǎn)大城市保有量增長(zhǎng)更快，北京市92年年以來(lái)平均增長(zhǎng)速度超過(guò)以來(lái)平均增長(zhǎng)速度超過(guò)20% 機(jī)動(dòng)車收入彈性系數(shù)研究表明：收入增長(zhǎng)機(jī)動(dòng)車收入彈性系數(shù)研究表明：收入增長(zhǎng)1%，機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)

3、，機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)1.021.94% 我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平?jīng)Q定城市機(jī)動(dòng)車保有量我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平?jīng)Q定城市機(jī)動(dòng)車保有量將會(huì)在一定時(shí)期內(nèi)保持迅速增加將會(huì)在一定時(shí)期內(nèi)保持迅速增加Slide 7中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)情況中國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量增長(zhǎng)情況0 02002004004006006008008001000100012001200140014001978197819851985198719871989198919911991199319931995199519971997年份年份數(shù)量 (萬(wàn)輛)數(shù)量 (萬(wàn)輛)Slide 8中美機(jī)動(dòng)車排放因子比較中美機(jī)動(dòng)車排放因子比較 污 染 物 轎 車 輕 型 汽 油 車 重 型

4、 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(guó) CO 14.03 17.7 72.97 NOX 1.02 1.14 3.29 Slide 9北京市機(jī)動(dòng)車排放污染分擔(dān)率北京市機(jī)動(dòng)車排放污染分擔(dān)率濃濃度度分分擔(dān)擔(dān)率率(%) 污污染染物物 年年份份 排排放放量量 (萬(wàn)萬(wàn)噸噸) 排排放放分分擔(dān)擔(dān)率率(%) 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

5、 68.4 72 NOx 1998 年 11.5 42.9 72.8 73.6 Slide 10汽車污染物產(chǎn)生來(lái)源汽車污染物產(chǎn)生來(lái)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 11Section 2火花塞點(diǎn)火引擎火花塞點(diǎn)火引擎Spark Ignition EnginesSlide 12Fuel+Oxygen汽車動(dòng)力系統(tǒng)汽車動(dòng)力系統(tǒng) Theoretical CombustionCarbonDioxideEnergy動(dòng)力動(dòng)力Ignition點(diǎn)火點(diǎn)火WaterVaporet汽油車汽油車: 0

6、.250.3柴油車柴油車: 0.30.45Slide 13EngineCylinder（氣缸）（氣缸）汽油機(jī)：汽油機(jī)：=610柴油機(jī)：柴油機(jī)：=1624壓縮比壓縮比= Va/Vc =(Vc+Vd)/VcP. 433四沖程：進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣Slide 14Actual CombustionQ LeadQ HydrocarbonsQ Carbon MonoxideQ Oxides of NitrogenQ Carbon DioxideQ ParticulatesQ Other pollutants (S、P 等)Q Water VaporAmbient AirReal FuelEngine/

7、EmissionTechnology尾氣管排放物尾氣管排放物Slide 15等當(dāng)點(diǎn)等當(dāng)點(diǎn)101012121414161618182020Ai r - Fuel R ati oAi r - Fuel R ati o0 02 24 46 68 8101012121414O O2 2Percent Percent M ol esM ol es0 04004008008001200120016001600200020002400240028002800N ON OC OC O2 2C OC OH CH CPP M PP M M ol esM ol esStoi chi om et ryStoi chi

8、 om et ry汽油汽油(C8H18)理論空燃比理論空燃比: 約約14.7CO:局部不均勻局部不均勻殘余殘余HCSlide 16HC: 不完全燃燒不完全燃燒壁面猝滅壁面猝滅油膜吸附油膜吸附Slide 17NOx: Thermal NOPrompt NOFuel NONOx與過(guò)剩空氣系數(shù)的關(guān)系與過(guò)?？諝庀禂?shù)的關(guān)系Slide 18汽油車汽油車 Other EmissionsEvaporative Emissions diurnal, running losses, hot soakCrankcase(曲軸箱) Losses due to blow-byRefueling(加油) Losses d

9、isplaced vaporsQ Other EmissionsQ brake linings(剎車襯套), 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(dòng)機(jī)空燃比對(duì)污染物排放有何影響汽油發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比對(duì)污染物排放有何影響?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, 降低排放降低排放汽油車行駛工況與排放汽油車行駛工況與排放Q1. 怠速怠速, 減速時(shí)減速時(shí)CO, HC排放高排放高, 濃度約

10、為濃度約為: CO: 1.0-6%; HC: 400-3000ppm NOx: 10-100ppmQ2. 加速加速, 定速時(shí)定速時(shí)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(shí)加速時(shí), 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 汽車使用中哪些因素對(duì)排放影響大汽車使用中哪些因素對(duì)排放影響大?Q 如何考慮汽車行駛工況對(duì)排放的影響如何考慮汽車行駛工況對(duì)排放的影響? (如制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)如制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí), 計(jì)算排放量時(shí)計(jì)算排放量時(shí))主要控制技術(shù)主要控制技術(shù)Q前處理前處理: 無(wú)鉛汽油

11、無(wú)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(jī)內(nèi)控制機(jī)內(nèi)控制: 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 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(jī)外控制技術(shù)機(jī)外控制技術(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(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)改進(jìn)點(diǎn)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)廢氣再循環(huán)與發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系廢氣再循環(huán)與發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系三效催化凈化技

12、術(shù)三效催化凈化技術(shù)(TWC)Q同時(shí)凈化同時(shí)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)電控燃油噴閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù)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(crankcase)排放控制排放控制圖1113 封閉式曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)P.447Evaporative emission control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

13、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(gè)關(guān)鍵三效催化技術(shù)有哪幾個(gè)關(guān)鍵?Q車用汽油哪些指標(biāo)對(duì)排放最重要車用汽油哪些指標(biāo)對(duì)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 31Section 3Compressed Ignition Engines汽油汽油, 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別Q汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒為預(yù)混火焰汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒為預(yù)混火焰, 柴油為擴(kuò)散火焰柴油為擴(kuò)散火焰Q柴油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比高, 熱效率高熱效率高30-50%Q柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以噴油霧化方式燃燒柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)性好柴

14、油車經(jīng)濟(jì)性好, 馬力大馬力大, 最先實(shí)現(xiàn)最先實(shí)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(dòng)機(jī)技術(shù)正在開發(fā)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)Formation path of Soot Pollutants and Air-fuel ratio 過(guò)?？諝庀禂?shù)過(guò)剩空氣系數(shù)柴油車行駛工況與排放柴油車行駛工況與排放Q1. CO總是很低總是很低, 約約0.1%Q2. 減速減速, 怠速時(shí)怠速時(shí)HC相對(duì)較高相對(duì)較高, 濃度約為濃度約為400ppm 此時(shí)此時(shí)NOx較低較低, 約為約為30-70ppmQ Q3. 加速加速, 定速時(shí)定速時(shí)NOx高高, 濃度約為濃度約為: NOx: 800-2500ppm 此

15、時(shí)此時(shí)HC: 90-200ppmQ4. 加速時(shí)碳煙最高加速時(shí)碳煙最高, 約為約為0.30g/m3 Slide 36控制柴油機(jī)污染物排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)控制柴油機(jī)污染物排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)1、廢氣再循環(huán)、廢氣再循環(huán) P.4572、改進(jìn)供油系統(tǒng)、改進(jìn)供油系統(tǒng) P.4583、采用增壓和中冷技術(shù)、采用增壓和中冷技術(shù) P.4594、采用分隔室燃燒、采用分隔室燃燒 P.4595、電控采用噴射、電控采用噴射 P.460 圖11-12 增壓柴油機(jī)的排放特性和燃油消耗率柴油車排氣后處理柴油車排氣后處理 圖圖11-24 使用氧化催化劑時(shí)排氣溫度對(duì)顆粒物凈化效率的影響使用氧化催化劑時(shí)排氣溫度對(duì)顆粒物凈化效率的影響顆粒捕集器顆粒捕集器(Particulate Trap) Slide 40Section 4Advanced TechnologySlide 41最新控制技術(shù)最新控制技術(shù)Q冷啟動(dòng)排放控制冷啟動(dòng)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(jí)催化劑前級(jí)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(dòng)檢測(cè)診斷車輛排放系統(tǒng)狀況自動(dòng)檢測(cè)診斷車輛排放系統(tǒng)狀況自動(dòng)提示故障自動(dòng)提示故障存儲(chǔ)信息有利于維修存儲(chǔ)信息有利于維修Slide 42未來(lái)汽車技術(shù)未來(lái)汽車技術(shù)Q稀燃缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)稀