第九讲技术保障体系

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1、 1 第九讲 城市交通可持续发展的技术保障体系 第一节 机动车燃料改进控制体系 第二节 机内净化措施 第三节 机外净化措施 2 第一节 机动车燃料改进控制体系 一 燃料的前处理 就是研究燃料对发动机排放性能的 影响 揭示燃料的组分和性质与发动机 排放之间的关系 在此基础上对燃料进 行改进 达到降低发动机排放的目的 3 第一节 机动车燃料改进控制体系 汽油的无铅化 芳香族化合物 十六烷值 燃料中加入含氧剂 馏程温度 4 第一节 机动车燃料改进控制体系 1 汽油的无铅化 汽油为什么含铅 提高汽油的抗爆性 保证汽车良好的动力性和经济性 满足发动机高压缩比对高辛烷值的要求 5 第一节 机动车燃料改进控

2、制体系 含铅汽油的影响 铅毒与排气一起直接 危害人的健康 使为了减少排污而设 置的排气后处理装置 催化净化器 迅速 失效 催化剂中 毒 6 第一节 机动车燃料改进控制体系 解决方法 改进石油炼制加工工艺 掺含高辛烷值组分 添加无毒抗爆剂 7 第一节 机动车燃料改进控制体系 2 降低芳香族化合物的含量 减少燃料中所含芳香族化合物时 CO和 HC排放的降低表现不明显 很少出现CO 和HC排放增加的情况 而对PM和NOx排放的影响 则表现出一定 的规律性 即一般都是随着燃料中芳香 族化合物含量的增加而增加 8 第一节 机动车燃料改进控制体系 3 合理提高十六烷值 9 第一节 机动车燃料改进控制体系

3、4 燃料中加入含氧剂 添加少量的含氧剂能改善燃料的爆震性 能 从而减少芳香烃和铅的使用 CO和HC PM的排放也会相应减少 而NOx 的排放略有增加 排放物中醛 酮等的排放明显降低 10 第一节 机动车燃料改进控制体系 5 馏程温度 馏程就是油品的沸点范围 一定范围内蒸馏 出来的油品就叫 馏分 在研究燃料对发动机 的排放性能影响时 常使用T90或T95 T90是指 燃料蒸馏90 时的温度 T95是指燃料蒸馏95 时 的温度 当馏程温度T90或T95增大时 对CO HC排放的 影响主要是降低的趋势 个别情况下HC排放略 有增加 对PM和NOx排放的影响较小 11 第一节 机动车燃料改进控制体系

4、二 代用燃料 1 燃料 天然气 液化石油气 甲醇 Methanol 乙醇 Ethanol 氢 电能 12 第一节 机动车燃料改进控制体系 天然气 主要成分为甲烷 压缩天然气 CNG Compressed Natural Gas 液化天然气 LNG Liquefied Natural Gas 13 第一节 机动车燃料改进控制体系 液化石油气 LPG Liquefied Petroleum Gas 天然气加工和石油气炼制的一种副产品 在大气温度条件下 只要稍加压力便可以液化 便于各种方式的储运 14 第一节 机动车燃料改进控制体系 甲醇 Methanol 理化性质近似汽油 可部分或全部代替 汽油或

5、柴油在汽车上应用 生产甲醇有广泛丰富的原料 煤 天然 气等 来源 又易于储存 所以被视为 一种非常有希望的代用燃料 甲醇毒性很高 存在安全使用的问题 15 第一节 机动车燃料改进控制体系 乙醇 Ethanol 乙醇可用作汽油或柴油的调和组分 主要使用的有E85 多用于轻型车 和 E95 多用于重型车 喝酒 的汽车 16 第一节 机动车燃料改进控制体系 氢 氢气是最为清洁的一种燃料 它燃烧的 直接产物是水 污染物排放很低 氢气作为汽车燃料 经济上可行 同时 燃料资源丰富 它和电动汽车一起被看 作是解决汽车尾气和能源持续利用问题 的长远办法 17 第一节 机动车燃料改进控制体系 18 第一节 机动

6、车燃料改进控制体系 电能 使用电能作为 驱动的汽车是最 清洁的汽车 其 尾气排放为零 所以又称 零排放 汽车 19 第一节 机动车燃料改进控制体系 2 代用燃料汽车 AFV Alternative Fuel Vehicles 从广义上讲 是指除汽 柴 油燃料 汽车以外 使用其他形式燃料 动力 的车辆 20 第一节 机动车燃料改进控制体系 1 按燃料种类分类 燃气汽车 压缩天然气汽车 普及应用广 液化天然气汽车 应用较少 液化石油气汽车 获得广泛应用 21 第一节 机动车燃料改进控制体系 22 第一节 机动车燃料改进控制体系 醇类燃 料汽车 甲醇汽车 基本 达到实用 阶段 23 第一节 机动车燃

7、料改进控制体系 乙醇汽车 有希 望的代用 燃料 24 第一节 机动车燃料改进控制体系 电动汽车 脱离了燃 油发动机 以自载蓄电 池为电源 25 第一节 机动车燃料改进控制体系 26 第一节 机动车燃料改进控制体系 2 按汽车结构形式分类 单一燃料汽车 Dedicated Vehicle 能且仅能使用上述代用燃料中的一种作 为车辆引擎的动力来源 27 第一节 机动车燃料改进控制体系 双燃料汽车 Dual Fuel Vehicle 一般是指具有两套燃料供应系统 其 一为代用燃料 使用中可以在两种燃 料之间进行灵活切换的一类车辆 28 第一节 机动车燃料改进控制体系 混合动力汽车 Hybrid El

8、ectrical Vehicle 是指既 安装有蓄能系统 又有燃料驱动系统 的汽车 29 第一节 机动车燃料改进控制体系 三 电力驱动汽车技术 通常人们习惯把蓄电池或燃料电池作 为部分动力或全部动力的汽车统称为电 动汽车 主要包括 EV HEV FEV 30 第一节 机动车燃料改进控制体系 1 电动汽车的特点 操作性 维修和可靠性 安全性 费用 目前主要的技术难点 怎样才能把更多的能量装 到电瓶里去 解决续驶里程短的问题 31 第一节 机动车燃料改进控制体系 2 电动汽车的环境效益 电动汽车与燃油汽车废气排放的比较 单位 g km 废气组成 电动汽车 燃油汽车 CO 0 17 0 HC 0 2

9、 7 NOx 0 0 023 0 74 CO2 0 130 320 注 括号中的数据考虑了电厂排放的废气 32 第一节 机动车燃料改进控制体系 电动汽车与燃油汽车运行噪音比较 噪声dB电动汽车燃油汽车 35km h 匀速 6667 50 km h 匀速 6669 35 km h 加速 6675 40 km h 加速 6672 33 第一节 机动车燃料改进控制体系 3 纯电动汽车 Pure Electric Vehicle EV 1 概念和特点 纯电动汽车是只用电力驱动的汽车 与传统燃油汽车相比 具有以下特点 没有尾气排放 车辆噪音低 是真正的环保汽车 能源效率高 节能性优越 通过有效利用夜间能

10、 源 可望实现电能的均衡性 34 第一节 机动车燃料改进控制体系 2 纯电动汽车技术 制约电动汽车发展的主要因素是蓄电池和电动机 蓄电池是制约电动汽车发展的最大因素 它关系到 电动汽车的价格 稳定性 行驶里程等多个方面 常用的电池包括 铅酸电池 镉镍电池 镍氢电池 锂电池和燃料电池 35 第一节 机动车燃料改进控制体系 电动机直接决定电动汽车性能的好坏 电动机选择的原则应是具有良好的调速性能 能够 实现直流电向交流电的转换以及电池与电机之间电压 的变换 另外还要求电动汽车制动时能够实现制动再 发电 回收部分能量及对电池组进行管理等 包括 直流电动机 交流电动机 永磁无刷电机和 开关磁阻电机等

11、36 第一节 机动车燃料改进控制体系 车 型燃油公共汽车无轨电车电动公共汽车 能源种类汽油电电 每日能源消耗量60 升 230 度 200 度 能源价格 元 6 升0 9 度0 9 度 年需费用 元 131 40075 59165 700 电动公共汽车 无轨电车 燃油公共汽车年运营成本比较 37 第一节 机动车燃料改进控制体系 4 混合动力电动汽车 Hybrid Electric Vehicle 是指在同一辆汽车中同时采用了电动 机和发动机作为其动力装置 通过先进 的控制系统使两种动力装置有机谐调配 合 实现最佳能量分配 达到低能耗 低污染和高度自动化的新型汽车 38 第一节 机动车燃料改进控

12、制体系 混合动力电动汽车的特征 吸收了电动汽车和普通内燃汽车两者的优点 正常情况下电能储存系统不需要充电 起动和低速行驶时 电能储存系统提供动力 超过一定速度后 内燃机驱动 上坡和加速超车时 内燃机和电动机联合驱动 减速刹车和高速公路正常行驶时 回收能量 充电 内燃机还可以改用CNG 甲醇 乙醇等代用燃料 包括 并联式构造和串联式构造 39 第一节 机动车燃料改进控制体系 国内外发展状况 国外 技术成熟 性能优良可靠 国内 技术开发完成 轿车和大客车已 批量生产 丰田Prius 汽油电力混合动力轿车 东风EQ6110HEV混合动力大客车 40 第一节 机动车燃料改进控制体系 5 燃料电池汽车

13、Fuel Cell Vehicle 燃料电池汽车是指直接 将化学能转换为电能驱动 车辆行驶的车辆 41 第一节 机动车燃料改进控制体系 燃料电池 燃料电池是将储存在燃料和氧化剂中的化学能 通过电极反应直接转化为电能的发电装置 由 燃料 氧化剂 电极组成 优点 无需充电 比能量高 无污染 缺点 成本高 燃料贮藏和运输较为困难 42 第一节 机动车燃料改进控制体系 燃料电池汽车特点 能量转换效率高 水和CO2是唯一的排放物 环境污染小 运行噪音低 燃料来源具有多样性 操作上不需要对传统汽油车做任何基础 改变 43 44 第一节 机动车燃料改进控制体系 燃料电池汽车的成本分析 在使用周期内 氢燃料电

14、池汽车比混合氢燃料 车的成本低 除了小型短程的汽车 燃料电池汽车比蓄电池 电动车使用周期成本低 当甲醇和氢都来自原料时 甲醇燃料电池车的成 本比氢燃料电池车的成本低得多 太阳能氢燃料电池汽车在所有类型的汽车中是成 本最高的 但其导致的环境影响也是最小的 45 第一节 机动车燃料改进控制体系 燃料电池汽车的环境效益 以氢为燃料的燃料电池汽车是真正的零排放汽车 若采用甲醇作为燃料 反应器会产生痕量的NOX和 CO 燃料供应和贮存系统会有少量的甲醇蒸发 以汽油和其它石油产品为燃料 也存在一定排放 来自反应器 燃料箱和升流系统等 噪声也较低 运行时噪音值只有60分贝 46 案例 GEF UNDP支持发

15、展中国家发展FCBs 47 中国燃料电池巴士商业化示范项目中国燃料电池巴士商业化示范项目 48 49 50 智能汽车 TESLA 特斯拉 51 第二节 机动车机内净化技术 所谓机内净化技术 是指从发动机有 害污染物的生成机理及影响因素出发 通过对发动机进行调整或改进 达到控 制燃烧 减少和抑制污染物生成的各种 技术 52 第二节 机动车机内净化技术 措施 1 废气再循环技术 EGR 2 改进发动机的燃烧室结 构 优化燃烧系统设计 3 改进点火系统 4 改进燃料供给系统 调 制混合气和控制空燃比 5 采用电子控制 燃油喷射新技术 6 开发分层充气及均质稀 燃的新型燃烧系统 7 采用综合控制的 发

16、动机管理系统 53 第二节 机动车机内净化技术 一 废气再循环 1 概念 废气再循环就是将一部分发动机排气引入 汽缸内重新燃烧 利用发动机含氧量低和热容 量大的特点 降低汽缸内氧气含量和最高燃烧 温度 从而降低NOx生成量的方法 简称 EGR Exhaust Gas Recirculation 54 第二节 机动车机内净化技术 2 EGR装置基本组成 EGR阀 温度控 制开关 接真空信 号的软管和通废气 的金属管等 55 第二节 机动车机内净化技术 3 EGR量对发动机性能的影响 废气混入的多少用EGR率表示 EGR率 废气还流量 废气还流量 进气 量 100 56 第二节 机动车机内净化技术 不同EGR对油耗和排放的影响 57 第二节 机动车机内净化技术 EGR增加 由于燃烧速度变慢 动力性和 经济性变差 EGR过小 NOx排放达不到法规要 求 易产生爆燃和发动机过热等现象 由此可 见 EGR是以降低发动机的工作效率 动力性 和燃油经济性为代价 来减少NOx排放的 因 此 EGR的量必须控制在一定范围内 58 第二节 机动车机内净化技术 4 EGR率的控制要求 对于汽油机而言 当EG