第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制課件

第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制2023/8/7第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制2023/8/1第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)1EmissioncontrolofInternalCombustionEngines第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制EmissioncontrolofInternalC2主要內(nèi)容1.城市交通趨勢(shì)及影響2.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制3.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制4.新型動(dòng)力車(chē)第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制主要內(nèi)容1.城市交通趨勢(shì)及影響第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制3Section1城市交通趨勢(shì)及影響第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制Section1城市交通趨勢(shì)及影響第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控4世界機(jī)動(dòng)車(chē)增長(zhǎng)趨勢(shì)第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制世界機(jī)動(dòng)車(chē)增長(zhǎng)趨勢(shì)第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制5城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車(chē)保有量連年高速增長(zhǎng)汽車(chē)單車(chē)排放因子高機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放總量大，城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染分擔(dān)率高嚴(yán)重影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車(chē)保有量連年高速6中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量增長(zhǎng)情況

截至2012年6月底，中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)總保有量達(dá)2.33億輛，其中汽車(chē)1.14億輛，摩托車(chē)1.03億輛。全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)诉_(dá)2.47億人，其中汽車(chē)駕駛?cè)?.86億人。

中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量保持較快增長(zhǎng)，上半年增量超過(guò)800萬(wàn)輛，山東和廣東機(jī)動(dòng)車(chē)保有量超過(guò)兩千萬(wàn)。截至6月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量為2.33億輛，與2011年底相比，增加826萬(wàn)輛，增長(zhǎng)3.67%。全國(guó)8個(gè)省的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量超過(guò)1000萬(wàn)輛。

全國(guó)汽車(chē)保有量超過(guò)1.1億輛，上半年增量為歷史同期最高。全國(guó)17個(gè)城市的汽車(chē)保有量超過(guò)1百萬(wàn)輛，其中北京超過(guò)500萬(wàn)兩，成都、天津、深圳、上海等5個(gè)城市的汽車(chē)保有量超過(guò)200萬(wàn)輛。私人汽車(chē)保有量達(dá)8613萬(wàn)輛，占全部汽車(chē)保有量的75.62%，比2011年底上升1.21個(gè)百分點(diǎn)。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量增長(zhǎng)情況截至207中美機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子比較第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制中美機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子比較第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制8北京市機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染分擔(dān)率第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制北京市機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染分擔(dān)率第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制9汽車(chē)污染物產(chǎn)生來(lái)源

曲軸箱HC的20%排氣管所有的CO、NOX、Pb和HC的60%油箱和化油器蒸發(fā)HC的15%第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制汽車(chē)污染物產(chǎn)生來(lái)源曲軸箱排氣管油箱和化油器蒸發(fā)第10Section2汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制Section2汽油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制第十三章城市機(jī)11汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)TheoreticalCombustionFuel+OxygenCarbonDioxideEnergy動(dòng)力Ignition點(diǎn)火WaterVaporηet

汽油車(chē):0.25~0.3柴油車(chē):0.3~0.45指示熱效率是指發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃油熱量之比。指示燃油消耗率和指示熱效率是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)。

發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)是以活塞上獲得的功率為計(jì)算基礎(chǔ)的指標(biāo)，稱(chēng)為指示指標(biāo)。另一類(lèi)是以曲軸輸出功率為計(jì)算基礎(chǔ)的指標(biāo)，稱(chēng)為有效指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)包括動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。動(dòng)力性主要指功率、扭矩和轉(zhuǎn)速；經(jīng)濟(jì)性主要指燃料和潤(rùn)滑油消耗率及熱效率，以及運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)(冷啟動(dòng)性、噪聲和排氣品質(zhì))等。

第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)TheoreticalCombustionF12汽油機(jī)ε=6~10，而柴油機(jī)ε=16~24壓縮比：汽缸總?cè)莘eVa與燃燒室容積Vc的比值。ε=Va/Vc一個(gè)奧托循環(huán)包括四個(gè)沖程：1.進(jìn)氣沖程；2.壓縮沖程；3.作功沖程；4.排氣沖程1.進(jìn)氣門(mén)；2.火花塞；3.排氣門(mén)；4.缸體；5.活塞；6.活塞銷(xiāo)；7.連桿；8.曲軸箱；9.曲軸；10.曲軸柄EngineCylinder第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制汽油機(jī)ε=6~10，而柴油機(jī)ε=16~24壓縮比：汽缸總?cè)莘e13ActualCombustionLeadHydrocarbonsCarbonMonoxideOxidesofNitrogenCarbonDioxideParticulatesOtherpollutantsWaterVapor尾氣管排放物第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制ActualCombustionLead尾氣管排放物第十三14Stoichiometry等當(dāng)點(diǎn)汽油(C8H17)理論空燃比:約14.7CO:混合不均勻造成局部區(qū)域α<1，使局部燃燒不完全而產(chǎn)生CO；排氣過(guò)程中，殘余HC的不完全燃燒而產(chǎn)生CO。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制Stoichiometry等當(dāng)點(diǎn)汽油(C8H17)理論空燃比15HC:

不完全燃燒：怠速及高負(fù)荷工況時(shí)，可燃混合氣處于α<1的過(guò)濃狀態(tài)。壁面淬滅：溫度較低的燃燒室壁面對(duì)火焰的迅速冷卻(冷激)，在壁面形成厚度約0.1~0.2mm的不燃燒或不完全燃燒的火焰淬熄層，產(chǎn)生大量的HC。油膜和積碳吸附：吸附未燃混合氣及燃料蒸汽，在膨脹和排氣過(guò)程中，因壓力降低，部分HC脫附進(jìn)入燃燒產(chǎn)物。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制HC:第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制16NOx:ThermalNOPromptNOFuelNO影響熱力型NOx生成量的主要因素：溫度、氧氣濃度和停留時(shí)間。對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，熱力型NOx是NOx的主要來(lái)源。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制NOx:影響熱力型NOx生成量的第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制17思考題1汽油發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比對(duì)污染物排放有何影響?汽車(chē)排放的污染物有哪些?影響HC產(chǎn)生的因素有哪些？影響熱力型NOx生成量的主要因素有哪些？什么叫壁面淬滅？什么叫縫隙效應(yīng)？第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制思考題1汽油發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比對(duì)污染物排放有何影響?第十三章城市機(jī)18汽油車(chē)行駛工況與排放問(wèn)題：汽車(chē)使用中哪些因素對(duì)排放影響大?1.怠速,減速時(shí)CO,HC排放高,濃度約為:CO:1.0%～6%;HC:400～3000ppmNOx:10～100ppm2.加速,定速時(shí)NOx高,濃度約為:NOx:1000～4000ppmCO:0.5％～3.0%;HC:200～600ppm加速時(shí),碳煙約為:0.005g/m3

第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制汽油車(chē)行駛工況與排放問(wèn)題：汽車(chē)使用中哪些因素對(duì)排放影響大?第19主要控制技術(shù)前處理:無(wú)鉛汽油(0.013g/L),低硫汽油和柴油(1200ppm～50ppm)廢氣再循環(huán)(EGR):20%循環(huán),降低NOx約60%,但油耗增加3%機(jī)內(nèi)控制:發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)表面積/容積越小越好;電子控制技術(shù);多氣門(mén)技術(shù)機(jī)外控制技術(shù):熱反應(yīng)器,催化反應(yīng)器(氧化,還原--三效)第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制主要控制技術(shù)前處理:無(wú)鉛汽油(0.013g/L),低硫汽20改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)

汽油機(jī)點(diǎn)火提前角：從點(diǎn)火時(shí)刻起到活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)，這段時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為點(diǎn)火提前角。

發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮沖程結(jié)束前點(diǎn)火，可以得到最大的壓縮比、最高的溫度和壓力。但因降低溫度有利于減小NOx的濃度，所以常常采用延遲點(diǎn)火的辦法，點(diǎn)火時(shí)間甚至可以延遲到活塞達(dá)到上止點(diǎn)后。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)汽油機(jī)點(diǎn)火提前角：從點(diǎn)火時(shí)刻21

電控燃油噴射系統(tǒng)通過(guò)氧傳感器，閉環(huán)電子控制的汽油噴射系統(tǒng)可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制在理論空燃比±1%的范圍。汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)在所有工況下的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化性能均可進(jìn)行優(yōu)化控制，各項(xiàng)性能指標(biāo)都超過(guò)使用化油器的汽油機(jī)。

汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)化油器供油系統(tǒng)的對(duì)比如右圖所示。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制22廢氣再循環(huán)(EGR)廢氣再循環(huán)法降低了燃燒的最高溫度和氧氣的濃度，從而降低了NOx的生成量。廢氣循環(huán)量一般在15%~20%內(nèi)。過(guò)?？諝庀禂?shù)過(guò)剩空氣系數(shù)第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制廢氣再循環(huán)(EGR)廢氣再循環(huán)法降低了23三效催化凈化技術(shù)(TWC)同時(shí)凈化3種污染物:CO,HC,NOx只能在很窄的空燃比窗口工作:閉環(huán)電控燃油噴射技術(shù)

第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制三效催化凈化技術(shù)(TWC)同時(shí)凈化3種污染物:CO,HC24三效催化凈化技術(shù)(TWC)多孔蜂窩陶瓷載體,負(fù)載鉑Pt,鈀Rd,銠Rh等貴金屬。鉛能使催化劑中毒，硫亦能降低催化轉(zhuǎn)化效率。壽命要求80000～160000km,防中毒很關(guān)鍵!

第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制三效催化凈化技術(shù)(TWC)多孔蜂窩陶瓷載體,負(fù)載鉑Pt,25曲軸箱(crankcase)排放控制

曲軸箱污染物排放控制的主要辦法是將竄漏的氣體再循環(huán)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管,使其在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燒掉。目前，大多數(shù)汽車(chē)采用封閉式曲軸箱通風(fēng)裝置，如右圖所示，竄缸氣體的控制靠PCV(positivecrankcaseventilation)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，稱(chēng)為PCV系統(tǒng)。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制曲軸箱(crankcase)排放控制26汽油蒸發(fā)排放控制

(Evaporativeemissioncontrol)油箱和化油器是汽油蒸發(fā)排放的兩大主要來(lái)源。右圖為吸附法蒸發(fā)排放控制裝置的原理圖。吸附罐1將油箱和化油器等蒸發(fā)出來(lái)的HC收集起來(lái)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣壓力上升將凈化控制閥2頂開(kāi)，吸附罐內(nèi)的HC與活性炭分離而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燒掉。壓力平衡閥3則由進(jìn)氣管真空度控制。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制汽油蒸發(fā)排放控制

(Evaporativeemission27思考題2:控制技術(shù)汽油車(chē)排放控制技術(shù)有哪些?三效催化技術(shù)是控制什么的？控制過(guò)程有什么要求?車(chē)用汽油哪些指標(biāo)對(duì)排放最重要?汽油車(chē)行駛工況與污染物排放有什么關(guān)系？為什么廢氣再循環(huán)法可降低氮氧化物的生成量？

第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制思考題2:控制技術(shù)汽油車(chē)排放控制技術(shù)有哪些?第十三章城市機(jī)28Section3柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制Section3柴油發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成與控制第十三章城市機(jī)29汽油,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為預(yù)混燃燒,柴油為擴(kuò)散燃燒

燃料一邊擴(kuò)散混合一邊燃燒的方式稱(chēng)為擴(kuò)散燃燒；在燃燒空間外預(yù)先形成可燃混合氣的方式稱(chēng)為預(yù)混燃燒。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比高,熱效率高（30％～50%）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以噴油霧化方式燃燒,產(chǎn)生碳煙較多柴油車(chē)經(jīng)濟(jì)性好,馬力大汽油車(chē)加速性好第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制汽油,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為預(yù)混燃燒,柴油為擴(kuò)散燃30氣相碳煙的生成途徑

碳煙是烴類(lèi)燃料在高溫缺氧的條件下裂解而形成的。氣相燃油分子在高溫缺氧條件下發(fā)生部分氧化和熱裂解生成不飽和烴類(lèi)；不飽和烴類(lèi)脫氫生成原子級(jí)的碳粒子，逐漸聚合成碳煙核心；凝聚作用使碳核增大，形成球狀或鏈狀的多孔型聚合物。第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制氣相碳煙的生成途徑碳煙是烴類(lèi)燃料在高溫缺氧的條件下裂解而形成31空燃比對(duì)柴油車(chē)排放的影響柴油車(chē)總是在α>1的稀混合氣條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，混合氣的濃稀分布極不均勻；中小負(fù)荷時(shí)，噴霧邊緣區(qū)形成過(guò)稀混合氣，缸內(nèi)溫度過(guò)低，HC排放略有升高；α小于2后，因局部缺氧，碳煙急劇上升。NOx,HC,CO排放的體積分?jǐn)?shù)/10-6碳煙排放/g·m-3α第十三章城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染控制空燃比對(duì)柴油車(chē)排放的影響柴油車(chē)總是在α>1的稀混合氣條件下運(yùn)32柴油車(chē)行駛工況與排放1.CO總是很低,不到汽油機(jī)的