城市机动车污染控制课件

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城市机动车污染控制

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%*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*截止2014.7，青岛市机动车保有量达197.3万辆，临近200万关口。据数据显示，全市机动车保有量从10年前的不到100万辆，增加了一倍，尤其是自2010年开始，数量呈急增的“井喷”现象，四年时间内增加车辆50万辆，道路交通治堵迫在眉睫，驾驶证考取难度逐年加大。*一、汽油发动机污染物的控制技术工作原理：进气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程

四冲程汽油机缸体结构示意图*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:400～3000ppm

NOx:10～100ppm2.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

*1.降低污染排放的发动机技术

（1）改进点火系统

一般发动机在压缩冲程结束前点火，可以得到最大的压缩比，最高的温度和压力。但是降低燃烧温度有利于降低NOx的浓度，所以往往采用延迟点火的办法，点火时间甚至可以延迟到活塞达到上止点后。*(2)闭环电子控制汽油喷射技术

由于三效催化转化器的使用，需要对汽油发动机的空燃比进行精确控制，闭环电子控制的汽油喷射系统正好适应了这一需求。闭环控制系统可以将发动机的空燃比控制在理论空燃比±1％的范围。*(3)废气再循环(EGR)废气再循环(EGR)是减少发动机NOx排放的一种有效方法。废气循环量一般在15％～20％以内，超过这一范围，发动机动力性和经济性将很快恶化，同时由于混合气过度稀释产生失火，使HC排放增加。***由图中可以看出，要提高NOx净化率，必须以牺牲燃油经济性为代价。值得注意的是，冷却EGR和完善的电子闭环控制EGR技术的开发，为该技术的推广应用创造了优越条件。前者有利于取得最佳的NOx和燃油消耗率的均衡关系，后者在不采用后处理的情况下，也能满足一般法规对NOx的排放限值要求*2.汽油车尾气排放后处理技术常见的排气后处理装置有氧化、还原型催化转化器、三效催化转化器等。（1）氧化、还原催化转化器氧化型催化反应器利用排气中残留的或二次空气供给的氧，使CO和HC完全氧化。NOX还原催化反应器利用排气中的CO、HC和H2为还原剂来净化NOX。

**（2）三效催化转化器

三效催化转化器能同时使CO、HC和NOX三种成分都得到高度净化。图11-11为不同空燃比下三种污染物的净化效率

**典型的汽车尾气催化转化器使用多孔蜂窝陶瓷载体．表面涂附活性Al2O3，负载铂、钯、铑等贵金属或其他催化剂。除陶瓷载体外，也有使用金属载体的。由于汽车排气温度变化范围大，运行路况复杂，因此，对催化剂载体的机械稳定性和热稳定性要求都很高。

*三效催化剂一般由贵金属、助催化剂(CeO2等稀土氧化物)和载体γ—A12O3组成。

*3.曲轴箱的污染物排放与控制曲轴箱的污染物排放来自于压缩和作功冲程中从缸体中逸出的气体,这种现象叫窜气。曲轴箱排放的气体由大约85％的未燃烧的空气燃料混合气和15％的燃烧产物组成，其中未燃烧HC是主要的污染物，窜漏气体中HC体积分数为(6～15)×10-3。对曲轴箱排放污染物进行控制主要办法是将窜漏的气体再循环进入发动机的进气管，然后在发动机气缸中烧掉。

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4.燃油蒸发排放控制

油箱和化油器是汽油蒸发排放的两大主要来源。温度越高，蒸发排放量就越大。为减小周围热源对蒸发排放的影响，油箱和化油器可以采取防热隔热措施。为了满足排放法规对燃油蒸发控制的要求，还必须采取有效的控制措施，目前最常用的是吸附法。图11-14为吸附法蒸发排放控制装置的原理图。

*采用这种装置，几乎能将HC蒸气完全吸附

*除了汽车本身的蒸发排放外，汽油转运和加油过程的蒸发排放也比较重要。这种排放是由于贮油罐和车辆燃料箱的上部保留着一部分燃料蒸气。当加油时，蒸气的位置被汽油所占据而逸出。**减少燃料分配时HC排放的技术有两个阶段。第一阶段控制是油气回收。其效率约为95％，可将每升油的蒸发排放从1.14g降到0.06g。第二阶段的控制是（1）改进加油枪为负压操作以捕获蒸气；（2）在汽车上安装活性炭吸附罐，就像控制汽车蒸发排放一样。

*4、汽油车排放污染控制的最新发展

国际上最先进的汽车排放控制系统：采用OBD的排放控制技术，即车载诊断技术。对汽车上与排放相关的所有部件进行实时监控，一旦出现异常即通过指示灯报警，提醒车主及时进行修理。*由于闭环电子控制燃油喷射系统和三效催化净化技术的广泛应用，已经将汽油车尾气排放的污染物净化到了相当低的程度。近年来的三效催化净化技术主要是在改善冷启动净化性能方面进行提高，采取的技术措施包括催化转化器电加热装置、安装前置催化转化器等。*稀燃发动机技术:稀燃发动机可以使用比常规发动机稀得多的混合气，因而具有明显的低油耗优势，如日本丰田公司的稀燃发动机空燃比达到了27。缸内直接喷射过程的燃料蒸发使缸内空气温度下降，有利于抗爆性的提高及充气效率的改善，而且过渡反应性能良好。由于采用了适合发动机运行条件的燃烧方式，故大大减少了燃烧过程污染物的产生，显著提高了发动机的经济性。*二、柴油发动机污染物的控制柴油机的燃烧过程分为着火落后期：1-1.5ms速燃期缓燃期后燃期*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*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:90～200ppm4.加速时碳烟最高,约为0.30g/m3

*1.控制柴油机污染物排放的发动机技术（1）废气再循环（2）改进供油系统改进供油系统的关键技术有：采用高压喷射(最高喷油压力可达150～180MPa)，喷油规律及结构参数优化，预喷射法，多段喷射法，缩小喷油嘴孔径并增加孔数，以及推迟喷油提前角等。

*应用高压喷射技术，以及缩小喷油嘴孔径并增加孔数的效果，使得柴油喷雾颗粒进一步细化，增强了燃油与空气的接触混合，着火落后期缩短，因而改善了燃烧过程，碳烟排放和热效率都有了明显改善。一般高压喷射会使NOx排放增加，但如果配合采用推迟喷油时间或EGR等方法，可以使NOx排放也同时降低。预喷射法和其他改善喷油规律的方法具有类似的效果，主要是在改善燃烧效果，提高热效率并降低碳烟排放的同时，尽量避免NOx排放性能的明显恶化。

*推迟供油提前角是降低各种类型燃烧室NOx生成的主要措施。但是由于燃烧延迟了，CO和碳烟颗粒物的排放量都增加，动力性和燃料效率将降低。最佳喷油提前角的确定，必须综合考虑动力性、经济性和排放特性，根据不同工况进行自动调控。

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(3)采用增压和中冷技术增压和中冷技术是提高柴油机功率、燃油经济性以及降低污染物排放量的最有效措施之一。增压技术最常见的是废气涡轮增压，由于进气密度的大幅提高，柴油机功率可提高30％～100％，燃油经济性也明显改善，CO、HC和碳烟的排放都有一定程度的降低，柴油机采用进气涡轮增压后，由于进气温度较高，提高了最高燃烧温度，反而使NO的比排放[g/(kW·h)]增加。为此，可采用增压中冷技术使进气温度降低，防止NOx排放性能的恶化。

*(4)采用分隔式燃烧室分隔式燃烧室的NOx排放要比直喷式燃烧室低1/3～1/2，这是因为在分隔式燃烧室中，副燃烧室的壁温较高，滞燃期短，爆发压力低，从而使火焰前峰温度低，且分隔室中α小，处于缺氧条件下，这些均抑制了NOx的产生。由于分隔式燃烧系统利用二次涡流促进主室的混合气形成和燃烧，在主室中减少或避免高温局部缺氧的不利影响，所以分隔式燃烧室的HC、CO和颗粒物排放也较低，此外噪声也较低。但分隔式燃烧室的经济性差。

*(5)电控柴油喷射

由传感器、执行器、电控单元三部分组成。它可以实现图11-23所示的一系列控制功能，因而可以在任何工况下都选择最佳的喷油量、喷油压力、喷油提前角、喷油速率等参数，从而改善柴油机的燃油经济性和排放性能，是柴油机控制污染排放的有效手段。20世纪90年代出现的共轨式时间控制系统，采用高压共轨避免了早期产品压力难以控制的缺点，从而实现喷油参数的更精确控制。

**2.柴油车排气后处理技术柴油车排气净化后处理技术主要有过滤捕集法和催化转化法。催化转化法主要分为氧化型催化转化器和NOx还原催化转化器。*柴油机排气中的大量微粒主要靠过滤器、收集器等装置来捕获，然后通过清扫或燃烧的办法去除，使颗粒捕集器再生使用。四效催化转化器，即在同一催化反应器中同时实现HC、CO、颗粒物和NOx四种污染物的净化。*(1)氧化催化剂

柴油机氧化催化剂能氧化尾气排放颗粒物中的大部分可溶性有机物、气态的HC和CO、臭味和其他一些有毒有机物(如PAH，醛类等)。因为不捕集固态的颗粒物，氧化催化剂不需要再生，可以长期连续使用。这类催化剂已成功应用于轻型柴油车。在不影响燃料消耗和NOx排放的情况下，净化挥发性HC和CO的效率可达80％，因此可在一定程度上减少柴油车的颗粒物排放.

*氧化型催化转化器的最佳工作温度范围是200～350℃。

氧化催化剂活性成分可用Pt和Pd,多采用蜂窝状陶瓷结构作为载体材料.

*(2)颗粒捕集器

颗粒捕集器是利用一种内部孔隙极微小、能捕获微粒物的滤料来捕集排气中的微粒，捕集到的绝大部分是干的或吸附着可溶性有机成分的碳粒。然后采取不同的方法来燃烧(氧化)／清除过滤器中收集的颗粒物，使颗粒捕集器再生后循环使用

.*主要问题:如何有效去除捕集下来的炭黑并使过滤器再生。柴油机颗粒物中包含固态的碳，外裹一层分子量很大的碳氢化合物。这种混合物的燃点在500—600℃，远大于柴油机排气的正常温度范围(150～400℃)。因此，需要设计特殊的方法来保证点火再生，但是一旦被点燃，这些物质燃烧产生的高温又可能使滤料熔化和断裂。颗粒捕集器开发的关键问题就是要在不损坏捕集器的前提下实现点火和再生。*(3)柴油机稀燃氮氧化物催化剂

由于柴油机是在稀燃条件下运行，普通汽油机的三效催化剂不能用于控制柴油机NOx的排放。这方面的技术目前正处于开发阶段，但由于柴油机排气中O2浓度高，排气温度低，HC和CO等还原剂的浓度很低，而且柴油尾气中的SO2和微粒可能使催化剂失活。因此，对催化净化技术的要求很苛刻，开发难度比较大。*

三、新型动力车电动汽车：以车载蓄电池为动力的汽车，可以实现废物零排放。燃料电池汽车：直接将化学能转换为电能。化学电池的发电效率高达55%以上。优点：无需充电、比能量高；缺点：成本高，燃料贮藏和运输较为困难*混合动力车：内燃机在燃烧效率相对稳定的行驶条件下发电，并将电能贮存进电池，借助电动机趋使车辆行驶。废气排放少、能耗低、噪声小、不像纯电动车那样受每次充电后行驶距离的限制，可以长距离行驶。*四、减少空气污染的交通管理措施交通限制、区域禁行、停车管理、道路收费、货车交通控制等（1）在一些特别拥堵的路段实行电子