1、皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元机动车排放控制大气project皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元污染物种类CO、NOx、HC、PM含铅汽油的铅、O3、SO2、HC主要成分：有害成分：皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元污染物危害污染物对人体的危害COCO中毒，产生头痛、呕吐甚至昏迷、痴呆、死亡NOx刺激人眼粘膜引起结膜炎、角膜炎甚至肺气肿、肺炎。也可以形成酸雨和光化学烟雾HC对人眼、口鼻黏膜及呼吸系统均有刺激作用Pb对血液、骨骼和神经系统有破坏作用，是缓慢过程O3刺激人的眼睛和呼吸道SO2对人的口鼻
2、黏膜有强烈的刺激性，若与灰尘一起，则危害性更大CO2对人体有间接性危害皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元影响产生原因及对环境的危害温室效应CO2是汽车排放物中含量最多的物质，导致全球温室效应的主要物质之一。在对气候变化产生影响的温室气体中CO2的作用占一半以上。光化学烟雾HC化合物中烯烃类与NOx产生化学反应，形成二次污染，产生危害的光化学烟雾。烟雾使植物枯黄、落叶，橡胶制品失去弹性。酸雨燃料中的硫在燃烧后形成SOx排出发动机外，SO2与NO2是酸雨的主要来源，酸雨严重影响农作物生长和人体健康。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元影响产生原因及对环境的
3、危害臭氧层减薄含氟含氯碳氢化合物是造成大气同温层中臭氧层减薄甚至出现臭氧空洞的主要因素，危害人类健康，引起地球温室效应。O3浓度过高臭氧造成地面附近的大气对流层中浓度过高， 污染源局部地区影响植物的光合作用。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元CmHn+mO2mCO+nH2（1）2H2+O22H2O（水蒸汽）（2）2CO+O22CO2（3）CO+H2OH2+CO2（4）2CO22CO+O2（5）2H2O2H2+O2（6）CO2+H2CO+H2O（水蒸汽）（7）O22O（8）O+N2NO+N（9）N+O2NO+O（10）汽油机污染物的生成机理与影响因素高温高温高温高温高温高温
4、皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元一氧化碳（CO）的生成机理CO是烃在空气不足的情况下，进行不完全燃烧的产物，CO的生成量与混合气的浓度有直接的关系，1，由于没有足够的氧气，引起不完全燃烧CO生成量就大，同时油耗增加。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元一氧化碳（CO）的生成机理实验表明当空燃比每增加 1，CO的排量就会减少3%。所以说空气和燃油的混合比是影响CO生成的主要因素。CmHn+mO2mCO+nH2（1）2CO+O22CO2（3）CO+H2OH2+CO2（4）当氧气含量充足的时候，在理论上当空燃比控制在14.7 : 1或者过量空气系数=1.0
5、1.1时，不应产生CO。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元一氧化碳（CO）的生成机理但在实际工作中还会由于诸如：局部浓混合气的存在，汽油燃烧产物中CO2和水在高温下的分解等，都会导致汽油车在正常工作中产生少量的CO，如2CO22CO+O2高温（5）2H2O2H2+O2高温（6）CO2+H2CO+H2O（水蒸汽）高温（7）皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元碳氢化合物（HC）的生成机理是由未燃烧的燃料，进行不完全燃烧或部分被分解氧化的产物组成。在汽油机里，主要是在壁面附近燃烧速度下降，导致火焰熄灭（壁面冷激效应）；当汽油机中混合气过稀时，在膨胀过程中火焰
6、燃烧速度过慢，导致火焰在汽缸内熄灭；还有膨胀过程中汽缸壁的油膜蒸发产生HC皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元氮氧化合物（NOx）的生成机理汽油发动机排放的NOx主要是NO和NO2的总称：得出结论：NOx适合在高温富氧的环境中生成。O22O（8）O+N2NO+N（9）N+O2NO+O（10）高温高温高温皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法 曲轴箱通风装置 燃油蒸气排放控制装置 二次空气喷射装置 节气门怠速开度控制装置 废气再循环装置 三元催化转换装置（TWC）皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元1. 曲轴箱通风装置将
7、窜入曲轴箱的混合气引入进气道和燃烧室重新燃烧，防止混合气影响油质、破坏密封垫或直接排入大气导致污染，并且使发动机的燃油经济性得到了提高。汽油机尾气净化方法皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元2. 燃油蒸气排放控制装置燃油蒸气排放控制装置限制燃油蒸发气体直接排入大气，并将它重新导入气缸进行燃烧，从而避免了对大气的污染，同时提高了燃油经济性。该系统中的重要部件是活性炭罐。汽油机尾气净化方法皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元3. 二次空气喷射装置二次空气喷射装置向排气管中喷入新鲜空气，废气的高温和催化剂的作用使废气在排入大气前再次燃烧，即新鲜空气中的O2与废
8、气中的CO、HC发生反应转化为CO2和H2O。汽油机尾气净化方法皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元4. 节气门怠速开度控制装置节气门怠速开度控制装置在减速时，将节气门开得比怠速运转时略大一些，防止减速瞬间混合气过浓，以减少HC、CO的排放，然后逐步完全关闭。汽油机尾气净化方法皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元5. 废气再循环装置汽油机尾气净化方法车 排 放 中 氮氧化合物的含量与燃烧室温度成正比：皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元5. 废气再循环装置将一部分排放气体导入到进气道与空气-燃油混合气混合后（循环废气占全部废气的6%1
9、5%）进入发动机气缸，能较好地降低燃烧室温度，从而减少氮氧化合物的排放。发动机处于大负荷、怠速或低速工况时，没有必要进行废气循环。汽油机尾气净化方法皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）反应机理当反应物(排气中为CO、HC、NOx)移向催化剂，在贵金属(Pt)的催化作用下，NO与O2反应生成NO2，并以硝酸盐的形式被吸附在碱土金属(或稀土金属)表面，同时CO和HC被氧化反应成CO2和H2O后排出催化器。作为还原剂的CO、HC和H2与从碱土金属表面析出的NO2反应，生成CO2、H2O和N2，使碱土金属得到再生.皮熙东徐素素唐文新
10、吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）反应机理皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元控燃油喷射汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）三元催化反应器废气再循环汽油无铅化，防止催化剂铅中毒采用电控燃油喷射，控制好空燃比结合废气再循环，降低燃烧室温度，减少NOx排放皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元控燃油喷射汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）三元催化反应器废气再循环温度改进“窗口”改进皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（T
11、WC）缺点：对温度要求比较高，300以下几乎为零温度与催化效率关系皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）温度改进1. 紧凑祸合催化器(CCC)尽快使催化器达到起燃温度是降低冷启动阶段排放的重要手段。紧凑祸合催化器安装位置距离发动机很近，热容量都比较小，有利于快速起燃。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）温度改进2. HC吸附系统沸石和活性炭在发动机启动后排温还较低的时候吸附HC，随着排温升高，HC又脱附出来，并在已经起燃了的催化器中氧化。皮熙东徐素素唐文新吴
12、晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）温度改进3. 加热型催化转化器 电加热型催化器 后燃加热型催化转化系统 燃氢加热型催化转化系统皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）温度改进3.1 电加热型催化器它有两种基本的电加热方式，一种是基于金属叶片，另一种是基于烧结的金属粉末。在汽油机启动之前，金属基体先被电流加热一段时间，以达到催化剂的起燃温度。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）温度改进3.2 后燃加热型催化转
13、化系统向气缸内喷入过量的燃油以形成过浓的燃气，然后在排气道内喷入二次空气使未燃混合气达到理论空燃比附近。未燃混合气在排气管中继续燃烧所释放的热量用来给催化器加热，使之快速起燃。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）温度改进3.3 燃氢加热型催化转化系统向排气管中喷入氢气，通过点火装置将之点燃，燃烧释放的热量被用来给催化转化器加热，使之快速起燃。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）空燃比与催化效率关系缺点：“操作窗口”太窄皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素
14、素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）空燃比改进-双层单钯三效催化剂1. 助剂Ce能促进CO的氧化Ce在三效催化剂中所起的作用是多方面的，其中之一就是能够促进CO的氧化。这可能与CeO2具有储氧功能(OSC)、促进水煤气转化反应(WGSR)、与贵金属相互作用等功能有关。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元Pd/-Al2O3的空燃比特性曲线皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元Pd/CeO2/-Al2O3的空燃比特性曲线皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）空燃
15、比改进-双层单钯三效催化剂2. 碱性元素能促进NOx的还原在还原气氛中，HC吸附在活性位Pd颗粒上，形成一覆盖层，阻碍气相中NOx和O2与催化剂接触。碱性金属氧化物，则认为其具有给电子能力，使得Pd对HC的吸附能力大大减弱。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）空燃比改进-双层单钯三效催化剂2. 碱性元素能促进NOx的还原但是，添加剂的碱性太强或者太多会使NOx形成硝酸盐。在贫氧条件下，该硝酸盐优先和尾气中的HC反应，导致NOx和HC在贫氧侧的转化率相当高，而CO的转化反而被压制。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新
16、吴晛邓华元Pd/La2O3/-Al2O3的空燃比特性曲线皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元Pd/K2O/Na2O/-Al2O3的空燃比特性曲线皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元汽油机尾气净化方法6. 三元催化转换装置（TWC）空燃比改进-双层单钯三效催化剂3. 新型双层催化剂如果能够将上述两种类型催化剂结合在一起，将会得到一种性能优良的三效催化剂(TWC)。采用如下的设计方法，整个催化剂主要分为两层，下面一层由Pd和Ce组成，上面一层由Pd和碱金属组成。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元双层三效催化剂空燃比特性曲线操作窗口明显变
17、宽，实际中，由于储氧功能及水煤气转化反应的发挥，将使CO的转化效果更佳。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元各系统控制特性比较皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元柴油机污染物的生成机理与影响因素氮氧化物（NOx）颗粒物（PM）皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元氮氧化物的生成机理NONO2 皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元氮氧化物的影响因素NO的生成依赖于氧气浓度、滞留时间、温度三个因素，而NO在火焰区可以迅速生成NO2，除以上因素影响NOx的生成外，柴油机的喷油正时、燃烧放热规律、转速与负荷的大小也显著影响着
18、NOx的生成。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元原生微球的集合体，结构主要为链状、团絮状来源:可燃混合气不完全燃烧，生成条件为燃料高温缺氧裂解脱氢。由于热裂解反应过程的原因，我们大致可以将碳烟微粒的生成归结于扩散火焰区中空燃比较小，也就是燃油浓度较大时的燃烧区。PM的生成机理温度500，主要为烟粒温度500，聚集有机物（有机可溶成分SOF）皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元PM的影响因素转速与负荷大小的影响单赶排量、转速的整体提高，冷启动技术的深入，影响可控柴油燃料的影响使用燃油添加剂与提高燃油品质的形式来改善喷油规律与喷油参数的影响提高初始喷油速率
19、、并减小喷油持续角改善PM的排放皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元柴油机尾气净化方法综述三个方向： 燃油品质的改善 机内措施（柴油机燃烧过程组织） 后处理措施皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元机内净化的可操作性较低，具体应用中提高成本，降低汽车动力性能。以机外净化弥补机内净化。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元颗粒物控制主要技术NOx控制主要技术皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元新思路：利用柴油机的富氧环境，使其自身排放的NOx和PM发生氧化还原反应，生成无害的CO2和N2三个方向： 四元催化转化器(DPN
20、R)、 同时去除PM和NOx的催化剂 低温等离子体辅助催化技术（NTP/Catalyst）室温条件下化学反应和能量的有效利用皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元低温等离子体技术（NTP）简介：通过非弹性碰撞使分子激发、离解和电离产生许多高活性的自由基或基态原子等活性基团，从而为各种反应提供有利条件优点：该技术结构简单对燃油硫含量不敏感反应转化效率较好皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元NTP处理尾气技术的发展历史1997年2003年2011年Kazuo SWmizu 催化剂配合低温等离子体技术Ali Mohammadi 高频阻挡放电反应器研究Shinya
21、 Sato 低温等离子体协助SCR 技术Delphi、Caterpillar 等公司低温等离子体（NTP）辅助催化剂技术的汽车尾气后处理系统皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元NTP对柴油机NOx的净化NTP对柴油机PM的净化： 对碳烟和SOF的净化 对气态THC的净化 对CO和CO2的净化NTP对柴油机尾气的净化皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元对NOx部分净化，但输入能量过大时反而使其浓度增大皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元统一排放水平条件下，NTP对柴油机排气PM的净化效果随反应器处理量的增大而减小，最高可达86%对碳烟的
22、净化率接近100%，对SOF的净化率高达80%皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元NTP对柴油机尾气净化的trade-off效应：存在NTP最佳能量输入窗口，保证同时有效净化 PM、NOx和HC皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元低温等离子体：降低HC、PM，将 NOx 中的主要成分 NO 氧化为 NO2钙钛矿型催化剂：具有协同脱除 NOx和PM的催化活性为提高对柴油机排气中 NOx 和 PM 的净化效率，建立低温等离子体（NTP）辅助催化型颗粒物捕集器（CDPF）的四元催化系统NTP/CDPF四元催化净化系统皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文
23、新吴晛邓华元四元系统中NTP主要作用： 富氧条件下，NTP将NO氧化为NO2，与PM中的碳烟发生氧化还原反应 净化 PM 的同时降低PM粒径，改善催化剂、PM和NOx的接触情况。皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元不同工况条件下，NTP/CDPF对柴油机尾气中PM的净化最高达82%皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元各工况条件下，NTP/CDPF对柴油机尾气中NOx的净化最高达31%皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元缺陷：利用高频高压介质阻挡反应装置产生低温等离子体需要较大的能量消耗。解决方案：为降低能源消耗，以NTP对CDPF的再
24、生温度影响为评价标准，考察NTP作为CDPF的一种间歇性再生措施的可行性颗粒捕集器再生问题 皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元低加载下，NTP与钙钛矿型催化剂的有机结合能使颗粒物捕集器的再生温度降低至300.5颗粒物捕集器可在柴油机的较大复核范围内得到自行再生,不必将运行工况调整至极端情况下进行再生皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元低温等离子体能有效去除柴油机尾气 PM 和 HC，净化效率受能流密度（N/Q）影响较大相对于贵金属 CDPF，钙钛矿型CDPF 对柴油机尾气中 NOx 和 PM 的净化效率较高在 NTP/CDPF 催化净化系统中，两种净化
25、措施能形成优势互补，从而使该系统具有对柴油机尾气中 NOx、PM、HC 和 CO 等污染物的良好催化净化性能NTP/CDPF四元催化净化系统小结皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元方法PM去除NOx去除 NTP/CDPF（La0.9K0.1CoO3）82%31%NTP/CDPF（La0.8K0.2CoO3）89.3%88.2%比表面积影响催化剂活性所用催化剂中K的掺杂浓度不同，影响催化效果能量窗口理论，能量输入和反应器温度不同，影响净化效果皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元形成技术路线：NTP+CDPF技术路线高效发电机低温等离子体控制器柴油发动机低温
26、等离子体反应器NO2，CO略有增加PM，HC明显减少N2，H2OCO2，O2钙钛矿型颗粒物捕集器皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元技术路线对比 优化燃烧+SCR优化喷油和燃烧过程，机内控制PM，在机外后处理过程中采用SCR技术向尾气中喷射尿素溶液对NOx进行选择性催化还原，降低NOx EGR+DPF以EGR为基础，机内抑制NOx，机外后处理过程中采用颗粒捕集器对PM进行颗粒捕捉 其它 加装氧化型催化转化器； 采用颗粒过滤及再生技术； NOx催化转化器，SOF氧化催化皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元技术路线优化燃烧+SCREGR+DPFNTP+CDP
27、FNOx和PM转化率85%80%90%85%油耗减少5%7%增加1%2%尚不明确新增系统尿 素 存 储 及 喷 射 系 统+OBDEGR冷却系统+OBD等离子反应器+OBD新增系统成本整车3%5%较少较少使用成本定期添加尿素（约燃料消耗量的5%）严 格 ， 要 求 含 硫 量50ppm以下定期检查等离子体发生装置的稳定性对车内布置空间需要尿素箱，喷射装置空间EGR冷却器较大出气端口加装等离子体发生装置公用配套要求需要尿素加注站无，但需石油工业降低柴油中硫含量无对使用者要求自觉加注尿素无无其他问题低温时尿素结冰，需要尿素加热系统冷启动困难，各工况净化效果不均匀。催化剂的热稳定性有待提高，最佳输入能量窗口有待调整对燃油要求不 严 格 ， 要 求 含 硫 量300ppm以下严 格 ， 要 求 含 硫 量50ppm以下不严格，要求含硫量300ppm以下皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元皮熙东徐素素唐文新吴晛邓华元THANK YOU
