汽车环保技术进展

汽车环保技术进展第1页/共75页2汽车行业概况汽车的环境危害汽车面临的主要环境问题汽车环境问题的主要对策简介总结第2页/共75页31、汽车行业概况1.1汽车的社会角色代步和运输工具流动办公室和家文化生活的一部分国家或地区的现代化程度标志第3页/共75页41.2汽车工业的特点支柱产业资金和技术密集规模效益明显产业关联度大第4页/共75页5上游产业：钢铁、有色金属、电力、塑料、橡胶、纺织、皮革、化工、电子、电器、机床等；下游产业：筑路、运输、石油、汽车维修和营销、保险、加油站、停车场等服务行业。汽车制造业每增值1元钱，上游产业增值0.6元，下游增值2.67元。产业关联度大(零件数2～3万)第5页/共75页6支柱产业“1999年全球500强”中，汽车业占据23席；在排名的前10位中，汽车公司占4位，前1至3名均是汽车公司。“2007年度全球500强企业”前十名中，通用位居第五名；丰田居第六名，上汽集团第402;一汽集团,第385位。

国家发展改革委(2007.9.22

)宣布:中国与汽车相关产业的就业人数，已经占到了社会就业总人数的1/62007年，我国汽车产量达888万辆，占全世界份额的1/8，汽车工业总产值已经超过了2万亿元（2007年全年中国GDP为

24.6619万亿元

）。

第6页/共75页72001年日本汽车关联产业的就业人数为513.3万人，占就业总人口6350万人的8.1%。美国:汽车关联产业就业人数总占就业人数的1/6,汽车工业就业总人数占全美整个工业部门从业总人数的10%(2004.6.10世界汽车工业网报道)

。汽车制造和贸易领域:660万，汽车服务和道路维护保养领域:670万

(汽车用)金属加工部门:10万人汽车电子部门:6万人汽车广告宣传和市场调研:4.7万。汽车关联产业总计:1350.7万。

第7页/共75页8高新技术载体2000年，汽车平均CPU数量35个；CPU逐渐发展到

32位机汽车上已装有上百个各类传感器汽车电子产品的成本在整个汽车制造成本中所占的比例平均已达到30%左右某些高档汽车上使用的CPU个数甚至上百个，占整个汽车制造成本的比例达70%左右第8页/共75页91.3汽车的产量及保有量的有关数据2006年世界汽车产量6834.03万辆,保有量2006年底8.5亿辆保有量大国：美国：25141.5万辆,日本7923.6万辆几个汽车大国的产量:日本1148万辆;美国1126万辆;

中国728万辆;德国540万辆中国：

2007年汽车产、销量：888.2、879.2万辆

汽车保有量为5696万辆，仅占世界保有总量的6.7%。

我国每10人拥有汽车约0.44辆（全球平均约1.35辆，0.135×13=1.755）2008年汽车产、销量：934.51、938.05万辆汽车保有量6467.21万辆

第9页/共75页10有害排放:CO,HC,NOX,PM交通噪声电波公害水质、土壤等污染CO2、氟氯烃等温室气体2汽车的环境危害第10页/共75页112.1对大气环境的主要危害：温室效应、臭氧层破坏和酸雨主要由汽车排放的CO2、硫化物SOx（指一氧化硫和二氧化硫）、氮氧化物NOx（指一氧化氮和二氧化氮）、氟氯烃等产生；第11页/共75页122.2柴油车的微粒PMPM＝可溶性组分（SOF）＋不可溶性组分（IOF）SAE2000-01-0473第12页/共75页13微粒物中PAHs的排放量（9）/μg/（kW·h）PAHs中文名称A11-3A12A21Acenaphthene苊011Acenaphthylene苊烯6237Anthracene蒽518030Benzo(a)Anthracene苯并(a)蒽1148547Benzo(a)pyrene苯并[a]芘1098341Benzo(b)fluoranthene苯并（b）荧蒽503622Benzo(g,h,i)perylene苯并[g,h,i]苝597328300Benzo(k)fluoranthene苯并（k）荧蒽412917Chrysene

屈654632Dibenz(a,h)anthracene二苯并[a,h]蒽311Fluoranthene荧蒽581562203Fluorene芴8211830Indeno(1,2,3-cd)pyrene茚并[1,2,3-cd]芘13510042Nphthalene萘110Phenanthrene

菲20527095Pyrene芘835730374Nitropyrene硝基芘302Benzo(E)pyrene苯并[e]芘785833第13页/共75页14

2.3光化学烟雾（photochemicalsmog）光化学烟雾：指HC和NOx在太阳紫外线作用下产生的一种具有刺激性的浅蓝色烟雾。它包含有臭氧(O3)、醛类、硝酸酯类（PAN）等多种复杂化合物。发生条件：逆温层、低风速（空气接近停滞状态）、阳光充足光化学烟雾的主要危害第一：甲醛、过氧化苯甲醛酰硝酸酯（PBzN）、PAN和丙烯醛刺激眼睛第二：损害有机物和植物等（如橡胶、棉布、尼龙和聚酯等）。第三，影响呼吸系统，使哮喘病增多。第四，臭氧引起的胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状第14页/共75页15例如：C3H6或④

光化学烟雾的主要化学反应第15页/共75页16噪声危害:引起人体的生理改变和损伤，对心理、生活和工作产生不利影响。使人听力减弱、视觉功能下降、神经衰弱、血压变化和产生胃肠道消化功能障碍，影响人的睡眠、谈话、学习、工作和情绪等。车辆噪声的特点:中等强度，移动性,影响范围大，干扰时间长，受害人员多大约为60～90dB(decibel)。公共汽车为80dB左右，摩托车90dB左右。实例：北京市2000年对303条,总长485.36公里道路的监测结果表明,交通噪声平均值为71.0dB,其中城区、近郊区分别为68.1和72.6dB.2.4交通噪声问题第16页/共75页173.汽车面临的主要环境问题节能减排呼声日益高涨新环境保护法规不断出台汽车排放标准逐步加严能源、资源枯竭，威胁人类的可持续发展第17页/共75页18Seong-HyonPark（HyundaiKiaMotors）.HMC'sStrategyforFuturePowertrainwithRefinedandConfidentInnovation.20056002。The18thInternalCombustionEngineSymposiumProceedings如：欧盟、日本和韩国的乘用车CO2限值3.1新的环境保护法规不断出台第18页/共75页19自2007年1月1日起，欧盟各成员国政府将全面执行报废车辆回收指令。汽车制造厂商在欧盟国家上市新车时必须出具证明，证明其投入市场的新款汽车的材料回收率至少要占重量的85％可利用率至少为95％，才能获得市场准入许可证。回收利用报废汽车的要求更为严格3R(Reduce,Reuse,Recycle)技术

第19页/共75页20汽车厂商及进口商对氟利昂、安全气囊、ASR（粉碎渣）必须进行回收、循环利用和正确处理。到2015年将ASR的回收再利用率提高到70%以上，回收再利用率有望从法律施行前的80%提高到95%

以上。利用电子清单对报废车从回收到循环利用的整个流程进行管理。2005.1.1日本开始执行《汽车回收再利用法》第20页/共75页21

2006.2.26国家发展改革委、

科学技术部和国家环保总局发布了《汽车产品回收利用技术政策》2010年起，所有国产及进口的M2类和M3类、N2类和N3类车辆的可回收利用率要达到85％左右，其中材料的再利用率不低于80％；所有国产及进口的M1类、N1类车辆的可回收利用率要达到80％，其中材料再利用率不低于75％。2012年起，所有国产及进口Ｍ类和Ｎ类车辆的可回收利用率要达到90％左右，其中材料的再利用率不低于80％。

2017年起，所有国产及进口Ｍ类和Ｎ类车辆的可回收利用率要达到95％左右，其中材料的再利用率不低于85％我国汽车产品回收利用的三个阶段性目标第21页/共75页22我国:国Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ实施时间依次为00、04、07、10、12年TierDateCOHCHC+NOxNOxPMPetrol(Gasoline)Euro1†1992.072.72(3.16)-0.97(1.13)--Euro21996.012.2-0.5--Euro32000.012.300.20-0.15-Euro42005.011.00.10-0.08-Euro52009.09b1.00.10c-0.060.005d,eEuro62014.091.00.10c-0.060.005d,e*AttheEuro1..4stages,passengervehicles>2,500kgweretypeapprovedasCategoryN1vehicles

†Valuesinbracketsareconformityofproduction(COP)limits

a-until1999.09.30(afterthatdateDIenginesmustmeettheIDIlimits)

b-2011.01forallmodels

c-andNMHC=0.068g/km

d-applicableonlytovehiclesusingDIengines

e-proposedtobechangedto0.003g/kmusingthePMPmeasurementprocedureEUEmissionStandardsforPassengerCars(CategoryM1*),g/km3.2汽车排放标准逐步加严第22页/共75页23TierDateCOHCHC+NOxNOxPMDieselEuro1†1992.072.72(3.16)-0.97(1.13)-0.14(0.18)Euro2,IDI1996.011.0-0.7-0.08Euro2,DI1996.01a1.0-0.9-0.10Euro32000.010.64-0.560.500.05Euro42005.010.50-0.300.250.025Euro52009.09b0.50-05eEuro62014.090.50-0.170.080.005e*AttheEuro1..4stages,passengervehicles>2,500kgweretypeapprovedasCategoryN1vehicles

†Valuesinbracketsareconformityofproduction(COP)limits

a-until1999.09.30(afterthatdateDIenginesmustmeettheIDIlimits)

b-2011.01forallmodels

c-andNMHC=0.068g/km

d-applicableonlytovehiclesusingDIengines

e-proposedtobechangedto0.003g/kmusingthePMPmeasurementprocedureEUEmissionStandardsforPassengerCars(CategoryM1*),g/km/standards/eu/ld.php第23页/共75页24燃料电池汽车的Pt消耗量降低趋势[10]

一般汽车催化器贵金属的用量为每升载体1g,Pt/Rh比为5:1左右（1）.贵金属的供求矛盾3.3资源问题（2）.汽车材料与土地资源中国金属资讯网贵金属现货报价元/克

2009.2.12铂：

248.0/250.0；钯：

55.0/57.0；铑粉：

310.0/340.0

2008.3.17：铂：500.0/502.0；钯：127.0/129.0；铑粉：2410.0/2440.02007.1.08：铂：290.5/292.5；钯：93.0/94.0；铑粉：1615.0/1645.02005.9.01铂：240.5/242.5；钯：56.0/57.5；铑粉：639.0/660.0第24页/共75页25世界主要化石燃料可开采年限预测铀为2001年数据，其余为2002年）3.4能源枯竭问题第25页/共75页26/eco/eco_car/clean_energy/HYB/HYB_list.asp13.6(5.95l/100km)(7.35l/100km)第26页/共75页27总资源（理论地质储量）约1021亿t(全球4138.38亿吨)至2005年底，可采储藏量40亿t；发现560个油田，建成25个2007年，生产原油1.87亿t，可开采年限≈40/1.87=21.42006、2007年石油表观消费量（产量加上净进口量）分别为

3.4655、3.70167亿吨；对外依存度47.0％和46.05％3.4.1我国面临的能源形势-石油第27页/共75页283.4.2我国面对的能源形势-天然气与煤天然气总资源量为47.04万亿m3(世界438.85万亿m3)2006年,累计探明天然气可采储量3.84万亿m3，剩余可采储量约为3.09万亿m3.已发现193个气田，建成25个基地。2006、2007

、2008年全国天然气产量585.51亿m3

、693.1亿m3，（比06年增长23.1%）和760.82亿m3（比07年相比增长12.3%）。

可开采年限≈3.09/0.058551=52.7我国煤储藏量:6000亿t(世界可采资源量:48400亿t标准煤)截至2006年底煤炭探明可采储量1145亿t2006、2007、2008年原煤产量分别为23.25、25.23亿t和27.16亿t可开采年限≈1145/25.23=45.4第28页/共75页294.汽车环境问题的对策

源头控制法改进策稀燃技术、缸内直喷技术、HCCI技术,连续可变机构、柴油机直喷化、降低摩擦损失、提高传动系效率、降低行驶阻力、轻量化、使用新型空调制冷剂、循环利用技术、燃料改良策混合动力车、新燃料汽车等替代策二次电池电动汽车、燃料电池汽车等合理使用自动停止怠速和起动法、合理驾驶。后治理三（四）效催化净化器、微粒捕捉器和吸附还原催化净化器、消声器等第29页/共75页30日本の2005年以降の自動車排出ガス規制と対策技術10JAMA

Deteriorationpurification4.1传统汽油车的排放对策第30页/共75页31第31页/共75页32ModelAudiA8L6.0quattro

Engine/electricsEnginetypeAluminiumW12spark-ignitionengine,DOHC

Valvegear/numberofvalvespercylinderContinuouscamshaftadjustmentforinletandexhaustvalves,

rollercamfollowerwithhydraulicadjustment/4

Displacementincc/bore×strokeinmm/compression5998/84.0×90.2/10.75

Max.poweroutputinkW(bhp)/atrpm331(450)/6200(acc.to1999/99/EC)

Max.torqueinNm/atrpm580/4000-4700(acc.to1999/99/EC)

EnginemanagementMotronicME7.1.1:fullyelectronicsequentialinjection,coordinatedtorquecontrol,hot-filmair-massmeasurement,drive-by-wirethrottlecontrol,mappedignitionwithsolid-statehigh-voltagedistribution,cylinder-selectiveknockcontrolusingfoursensors,adaptivelambdacontrol,twocontrolunits

ExhaustemissioncontrolAir-gap-insulatedexhaustmanifold,fourclose-coupled3-waycatalyticconverters，8heatedoxygensensors

EmissioncategoryEU4

AlternatorinA/batteryinA/Ah190/520/110

12-cylinderAudiA8L（November25,2003）第32页/共75页33

金属载体催化器汽油机的三效催化器蜂窝陶瓷载体催化器第33页/共75页34三效催化器的“窗口”宽域与普通空燃比传感器的控制精度比较双氧传感器系统第34页/共75页35优势分层、稀混燃烧，油耗低。燃烧完全,有害排放少混合气温度低，抗爆性及充气效率高。无进气道燃料粘附，过渡反应性能良好稀混合气燃烧技术（GDI汽油机）主要不足所有工况下分层燃烧混控制困难；大负荷时,容易产生碳烟；分层燃烧区域NOx排放高；喷油器易产生沉积物，机油会被稀释；发动机结构复杂化。三种混合气引导方式第35页/共75页36

吸附还原型催化器的原理NO的控制方法第36页/共75页37实例：源头控制和后处理并用本田公司ZLEV（ZeroLevelEmissionVehicle）排放控制系（1998年）。本田公司的3阶段排放控制系统绝热层的低热惯量金属板冲压排气管，并且紧接其后安装了1200孔／in2的Pd型紧凑型催化器。具有HC吸附功能和三效效催化功能的复合式主催化净化催化器以及电加热催化器EHC

(Electrical

HeatedCatalyst)。高精度EFI系统及空燃比分缸控制技术；可变气门相位和升程装置及改善冷起动时燃烧过程的燃烧系统。第37页/共75页38SAE-2006-01-0030-DieselEmissionControlSAITO20060822WorldTrendofExhaustEmission4.2传统柴油车的排放对策第38页/共75页39第39页/共75页40着火点当量比4附近碳烟生成于喷雾之中NO产生于雾注外壳柴油机的喷雾燃烧与排放第40页/共75页41喷油压力对柴油机烟度排放的影响第41页/共75页42第42页/共75页43共轨燃油系统的多次喷射技术

超前预喷射（pilotinjection）和前喷射（pre-injection）：减少噪声；高压初期喷射的目的：减少噪声和NOx排放；高压喷射过程：用于控制PM的生成和改善燃烧；后喷射的目的：减少PM和控制PDF装置；后补喷射（postinjection）的目的：控制NOx的催化净化。第43页/共75页44颗粒过滤器DPF的过滤效率：车辆行驶每单位里程或单位时间在过滤器中收集到的颗粒质量与车辆行驶每单位里程或单位时间进入过滤器的颗粒质量之比。DPF的过滤效率一般应不低于50～80%。第44页/共75页45PM在NO2和O2氛围中的燃烧特性第45页/共75页46四效催化器DPNR（DieselParticulate-NOxReductionSystem）第46页/共75页47四效催化净化器第47页/共75页48/topics/93/2.pdf#search=‘%E3%83%88%E3%83%A8%E3%82%BF%20DPNR'放大图第48页/共75页49NOx吸附净化原理

Catalys-BasedDieselParticulateFiltersandNOxAdsorbers第49页/共75页504.3汽车的代用燃料天然气NG（CNG、LNG、ANG，NGH),GTL(GasToLiquid):重庆压缩天然气(CNG)汽车保有量目前已达4万辆,全国共有CNG（压缩天然气）公交车20万台,LNG公交车700台液化石油气LPG（LiquefiedPetroleumGas）:广州市6400台LPG公交车和1.6万台LPG出租车醇类燃料（包括甲醇、乙醇等）→汽油醇生物燃料(BioFuels)→植物油脂、乙醇等煤及煤基油CTL(CoalToLiquid)二甲醚氢气第50页/共75页51TOYOTAPrius混合动力电动气车HEV（HybridElectricVehicle）4.4电动汽车1-控制装置总成2，5-ECVT动力分配系统总成（无级变速）

3-镍氢电池组4-1NZ-FXE发动机第51页/共75页522005年前世界混合动力电动气车的销售情况[12]美国2002年车型2种，销量约10000辆，2005年车型11种，销量约212000辆

预测2012年销量约780000辆2005年世界HEV市场百分比分布

[12]第52页/共75页53TOYOTAPrius混合动力车销售情况/千辆199719981999200020012002200320042005200620072008

(1-4月)累計合计0.317.715.219.029.528.143.2125.7175.2185.6281.3107.11027.7日本0.317.715.212.511.06.717.059.843.748.658.324.2315.0海外０００6.518.521.426.166.0131.5137.0223.082.9712.7北美

5.816.020.324.955.9109.9109.0183.866.1591.6欧洲

22.832.214.2100.7第53页/共75页54车名及制造商、价格EVERYLE-DA62V

铃木公司价格：300万日元（改装用汽油车91.3万日元）整车长×宽×高：（mm）3,395×1,475×1,87010・15工况续驶里程110km

最高车速：95km/h；车辆总重量：1,590kg；乘坐：2人

加速性能（０～40km）：6.2s；最大爬坡度（tanθ)0.2电动机电机型式：PA13A永磁同步型；个数：1

功率：20kW,240V；最大转矩：95N・m/4,500r/min动力电池EC-EV1260型铅酸电池电池个数：20总电压：240V

容量：60Ah/3h充电装置充电电源：交流单相，100V或200V，充电方式：多段定电流自动充电时间：8-10h

纯电动汽车普及的困难第54页/共75页55纯电动汽车（EVERYLE-DA62V

）购入后必须的设施和5年内的维护费用举例充电电源改造200V充电电源；费用约20万日圆；施工时间1天购入后的维护费用（5年内）第1年度：定期检查与维护，比燃油车高约

2万日圆第2年度：检查与维护、更换电池，比燃油车高约79万日圆第3年度：定期检查与维护，比燃油车高约2万日圆第4年度：检查与维护、更换电池，比燃油车高约79万日圆第5年度：定期检查与维护，比燃油车高约2万日圆http://www.env.go.jp/air/car/vehicles2003/htm/ele002.htm(300+20+79+79+2+2+2)/91.3=5.3第55页/共75页56FCEV组成示例[34]燃料电池电动汽车FCEV（FuelCellElectricVehicle）燃料电池系统驱动电机氢气瓶二次电池第56页/共75页57部分汽车制造商发布的FCV限定销售和市场销售预定时间（2003年年末）汽车制造商销售时间或预期备注丰田2002年限定销售日本11辆、美国4辆限定租赁本田2002年限定销售日本5辆、美国5辆限定租赁戴-克2003年限定销售日本1辆限定租赁福特2003年限定销售－通用计划2008～2010销售累计销售数万辆－日产2004年限定销售日本1辆限定租赁第57页/共75页58日本国内FCV限定租赁销售情况（2002.12～2004.3[10]汽车制造商车型租金万日圆/月政府机关/辆民间团体/辆企业/辆丰田FCHV120524本田FCX803-2日产FCELL100--1戴-克X-TRAILFCV120--1本田公司2008年推出的＂上市版＂燃料电池车FCXClarity首批100辆在美国加利福尼亚州以租赁形式投放市场第58页/共75页59长×宽×高(mm×mm×mm)

4835×1845×1470车辆重量(kg)1,625乘坐人数(名)4

性能续驶距离/km430最高速度（km/h）160耐寒-30°C燃料电池种类质子交换膜PEMFC功率（kW）100电机种类交流同步电机最大转矩（N･m）256最高功率（kW）100种类种类纯氢储存方式高压氢罐最高充填压力/atm350蓄电池种类锂离子HONDAFCXClarity

第59页/共75页602007第60页/共75页614.5汽车使用中排气污染的控制措施4.5.1环境友好的汽车使用方法示例提高驾驶技巧:经济车速，避免急加速和急速停止无用的怠速节制使用汽车空调，不妨把空调设定温度提高1℃保持良好的汽车技术状况（如胎压等）安排好出行计划，避免无用空驶不加满燃油，不加入过量机油不装载不必要行李（减重10%，可节油8%）第61页/共75页624.5.2停止无用的怠速

“自动停止怠速和起动（automaticstopidlingandstartsystem）”的概念：指汽车在驻车、等待交通信号、乘客上下车、塞车等情况下，使汽车在停止（车速为零）时发动机也停止运转，并且，当汽车重新起步时又能正常起动的一种自动装置。

作用：减少汽车怠速时的燃料消耗、产生噪声和有害气体（包括CO2）。普通汽车怠速1分钟、要消耗1４毫升的燃料，排出

33gCO2。第62页/共75页63ISS

的燃油（CO2

）经济性的改善率和

CO、NOx、HC的减少率丰田公司试验结果：汽车燃油经济性提高了7%五十铃公司试验结果：汽车燃油经济性提高14%第63页/共75页644.6汽车噪声的控制方法举例

镶嵌隔音材料的发动机底盖吸声材料排气系统的消声器第64页/共75页65排水性道路降低汽车噪声的机理普通路面声音被反射高性能路面部分声音被吸收空气进入缝隙，难以产生噪声减少改进道路性能，设立隔、吸声屏及林带等夹在轮胎沟槽和路面间的空气无处可逃，产生噪声第65页/共75页664.7HCCI技术－节能排放的新希望HomogeneousChargeCompressionIgnition火花点火发动机柴油机HCCI燃料供给形式预混合燃料喷射预混合燃烧方式火焰传播扩散燃烧分散燃烧（BulkyCombustion）着火方式火花点火压燃着火压燃着火热效率△○○NOｘ排放△×○PM排放○×○HC排放△△△发动机的燃烧方式（符号的意义：×-差；△-较好；○-好）第66页/共75页67HCCI内燃机的燃烧特点第67页/共75页683Kamimoto,T.andBae,M.H.Hightemperatureforthereductionofparticulateindieselengines.SAEPaper880423,1988.4Akihama,K.,Takatori,Y.,Inagaki,K.,Sasaki,S.andDean,A.M.Mechanismofthesmokelessrichdieselcombustionbyreducingtemperature.SAEPaper2001-01-0655,2001.5Ryan,T.W.andCallahanT.J.Homogeneousch