1、第十一章第十一章 城市机动车污染控制城市机动车污染控制 11.1 11.1 城市交通趋势及影响城市交通趋势及影响 11.2 11.2 Spark Ignition EnginesSpark Ignition Engines 11.3 11.3 Compressed Ignition EnginesCompressed Ignition Engines 11.4 11.4 Advanced technologyAdvanced technology11.1 11.1 城市交通趋势及影响城市交通趋势及影响11.1.1 11.1.1 世界机动车增长趋势世界机动车增长趋势11.1.2 11.1.2 城
2、市机动车污染现状城市机动车污染现状随着经济的快速发展，我国汽车保有量连年随着经济的快速发展，我国汽车保有量连年高速增长高速增长 汽车单车排放因子高汽车单车排放因子高 机动车污染物排放总量大，城市机动车污机动车污染物排放总量大，城市机动车污染分担率高染分担率高 严重影响城市大气环境质量严重影响城市大气环境质量11.1.3 11.1.3 中国机动车保有量增长情况中国机动车保有量增长情况近近1010年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速度约度约14%14%重点大城市保有量增长更快，北京市重点大城市保有量增长更快，北京市9292年以来平均年以来平均增长速度
3、超过增长速度超过20%20%机动车收入弹性系数研究表明：收入增长机动车收入弹性系数研究表明：收入增长1%1%，机动，机动车保有量增长车保有量增长1.021.021.941.94 我国经济发展水平决定城市机动车保有量将会在一我国经济发展水平决定城市机动车保有量将会在一定时期内保持迅速增加定时期内保持迅速增加0 02002004004006006008008001000100012001200140014001978197819851985198719871989198919911991199319931995199519971997年份年份数量数量/104辆辆中国机动车保有量增长情况中国机动车保
4、有量增长情况 污 染 物 轿 车 轻 型 汽 油 车 重 型 汽 油 车 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 国 CO 14.03 17.7 72.97 NOX 1.02 1.14 3.29 11.1.4 11.1.4 中美机动车排放因子比较中美机动车排放因子比较浓度分担率浓度分担率/%污染物污染物 年份年份 排放量排放量/104t 排放分担率排放分担率/%城区 中心区 1995 年 107.5 76.8 76.5 86.3 CO 1998 年 129.0 82.7
5、 84.1 89.5 1995 年 9.38 40.2 68.4 72 NOx 1998 年 11.5 42.9 72.8 73.6 北京市机动车排放污染分担率北京市机动车排放污染分担率11.1.5 汽车污染物产生来源 曲轴箱曲轴箱HC 的的 20%排气管排气管所有的所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 60%油箱和化油器蒸发油箱和化油器蒸发HC的的15%11.2 Spark Ignition Engines11.2 Spark Ignition EnginesFuel+OxygenCarbonDioxideEnergy动力动力Ignition点火点火WaterVaporet汽油车汽油车:0
6、.250.3柴油车柴油车:0.30.4511.2.1 11.2.1 汽车动力系统汽车动力系统 Theoretical CombustionTheoretical Combustion汽油机汽油机=610，而而柴油机柴油机=1624=(Vc+Vd)/VcEngineEngineCylinderCylinderActual CombustionLeadHydrocarbonsCarbon MonoxideOxides of NitrogenCarbon DioxideParticulatesOther pollutantsWater VaporAmbient AirReal FuelEngine/
7、EmissionTechnology尾气管排放物尾气管排放物1 10 01 12 21 14 41 16 61 18 82 20 0A Ai ir r -F Fu ue el l R Ra at ti io o0 02 24 46 68 81 10 01 12 21 14 4O O2 2P Pe er rc ce en nt t M Mo ol le es s0 04 40 00 08 80 00 01 12 20 00 01 16 60 00 02 20 00 00 02 24 40 00 02 28 80 00 0N NO OC CO O2 2C CO OH HC CP PP PM M M
8、 Mo ol le es sS St to oi ic ch hi io om me et tr ry y汽油汽油(C C8 8H H1717)理论理论空燃比空燃比:约约14.714.7CO:CO:局部不均匀局部不均匀残余残余HCHCStoichiometryStoichiometry等当点等当点HC:HC:不完全燃烧不完全燃烧壁面猝灭壁面猝灭油膜吸附油膜吸附NONOx x:Thermal NOThermal NOPrompt NOPrompt NOFuel NOFuel NO汽油车 Other EmissionsEvaporative Emissions diurnal,running lo
9、sses,hot soakCrankcase Losses due to blow-byRefueling Losses displaced vaporsOther Emissions brake linings,tire wear,fluid leaks讨论1:汽车污染产生汽油发动机空燃比对污染物排放有何影响汽油发动机空燃比对污染物排放有何影响?汽车排放的污染物有哪些汽车排放的污染物有哪些?汽油车污染排放包括哪些环节汽油车污染排放包括哪些环节?这些环节排放哪几种污染物这些环节排放哪几种污染物?-目标是提高燃烧效率目标是提高燃烧效率,降低排放降低排放-85%-70%+100%HC-85%MPG
10、NOxCOPercent change compared to new cars of the 1970 Model Year注注:MPG:英里英里/加仑加仑New Cars Are Cleaner and More EfficientNew Cars Are Cleaner and More EfficientHC emissions of LDGVHC emissions of LDGVy y=0.0114=0.0114x x+0.6433+0.6433R R2 2=0.1748=0.17480 00.50.51 11.51.52 22.52.50 0202040406060Accumul
11、ated Mileage(10Accumulated Mileage(104 4km)km)Emission Factor(g/km)(g/km)排放性能的劣化排放性能的劣化 Conventional carburetor carConventional carburetor car行驶工况的影响行驶工况的影响 (IM240)IM240)汽油车行驶工况与排放汽油车行驶工况与排放1.1.怠速怠速,减速时减速时CO,HCCO,HC排放高排放高,浓度约为浓度约为:CO:1.0%CO:1.0%6%;HC:4006%;HC:4003000ppm3000ppm NONOx x:10:10100ppm100
12、ppm2.2.加速加速,定速时定速时NONOx x高高,浓度约为浓度约为:NONOx x:1000:10004000ppm4000ppm CO:0.5 CO:0.53.0%;HC:2003.0%;HC:200600ppm600ppm 加速时加速时,碳烟约为碳烟约为:0.005:0.005g/mg/m3 3 讨论2:影响排放的因素 汽车使用中哪些因素对排放影响大汽车使用中哪些因素对排放影响大?如何考虑汽车行驶工况对排放的影响如何考虑汽车行驶工况对排放的影响?(如制定标准时如制定标准时,计算排放量时计算排放量时)主要控制技术主要控制技术前处理前处理:无铅汽油无铅汽油(0.013(0.013g/L)
13、,g/L),低硫汽油和柴油低硫汽油和柴油(1200(1200ppmppm50ppm)50ppm)废气再循环废气再循环(EGR):20%EGR):20%循环循环,降低降低NONOx x约约6 60%,0%,但油耗增加但油耗增加3%3%机内控制机内控制:发动机设计发动机设计 表面积表面积/容积容积 越小越好越小越好;电子控制技术电子控制技术;多多气门技术气门技术机外控制技术机外控制技术:热反应器热反应器,催化反应器催化反应器(氧化氧化,还原还原-三效三效)改进点火系统改进点火系统 电控燃油电控燃油 喷射系统喷射系统废气再循环废气再循环(EGR)EGR)同时净化同时净化3 3种污染物种污染物:CO,
14、HC,CO,HC,NONOx x 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:闭环电控燃油喷射技术闭环电控燃油喷射技术 三效催化净化技术三效催化净化技术(TWC)TWC)主要使用贵金属主要使用贵金属+陶瓷载体陶瓷载体,Pt,Rd,PdPt,Rd,Pd寿命要求寿命要求8000080000160000160000km,km,防中毒很关键防中毒很关键!三效催化净化技术三效催化净化技术(TWC)TWC)曲轴箱曲轴箱(crankcase)crankcase)排放控制排放控制Evaporative emission controlEvaporative emission control Clea
15、n Air Strategy DevelopedClean Air Strategy Developed Complete Lead Phase Out by 2000Complete Lead Phase Out by 2000 Introduce Euro 1(1992 Vintage,Catalyst BaseIntroduce Euro 1(1992 Vintage,Catalyst Based)Standards for Cars&Lt.Trucks in 2000 d)Standards for Cars&Lt.Trucks in 2000(Beijing,Shanghai 199
16、9)(Beijing,Shanghai 1999)Heavy Truck Standard,Euro 1,also in 2001(20Heavy Truck Standard,Euro 1,also in 2001(2000 in Beijing)00 in Beijing)I/M Pilot Being Developed in ShanghaiI/M Pilot Being Developed in Shanghai中国的机动车污染控制中国的机动车污染控制讨论3:控制技术目前最主流的汽油车排放控制技术组合是什么目前最主流的汽油车排放控制技术组合是什么?三效催化技术有哪几个关键三效催化技术
17、有哪几个关键?车用汽油哪些指标对排放最重要车用汽油哪些指标对排放最重要?-更新的标准导致更新的技术更新的标准导致更新的技术11.3 Compressed Ignition Engines11.3 Compressed Ignition Engines 汽油汽油,柴油发动机的区别柴油发动机的区别 汽油发动机燃烧为预混火焰汽油发动机燃烧为预混火焰,柴油为扩散火焰柴油为扩散火焰 柴油发动机压缩比高柴油发动机压缩比高,热效率高热效率高303050%50%柴油发动机以喷油雾化方式燃烧柴油发动机以喷油雾化方式燃烧,产生碳烟较多产生碳烟较多 柴油车经济性好柴油车经济性好,马力大马力大,最先实现最先实现3 3
18、升车升车 汽油车加速性好汽油车加速性好,正在开发缸内直喷发动机技术正在开发缸内直喷发动机技术 Formation path of SootFormation path of SootNOx,HC,CO排放的体积分数排放的体积分数/10-6碳烟排放碳烟排放/gm-3Pollutants and Air-fuel ratioPollutants and Air-fuel ratio 柴油车行驶工况与排放柴油车行驶工况与排放 1.1.COCO总是很低总是很低,约约0.1%0.1%2.2.减速减速,怠速时怠速时HCHC相对较高相对较高,浓度约为浓度约为400400ppmppm 此时此时NONOx x较
19、低较低,约为约为30307070ppmppm 3.3.加速加速,定速时定速时NONOx x高高,浓度约为浓度约为:NONOx x:800:8002500ppm2500ppm 此时此时HC:90HC:90200ppm200ppm 4.4.加速时碳烟最高加速时碳烟最高,约为约为0.300.30g/mg/m3 3 Inter-coolerInter-coolerTurbo-charge and EmissionTurbo-charge and Emission Oxidation catalystOxidation catalyst Particulate TrapParticulate Trap1
20、1.4 Advanced Technology11.4 Advanced Technology 最新控制技术最新控制技术 冷启动排放控制冷启动排放控制 催化剂需要一定的起燃温度催化剂需要一定的起燃温度 前级催化剂前级催化剂 电加热催化剂电加热催化剂 车载诊断技术车载诊断技术(OBD)OBD)自动检测诊断车辆排放系统状况自动检测诊断车辆排放系统状况 自动提示故障自动提示故障 存储信息有利于维修存储信息有利于维修 未来汽车技术未来汽车技术 稀燃缸内直喷汽油发动机稀燃缸内直喷汽油发动机 柴油车柴油车PMPM及及NONOx x机外净化技术机外净化技术 混合动力技术混合动力技术 燃料电池汽车技术燃料电池汽车技术讨论4:未来控制技术传统汽车技术还有哪些不足传统汽车技术还有哪些不足?现代汽车排放控制技术的难点现代汽车排放控制技术的难点?将来的汽车革命可能是什么将来的汽车革命可能是什么?-除了汽车除了汽车,还需要配套条件和适用性还需要配套条件和适用性
