第11章-城市机动车污染控制.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Slide,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Slide,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Slide,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Slide,*,世界机动车增长趋势,中国机动车保有量增长情况,近10年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速度约,14%,重点大城市保有量增长更快，北京市92年以来平均增长速度超过,20%,机动车收入弹性系数研究表明：收入增长1%，机动车保有量增长,1.021.94,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,据公安部的最新统计显示，截至,09,年,8,月底，中国机动车保有量已经超过了,180,000,000,辆，而且保有量仍将以年均,9%,的速度增长。,中美机动车排放因子比较,机动车排放因子是指单车行驶单位里程所排放的某种污染物的重量，单位：克,/,公里,.,辆,北京市机动车排放污染分担率,汽车污染分担率分为排放分担率和浓度分担率（或质量分担率）两类。,排放分担率,定义为汽车排放某种污染物占该污染物总排放量的比例。,浓度分担率,则表示在一定范围的空气污染浓度中，有多少比例是源自于汽车排放。,Pb,Hydrocarbons,Carbon Monoxide,Oxides of Nitrogen,Carbon Dioxide,Particulates,Other pollutants,Water Vapor,Ambient Air,Fuel,Engine,尾气管排放物,Pb,：严重的中枢神经系统病变，如癫痫、运动过度、攻击性、语言功能发育迟滞以至丧失、智力低下等,1.,进气门,2.,火花塞,3.,排气门,4.,缸体,5.,活塞,6.,活塞销,7.,连杆,8.,曲轴箱,9.,曲轴,10.,曲轴柄,汽车污染物产生来源,（表,11-2,）,曲轴箱,HC,的 20%,排气管,所有的,CO、NO,X,、Pb,和,HC,的 60%,油箱和化油器蒸发,HC,的15%,汽车动力系统,汽车产生空气污染的根源，在于驱动汽车运动的能量产生过程。虽然每升汽油约含有,3.510,7,J,的能量，但最终传递到汽车轮胎上的动力，却只有其中很小的一部分，,60%70%,的能量转化为热能而浪费了。,汽车动力系统,Fuel,+,Oxygen,Carbon,Dioxide,Energy,动能、热能,Ignition,Water,Vapor,汽车传动系统机械效率,et,汽油车:0.250.3,柴油车:,0.30.45,（表,11-3,）,汽车动力系统,因此，通过,提高发动机的热效率,或者其他,减少汽车发动机燃料消耗,的方法,(,例如减少车辆自重,),，对于减少汽车污染物,排放总量,是很重要的。,污染物的形成,CO:,1,不完全燃烧产生,1,理论上没有，但是：,局部不均匀,高温热离解,残余,HC,氧化,HC:,不完全燃烧,壁面猝灭,油膜吸附,污染物的形成,NO,x,:,Thermal NO,Prompt NO,少？,Fuel NO,少,污染物的形成,汽油车,Other Emissions,Evaporative Emissions,diurnal,running losses,hot soak,Crankcase Losses,due to blow-by,Refueling Losses,displaced vapors,Other 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?,汽车排放的污染物有哪些?,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?,-目标是提高燃烧效率,降低排放,New Cars Are Cleanerand More Efficient,-85%,-70%,+100%,HC,-85%,MPG,NO,x,CO,Percent change compared to new cars of the 1970 Model Year,注:,MPG:,英里/加仑,汽油车行驶工况与排放,1.怠速,减速时,CO,HC,排放高,浓度约为:,CO:1.0%6%;,HC:4003000ppm,NO,x,:10100ppm,2.,加速,定速时,NO,x,高,浓度约为:,NO,x,:10004000ppm,CO:0.53.0%;,HC,:200600ppm,加速时,碳烟约为:0.005,g/m,3,主要控制技术,前处理:无铅汽油(0.013,g/L),低硫汽油和柴油(1200,ppm50ppm),废气再循环(,EGR):20%,循环,降低,NO,x,约60%,但油耗增加3%,机内控制:发动机设计,表面积/容积 越小越好;电子控制技术;多气门技术,机外控制技术:热反应器,催化反应器(氧化,还原-三效),改进点火系统,点火提前角：从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。,混合气从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程。这样效率最高，振动最小，温升最低。,影响点火提前量最大的因素是转速。随着转速的上升，转过同样角度的时间变短，只有更大的提前角才能得到相应的提前时间。,理论上,最小点火提前角为,0,度，但为了防止在进气行程点燃进气，,往往设为,5,度以上,，这也是启动转速所需要的角度。最大点火提前角也不能太大，,一般不能超过,60,度,，否则振动和温升问题将凸显，效率也将下降。实际上曲轴结构的转速是受限的。,点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，磨损加剧，这是应该防止的。点火过迟，气体做功效率低，排气声大。不论点火过早或过迟，都会影响转速的提升。最佳点火角受很多因素影响，如果要爱车工作在理想状态下，以下因素必须考虑：,1,、缸温缸压。越高燃烧越快，点火提前角要越小。影响缸温缸压的因素有：发动机压缩比、气温、缸温、负荷。大家的车在气温变化的季节有不同表现正缘于此。,2,、汽油辛烷值。也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越强，相应允许更大的点火提前角。,3,、燃气混合比。过浓过稀燃烧速度皆慢，需增加点火提前角。这个主要看节气门开度、海拔高度。,对于难以预料的情况，有些车还加装了爆震传感器，发生爆震时自动降低点火提前角。,显然，要完成如此复杂的调制，靠传统的模拟点火器是难以胜任的。只有单片机点火器，才能高速、精确、稳定地实现最佳点火提前角。,电控燃油,喷射系统,废气再循环(,EGR),三效催化净化技术(,TWC),同时净化3种污染物:,CO,HC,NO,x,只能在很窄的空燃比窗口工作:闭环电控燃油喷射技术,三效催化净化技术(,TWC),主要使用贵金属+陶瓷载体,Pt,Rd,Pd,寿命要求80000160000,km,防中毒很关键!,曲轴箱(,crankcase),排放控制,Evaporative emission control,汽油,柴油发动机的区别,汽油发动机燃烧为预混火焰,柴油为扩散火焰,柴油发动机压缩比高,热效率高3050%,柴油发动机以喷油雾化方式燃烧,产生碳烟较多,柴油车经济性好,马力大,最先实现3升车,汽油车加速性好,正在开发缸内直喷发动机技术,污染物形成机理,HC:,混合气过稀以致在燃烧室内不能满足自燃及扩散火焰传播的条件,;,混合气过浓而不能着火及燃烧。在超出着火界限的过浓或过稀的混合气区产生局部失火。,污染物形成机理,PM:,当燃油喷射,到高温的空气中时，,轻质烃,很快,蒸发气化,，而,重质烃,会以,液态,暂时存在。这些细小的,重质烃液滴,在高温缺氧条件下，直接,脱氢碳化,，成为焦炭状的液,相,析出碳粒,，粒度一殷比较大。而蒸发气化了的,轻质烃,，经过一系列复杂途径，产生,气相析出型碳粒,，粒度相对,较小,。,Formation path of Soot,Pollutants and Air-fuel ratio,NO,x,HC,CO,排放的体积分数/10,-6,碳烟排放/,g,m,-3,柴油车行驶工况与排放,1.,CO,总是很低,约0.1%,2.减速,怠速时,HC,相对较高,浓度约为400,ppm,此时,NO,x,较低,约为3070,ppm,3.,加速,定速时,NO,x,高,浓度约为:,NO,x,:8002500ppm,此时,HC:90200ppm,4.,加速时碳烟最高,约为0.30,g/m,3,Turbo-charge and Emission,Inter-cooler,Oxidation catalyst,Particulate Trap,最新控制技术,冷启动排放控制,催化剂需要一定的起燃温度,前级催化剂,电加热催化剂,车载诊断技术(,OBD),自动检测诊断车辆排放系统状况,自动提示故障,存储信息有利于维修,未来汽车技术,稀燃缸内直喷汽油发动机,柴油车,PM,及,NO,x,机外净化技术,混合动力技术,燃料电池汽车技术,