CH9凈化方案及新能源汽車技術(shù)

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3月24日課程內(nèi)容課程內(nèi)容9.1 汽油車排放污染物凈化方案9.2 柴油車排放污染物凈化方案9.3 混合動力車第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析概述：主要內(nèi)容 討論汽油車和柴油車分別達到歐II、歐III和歐IV排放標準的一般凈化方案，介紹混合動力新技術(shù)。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 汽油車排放污染物凈化方案 采用閉環(huán)電控燃油系統(tǒng)加三效催化轉(zhuǎn)化器可達到歐II排放標準。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 歐III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(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度在起動

2、時就超過起燃溫度。汽油車排放污染物凈化方案 滿足歐III排放標準，二氣門、非增壓汽油機可采用閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)加緊耦合型三效催化轉(zhuǎn)化器、前置雙催化轉(zhuǎn)化器或三效催化轉(zhuǎn)化器輔以強制加熱；多氣門、增壓汽油機則可采用閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)加低起燃溫度的三效催化轉(zhuǎn)化器或緊耦合型三效催化轉(zhuǎn)化器。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 三效催化轉(zhuǎn)化器汽油車排放污染物凈化方案 要滿足歐III排放標準，也可采用缸內(nèi)直噴稀薄燃燒汽油機GDI發(fā)動機。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 采用GDI技術(shù)的發(fā)動機汽油車排放污染物凈化方案 對于歐IV排放標準，一般在多氣門增壓汽油機上采用綜合控制的發(fā)動機管理系統(tǒng)加緊耦合

3、型三效催化轉(zhuǎn)化器、前置雙催化轉(zhuǎn)化器或三效催化轉(zhuǎn)化器輔以強制加熱實現(xiàn)，同時采用廢氣再循環(huán)可進一步降低NOX排放。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 發(fā)動機管理系統(tǒng)柴油車排放污染物凈化方案 對于歐II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。 要達到歐III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(chǔ)上采用微粒捕集器，進一步降低微粒； 采用多級中冷廢氣再循環(huán)進一步降低NOX，結(jié)合先進的電控技術(shù)，可以使柴油車達到歐IV排放標準。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 滿足歐II排放標準的CA4DS2系列柴油機柴油車排放污染物凈化方案第9章 發(fā)動機排放污

4、染物凈化方案及分析 滿足歐III標準的柴油車可以考慮采用的部分關(guān)鍵技術(shù)柴油車排放污染物凈化方案第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 滿足歐III標準的柴油車可以考慮采用的部分關(guān)鍵技術(shù)柴油車排放污染物凈化方案 歐II標準要求使用含硫量500ppm(0.05%)的柴油； 歐III標準要求使用含硫量200ppm(0.02%)的柴油； 而歐IV標準要求使用含硫量55ppm (0.0055%)的柴油。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 我國第一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的歐IV柴油發(fā)動機YC6L-40混合動力汽車 混合動力汽車(HEV)，是將能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和能量存儲技術(shù)集合于一體的汽車。第9章 發(fā)動機排放污

5、染物凈化方案及分析 豐田混合動力車Prius HEV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，使得汽車的熱效率得以提高，廢氣排放得到改善?；旌蟿恿ζ嚢l(fā)展概況 圖9-7 國產(chǎn)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(jīng)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 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 混合動力汽車控制策略 先進的驅(qū)動技術(shù)是混合動力汽車

6、取得成功并表現(xiàn)其優(yōu)越性的關(guān)鍵?；旌蟿恿ζ噷㈦娏︱?qū)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(qū)動發(fā)電機或直接驅(qū)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。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 混合動力汽車類型第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 串聯(lián)式混合動力汽車串聯(lián)式混合動力汽車混合動力汽車類型第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 并聯(lián)式混合動力汽車并聯(lián)式混合動力汽車混合動力汽車類型第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 混聯(lián)式混合動力汽車混聯(lián)式混合動力汽車插電式混合電動車插電式混合電動車 插電式混

7、合動力系統(tǒng)通過接入家用電源為系插電式混合動力系統(tǒng)通過接入家用電源為系統(tǒng)中配備的充電電池充電，充電后可統(tǒng)中配備的充電電池充電，充電后可 僅憑僅憑充電電池作為電動汽車行駛。另外，在充電充電電池作為電動汽車行駛。另外，在充電電池的剩余電量用完后，并不是切換至發(fā)動電池的剩余電量用完后，并不是切換至發(fā)動機行駛模式，而是通過發(fā)動機旋轉(zhuǎn)發(fā)電機，機行駛模式，而是通過發(fā)動機旋轉(zhuǎn)發(fā)電機，利用由此產(chǎn)生的電力為蓄電池充電，利用由此產(chǎn)生的電力為蓄電池充電， 繼續(xù)繼續(xù)用電動機行駛，從而形成了串聯(lián)方式的插電用電動機行駛，從而形成了串聯(lián)方式的插電式混合動力車。式混合動力車。 代表車型有代表車型有:通用的通用的VOLT, 比亞

8、迪的比亞迪的F3DM比亞迪的比亞迪的F3DM工作原理工作原理豐田公司豐田公司PRIUSTHS系統(tǒng)動力合成器動力合成器特點：特點： 核心是用行星齒輪組組成的動力合成器。核心是用行星齒輪組組成的動力合成器。 阿特金森阿特金森循環(huán)發(fā)動機循環(huán)發(fā)動機 發(fā)動機始終保持在低油耗高效率的轉(zhuǎn)速范圍。在起動、加速和上發(fā)動機始終保持在低油耗高效率的轉(zhuǎn)速范圍。在起動、加速和上坡等發(fā)動機動力不足時，由驅(qū)動電動機提供輔助動力。坡等發(fā)動機動力不足時，由驅(qū)動電動機提供輔助動力。 鎳鎳-氫電池氫電池 計算機控制的多能源動力控制模塊。計算機控制的多能源動力控制模塊。 THS系統(tǒng)相當時一個電控自動無級變速器系統(tǒng)相當時一個電控自動無

9、級變速器 制動時能回收能量，使整車效率提高制動時能回收能量，使整車效率提高20%混合動力汽車需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題 混合動力汽車要進入實用化，需要具備高比能量和高比功率的能量存儲裝置，低成本、高效率的電子設(shè)備和燃料經(jīng)濟性高、排放低的高效發(fā)動機。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題主要有：第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 混合動力單元技術(shù)第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 混合動力汽車的動力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。 控制混合動力單元的排放將是今后研究的重點。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。混合動力車系統(tǒng)示意圖能量存儲技術(shù) 目

10、前用于混合動力汽車的能量存儲裝置主要還是高能蓄電池，鎳氫電池和鋰離子電池的技術(shù)也較成熟。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。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 能量存儲裝置也稱之為載荷調(diào)節(jié)裝置。汽車集成電力電子模塊技術(shù) 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(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新。第9章 發(fā)動機排放污染物凈化方案及分析 二、純電動汽車二、純電動汽車 電動汽車組成電動汽車組成 蓄電池蓄電池 電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng) 驅(qū)動電機及驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動電機及驅(qū)動系統(tǒng) 車身與底盤車身與底盤 安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng) 1 1、純電動汽車驅(qū)動模式、純電動汽車驅(qū)動模式 電動汽車驅(qū)

11、動系統(tǒng)的兩大優(yōu)勢：電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的兩大優(yōu)勢：調(diào)速性能好調(diào)速性能好響應快速響應快速 電動汽車驅(qū)動結(jié)構(gòu)電動汽車驅(qū)動結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)驅(qū)動方式傳統(tǒng)驅(qū)動方式 電動機驅(qū)動橋組合式電動機驅(qū)動橋組合式 電動機驅(qū)動橋整體式電動機驅(qū)動橋整體式 輪轂電動分散驅(qū)動式輪轂電動分散驅(qū)動式電動機驅(qū)動橋組合式電動機驅(qū)動橋組合式輪轂電動分散驅(qū)動式輪轂電動分散驅(qū)動式2、純電動汽車能量總成控制技術(shù)、純電動汽車能量總成控制技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的能量分配優(yōu)化系統(tǒng)的能量分配預測電池的荷電狀態(tài)和相應的續(xù)駛里程預測電池的荷電狀態(tài)和相應的續(xù)駛里程再生制動時，合理調(diào)整再生能量再生制動時，合理調(diào)整再生能量提供最佳的駕駛模式提供最佳的駕駛模式調(diào)整溫度控制方式調(diào)

12、整溫度控制方式自診斷自診斷三、燃料電池汽車三、燃料電池汽車 （一）氫燃料電池（一）氫燃料電池 工作原理工作原理 燃料電極：燃料電極：H2 2H+2e 氧電極：氧電極： 0.5O2+2e+ 2H+ H2 總反應：總反應：0.5O2 + H2 H2O質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池 又稱固體高聚合物電解質(zhì)燃料電池又稱固體高聚合物電解質(zhì)燃料電池，用可傳導質(zhì)子的聚合膜作為電解，用可傳導質(zhì)子的聚合膜作為電解質(zhì)，這種聚合膜具有選擇透過離子質(zhì)，這種聚合膜具有選擇透過離子的功能，是關(guān)鍵技術(shù)。的功能，是關(guān)鍵技術(shù)。 質(zhì)子燃料電池單體由氧電極、燃料質(zhì)子燃料電池單體由氧電極、燃料電極和質(zhì)子交換膜等組成。燃料電電極和質(zhì)子交換膜等組成。燃料電池本體由若干個單體電池串聯(lián)、并池本體由若干個單體電池串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組成。聯(lián)或串并聯(lián)組成。 正負極均為多孔碳電極，在電極內(nèi)正負極均為多孔碳電極，在電極內(nèi)浸入氟磺酸并與質(zhì)子交換膜壓合，浸入氟磺酸并與質(zhì)子交換膜壓合，電極之間為催化劑層和電解質(zhì)，共電極之間為催化劑層和電解質(zhì)，共同組成單元電池。同組成單元電池。（二）燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)（二）燃料電池電動汽車的基本結(jié)構(gòu)（三）燃料電池汽車驅(qū)動類型及特點（三）燃料電池汽車驅(qū)動類型及特點1、純?nèi)剂想姵仳?qū)動、純?nèi)剂想姵仳?qū)動2、燃料電池和輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動、燃料電池和輔助蓄電池聯(lián)合