第十三章城市機動車污染控制課件

第十三章城市機動車污染控制2023/8/7第十三章城市機動車污染控制第十三章城市機動車污染控制2023/8/1第十三章城市機動車1EmissioncontrolofInternalCombustionEngines第十三章城市機動車污染控制EmissioncontrolofInternalC2主要內(nèi)容1.城市交通趨勢及影響2.汽油發(fā)動機污染物的形成與控制3.柴油發(fā)動機污染物的形成與控制4.新型動力車第十三章城市機動車污染控制主要內(nèi)容1.城市交通趨勢及影響第十三章城市機動車污染控制3Section1城市交通趨勢及影響第十三章城市機動車污染控制Section1城市交通趨勢及影響第十三章城市機動車污染控4世界機動車增長趨勢第十三章城市機動車污染控制世界機動車增長趨勢第十三章城市機動車污染控制5城市機動車污染現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國汽車保有量連年高速增長汽車單車排放因子高機動車污染物排放總量大，城市機動車污染分擔(dān)率高嚴(yán)重影響城市大氣環(huán)境質(zhì)量第十三章城市機動車污染控制城市機動車污染現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國汽車保有量連年高速6中國機動車保有量增長情況

截至2012年6月底，中國機動車總保有量達2.33億輛，其中汽車1.14億輛，摩托車1.03億輛。全國機動車駕駛?cè)诉_2.47億人，其中汽車駕駛?cè)?.86億人。

中國機動車保有量保持較快增長，上半年增量超過800萬輛，山東和廣東機動車保有量超過兩千萬。截至6月底，全國機動車保有量為2.33億輛，與2011年底相比，增加826萬輛，增長3.67%。全國8個省的機動車保有量超過1000萬輛。

全國汽車保有量超過1.1億輛，上半年增量為歷史同期最高。全國17個城市的汽車保有量超過1百萬輛，其中北京超過500萬兩，成都、天津、深圳、上海等5個城市的汽車保有量超過200萬輛。私人汽車保有量達8613萬輛，占全部汽車保有量的75.62%，比2011年底上升1.21個百分點。第十三章城市機動車污染控制中國機動車保有量增長情況截至207中美機動車排放因子比較第十三章城市機動車污染控制中美機動車排放因子比較第十三章城市機動車污染控制8北京市機動車排放污染分擔(dān)率第十三章城市機動車污染控制北京市機動車排放污染分擔(dān)率第十三章城市機動車污染控制9汽車污染物產(chǎn)生來源

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%第十三章城市機動車污染控制汽車污染物產(chǎn)生來源曲軸箱排氣管油箱和化油器蒸發(fā)第10Section2汽油發(fā)動機污染物的形成與控制第十三章城市機動車污染控制Section2汽油發(fā)動機污染物的形成與控制第十三章城市機11汽車動力系統(tǒng)TheoreticalCombustionFuel+OxygenCarbonDioxideEnergy動力Ignition點火WaterVaporηet

汽油車:0.25~0.3柴油車:0.3~0.45指示熱效率是指發(fā)動機實際循環(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定發(fā)動機實際工作循環(huán)經(jīng)濟性能的重要指標(biāo)。

發(fā)動機的性能指標(biāo)一般分為兩類，一類是以活塞上獲得的功率為計算基礎(chǔ)的指標(biāo)，稱為指示指標(biāo)。另一類是以曲軸輸出功率為計算基礎(chǔ)的指標(biāo)，稱為有效指標(biāo)。發(fā)動機的指示指標(biāo)包括動力性和經(jīng)濟性。動力性主要指功率、扭矩和轉(zhuǎn)速；經(jīng)濟性主要指燃料和潤滑油消耗率及熱效率，以及運轉(zhuǎn)性能指標(biāo)(冷啟動性、噪聲和排氣品質(zhì))等。

第十三章城市機動車污染控制汽車動力系統(tǒng)TheoreticalCombustionF12汽油機ε=6~10，而柴油機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一個奧托循環(huán)包括四個沖程：1.進氣沖程；2.壓縮沖程；3.作功沖程；4.排氣沖程1.進氣門；2.火花塞；3.排氣門；4.缸體；5.活塞；6.活塞銷；7.連桿；8.曲軸箱；9.曲軸；10.曲軸柄EngineCylinder第十三章城市機動車污染控制汽油機ε=6~10，而柴油機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動車污染控制ActualCombustionLead尾氣管排放物第十三14Stoichiometry等當(dāng)點汽油(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；排氣過程中，殘余HC的不完全燃燒而產(chǎn)生CO。第十三章城市機動車污染控制Stoichiometry等當(dāng)點汽油(C8H17)理論空燃比15HC:

不完全燃燒：怠速及高負(fù)荷工況時，可燃混合氣處于α<1的過濃狀態(tài)。壁面淬滅：溫度較低的燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻(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，在膨脹和排氣過程中，因壓力降低，部分HC脫附進入燃燒產(chǎn)物。第十三章城市機動車污染控制HC:第十三章城市機動車污染控制16NOx:ThermalNOPromptNOFuelNO影響熱力型NOx生成量的主要因素：溫度、氧氣濃度和停留時間。對汽車發(fā)動機，熱力型NOx是NOx的主要來源。第十三章城市機動車污染控制NOx:影響熱力型NOx生成量的第十三章城市機動車污染控制17思考題1汽油發(fā)動機空燃比對污染物排放有何影響?汽車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)？第十三章城市機動車污染控制思考題1汽油發(fā)動機空燃比對污染物排放有何影響?第十三章城市機18汽油車行駛工況與排放問題：汽車使用中哪些因素對排放影響大?1.怠速,減速時CO,HC排放高,濃度約為:CO:1.0%～6%;HC:400～3000ppmNOx:10～100ppm2.加速,定速時NOx高,濃度約為:NOx:1000～4000ppmCO:0.5％～3.0%;HC:200～600ppm加速時,碳煙約為:0.005g/m3

第十三章城市機動車污染控制汽油車行駛工況與排放問題：汽車使用中哪些因素對排放影響大?第19主要控制技術(shù)前處理:無鉛汽油(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%機內(nèi)控制:發(fā)動機設(shè)計表面積/容積越小越好;電子控制技術(shù);多氣門技術(shù)機外控制技術(shù):熱反應(yīng)器,催化反應(yīng)器(氧化,還原--三效)第十三章城市機動車污染控制主要控制技術(shù)前處理:無鉛汽油(0.013g/L),低硫汽20改進點火系統(tǒng)

汽油機點火提前角：從點火時刻起到活塞到達壓縮上止點，這段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱為點火提前角。

發(fā)動機在壓縮沖程結(jié)束前點火，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火的辦法，點火時間甚至可以延遲到活塞達到上止點后。第十三章城市機動車污染控制改進點火系統(tǒng)汽油機點火提前角：從點火時刻21

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

汽油噴射發(fā)動機與傳統(tǒng)化油器供油系統(tǒng)的對比如右圖所示。第十三章城市機動車污染控制第十三章城市機動車污染控制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?？諝庀禂?shù)過剩空氣系數(shù)第十三章城市機動車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)

第十三章城市機動車污染控制三效催化凈化技術(shù)(TWC)同時凈化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!

第十三章城市機動車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)進入發(fā)動機的進氣管,使其在發(fā)動機氣缸中燒掉。目前，大多數(shù)汽車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)閥來實現(xiàn)，稱為PCV系統(tǒng)。第十三章城市機動車污染控制曲軸箱(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)出來的HC收集起來。發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，排氣壓力上升將凈化控制閥2頂開，吸附罐內(nèi)的HC與活性炭分離而進入發(fā)動機燒掉。壓力平衡閥3則由進氣管真空度控制。第十三章城市機動車污染控制汽油蒸發(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？控制過程有什么要求?車用汽油哪些指標(biāo)對排放最重要?汽油車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？

第十三章城市機動車污染控制思考題2:控制技術(shù)汽油車排放控制技術(shù)有哪些?第十三章城市機28Section3柴油發(fā)動機污染物的形成與控制第十三章城市機動車污染控制Section3柴油發(fā)動機污染物的形成與控制第十三章城市機29汽油,柴油發(fā)動機的區(qū)別汽油發(fā)動機為預(yù)混燃燒,柴油為擴散燃燒

燃料一邊擴散混合一邊燃燒的方式稱為擴散燃燒；在燃燒空間外預(yù)先形成可燃混合氣的方式稱為預(yù)混燃燒。柴油發(fā)動機壓縮比高,熱效率高（30％～50%）柴油發(fā)動機以噴油霧化方式燃燒,產(chǎn)生碳煙較多柴油車經(jīng)濟性好,馬力大汽油車加速性好第十三章城市機動車污染控制汽油,柴油發(fā)動機的區(qū)別汽油發(fā)動機為預(yù)混燃燒,柴油為擴散燃30氣相碳煙的生成途徑

碳煙是烴類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；不飽和烴類脫氫生成原子級的碳粒子，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。第十三章城市機動車污染控制氣相碳煙的生成途徑碳煙是烴類燃料在高溫缺氧的條件下裂解而形成31空燃比對柴油車排放的影響柴油車總是在α>1的稀混合氣條件下運轉(zhuǎn)，混合氣的濃稀分布極不均勻；中小負(fù)荷時，噴霧邊緣區(qū)形成過稀混合氣，缸內(nèi)溫度過低，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第十三章城市機動車污染控制空燃比對柴油車排放的影響柴油車總是在α>1的稀混合氣條件下運32柴油車行駛工況與排放1.CO總是很低,不到汽油機的