城市机动车污染控制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 城市机动车污染控制,1,一、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,2,3,1.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NO,x,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。,4,(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。,5,(3)废气再循环(EGR),将部分燃烧尾气返流至进气管再吸入气缸参加燃烧，称作废气再循环(EGR)。废气再循环是减少发动机NO,x,排放的一种有效方法。,废气循环量一般在,1520,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。,6,7,8,由图中可以看出，要提高NO,x,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NO,x,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NO,x,的排放限值要求,9,2.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。NO,X,还原催化反应器利用排气中的CO、HC和H,2,为还原剂来净化NO,X,。,10,11,（2）三效催化转化器,三效催化转化器能同时使,CO、HC和NO,X,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,12,13,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Al,2,O,3,，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。,14,三效催化剂一般由贵金属、助催化剂(CeO,2,等稀土氧化物)和载体A1,2,O,3,组成。,15,16,3.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,。,控制办法：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。,17,18,4.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。,控制方法：油箱和化油器采取,防热隔热,措施；用,吸附法,。,图11-14为吸附法蒸发排放控制装置的原理图。,19,采用这种装置，几乎能将HC蒸气完全吸附,20,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。,21,22,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1.14 g降到0.06 g。,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。,23,4、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。,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。,24,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,。,25,二、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、速燃期、缓燃期、后燃期,26,1.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150180MPa)，,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。,27,(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30100，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/(kWh)增加。为此，可采用,增压中冷技术,使进气温度降低，防止NO,x,排放性能的恶化。,28,(4)采用分隔式燃烧室,分隔式燃烧室的NO,x,排放要比直喷式燃烧室低1/31/2，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，且分隔室中小，,处于缺氧条件下,，这些均抑制了NO,x,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。,29,(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。,30,31,2.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NO,x,四种污染物的净化。,32,柴油车用三效催化转化器,33,34,(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。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.,二氧化硫,排放会导致催化剂中毒、颗粒物排放量增加,35,氧化型催化转化器的最佳工作温度范围是200350。,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.,36,(2)颗粒捕集器,颗粒捕集器是利用一种,内部孔隙极微小,、能捕获微粒物的过滤介质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,.,37,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500600，远大于柴油机排气的正常温度范围(150400)。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过滤器熔化和断裂。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,。,38,(3)柴油机,稀燃氮氧化物催化剂,柴油机在稀燃条件下运行，普通汽油机的三效催化剂不能用于控制柴油机NO,x,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O,2,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SO,2,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，开发难度相当大。,39,40,41,新型汽车,太阳能汽车,42,燃料电池汽车,43,混合动力车,44,