第11章城市机动车污染控制

第十一章城市机动车污染控制•11.1城市交通趋势及影响•11.2SparkIgnitionEngines•11.3CompressedIgnitionEngines•11.4Advancedtechnology11.1城市交通趋势及影响11.1.1世界机动车增长趋势11.1.2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高速增长汽车单车排放因子高机动车污染物排放总量大，城市机动车污染分担率高严重影响城市大气环境质量11.1.3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1.02％～1.94％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020040060080010001200140019781985198719891991199319951997年份数量/104辆中国机动车保有量增长情况污染物轿车轻型汽油车重型汽油车HC7.249.6413.17北京CO72.3745.19195.55NOX1.842.844.5HC1.862.246.74美国CO14.0317.772.97NOX1.021.143.2911.1.4中美机动车排放因子比较浓度分担率/%污染物年份排放量/104t排放分担率/%城区中心区1995年107.576.876.586.3CO1998年129.082.784.189.51995年9.3840.268.472NOx1998年11.542.972.873.6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HC的20%排气管所有的CO、NOX、Pb和HC的60%油箱和化油器蒸发HC的15%11.2SparkIgnitionEnginesFuel+OxygenCarbonDioxideEnergy动力Ignition点火WaterVaporηet汽油车:0.25~0.3柴油车:0.3~0.4511.2.1汽车动力系统TheoreticalCombustion汽油机ε=6~10，而柴油机ε=16~24ε=(Vc+Vd)/VcEngineCylinderActualCombustion•Lead•Hydrocarbons•CarbonMonoxide•OxidesofNitrogen•CarbonDioxide•Particulates•Otherpollutants•WaterVaporAmbientAirRealFuelEngine/EmissionTechnology尾气管排放物汽油(C8H17)理论空燃比:约14.7CO:局部不均匀残余HCStoichiometry等当点HC:不完全燃烧壁面猝灭油膜吸附NOx:ThermalNOPromptNOFuelNO汽油车OtherEmissionsEvaporativeEmissionsdiurnal,runninglosses,hotsoakCrankcaseLossesduetoblow-byRefuelingLossesdisplacedvaporsOtherEmissionsbrakelinings,tirewear,fluidleaks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-85%-70%+100%HC-85%MPGNOxCOPercentchangecomparedtonewcarsofthe1970ModelYear注:MPG:英里/加仑NewCarsAreCleanerandMoreEfficientHCemissionsofLDGVy=0.0114x+0.6433R2=0.174800.511.522.50204060AccumulatedMileage(104km)EmissionFactor(g/km)排放性能的劣化Conventionalcarburetorcar行驶工况的影响(IM240)•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:400～3000ppmNOx:10～100ppm•2.加速,定速时NOx高,浓度约为:NOx:1000～4000ppmCO:0.5％～3.0%;HC:200～600ppm加速时,碳烟约为:0.005g/m3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?•如何考虑汽车行驶工况对排放的影响?(如制定标准时,计算排放量时)•主要控制技术•前处理:无铅汽油(0.013g/L),低硫汽油和柴油(1200ppm～50ppm)废气再循环(EGR):20%循环,降低NOx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•电控燃油喷射系统废气再循环(EGR)•同时净化3种污染物:CO,HC,NOx•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80000～160000km,防中毒很关键!三效催化净化技术(TWC)曲轴箱(crankcase)排放控制Evaporativeemissioncontrol•CleanAirStrategyDeveloped•CompleteLeadPhaseOutby2000•IntroduceEuro1(1992Vintage,CatalystBased)StandardsforCars&Lt.Trucksin2000(Beijing,Shanghai1999)•HeavyTruckStandard,Euro1,alsoin2001(2000inBeijing)•I/MPilotBeingDevelopedinShanghai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?•三效催化技术有哪几个关键?•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11.3CompressedIgnitionEngines•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30％～50%•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FormationpathofSootNOx,HC,CO排放的体积分数/10-6碳烟排放/g·m-3PollutantsandAir-fuelratio•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400ppm此时NOx较低,约为30～70ppm•3.加速,定速时NOx高,浓度约为:NOx:800～2500ppm此时HC:90～200ppm•4.加速时碳烟最高,约为0.30g/m3Inter-coolerTurbo-chargeandEmissionOxidationcatalystParticulateTrap11.4AdvancedTechnology•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NOx机外净化技术•混合动力技术•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?•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?----------除了汽车,还需要配套条件和适用性