第十三章 城市机动车污染控制

1、第十三章第十三章 城市机动车污染控制城市机动车污染控制 Emission control of Internal Combustion Engines 主要内容主要内容 Q1. 城市交通趋势及影响城市交通趋势及影响 Q2. 汽油发动机污染物的形成与控制汽油发动机污染物的形成与控制 Q3. 柴油发动机污染物的形成与控制柴油发动机污染物的形成与控制 Q4. 新型动力车新型动力车 Section 1 城市交通趋势及影响城市交通趋势及影响 世界机动车增长趋势世界机动车增长趋势 城市机动车污染现状城市机动车污染现状 随着经济的快速发展，我国汽车保有量随着经济的快速发展，我国汽车保有量 连年高速增长连年高

2、速增长 汽车单车排放因子高汽车单车排放因子高 机动车污染物排放总量大，城市机动车机动车污染物排放总量大，城市机动车 污染分担率高污染分担率高 严重影响城市大气环境质量严重影响城市大气环境质量 中国机动车保有量增长情况中国机动车保有量增长情况 截至截至2012年年6月底，中国机动车总保有量达月底，中国机动车总保有量达2.33亿辆，其中汽车亿辆，其中汽车 1.14亿辆，摩托车亿辆，摩托车1.03亿辆。全国机动车驾驶人达亿辆。全国机动车驾驶人达2.47亿人，其中亿人，其中 汽车驾驶人汽车驾驶人1.86亿人。亿人。 中国机动车保有量保持较快增长，上半年增量超过中国机动车保有量保持较快增长，上半年增量超

3、过800万辆，万辆， 山东和广东机动车保有量超过两千万。截至山东和广东机动车保有量超过两千万。截至6月底，全国机动车保月底，全国机动车保 有量为有量为2.33亿辆，与亿辆，与2011年底相比，增加年底相比，增加826万辆，增长万辆，增长3.67%。全。全 国国8个省的机动车保有量超过个省的机动车保有量超过1000万辆。万辆。 全国汽车保有量超过全国汽车保有量超过1.1亿辆，上半年增量为历史同期最高。亿辆，上半年增量为历史同期最高。 全国全国17个城市的汽车保有量超过个城市的汽车保有量超过1百万辆，其中北京超过百万辆，其中北京超过500万两，万两， 成都、天津、深圳、上海等成都、天津、深圳、上海

4、等5个城市的汽车保有量超过个城市的汽车保有量超过200万辆。私万辆。私 人汽车保有量达人汽车保有量达8613万辆，占全部汽车保有量的万辆，占全部汽车保有量的75.62%，比，比2011 年底上升年底上升1.21个百分点。个百分点。 中美机动车排放因子比较中美机动车排放因子比较 污 染 物 轿 车 轻 型 汽 油 车 重 型 汽 油 车 HC 7.24 9.64 13.17 北 京 CO 72.37 45.19 195.55 NOX 1.84 2.84 4.5 HC 1.86 2.24 6.74 美 国 CO 14.03 17.7 72.97 NOX 1.02 1.14 3.29 北京市机动车排

5、放污染分担率北京市机动车排放污染分担率 浓浓度度分分担担率率/% 污污染染物物 年年份份 排排放放量量/104t 排排放放分分担担率率/% 城区 中心区 1995年 107.5 76.8 76.5 86.3 CO 1998年 129.0 82.7 84.1 89.5 1995年 9.38 40.2 68.4 72 NOx 1998年 11.5 42.9 72.8 73.6 汽车污染物产生来源汽车污染物产生来源 曲轴箱曲轴箱 HC 的的 20% 排气管排气管 所有的所有的CO、NOX、Pb和和 HC的的 60% 油箱和化油器蒸发油箱和化油器蒸发 HC的的15% Section 2 汽油发动机污染

6、物的形成与控制汽油发动机污染物的形成与控制 汽车动力汽车动力系统系统 Theoretical Combustion Fuel + Oxygen Carbon Dioxide Energy动动 力力 Ignition点火点火 Water Vapor et 汽油车汽油车: 0.250.3 柴油车柴油车: 0.30.45 指示热效率指示热效率是指发动机实际循环是指发动机实际循环 指示功与所消耗的燃油热量之指示功与所消耗的燃油热量之 比。指示燃油消耗率和指示热比。指示燃油消耗率和指示热 效率是评定发动机实际工作循效率是评定发动机实际工作循 环经济性能的重要指标。环经济性能的重要指标。 发动机的性能指标

7、发动机的性能指标一般分为两类一般分为两类 ，一类是以活塞上获得的功率，一类是以活塞上获得的功率 为计算基础的指标，称为为计算基础的指标，称为指示指示 指标指标。另一类是以曲轴输出功。另一类是以曲轴输出功 率为计算基础的指标，称为率为计算基础的指标，称为有有 效指标效指标。发动机的指示指标包。发动机的指示指标包 括动力性和经济性。动力性主括动力性和经济性。动力性主 要指功率、扭矩和转速；经济要指功率、扭矩和转速；经济 性主要指燃料和润滑油消耗率性主要指燃料和润滑油消耗率 及热效率，以及运转性能指标及热效率，以及运转性能指标 (冷启动性、噪声和排气品质冷启动性、噪声和排气品质) 等。等。 汽油机汽

8、油机=610，而而 柴油机柴油机=1624 压缩比：汽缸总容积压缩比：汽缸总容积 Va与燃烧室容积与燃烧室容积Vc的的 比值。比值。 = Va/Vc 一个奥托循环包括四个冲程：一个奥托循环包括四个冲程： 1. 进气冲程；进气冲程；2. 压缩冲程；压缩冲程； 3. 作功冲程；作功冲程；4. 排气冲程排气冲程 1. 进气门；进气门；2. 火花塞；火花塞；3. 排气门；排气门；4. 缸体；缸体；5. 活塞；活塞； 6. 活塞销；活塞销；7. 连杆；连杆；8. 曲轴箱；曲轴箱；9. 曲轴；曲轴；10. 曲轴柄曲轴柄 Engine Cylinder Actual Combustion Q Lead Q

9、Hydrocarbons Q Carbon Monoxide Q Oxides of Nitrogen Q Carbon Dioxide Q Particulates Q Other pollutants Q Water Vapor 尾气管排放物尾气管排放物 Stoichiometry等当点等当点 101012121414161618182020 Air - Fuel RatioAir - Fuel Ratio 0 0 2 2 4 4 6 6 8 8 1010 1212 1414 O O2 2 Percent Percent MolesMoles 0 0 400400 800800 12001

10、200 16001600 20002000 24002400 28002800 NONO COCO2 2 COCO HCHC PPM PPM MolesMoles StoichiometryStoichiometry 汽汽油油(C8H17)理理 论空燃比论空燃比: 约约14.7 CO: 混合不均匀造成局部区混合不均匀造成局部区 域域1，使局部燃烧不使局部燃烧不 完全而产生完全而产生CO； 排气过程中，残余排气过程中，残余HC的的 不完全燃烧而产生不完全燃烧而产生CO。 HC: 不完全燃烧不完全燃烧：怠速及高负荷工：怠速及高负荷工 况时，可燃混合气处于况时，可燃混合气处于1的稀混合气条件下运转，

11、混合气的浓稀分布极不均匀； Q 中小负荷时，喷雾边缘区形成过稀混合气，缸内温度过低，HC排放略有 升高； Q 小于2后，因局部缺氧，碳烟急剧上升。 NOx,HC,CO排放的体积分数排放的体积分数/10-6 碳烟排放碳烟排放/gm-3 柴油车行驶工况与排放柴油车行驶工况与排放 Q 1. CO总是很低总是很低, 不到汽油机的不到汽油机的1/10 Q 2. 减速减速, 怠速时怠速时HC相对较高相对较高, 浓度约为浓度约为400ppm 此时此时NOx较低较低, 约为约为3070ppm Q 3. 加速加速, 定速时定速时NOx高高, 浓度约为浓度约为: NOx: 8002500ppm 此时此时HC: 90200ppm Q 4. 加速时碳烟最高加速时碳烟最高, 约为约为0.30g/m3 Section 4 Advanced Technology 最新控制技术最新控制技术 Q 冷启动排放控制冷启动排放控制 催化剂需要一定的起燃温度催化剂需要一定的起燃温度 前置催化转化器前置催化转化器 电加热催化剂电加热催化剂 Q 车载诊断技术车载诊断技术(OBD) 自动检测诊断车辆排放系统状况自动检测诊断车辆排放系统状况