第9章汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術

1、發(fā)動機排放污染及控制主講人主講人 龔金科等龔金科等2022年6月25日9.1 汽油車排放污染物一般凈化方案9.2 柴油車排放污染物一般凈化方案9.3 新能源汽車技術9.4 其他新能源汽車技術第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 第9章 汽車排放污染物凈化方案及 新能源汽車技術概述：主要內容討論了汽油車和柴油車分別達到歐II、歐III、歐IV、歐V和歐VI排放標準的一般凈化方案。介紹了現今新能源汽車的發(fā)展狀況 。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 汽油車排放污染物一般凈化方案采用閉環(huán)電控燃油系統(tǒng)加三效催化轉化器可達到歐歐排放標準。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技

2、術 二氣門或多氣門二氣門或多氣門汽油機發(fā)動機汽油機發(fā)動機增壓或非增壓增壓或非增壓閉環(huán)電控閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)三效催化轉化器三效催化轉化器達到歐歐排放標準的汽油車凈化方案示意圖歐歐標準要求催化劑的起燃溫度盡可能低、使用強制加熱方式使轉化器內的溫度在起動時就超過起燃溫度。二氣門非增壓汽油發(fā)動機二氣門非增壓汽油發(fā)動機閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)緊湊耦合型三效催化轉化器緊湊耦合型三效催化轉化器或或或或前置雙催化轉化器前置雙催化轉化器三效催化轉化器輔助強制加熱三效催化轉化器輔助強制加熱達到歐歐排放標準的汽油車凈化方案（二氣門非增壓汽油發(fā)動機）汽油車排放污染物一般凈化方案第9章 汽

3、車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 多氣門非增壓汽油發(fā)動機多氣門非增壓汽油發(fā)動機閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)或或或或低起燃溫度的三效催化轉化器低起燃溫度的三效催化轉化器緊湊耦合型三效催化轉化器緊湊耦合型三效催化轉化器汽油車排放污染物一般凈化方案第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 達到歐歐排放標準的汽油車凈化方案（多氣門增壓汽油發(fā)動機）三效催化轉化器汽油車排放污染物一般凈化方案要滿足歐歐排放標準，也可采用缸內直噴稀薄燃燒汽油機GDI發(fā)動機。采用GDI技術的發(fā)動機第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 達到歐歐排放標準的汽油車凈化方案示意圖發(fā)動機管理系統(tǒng)汽油車排放

4、污染物一般凈化方案第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 綜合控制的發(fā)動機管理系統(tǒng)綜合控制的發(fā)動機管理系統(tǒng)或或廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)三效催化轉化器輔助強制加熱三效催化轉化器輔助強制加熱前置雙催化轉化器前置雙催化轉化器多氣門增壓汽油發(fā)動機多氣門增壓汽油發(fā)動機緊湊耦合型三效催化轉化器緊湊耦合型三效催化轉化器或或+汽油車排放污染物一般凈化方案 對于歐歐V V排放標準，在歐基礎之上采用 VVT以及對發(fā)動機進行標定等。 發(fā)動機標定：1、起動后的稀燃控制；2、快速暖機控制。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 綜合控制的發(fā)動機管理系統(tǒng)綜合控制的發(fā)動機管理系統(tǒng)可變氣門正時技術（可變氣門正時技

5、術（VVT）或或廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)三效催化轉化器輔助強制加熱三效催化轉化器輔助強制加熱前置雙催化轉化器前置雙催化轉化器+多氣門增壓汽油發(fā)動機多氣門增壓汽油發(fā)動機緊湊耦合型三效催化轉化器緊湊耦合型三效催化轉化器或或+達到歐歐排放標準的汽油車凈化方案示意圖汽油車排放污染物一般凈化方案第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 直噴柴油機直噴柴油機渦渦輪輪增增壓壓中中冷冷高高壓壓噴噴射射達到歐歐排放標準的柴油車凈化方案示意圖對于歐歐排放標準，可以采用渦輪增壓中冷和高壓噴射減少微粒，采用廢氣再循環(huán)降低NOX。滿足歐II排放標準的CA4DS2系列柴油機柴油車排放污染物一般凈化方案第9章 汽車排放污

6、染物凈化方案及新能源汽車技術 直噴柴油機直噴柴油機（可變噴嘴）渦輪增壓中冷（可變噴嘴）渦輪增壓中冷高壓共軌或泵噴嘴噴射系統(tǒng)高壓共軌或泵噴嘴噴射系統(tǒng)電子控制技術或微粒捕集電子控制技術或微粒捕集技術和氮氧化物凈化技術技術和氮氧化物凈化技術+對于歐歐排放標準，需采用電子控制，每循環(huán)多次高壓噴射。在此基礎上采用微粒捕集器，進一步降低微粒；達到歐歐排放標準的柴油車凈化方案柴油車排放污染物一般凈化方案第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 柴油車排放污染物一般凈化方案滿足歐歐IIIIII標準的柴油車可以考慮采用的部分關鍵技術第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 柴油車排放污染物一般凈化方

7、案滿足歐標準的柴油車可以考慮采用的部分關鍵技術第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 直噴柴油機直噴柴油機可變噴嘴渦輪增壓中可變噴嘴渦輪增壓中冷冷+高壓共軌或泵噴嘴系統(tǒng)高壓共軌或泵噴嘴系統(tǒng)微粒捕集器微粒捕集器先進的電子控制技術先進的電子控制技術多級中冷廢氣再循環(huán)多級中冷廢氣再循環(huán)選擇性催化還原選擇性催化還原達到歐歐排放標準的柴油車凈化方案對于歐排放標準，可結合先進的電控技術，采用多級中冷廢氣再循環(huán)進一步降低NOX。柴油車排放污染物一般凈化方案第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 或或或或柴油車排放污染物一般凈化方案對于歐V排放標準，主要利用SCR（Selective Cata

8、lyst Reduction）技術，目前尿素-SCR 選擇性催化還原法是最具現實意義的方法，它能把發(fā)動機尾氣中的NOx減少50%以上。 SCR(選擇性催化還原)技術 第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 直噴柴油機直噴柴油機+可變噴嘴渦輪增壓中可變噴嘴渦輪增壓中冷冷+高壓共軌或泵噴嘴系統(tǒng)高壓共軌或泵噴嘴系統(tǒng)微粒捕集器微粒捕集器先進的電子控制技術先進的電子控制技術多級中冷廢氣再循環(huán)多級中冷廢氣再循環(huán)選擇性催化還原選擇性催化還原氧化催化轉化器氧化催化轉化器達到歐歐放標準的柴油車凈化方案柴油車排放污染物一般凈化方案第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 +柴油車排放污染物一般凈化方

9、案歐標準要求使用含硫量500ppm(0.05%)的柴油；歐標準要求使用含硫量200ppm(0.02%)的柴油；歐標準要求使用含硫量55ppm (0.0055%)的柴油；歐標準要求使用含硫量10ppm (0.0010%)的柴油；歐標準要求使用含硫量5ppm (0.0005%)的柴油。我國第一臺擁有自主知識產權的歐VI柴油發(fā)動機YC6L-60第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 國務院通知第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 技術路線主要目標主要任務國務院關于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）的通知技術路線第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 混

10、合動力汽車純電動車以純電驅動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉型的主要戰(zhàn)略取向，當前重點推進純電動汽車和插電式混合動力汽車產業(yè)化，推廣普及非插電式混合動力汽車、節(jié)能內燃機汽車，提升我國汽車產業(yè)整體技術水平。主要目標第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 1、產業(yè)化取得重大進展。2、燃料經濟性顯著改善。到2015年，純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量力爭達到50萬萬輛；到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產能力達200萬萬輛、累計產銷量超過500萬萬輛。到2015年，當年生產的乘用車平均燃料消耗量降低至6.9升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降低至5.9升/百公里以下。到202

11、0年，當年生產的乘用車平均燃料消耗量降低至5.0升/百公里，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降低至4.5升/百公里以下。主要目標第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 3、技術水平大幅提高。5、管理制度較為完善。4、配套能力明顯增強。新能源汽車、動力電池及關鍵零部件技術整體上達到國際先進。主要任務第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 主主要要任任務務1、實施節(jié)能與新能源汽車技術創(chuàng)新工程2、科學規(guī)劃產業(yè)布局3、加快推廣應用和試點示范4、積極推進充電實施建設5、加強動力電池梯級利用和回收管理主要任務第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 1、實施節(jié)能與新能源汽車技術創(chuàng)新工程。（1）

12、加強新能源汽車關鍵核心技術研究。到2015年，純電動汽車、插電式混合動力乘用車最高車速不低于100公里/小時，純電動驅動模式下綜合工況續(xù)駛里程分別不低于150公里和50公里；純電池模塊比能量達到150瓦時/公斤以上，成本降低至2元/瓦時以下，循環(huán)使用壽命穩(wěn)定達到2000次或10年以上；電驅動系統(tǒng)功率密度達到2.5千瓦/公斤以上，成本降至200元/千瓦以下。到2000年，動力電池模塊比能量達到300瓦/公斤以上，成本降至1.5元/瓦時以下。主要任務第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 （2）加大節(jié)能汽車技術研發(fā)力度。（3）加快建立節(jié)能與新能源汽車研發(fā)體系。重點開展混合動力技術研究，開發(fā)

13、混合動力專用發(fā)動機和機電耦合裝置，支持開展柴油機高壓共軌、汽油機缸內直噴、均質燃燒以及渦輪增壓等高效內燃技術和先進電子控制技術的研發(fā)；開展高效控制氮氧化物排放技術研究。主要任務第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 2、科學規(guī)劃產業(yè)布局。3、加快推廣應用和試點示范。（1）統(tǒng)籌發(fā)展新能源汽車整車生產能力。（2）重點建設動力電池產業(yè)聚集區(qū)域。（3）增強關鍵零部件研發(fā)生產能力。（1）扎實推進新能源汽車試點示范。（2）大力推廣普及節(jié)能汽車。（3）因地制宜發(fā)展替代燃料汽車。主要任務第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 4、積極推進充電設施建設。5、加強動力電池梯級利用和回收管理。（1）

14、制定總體發(fā)展規(guī)劃。（2）開展充電設施關鍵技術研究。（3）探索商業(yè)運營模式。9.3.1 混合動力汽車混合動力汽車(HEV)，是將能量轉換技術和能量存儲技術集合于一體的汽車。豐田混合動力車PRIUSHEV既發(fā)揮了發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又利用了電動機無污染、低噪聲的長處，提高了汽車的熱效率，改善了廢氣排放。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 混合動力汽車發(fā)展概況 圖9-7 國產混合動力車混合動力汽車在發(fā)達國家已日益成熟，有些國家已經進入實用階段。1997年10月，全球首輛商業(yè)性混合動力型汽車“PRIUS”由日本豐田公司研制成功。隨著排放法規(guī)日趨嚴格，混合動力汽車性能日益提

15、高以及成本的不斷降低，混合動力汽車的市場份額將逐漸增大，成為本世紀頭20年重點發(fā)展的新型汽車。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 混合動力汽車控制策略先進的驅動技術：電力驅動和輔助動力單元合用到一輛汽車上。一方面：發(fā)動機始終在最佳工作點上驅動發(fā)電機或直接驅動汽車，排放少、效率高；另一方面：蓄電池又得到發(fā)電機的不斷充電，加大了續(xù)駛里程，延長了蓄電池的使用壽命。長沙市投入運營的混合動力公交車 第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 混合動力汽車類型串聯式混合動力汽車并聯式混合動力汽車混聯式混合動力汽車 根據動力系統(tǒng)的連接方式，目前開發(fā)研制的混合動力汽車基本上可分為三類第9章 汽

16、車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 混合動力汽車需要解決的關鍵技術問題實用化需要解決的關鍵技術問題：第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 混合動力單元技術動力來源：可以同時來自熱力發(fā)動機和電動機。在混合動力汽車上，發(fā)動機又被稱為混合動力單元。今后的研究重點：控制混合動力單元的排放。從目前的研究表明，直噴式柴油機將是首選的混合動力單元?；旌蟿恿囅到y(tǒng)示意圖第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 能量存儲技術目前用于混合動力汽車的能量存儲裝置主要是高能蓄電池、鎳氫電池以及鋰離子電池技術。未來能量存儲裝置需要進一步降低制造成本，改善電池性能，提高電池使用壽命。能量存儲裝置也稱之為

17、載荷調節(jié)裝置。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 汽車集成電力電子模塊技術混合動力汽車的控制系統(tǒng)的開發(fā)是混合動力系統(tǒng)最關鍵的技術創(chuàng)新。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 混合動力汽車發(fā)展前景混合動力汽車在現有技術的基礎上達到了提高燃油經濟性和減少排放的目的，混合動力汽車使人們看到了在短期內大幅提高燃油經濟性和減少排放的可能性。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 9.3.2 純電動汽車純電動汽車（EV）又稱為蓄電池電動汽車，是一種僅采用蓄電池作為儲能動力源的汽車。 全球鷹品牌EK-2純電動車 電動汽車無排氣尾管，在不考慮生產電池和電能的排放時，它屬于零排放汽車

18、。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 電動汽車的驅動系統(tǒng) 現代電動汽車驅動系統(tǒng)由三個主要的子系統(tǒng)組成：電機驅動、能源和輔助子系統(tǒng)。 車輛控制器電力電子變換器電動機機械傳動裝置能量管理單元能源輔助能源功率控制單元能量的燃料供給單元車內氣候控制單元車輪車輪制動踏板加速踏板轉向盤電機驅動子系統(tǒng)能源子系統(tǒng)輔助子系統(tǒng)電連接機械連接控制連接第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 純電動汽車的驅動模式輪轂電機分散驅動方式電動機-驅動橋整體式驅動方式 根據動力系統(tǒng)的連接方式，目前開發(fā)研制的純電動汽車驅動模式基本上可分為四類傳統(tǒng)驅動模式電動機-驅動橋組合式驅動方式第9章 汽車排放污染物凈化方

19、案及新能源汽車技術 純電動汽車的驅動模式 電動汽車是未來的發(fā)展方向，經常被人們視為清潔、綠色的產業(yè)，但是，電動汽車是否真正“節(jié)能減排”，主要取決于所用電之來源。目前，我國的電力約80%來自煤炭，若大規(guī)模使用（純）電動汽車，則無疑是以煤代油，既沒有真正節(jié)能，也未減排，反而增加溫室氣體排放。同時，如果要發(fā)展低速電動車，電池回收等也是不可回避的大問題，一旦批量生產后，將會帶來很大的環(huán)境壓力。所以，要進入電動汽車社會還有很長的一段路要走，要克服很多的技術難題。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 9.3.3 燃料電池汽車燃料電池汽車（FCEV）通過氫氣和空氣中的氧氣進行電化學反應來產生電，驅

20、動車輛。燃料電池汽車由于它排出的是水蒸氣，因而在燃料電池中能非常清潔地產生電能，其中采用質子交換膜的燃料電池最具發(fā)展前景，燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高2-3倍。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 燃料電池汽車驅動系統(tǒng)基本結構燃料電池汽車動力系統(tǒng)基本結構第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 燃料電池汽車的驅動類型及其特點燃料電池汽車的驅動類型主要可分為：純然料電池驅動（PFC）、燃料電池和輔助蓄電池聯合驅動（FC+B）、燃料電池和超級電容聯合驅動（FC+C）、燃料電池加輔助電池加超級電容聯合驅動（FC+B+C）四種結構。純然料電池驅動（PFC）燃料電池和輔助蓄電池聯合

21、驅動（FC+B）第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 燃料電池電動汽車的驅動類型及其特點燃料電池和超級電容聯合驅動（FC+C）燃料電池加輔助電池加超級電容聯合驅動（FC+B+C）第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 燃料電池汽車動力總成控制系統(tǒng)模糊控制器能量管理模塊電機控制器電機及傳動系統(tǒng)燃料電池發(fā)動機超級電容主DC/DC副DC/DC鎳氫電池駕駛員意圖識別 SOC值em目標轉矩輸出轉矩實際轉矩SOC狀態(tài)信息P主P副P副踏板檔位開關 燃料電池汽車動力總成控制系統(tǒng)由駕駛員意圖識別、整車模糊控制器、能量管理模塊、燃料電池發(fā)動機及其DC/DC、超級電容及其DC/DC、鎳氫電池、電機

22、控制器等構成。動力總成控制系統(tǒng)的核心包括整車控制及能量管理系統(tǒng)。第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 氫燃料電池汽車與傳統(tǒng)汽車相比，氫動力汽車能量轉化效率高達60-80%，為內燃機的2至3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生CO和CO 2，也沒有硫和微粒排出。燃料電池本身工作沒有噪聲、沒有振動，其電極僅作為化學反應的場所和導電的通道，本身不參與化學反應，沒有損耗，壽命長。中國首款氫動力概念跑車“氫程”第9章 汽車排放污染物凈化方案及新能源汽車技術 2010年上海世博會電動車主要指標名稱名稱整車裝備質量整車裝備質量 （t）續(xù)駛里程續(xù)駛里程（km）最高車速最高車速（km/h）純電動公交車純電動公交車13.910080燃料電池觀光車燃料電池觀光車1.27540純電動場館車（純電動場館車（4座）座）1.328035純電動場館車（純電動場館車（8座）座）1.597035超級電容公交車超級電容公交車182.550燃料電池轎車燃料電池轎車350150充電式混合動力汽車充電式混合動力汽車80（純電動）（純電動）150奔奔奔奔