在用柴油车现状及其污染物控制策略

柴油机市场的增长
柴油车排放控制水平相对落后
• 与汽油车相比，柴油车的NOx、PM、噪声一般较高 • 与发达国家相比,我国柴油车的排放控制平均水平落
后，参差不齐
– 老旧柴油车：排放控制起步晚，技术落后 – 农用运输车：技术落后，管理不完善
• 我国柴油车的维护、保养水平较差，而且使用条件恶劣、 车况不佳加重了污染
loudiming@hotmail.com
再生
欧美重型柴油机实现低排放的技术路线
我国重型柴油机实现低排放的技术路线—实例一
PM 颗粒 (g/kW-hr)
0.160 0.140 0.120 0.100 0.080 0.060
国III排放标准 国IV排放标准 国III发动机实际排放 发动机排放目标 尾管排放目标
- 提高喷射压力（2000bar） - 四气门燃烧优化 - 低机油耗设计优化 - 瞬态优化标定 - 提前喷油定时
E20
0.4
ED
0.3
0.2
0.1
0
1200
1600
2000
2400
2800
3200
转速n （r/min）
喷油嘴（400h前）
喷油嘴（400h后）
3. 先进柴油机技术
增压系统
¾涡轮增压中冷，降低油耗及颗粒排放 ¾可变截面涡轮增压 ¾复合增压系统或二级增压系统 ¾控制进气温度很重要，进气温度每减低1℃，NOx减少0.5～0.67%。
我国柴油机排放法规的测试设备及限值
Dilution Tunnel
稀释风道
定容取样 Constant Volume Sampler
系统
Particulate Sampler
颗粒物 取样系
统
CEB COMBUSTION EMISSION BENCH
HSU
HSU
发En动gin机e an和d E测ngin功e d机yno
0.040 0.020
Urea-SCR (65%)
0.000 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
NOx 氮氧化合物 (g/kW-hr)
我国重型柴油机实现低排放的技术路线—实例二
PM (g/kWh) 0.15
0.10
机内净化： 超高压和超细微孔燃油喷射 柔性的喷射控制技术 高效低污染的燃烧
ESC
污染物排放 (g/kWh) 污染物排放 (g/kWh) 污染物排放 (g/kWh)
¾GTL 排放—柴油公交车&柴油出租车
1.6
标准限值(DB31/379-2007)
1.2
普通柴油
0.8
GTL
0.4
0.0 100%点
90%点
80%点
¾生物柴油
功率Pe （kW） 油耗be （g/kW·h）
烟度（FSN）
机内净化：
超 柔高 性压 的和 喷超 射细 控微 制孔技国燃术Ⅲ油喷射
高效低污染的燃烧 降低机油消耗率
国Ⅲ
国Ⅱ
其它技术： 新型涡轮增压与旁通控制 降低机油消耗率
其它技术：
新型涡轮增压与旁通控制
国Ⅳ
后处理SCR技术
0.02
2.0
3.5
5.0
NOx (g/kWh)
谢 谢!
楼狄明 同济大学汽车学院 上海市曹安公路4800号 邮编：201804 电话：021-69589207 传真：021-69589981 电子邮件： loudiming@tongji.edu.cn
(2) 燃料喷射再生
向过滤体上游空间喷入一定量的燃油或者燃气，再将其点燃，使过 滤体的温度上升，使捕集到的微粒着火。
(3) 电加热再生
在过滤体上游安装一个电热装置，需要再生时，将电加热装置启动，提 高过滤体表面温度，以实现再生。
NOx净化控制技术 选择性催化还原SCR
NOx吸附技术LNT
吸附NOx
中国乘用车生产量（万辆）
中国商用车生产量（万辆）
2009年，我国乘用车产量达1038万辆，商用车产量达341万辆。
2010年1～4月，我国乘用车产量达461万辆，商用车产量达151万辆。
柴油乘用车产量占乘用车总产量的0.8%～1.2%，柴油商用车产量占商用车 总产量的约80%。
25000 20000
20000
15000
10000
5000
2724
0 2004
3356 2005
6467
7600
2008
2009
2020
中国汽车保有量（万辆）
截至到2009年底我国汽车保有量已达0.76亿辆,预计到2020年将达2亿辆。
先进TDI柴油机的优点
节约能源：燃油消耗低 动力强劲：扭矩特性好 利于环保：有害排放低 可靠性高：使用寿命长
降低机油消耗
降低机油耗，要严格控制活塞环、气门导管、增压器轴承等处的机油 泄漏量，将发动 机额定工况时机油耗与柴油耗的比值控制到0.1% 以下。
机内处理技术
喷嘴压力 Mpa 250
燃油系统：更高压力的电控燃油喷射
先进的高压、高灵活性的FIE
200
单体泵 Unit Pump
150
泵喷嘴 Unit Injector
绿色汽车,让美好生活更临近 汽车污染物控制国际学术研讨会
在用柴油车现状及其污染物控制策略
同济大学汽车学院 楼狄明 2010.6.7
绿色汽车,让美好生活更临近 汽车污染物控制国际学术研讨会
目录
一．在用柴油车现状 二．柴油车污染物控制策略
一、在用柴油车现状
中国汽车生产量（万辆）
2009年，我国汽车产量达1379万辆，超过美国和日本，排名全球第1位 2004年～2009年，柴油车产量占总产量的20%～28% 2010年1～4月我国汽车产量达611.8万辆，其中柴油车127.7万辆。
• NOX和PM是目前许多中国城市环境空气质量面临的最大问题
– PM10超标 – 部分城市出现灰霾天气 – 光化学污染威胁
• 交通微环境空气质量差 • 许多城市中柴油车黑烟投诉比例高
wenku.baidu.com
二、柴油车污染物控制策略
1.不断加严排放法规
欧洲重型柴油机排放标准限值
全球重型柴油机排放限值走势
欧洲轻型柴油车排放标准限值
共轨 Common Rail
100
直列泵 Inline pump
50
0
1991
1994
1997
2000
2003
2006
2009
目标轨压（bar） 目标轨压（bar）
发动机转速（rpm）
目标轨压的优化
为了降低微粒排放，最高轨压从 1400bar提高到1600bar，同时整个区域 的轨压变换平滑
循环喷油量（mg/str）
¾乳化柴油
80
60
40
E0
E10
E15
20
E20
ED
0
1200
1600
2000
2400
2800
3200
转速n （r/min）
350
300
250
200 E0
150
E10
E15
100
E20
ED 50
0
1200
1600
2000
2400
2800
3200
转速n （r/min）
0.7
E0 0.6
E10
0.5
E15
PM
CO
欧Ⅱ发动机 ESC
欧 Ⅲ发动机
ESC十三工况(欧Ⅲ)
欧Ⅲ柴油
GTL
0.26
0.217
4.78
4.639
0.09
0.058
1.33
1.230
6.0
5.0
-3.1%
Diesel(Euro III) GTL
4.0
3.0
2.0
-7.5%
1.0 -17.5%
-39.6%
0.0
HC
NOX
PM
CO
欧Ⅲ发动机
排气Em分issi析on B系enc统h
ESC和ELR限值
NEDC排放限值
重型柴油机
轻型柴油车
2. 清洁燃料技术
提高燃油品质
GTL Fuel
降低燃油的硫含量到350ppm （国3标准燃油）或者50ppm （国4标准燃油）以下。
¾GTL 排放—欧Ⅱ、欧Ⅲ重型柴油机
欧Ⅱ发动机
ECE R 49十三工况(欧Ⅱ)
7.0 GTL
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0 -0.2%
-24.8% -9.2%
0.0
HC
NOX
PM
CO
欧Ⅱ发动机 ECE R49
10.0 9.0
-15.1% Diesel(Euro II)
8.0
GTL
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0 +8.1%
-48.1% -13.3%
0.0
HC
NOX
CO2 降低PM
H2O
催化剂涂层
载体
废气流出
废气
微粒捕集器DPF
¾DPF转换效率： PM>80%，
微粒捕集器
再生后
捕集
再生
微粒捕集器DPF再生技术 (1) 催化再生
催化剂降低微粒的反应活化 能，降低其着火温度200~300 度。
两种方法： 一种是将金属基催化剂加入燃油中； 另一种是将催化剂涂覆在过滤体上，。
• 柴油标准滞后于柴油车标准
上海市机动车污染物排放分担
车辆数 (a) 车辆数
车行里程(b) 里程分布 摩托车 15%
摩托车 46%
轻型客车 39%
公交巴士 3%
重型货车 11%
重型客车 1%
轻型客车 44%
轻型货车
3%
公交巴士 1%
出租车 重型货车重型客车 3%
NOx排(c) 放NOx
7%
1%
摩托车
公交巴士 2% 14%
轻型客车 24%
出租车 22%
轻型货车 4%
PM 排放 (d) PM10 10
公交巴士 22%
轻型客车 轻型货车
摩托5车% 3%
1% 出租车
2%
重型客车
7%
重型货车 45%
轻型货车
2%柴油车是我国主要城市NOx和PM10的
出租车
7% 主要排放源
重型客车 6%
重型货车 60%
柴油车排放的影响
ESC十三工况(欧Ⅲ)
欧Ⅱ柴油
GTL
欧Ⅱ柴油
GTL
HC (g/kW.h)
0.45
0.45
0.47
0.51
NOX (g/kW.h)
6.94
5.99
8.75
7.43
PM (g/kW.h)
0.15
0.11
0.23
0.12
CO (g/kW.h)
0.69
0.63
0.43
0.37
8.0
-13.7% Diesel(Euro II)
循环喷油量（mg/str）
国4排放
发动机转速（rpm）
国3排放
燃烧系统
新型燃烧室 低涡流比控制
¾每缸四气门结构，喷油嘴垂直中置。 ¾四气门结构有使发动机提高功率15%左右，降低油耗4%左右的潜力。 ¾进行气道优化设计。
PM 净化控制技术 CO PM HC
废气进入
氧化催化转化器DOC
¾DOC转换效率: PM：25%-50%， HC/CO：85~90%