汽车排放与污染控制

1. 汽车排放与污染控制 第十四讲 • 主讲教师：杨志发　　　　　　　　　　　　　　　　学时：16

2. 第五章 车辆排放净化措施

3. 前处理净化 控制车辆的排放技术 机内净化 后处理净化 使用清洁燃料 车辆排放污染的综合控制 公路环境防污绿化 规划合理的道路交通环境 加强交通管理和控制 车辆排放的 制约因素 交通流车辆排放研究 排放模型

4. 第五章车辆排放净化措施 前处理净化 前处理净化，就是对进入发动机燃烧室的燃料与空气作有益于净化的预处理，关于这方面的技术措施主要有废气再循环、燃油掺水、使用低污染燃料、减少汽油中的含铅量、采用能减少有害排放物的化学添加剂等。

5. 第五章车辆排放净化措施 前处理净化 前处理净化： 1、废气再循环 2、燃油掺水 3、使用低污染燃料 4、减少汽油中的含铅量 5、采用能减少有害排放物的化学添加剂等。

6. 第五章车辆排放净化措施 前处理净化 废气再循环 废气在循环控制系统（EGR系统） 1.定义：废气再循环（Exhaust Gas Recycle），简称EGR，是目前控制车用发动机氮氧化合物排放的常用的有效措施。 2．EGR控制系统功能 将适当的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸的最高温度，以减少NOx的排放量。 3.种类：开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统。

7. 1）开环控制EGR系统 主要由EGR阀和EGR电磁阀等组成。

8. 第五章车辆排放净化措施 前处理净化 废气再循环 开环控制EGR系统工作原理 原理：EGR阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。EGR电磁阀安装在通向EGR真空通道中，ECU根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制电磁阀的通电或断电。 ECU不给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道接通，EGR阀开启，进行废气再循环；ECU给EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空度通道被切断，EGR阀关闭，停止废气在循环。 EGR率＝[EGR量／（进气量＋EGR量）]×100℅

9. 2）闭环控制EGR系统 闭环控制EGR系统，检测实际的EGR率或EGR阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。 结构 与开环相比只是在EGR阀上增设一个EGR阀开度传感器 控制原理 EGR率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经EGR电磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度，并转换成电信号送给ECU，ECU根据此反馈信号修正EGR电磁阀的开度，使EGR率保持在最佳值。

10. 第五章车辆排放净化措施 前处理净化 废气再循环 作用及基本原理 主要作用在于它能够对引入进气系统的废气温度、EGR流量、EGR的作用时刻等实现最佳控制。 基本原理实际上是热容量理论的具体应用。

11. 第五章车辆排放净化措施 废气再循环 前处理净化

13. 第五章车辆排放净化措施 前处理净化 废气再循环 控制要求 • EGR量应随负荷增加而增加 • 在暖机过程中，不进行EGR • 怠速、低负荷时，不进行EGR • 大负荷、高速或者油门全开时，不进行EGR • 加速时，EGR在过渡过程中起作用，加速完成，停止进行

14. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 废气再循环 基本类型 基本可以分为五种类型。按废气引入孔的位置，可分为在节气门前方的、在节气门后方的；按控制方式分，可分为进气负压控制式、排气背压控制式、进排气压力复合控制式。

15. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 废气再循环 EGR率对汽油机净化与性能的影响 EGR率对NOX的影响 EGR率对燃油消耗率的影响

16. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 前处理净化： 1、废气再循环 2、燃油掺水 3、使用低污染燃料 4、减少汽油中的含铅量 5、采用能减少有害排放物的化学添加剂等。

17. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 燃油掺水 研究燃油掺水燃烧，已有几十年的历史，其发展过程中曾经几起几落。各国排放法规日趋严格，燃油掺水又重新受到重视，据北京晚报97年8月2日介绍法国埃尔夫石油公司使用添加剂，在汽油中加入15％的水形成乳状液就是新型绿色燃料，可以降低排气污染。

18. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 燃油掺水 王永成－将水变成油(烃), 得到水基油（不是在油中搀水） 在自来水中加粉装物质(而不是向水基油中加粉装物质), 结果自来水就变成了油; 证据：元素分析数据(见哈工校长和党委书记给江泽民信的附件),证明原来的自来水水已经变成了油(烃)。 发明永动机

19. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 燃油掺水 燃油掺水后确实可以减少汽车排放的废气中污染物的含量，其机理有多种解释，较成熟的为“微爆”理论和“水煤气反应”理论。这两个理论解释了燃油掺水燃烧既减轻排气污染又节省能源的基本原理。

20. 第五章车辆排放净化技术 －燃油掺水 前处理净化 微爆理论 微爆现象苏联人发现较早，通过对单液滴燃烧的高速摄影，看出乳化液在燃烧时每个液滴中包含水滴，当液滴表面的油尚未完全蒸发而温度急剧升高时，其包含水滴温度升高到沸点以上，水蒸气压力超过油壳表面张力和环境压力之和时，使液滴发生“爆炸”，微爆使得雾化更好，微爆后大滴破碎成更细的小滴，急剧增大了与氧气接触面积，加快了燃烧速度，水的蒸发降低了绝热火焰温度，减少了NOx 和SO2等有毒气体含量；同时抑制了液相的热分解反应，使排气中碳颗粒大大减少，既节省了燃料，又改善了燃烧特性，保护了环境。水在乳状液滴中的存在抑制了碳颗粒的形成，微爆理论获得公认。

21. 第五章车辆排放净化技术 －燃油掺水 前处理净化 燃料通过雾化可以成倍地扩大其蒸发表面积，燃料的雾化不仅可以加速燃料的蒸发过程，而且还有利于燃料与空气的混合，保证燃烧的迅速与完全。所以燃料的雾化在整个液体燃料的燃烧过程中起着极其重要的作用，由于“微爆”的发生，数倍地增强了雾化，所以减少了总的燃烧时间，对燃烧过程的好坏有着决定性的影响。

22. 第五章车辆排放净化技术－燃油掺水 前处理净化 水煤气理论 加了水以后CO 和碳还存在水煤气反应：C+H2O→CO+H2-125.7 kjC+2H2O→CO2+2H2-75.19 kj或综合为C+2H2O→CO2+2H2又2H2+O2→2H2O 这两组化学反应都是吸热反应，分别吸收125.7kj和75.19kj它们所生成的H2和CO与O2有形成一般的燃烧反应。2H2+O2→2H2O+467.0kj 2CO+O2→2CO2+246.3kj这两组反应都是放热反应，而且都生成最终产物H2O和CO2。水煤气反应能促进碳的加速燃烧和完善燃烧，而且是先吸热后放热。这对燃烧过程都是相当有利的。

23. 第五章车辆排放净化技术 －燃油掺水 前处理净化 燃油掺水降低排放 燃料掺水后水分蒸发吸收了大量的热量，使火焰最高温度降低，最高温度持续时间缩短，因此，NOx 的生成量减少。试验证明，燃料掺水燃烧时的NOx排放量不到一半。 燃油掺水后能使教难燃烧的碳先生成较易燃烧的H2和CO ，最后生成H2O和CO 。因而CO和碳排放降低。 HC 排放降低的原因是掺水后促进了快速燃烧和燃烧中活化体增加，从而促进了HC的燃烧。

24. 第五章车辆排放净化技术－燃油掺水 前处理净化 燃油并不能真掺水 掺水有几种方法： 一 喷水法它需要一套高压喷水装置和相应的传动装置，而且，喷入气缸的是雾状的水，有部分呈液态，对气缸润滑不利。另外，其高速适应性差，还要消耗发动机的能量，因而难于推广。 二 乳化油法这种方法又分几种办法1 机械法2 气动法3 超声波法4 乳化剂法其中乳化剂法又分为：阴离子型阳离子型非离子型两性离子型。

25. 第五章车辆排放净化技术 －燃油掺水 前处理净化 以上各种方式共同的缺点是制造乳化剂时，消耗能量，电能和机械能，同时也会污染环境。它们的成本也是相当大的，相当于汽油的十倍。 乳化剂本身也是难燃的物质。最主要的是稳定性差不易保存，搁置时间长不可避免造成分解。发动机冷起动困难。其次是使用中在汽缸内的高温下，水的热分解特别显著，故吸热量相当大。它会过分降低燃烧温度而使燃烧效率下降。所以长期以来也未能推广使用。 为了解决上述缺点推出了掺水蒸汽法。

26. 第五章车辆排放净化技术－燃油掺水 前处理净化 掺水蒸汽法 掺水蒸汽法是利用发动机排气余热，把水加热成为水蒸汽，水蒸汽雾化的颗粒比用其它掺水方法的颗粒更小雾化更好。当水蒸汽进入化油器后，气缸盖前的混合室中，水蒸汽、 空气和汽油在混合室内混合成均相。均质的可燃混合气，并进入气缸燃烧。这种方法解决了其它掺水方法的缺点，不存在保存问题，不消耗能量。由于预加热减少了吸热过程，而不至于过分降低理论燃烧温度，所以它是燃油掺水燃烧的有竞争能力的方法。

27. 第五章车辆排放净化技术－燃油掺水 前处理净化 实用型掺水蒸汽法 利用超声波水雾发生器将水打碎雾化，再利用排气余热加热成蒸汽进入进气通道混合汽油和空气燃烧，以控制进气温度。在冷车状态下不掺入水蒸汽以便顺利起动。 设立真空度控制阀以解决汽车在减速工况、加速工况、怠速工况下，向进气管再补一些水分和空气，以调整空燃比，同时保持不“断火”。

28. 第五章车辆排放净化技术－燃油掺水 前处理净化 掺水蒸汽法在电喷车上的应用 电喷车是取用各控制传感器信号经分析再改变喷油量，理论上喷油量时刻处于最佳状态，但是燃烧的基本模式没有改变。烃类的化学成份复杂有些物质难以燃烧，完全无积碳是不可能的，掺水蒸汽法增加了参与燃烧的物质，其化学反应原理同样可以应用在电喷车上。 修改电脑程序使其适应燃料掺入水蒸汽的变化，会使电喷车进一步降低排放污染。掺水蒸汽法可以与三元催化净化器兼容实施，还会增加三元催化净化器的使用寿命。 掺水蒸气法可以取代电喷车的废气再循环系统，废气再循环系统和掺水蒸汽的作用是相同的，都是为了降低最高燃烧温度，减少NO的生成。

29. 汽车排放与污染控制 第十五讲 • 主讲教师：杨志发　　　　　　　　　　　　　　　　学时：16

30. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 燃油掺水 掺水方法 • 水直接由进气管引入 • 通过专用供水系统，将水直接射入发动机汽缸 • 水与燃油混成乳化材料，通过燃油供给系统，供给发动机使用

31. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 燃油掺水 净化原理 • 第一种方法最简单 • 第二种方法要增加一套定时供水系统，使发动机结构进一步复杂化了。这两种方法虽然能够降低NOX排放量，但需要经常加水，还会引起机油稀释和机件生锈等问题。 • 第三种方法不但净化功能较好，而且不会增加燃油消耗量，当乳化燃料作为正式商品出售后，使用也很方便；其主要问题是燃料的成本稍高，水在燃油中的颗粒大小与分布的稳定性还不能久贮不变。

32. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 燃油掺水 乳化燃料 乳化燃料由燃油和水另加特定的表面活性剂（乳化剂）经混合后形成。 乳化燃料所以有较好的净化特性，是和它的燃烧特点分不开的。在汽油机中，当水在燃油中的颗粒大小与分布情况良好时，水可以使汽油——空气混合气的自燃趋势减弱，有利于提高汽油机的抗爆性能。 乳化燃料的抗爆作用对于汽油机改善燃烧过程是一个可以利用的积极因素。一方面，有利于使发动机的结构和运转参数（如转速、点火提前角和压缩比等）向功率升高和油耗下降的方向转化，使燃烧组织的更好；另一方面，既可以完全避免爆震燃烧时出现的高压、高温，又可以降低非爆震燃烧时的最高温度，使NOX的产生受到抑制。

33. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 前处理净化： 1、废气再循环 2、燃油掺水 3、使用低污染燃料 4、减少汽油中的含铅量 5、采用能减少有害排放物的化学添加剂等。

34. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 1、常规燃料 汽油 柴油 2、LPG 3、CNG 4、二甲醚 5、生物柴油

35. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 常规燃料 汽油 • 辛烷值是评定汽油抗爆性的重要指标，同时也是汽油划分标号的标准。目前，国内常见的车用汽油牌号主要有５种：９０＃、９３＃、９５＃、９７＃、９８＃。汽油标号越高，研究法辛烷值和抗爆性就越好，例如９０＃的研究法辛烷值在９０以上、抗爆指数在８５以上，９３＃的研究法辛烷值在９３以上、抗爆指数在８８以上，９７＃的研究法辛烷值在９７以上。 • 辛烷值根据发动机试验方法不同，分为两种：一种叫研究法辛烷值，英文简称为ＲＯＮ；一种叫马达法辛烷值，英文简称ＭＯＮ。还有一种表示方法，是把两种辛烷值的数值相加除以２，即（ＲＯＮ＋ＭＯＮ）／２，称为抗爆指数。

36. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 常规燃料 汽油 • 由于试验方法不同，同一种汽油用３种方法表示的标号是不同的。例如用研究法测试辛烷值为９３，用马达法测试辛烷值为８３，它们用抗爆指数来表示则为８８。 • 国内加油站常见的９０＃、９３＃汽油，就是用研究法辛烷值。前苏联使用的是马达法，我国７０＃汽油取消前使用的标号也是马达法，如５６＃、６６＃、７０＃汽油。２０世纪８０年代出现９０＃汽油后，开始改为研究法。同一汽油样品，由于马达法测试条件比较苛刻，因此马达法辛烷值比研究法辛烷数值偏低。美国使用的是抗爆指数表示法，通常在美国加油站见到的汽油是８７＃、８９＃、９3＃。

37. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 常规燃料 按照压缩比选择使用的汽油标号

38. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 常规燃料 柴油 • 划分柴油标号依据凝固点。国内应用的轻柴油按凝固点分：5＃柴油、0＃、－10＃、－20＃、－35＃和－50＃。 • 选用不同标号柴油应主要根据使用时气温，5＃柴油－8℃以上；0＃ 柴油－8℃至4℃；－10＃－ 4℃至－5℃时；－20＃－在－5℃至－14℃；－35＃柴油－温在－14℃至－29℃；－50＃柴油－在－29℃至－44℃或者低于该温度时使用。

39. 第四节车辆排放净化措施 煉油的主要原理係利用蒸餾方式將原油中不同沸點之碳氫化合物分離

40. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 使用清洁能源 1.无铅汽油 • 1998年9月2日，国务院通知要求全国使用车用无铅汽油（铅含量小于0.013g/L） • 2000年1月1日，全国停止生产含铅汽油； • 2000年7月1日，全国停止使用无铅汽油； • 《车用无铅汽油标准》GB17930-1999，规定铅含量不大于0.005g/L，即优质无铅汽油，2000年7月1日在北京、上海、广州三大城市执行此标准，2003年1月1日起在全国范围内实施。 • 为增加汽油的辛烷值，过去常用四乙基铅为抗爆剂，推广使用无铅汽油后，使用部分含氧化合物替代，如甲基叔丁基醚（MTBE）和乙基叔丁基醚（ETBE）。 2.开发研究洁净能源 • 1）天然气及液化石油气 • 2）电能 • 3）醇类：甲醇 • 乙醇：掺烧10%乙醇 • 4）氢气 • 5）二甲基醚（DME）

41. 第五章车辆排放净化技术 使用低污染燃料 1、常规燃料 汽油 柴油 2、LPG 3、CNG 4、二甲醚 5、生物柴油

42. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 LPG 1、液化气含义: • 液化石油气是石油产品之一。英文名称liquefied petroleum gas，简称LPG。是由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。由炼厂气所得的液化石油气，主要成分为丙烷（C3H8）、丙烯（C3H6）、丁烷（C4H10）、丁烯（C3H8），同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质。由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。

43. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 LPG LPG与其他燃料比较，具有以下独特的优点: • ①污染少。LPG是由C3（碳三）、C4（碳四）组成的碳氢化合物，可以全部燃烧，无粉尘。 • ②发热量高。同样重量LPG的发热量LPG的发热量相当于煤的2倍，液态发热量为45 185～45 980kJ/M3。 • ③易于运输。LPG在常温常压下是气体，在一定的压力下或冷冻到一定温度可以液化为液体，可用火车（或汽车）槽车、LPG船在陆上和水上运输。 • ④压力稳定。LPG管道用户灶前压力不变，用户使用方便。 • ⑤储存设备简单，供应方式灵活。LPG 经过高压可液化（8个大气压）气站用LPG储罐储存，又可装在气瓶里供用户使用，也可通过配气站和供应管网，实行管道供气。

44. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 LPG

45. 第四节车辆排放净化措施 使用低污染燃料 1、常规燃料 汽油 柴油 2、LPG 3、CNG 4、二甲醚 5、生物柴油

46. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 CNG 石油 分成原油与天然气体 在地表能以液态产出为原油 以气态产出为天然氣。

47. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 CNG 天然气特性 • 可燃性气体 • 主要成分：甲烷 －无色无臭 （避免泄漏无法察觉 添加微量臭剂） • 天然气冷冻至摄氏162度以下形成液体的液化天然气LNG（越洋运输）。

48. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 CNG LPG、CNG双燃料汽车 LPG、CNG两用燃料汽车

49. 第四节车辆排放净化措施 使用低污染燃料 1、常规燃料 汽油 柴油 2、LPG 3、CNG 4、二甲醚 5、生物柴油

50. 第五章车辆排放净化技术 前处理净化 使用低污染燃料 二甲醚 二甲醚是一种无毒含氧燃料，常温常压下为气态，在5个大气压下就可实现液化。这种气体能从煤、煤层气、天然气甚至生活垃圾里提取，在燃烧过程中几乎没有污染。 国外从1995年开始研究二甲醚，我国二甲醚燃料发动机研究几乎与国际同步。上海交大－二甲醚燃料特性的发动机系统。 十五国家科技攻关计划“清洁汽车行动计划”项目柴油机大型客车大都可改装使用二甲醚发动机，费用约1万元，大规模生产二甲醚的成本与柴油相差大致相当。