CH9凈化方案及新能源汽車(chē)技術(shù)

1、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及控制主講人主講人 龔金科等龔金科等2022年3月24日課程內(nèi)容課程內(nèi)容9.1 汽油車(chē)排放污染物凈化方案9.2 柴油車(chē)排放污染物凈化方案9.3 混合動(dòng)力車(chē)第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析概述：主要內(nèi)容 討論汽油車(chē)和柴油車(chē)分別達(dá)到歐II、歐III和歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)的一般凈化方案，介紹混合動(dòng)力新技術(shù)。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 汽油車(chē)排放污染物凈化方案 采用閉環(huán)電控燃油系統(tǒng)加三效催化轉(zhuǎn)化器可達(dá)到歐II排放標(biāo)準(zhǔn)。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 歐III標(biāo)準(zhǔn)要求催化劑的起燃溫度盡可能低、使用強(qiáng)制加熱方式使轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度在起動(dòng)

2、時(shí)就超過(guò)起燃溫度。汽油車(chē)排放污染物凈化方案 滿(mǎn)足歐III排放標(biāo)準(zhǔn)，二氣門(mén)、非增壓汽油機(jī)可采用閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)加緊耦合型三效催化轉(zhuǎn)化器、前置雙催化轉(zhuǎn)化器或三效催化轉(zhuǎn)化器輔以強(qiáng)制加熱；多氣門(mén)、增壓汽油機(jī)則可采用閉環(huán)電控燃油噴射系統(tǒng)加低起燃溫度的三效催化轉(zhuǎn)化器或緊耦合型三效催化轉(zhuǎn)化器。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 三效催化轉(zhuǎn)化器汽油車(chē)排放污染物凈化方案 要滿(mǎn)足歐III排放標(biāo)準(zhǔn)，也可采用缸內(nèi)直噴稀薄燃燒汽油機(jī)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 采用GDI技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)汽油車(chē)排放污染物凈化方案 對(duì)于歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)，一般在多氣門(mén)增壓汽油機(jī)上采用綜合控制的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)加緊耦合

3、型三效催化轉(zhuǎn)化器、前置雙催化轉(zhuǎn)化器或三效催化轉(zhuǎn)化器輔以強(qiáng)制加熱實(shí)現(xiàn)，同時(shí)采用廢氣再循環(huán)可進(jìn)一步降低NOX排放。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)柴油車(chē)排放污染物凈化方案 對(duì)于歐II排放標(biāo)準(zhǔn)，可以采用渦輪增壓中冷和高壓噴射減少微粒，采用廢氣再循環(huán)降低NOX。 要達(dá)到歐III排放標(biāo)準(zhǔn)，需采用電子控制，每循環(huán)多次高壓噴射。在此基礎(chǔ)上采用微粒捕集器，進(jìn)一步降低微粒； 采用多級(jí)中冷廢氣再循環(huán)進(jìn)一步降低NOX，結(jié)合先進(jìn)的電控技術(shù)，可以使柴油車(chē)達(dá)到歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 滿(mǎn)足歐II排放標(biāo)準(zhǔn)的CA4DS2系列柴油機(jī)柴油車(chē)排放污染物凈化方案第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污

4、染物凈化方案及分析 滿(mǎn)足歐III標(biāo)準(zhǔn)的柴油車(chē)可以考慮采用的部分關(guān)鍵技術(shù)柴油車(chē)排放污染物凈化方案第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 滿(mǎn)足歐III標(biāo)準(zhǔn)的柴油車(chē)可以考慮采用的部分關(guān)鍵技術(shù)柴油車(chē)排放污染物凈化方案 歐II標(biāo)準(zhǔn)要求使用含硫量500ppm(0.05%)的柴油； 歐III標(biāo)準(zhǔn)要求使用含硫量200ppm(0.02%)的柴油； 而歐IV標(biāo)準(zhǔn)要求使用含硫量55ppm (0.0055%)的柴油。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 我國(guó)第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的歐IV柴油發(fā)動(dòng)機(jī)YC6L-40混合動(dòng)力汽車(chē) 混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)，是將能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和能量存儲(chǔ)技術(shù)集合于一體的汽車(chē)。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污

5、染物凈化方案及分析 豐田混合動(dòng)力車(chē)Prius HEV既發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又利用了電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的長(zhǎng)處，使得汽車(chē)的熱效率得以提高，廢氣排放得到改善?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)發(fā)展概況 圖9-7 國(guó)產(chǎn)混合動(dòng)力車(chē) 混合動(dòng)力汽車(chē)在發(fā)達(dá)國(guó)家已日益成熟，有些國(guó)家已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。1997年10月，全球首輛商業(yè)性混合動(dòng)力型汽車(chē)“PRIUS”由日本豐田公司研制成功。 隨著排放法規(guī)日趨嚴(yán)格，混合動(dòng)力汽車(chē)性能日益提高以及成本的不斷降低，混合動(dòng)力汽車(chē)的市場(chǎng)份額將逐漸增大，成為本世紀(jì)頭20年重點(diǎn)發(fā)展的新型汽車(chē)。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略 先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)是混合動(dòng)力汽車(chē)

6、取得成功并表現(xiàn)其優(yōu)越性的關(guān)鍵?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)將電力驅(qū)動(dòng)和輔助動(dòng)力單元合用到一輛汽車(chē)上。 一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最佳工作點(diǎn)上驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或直接驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，排放少、效率高； 另一方面，蓄電池又得到發(fā)電機(jī)的不斷充電，加大了續(xù)駛里程，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 混合動(dòng)力汽車(chē)類(lèi)型第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)混合動(dòng)力汽車(chē)類(lèi)型第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)混合動(dòng)力汽車(chē)類(lèi)型第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)插電式混合電動(dòng)車(chē)插電式混合電動(dòng)車(chē) 插電式混

7、合動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)接入家用電源為系插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)接入家用電源為系統(tǒng)中配備的充電電池充電，充電后可統(tǒng)中配備的充電電池充電，充電后可 僅憑僅憑充電電池作為電動(dòng)汽車(chē)行駛。另外，在充電充電電池作為電動(dòng)汽車(chē)行駛。另外，在充電電池的剩余電量用完后，并不是切換至發(fā)動(dòng)電池的剩余電量用完后，并不是切換至發(fā)動(dòng)機(jī)行駛模式，而是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，機(jī)行駛模式，而是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)，利用由此產(chǎn)生的電力為蓄電池充電，利用由此產(chǎn)生的電力為蓄電池充電， 繼續(xù)繼續(xù)用電動(dòng)機(jī)行駛，從而形成了串聯(lián)方式的插電用電動(dòng)機(jī)行駛，從而形成了串聯(lián)方式的插電式混合動(dòng)力車(chē)。式混合動(dòng)力車(chē)。 代表車(chē)型有代表車(chē)型有:通用的通用的VOLT, 比亞

8、迪的比亞迪的F3DM比亞迪的比亞迪的F3DM工作原理工作原理豐田公司豐田公司PRIUSTHS系統(tǒng)動(dòng)力合成器動(dòng)力合成器特點(diǎn)：特點(diǎn)： 核心是用行星齒輪組組成的動(dòng)力合成器。核心是用行星齒輪組組成的動(dòng)力合成器。 阿特金森阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在低油耗高效率的轉(zhuǎn)速范圍。在起動(dòng)、加速和上發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在低油耗高效率的轉(zhuǎn)速范圍。在起動(dòng)、加速和上坡等發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足時(shí)，由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力。坡等發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足時(shí)，由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力。 鎳鎳-氫電池氫電池 計(jì)算機(jī)控制的多能源動(dòng)力控制模塊。計(jì)算機(jī)控制的多能源動(dòng)力控制模塊。 THS系統(tǒng)相當(dāng)時(shí)一個(gè)電控自動(dòng)無(wú)級(jí)變速器系統(tǒng)相當(dāng)時(shí)一個(gè)電控自動(dòng)無(wú)

9、級(jí)變速器 制動(dòng)時(shí)能回收能量，使整車(chē)效率提高制動(dòng)時(shí)能回收能量，使整車(chē)效率提高20%混合動(dòng)力汽車(chē)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 混合動(dòng)力汽車(chē)要進(jìn)入實(shí)用化，需要具備高比能量和高比功率的能量存儲(chǔ)裝置，低成本、高效率的電子設(shè)備和燃料經(jīng)濟(jì)性高、排放低的高效發(fā)動(dòng)機(jī)。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要有：第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 混合動(dòng)力單元技術(shù)第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力可以同時(shí)來(lái)自熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)。在混合動(dòng)力汽車(chē)上，發(fā)動(dòng)機(jī)又被稱(chēng)為混合動(dòng)力單元。 控制混合動(dòng)力單元的排放將是今后研究的重點(diǎn)。從目前的研究表明，直噴式柴油機(jī)將是首選的混合動(dòng)力單元?；旌蟿?dòng)力車(chē)系統(tǒng)示意圖能量存儲(chǔ)技術(shù) 目

10、前用于混合動(dòng)力汽車(chē)的能量存儲(chǔ)裝置主要還是高能蓄電池，鎳氫電池和鋰離子電池的技術(shù)也較成熟。未來(lái)能量存儲(chǔ)裝置需要進(jìn)一步降低制造成本，改善電池性能，提高電池使用壽命。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 能量存儲(chǔ)裝置也稱(chēng)之為載荷調(diào)節(jié)裝置。汽車(chē)集成電力電子模塊技術(shù) 混合動(dòng)力汽車(chē)的控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是混合動(dòng)力系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新。第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物凈化方案及分析 二、純電動(dòng)汽車(chē)二、純電動(dòng)汽車(chē) 電動(dòng)汽車(chē)組成電動(dòng)汽車(chē)組成 蓄電池蓄電池 電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 車(chē)身與底盤(pán)車(chē)身與底盤(pán) 安全保護(hù)系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng) 1 1、純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)模式、純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)模式 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)

11、動(dòng)系統(tǒng)的兩大優(yōu)勢(shì)：電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的兩大優(yōu)勢(shì)：調(diào)速性能好調(diào)速性能好響應(yīng)快速響應(yīng)快速 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式 輪轂電動(dòng)分散驅(qū)動(dòng)式輪轂電動(dòng)分散驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式輪轂電動(dòng)分散驅(qū)動(dòng)式輪轂電動(dòng)分散驅(qū)動(dòng)式2、純電動(dòng)汽車(chē)能量總成控制技術(shù)、純電動(dòng)汽車(chē)能量總成控制技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的能量分配優(yōu)化系統(tǒng)的能量分配預(yù)測(cè)電池的荷電狀態(tài)和相應(yīng)的續(xù)駛里程預(yù)測(cè)電池的荷電狀態(tài)和相應(yīng)的續(xù)駛里程再生制動(dòng)時(shí)，合理調(diào)整再生能量再生制動(dòng)時(shí)，合理調(diào)整再生能量提供最佳的駕駛模式提供最佳的駕駛模式調(diào)整溫度控制方式調(diào)

12、整溫度控制方式自診斷自診斷三、燃料電池汽車(chē)三、燃料電池汽車(chē) （一）氫燃料電池（一）氫燃料電池 工作原理工作原理 燃料電極：燃料電極：H2 2H+2e 氧電極：氧電極： 0.5O2+2e+ 2H+ H2 總反應(yīng)：總反應(yīng)：0.5O2 + H2 H2O質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池 又稱(chēng)固體高聚合物電解質(zhì)燃料電池又稱(chēng)固體高聚合物電解質(zhì)燃料電池，用可傳導(dǎo)質(zhì)子的聚合膜作為電解，用可傳導(dǎo)質(zhì)子的聚合膜作為電解質(zhì)，這種聚合膜具有選擇透過(guò)離子質(zhì)，這種聚合膜具有選擇透過(guò)離子的功能，是關(guān)鍵技術(shù)。的功能，是關(guān)鍵技術(shù)。 質(zhì)子燃料電池單體由氧電極、燃料質(zhì)子燃料電池單體由氧電極、燃料電極和質(zhì)子交換膜等組成。燃料電電極和質(zhì)子交換膜等組成。燃料電池本體由若干個(gè)單體電池串聯(lián)、并池本體由若干個(gè)單體電池串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組成。聯(lián)或串并聯(lián)組成。 正負(fù)極均為多孔碳電極，在電極內(nèi)正負(fù)極均為多孔碳電極，在電極內(nèi)浸入氟磺酸并與質(zhì)子交換膜壓合，浸入氟磺酸并與質(zhì)子交換膜壓合，電極之間為催化劑層和電解質(zhì)，共電極之間為催化劑層和電解質(zhì)，共同組成單元電池。同組成單元電池。（二）燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)（二）燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)（三）燃料電池汽車(chē)驅(qū)動(dòng)類(lèi)型及特點(diǎn)（三）燃料電池汽車(chē)驅(qū)動(dòng)類(lèi)型及特點(diǎn)1、純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)、純?nèi)剂想姵仳?qū)動(dòng)2、燃料電池和輔助蓄電池聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、燃料電池和輔助蓄電池聯(lián)合