第9章汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术

1、发动机排放污染及控制主讲人主讲人 龚金科等龚金科等2022年2月22日9.1 汽油车排放污染物一般净化方案9.2 柴油车排放污染物一般净化方案9.3 新能源汽车技术9.4 其他新能源汽车技术第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 第9章 汽车排放污染物净化方案及 新能源汽车技术概述：主要内容讨论了汽油车和柴油车分别达到欧II、欧III、欧IV、欧V和欧VI排放标准的一般净化方案。介绍了现今新能源汽车的发展状况 。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 汽油车排放污染物一般净化方案采用闭环电控燃油系统加三效催化转化器可达到欧欧排放标准。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技

2、术 二气门或多气门二气门或多气门汽油机发动机汽油机发动机增压或非增压增压或非增压闭环电控闭环电控燃油喷射系统燃油喷射系统三效催化转化器三效催化转化器达到欧欧排放标准的汽油车净化方案示意图欧欧标准要求催化剂的起燃温度尽可能低、使用强制加热方式使转化器内的温度在起动时就超过起燃温度。二气门非增压汽油发动机二气门非增压汽油发动机闭环电控燃油喷射系统闭环电控燃油喷射系统紧凑耦合型三效催化转化器紧凑耦合型三效催化转化器或或或或前置双催化转化器前置双催化转化器三效催化转化器辅助强制加热三效催化转化器辅助强制加热达到欧欧排放标准的汽油车净化方案（二气门非增压汽油发动机）汽油车排放污染物一般净化方案第9章 汽

3、车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 多气门非增压汽油发动机多气门非增压汽油发动机闭环电控燃油喷射系统闭环电控燃油喷射系统或或或或低起燃温度的三效催化转化器低起燃温度的三效催化转化器紧凑耦合型三效催化转化器紧凑耦合型三效催化转化器汽油车排放污染物一般净化方案第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 达到欧欧排放标准的汽油车净化方案（多气门增压汽油发动机）三效催化转化器汽油车排放污染物一般净化方案要满足欧欧排放标准，也可采用缸内直喷稀薄燃烧汽油机GDI发动机。采用GDI技术的发动机第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 达到欧欧排放标准的汽油车净化方案示意图发动机管理系统汽油车排放

4、污染物一般净化方案第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 综合控制的发动机管理系统综合控制的发动机管理系统或或废气再循环废气再循环三效催化转化器辅助强制加热三效催化转化器辅助强制加热前置双催化转化器前置双催化转化器多气门增压汽油发动机多气门增压汽油发动机紧凑耦合型三效催化转化器紧凑耦合型三效催化转化器或或+汽油车排放污染物一般净化方案 对于欧欧V V排放标准，在欧基础之上采用 VVT以及对发动机进行标定等。 发动机标定：1、起动后的稀燃控制；2、快速暖机控制。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 综合控制的发动机管理系统综合控制的发动机管理系统可变气门正时技术（可变气门正时技

5、术（VVT）或或废气再循环废气再循环三效催化转化器辅助强制加热三效催化转化器辅助强制加热前置双催化转化器前置双催化转化器+多气门增压汽油发动机多气门增压汽油发动机紧凑耦合型三效催化转化器紧凑耦合型三效催化转化器或或+达到欧欧排放标准的汽油车净化方案示意图汽油车排放污染物一般净化方案第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 直喷柴油机直喷柴油机涡涡轮轮增增压压中中冷冷高高压压喷喷射射达到欧欧排放标准的柴油车净化方案示意图对于欧欧排放标准，可以采用涡轮增压中冷和高压喷射减少微粒，采用废气再循环降低NOX。满足欧II排放标准的CA4DS2系列柴油机柴油车排放污染物一般净化方案第9章 汽车排放污

6、染物净化方案及新能源汽车技术 直喷柴油机直喷柴油机（可变喷嘴）涡轮增压中冷（可变喷嘴）涡轮增压中冷高压共轨或泵喷嘴喷射系统高压共轨或泵喷嘴喷射系统电子控制技术或微粒捕集电子控制技术或微粒捕集技术和氮氧化物净化技术技术和氮氧化物净化技术+对于欧欧排放标准，需采用电子控制，每循环多次高压喷射。在此基础上采用微粒捕集器，进一步降低微粒；达到欧欧排放标准的柴油车净化方案柴油车排放污染物一般净化方案第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 柴油车排放污染物一般净化方案满足欧欧IIIIII标准的柴油车可以考虑采用的部分关键技术第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 柴油车排放污染物一般净化方

7、案满足欧标准的柴油车可以考虑采用的部分关键技术第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 直喷柴油机直喷柴油机可变喷嘴涡轮增压中可变喷嘴涡轮增压中冷冷+高压共轨或泵喷嘴系统高压共轨或泵喷嘴系统微粒捕集器微粒捕集器先进的电子控制技术先进的电子控制技术多级中冷废气再循环多级中冷废气再循环选择性催化还原选择性催化还原达到欧欧排放标准的柴油车净化方案对于欧排放标准，可结合先进的电控技术，采用多级中冷废气再循环进一步降低NOX。柴油车排放污染物一般净化方案第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 或或或或柴油车排放污染物一般净化方案对于欧V排放标准，主要利用SCR（Selective Cata

8、lyst Reduction）技术，目前尿素-SCR 选择性催化还原法是最具现实意义的方法，它能把发动机尾气中的NOx减少50%以上。 SCR(选择性催化还原)技术 第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 直喷柴油机直喷柴油机+可变喷嘴涡轮增压中可变喷嘴涡轮增压中冷冷+高压共轨或泵喷嘴系统高压共轨或泵喷嘴系统微粒捕集器微粒捕集器先进的电子控制技术先进的电子控制技术多级中冷废气再循环多级中冷废气再循环选择性催化还原选择性催化还原氧化催化转化器氧化催化转化器达到欧欧放标准的柴油车净化方案柴油车排放污染物一般净化方案第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 +柴油车排放污染物一般净化方

9、案欧标准要求使用含硫量500ppm(0.05%)的柴油；欧标准要求使用含硫量200ppm(0.02%)的柴油；欧标准要求使用含硫量55ppm (0.0055%)的柴油；欧标准要求使用含硫量10ppm (0.0010%)的柴油；欧标准要求使用含硫量5ppm (0.0005%)的柴油。我国第一台拥有自主知识产权的欧VI柴油发动机YC6L-60第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 国务院通知第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 技术路线主要目标主要任务国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）的通知技术路线第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 混

10、合动力汽车纯电动车以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，推广普及非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车，提升我国汽车产业整体技术水平。主要目标第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 1、产业化取得重大进展。2、燃料经济性显著改善。到2015年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万万辆、累计产销量超过500万万辆。到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降低至6.9升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降低至5.9升/百公里以下。到202

11、0年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降低至5.0升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降低至4.5升/百公里以下。主要目标第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 3、技术水平大幅提高。5、管理制度较为完善。4、配套能力明显增强。新能源汽车、动力电池及关键零部件技术整体上达到国际先进。主要任务第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 主主要要任任务务1、实施节能与新能源汽车技术创新工程2、科学规划产业布局3、加快推广应用和试点示范4、积极推进充电实施建设5、加强动力电池梯级利用和回收管理主要任务第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 1、实施节能与新能源汽车技术创新工程。（1）

12、加强新能源汽车关键核心技术研究。到2015年，纯电动汽车、插电式混合动力乘用车最高车速不低于100公里/小时，纯电动驱动模式下综合工况续驶里程分别不低于150公里和50公里；纯电池模块比能量达到150瓦时/公斤以上，成本降低至2元/瓦时以下，循环使用寿命稳定达到2000次或10年以上；电驱动系统功率密度达到2.5千瓦/公斤以上，成本降至200元/千瓦以下。到2000年，动力电池模块比能量达到300瓦/公斤以上，成本降至1.5元/瓦时以下。主要任务第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 （2）加大节能汽车技术研发力度。（3）加快建立节能与新能源汽车研发体系。重点开展混合动力技术研究，开发

13、混合动力专用发动机和机电耦合装置，支持开展柴油机高压共轨、汽油机缸内直喷、均质燃烧以及涡轮增压等高效内燃技术和先进电子控制技术的研发；开展高效控制氮氧化物排放技术研究。主要任务第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 2、科学规划产业布局。3、加快推广应用和试点示范。（1）统筹发展新能源汽车整车生产能力。（2）重点建设动力电池产业聚集区域。（3）增强关键零部件研发生产能力。（1）扎实推进新能源汽车试点示范。（2）大力推广普及节能汽车。（3）因地制宜发展替代燃料汽车。主要任务第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 4、积极推进充电设施建设。5、加强动力电池梯级利用和回收管理。（1）

14、制定总体发展规划。（2）开展充电设施关键技术研究。（3）探索商业运营模式。9.3.1 混合动力汽车混合动力汽车(HEV)，是将能量转换技术和能量存储技术集合于一体的汽车。丰田混合动力车PRIUSHEV既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又利用了电动机无污染、低噪声的长处，提高了汽车的热效率，改善了废气排放。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 混合动力汽车发展概况 图9-7 国产混合动力车混合动力汽车在发达国家已日益成熟，有些国家已经进入实用阶段。1997年10月，全球首辆商业性混合动力型汽车“PRIUS”由日本丰田公司研制成功。随着排放法规日趋严格，混合动力汽车性能日益提

15、高以及成本的不断降低，混合动力汽车的市场份额将逐渐增大，成为本世纪头20年重点发展的新型汽车。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 混合动力汽车控制策略先进的驱动技术：电力驱动和辅助动力单元合用到一辆汽车上。一方面：发动机始终在最佳工作点上驱动发电机或直接驱动汽车，排放少、效率高；另一方面：蓄电池又得到发电机的不断充电，加大了续驶里程，延长了蓄电池的使用寿命。长沙市投入运营的混合动力公交车 第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 混合动力汽车类型串联式混合动力汽车并联式混合动力汽车混联式混合动力汽车 根据动力系统的连接方式，目前开发研制的混合动力汽车基本上可分为三类第9章 汽

16、车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 混合动力汽车需要解决的关键技术问题实用化需要解决的关键技术问题：第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 混合动力单元技术动力来源：可以同时来自热力发动机和电动机。在混合动力汽车上，发动机又被称为混合动力单元。今后的研究重点：控制混合动力单元的排放。从目前的研究表明，直喷式柴油机将是首选的混合动力单元。混合动力车系统示意图第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 能量存储技术目前用于混合动力汽车的能量存储装置主要是高能蓄电池、镍氢电池以及锂离子电池技术。未来能量存储装置需要进一步降低制造成本，改善电池性能，提高电池使用寿命。能量存储装置也称之为

17、载荷调节装置。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 汽车集成电力电子模块技术混合动力汽车的控制系统的开发是混合动力系统最关键的技术创新。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 混合动力汽车发展前景混合动力汽车在现有技术的基础上达到了提高燃油经济性和减少排放的目的，混合动力汽车使人们看到了在短期内大幅提高燃油经济性和减少排放的可能性。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 9.3.2 纯电动汽车纯电动汽车（EV）又称为蓄电池电动汽车，是一种仅采用蓄电池作为储能动力源的汽车。 全球鹰品牌EK-2纯电动车 电动汽车无排气尾管，在不考虑生产电池和电能的排放时，它属于零排放汽车

18、。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 电动汽车的驱动系统 现代电动汽车驱动系统由三个主要的子系统组成：电机驱动、能源和辅助子系统。 车辆控制器电力电子变换器电动机机械传动装置能量管理单元能源辅助能源功率控制单元能量的燃料供给单元车内气候控制单元车轮车轮制动踏板加速踏板转向盘电机驱动子系统能源子系统辅助子系统电连接机械连接控制连接第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 纯电动汽车的驱动模式轮毂电机分散驱动方式电动机-驱动桥整体式驱动方式 根据动力系统的连接方式，目前开发研制的纯电动汽车驱动模式基本上可分为四类传统驱动模式电动机-驱动桥组合式驱动方式第9章 汽车排放污染物净化方

19、案及新能源汽车技术 纯电动汽车的驱动模式 电动汽车是未来的发展方向，经常被人们视为清洁、绿色的产业，但是，电动汽车是否真正“节能减排”，主要取决于所用电之来源。目前，我国的电力约80%来自煤炭，若大规模使用（纯）电动汽车，则无疑是以煤代油，既没有真正节能，也未减排，反而增加温室气体排放。同时，如果要发展低速电动车，电池回收等也是不可回避的大问题，一旦批量生产后，将会带来很大的环境压力。所以，要进入电动汽车社会还有很长的一段路要走，要克服很多的技术难题。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 9.3.3 燃料电池汽车燃料电池汽车（FCEV）通过氢气和空气中的氧气进行电化学反应来产生电，驱

20、动车辆。燃料电池汽车由于它排出的是水蒸气，因而在燃料电池中能非常清洁地产生电能，其中采用质子交换膜的燃料电池最具发展前景，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2-3倍。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 燃料电池汽车驱动系统基本结构燃料电池汽车动力系统基本结构第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 燃料电池汽车的驱动类型及其特点燃料电池汽车的驱动类型主要可分为：纯然料电池驱动（PFC）、燃料电池和辅助蓄电池联合驱动（FC+B）、燃料电池和超级电容联合驱动（FC+C）、燃料电池加辅助电池加超级电容联合驱动（FC+B+C）四种结构。纯然料电池驱动（PFC）燃料电池和辅助蓄电池联合

21、驱动（FC+B）第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 燃料电池电动汽车的驱动类型及其特点燃料电池和超级电容联合驱动（FC+C）燃料电池加辅助电池加超级电容联合驱动（FC+B+C）第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 燃料电池汽车动力总成控制系统模糊控制器能量管理模块电机控制器电机及传动系统燃料电池发动机超级电容主DC/DC副DC/DC镍氢电池驾驶员意图识别 SOC值em目标转矩输出转矩实际转矩SOC状态信息P主P副P副踏板档位开关 燃料电池汽车动力总成控制系统由驾驶员意图识别、整车模糊控制器、能量管理模块、燃料电池发动机及其DC/DC、超级电容及其DC/DC、镍氢电池、电机

22、控制器等构成。动力总成控制系统的核心包括整车控制及能量管理系统。第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 氢燃料电池汽车与传统汽车相比，氢动力汽车能量转化效率高达60-80%，为内燃机的2至3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生CO和CO 2，也没有硫和微粒排出。燃料电池本身工作没有噪声、没有振动，其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道，本身不参与化学反应，没有损耗，寿命长。中国首款氢动力概念跑车“氢程”第9章 汽车排放污染物净化方案及新能源汽车技术 2010年上海世博会电动车主要指标名称名称整车装备质量整车装备质量 （t）续驶里程续驶里程（km）最高车速最高车速（km/h）纯电动公交车纯电动公交车13.910080燃料电池观光车燃料电池观光车1.27540纯电动场馆车（纯电动场馆车（4座）座）1.328035纯电动场馆车（纯电动场馆车（8座）座）1.597035超级电容公交车超级电容公交车182.550燃料电池轿车燃料电池轿车350150充电式混合动力汽车充电式混合动力汽车80（纯电动）（纯电动）150奔奔奔奔