發(fā)動(dòng)機(jī)的排放與噪聲

1、第八章第八章發(fā)動(dòng)機(jī)排放與噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)排放與噪聲廈門(mén)理工學(xué)院車(chē)輛工程教研室洪漢池目目 錄錄第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的生成及危害第二節(jié) 影響汽油機(jī)有害排放物生成的主要因素及控制第三節(jié) 影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要因素第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來(lái)源與控制 隨著汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，汽車(chē)保有量的急劇增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染與噪聲污染已成為地球環(huán)境的主要污染源，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物對(duì)城市的大氣污染構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，各國(guó)都相繼制定了日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，因而發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)保技術(shù)與節(jié)能技術(shù)一樣，成為當(dāng)今發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的首要課題。第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的生成及危害發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的生成及危害一

2、、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的現(xiàn)狀：一、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的現(xiàn)狀：空氣：空氣：恒定成分：氧氣、氮?dú)?、稀有氣體等可變成分：二氧化碳、水蒸氣等不定部分：有害氣體、塵埃等發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣污染發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣污染是空氣中不定組分的最主要的來(lái)源，已成為城市污染的首要污染源。 根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心課題組的方案預(yù)測(cè)結(jié)果，中國(guó)汽車(chē)保有量將在2005年達(dá)到3356萬(wàn)輛，2010年達(dá)到5669萬(wàn)輛，2020年達(dá)到13103萬(wàn)輛。隨著汽車(chē)保有量的增加，我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放總量也日趨上升。二、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的危害：二、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的危害：1.一氧化碳一氧化碳CO ：2.2.碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔颒C：3.3.氮氧化物氮氧化物NOx：4.光

3、化學(xué)煙霧：光化學(xué)煙霧：5.微粒：微粒：三、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的生成機(jī)理：三、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的生成機(jī)理：1.一氧化碳一氧化碳CO 的生成：的生成： 燃料不完全燃燒： C + O CO + O CO 中間產(chǎn)物 產(chǎn)生的原因是缺氧 混合氣不均勻：過(guò)濃區(qū)混合氣不均勻：過(guò)濃區(qū) CO2高溫時(shí)裂解。2.碳?xì)浠衔锾細(xì)浠衔颒C的生成： 冷激效應(yīng) 油膜與沉積物吸附 火焰淬熄 未燃碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸?.3.氮氧化物氮氧化物NOx的生成：v高溫、富氧、反應(yīng)滯留時(shí)間長(zhǎng)均是NOx生成的有利條件。HNONOHONONONNOONOO22224.碳煙：碳煙：v汽油機(jī)中，PM的主要成分是硫酸鹽v柴油機(jī)中，PM的主要成分是碳煙5

4、.光化學(xué)煙霧：光化學(xué)煙霧：第二節(jié)第二節(jié) 影響汽油機(jī)有害排放物生成的主影響汽油機(jī)有害排放物生成的主要因素及控制要因素及控制一、影響因素、影響因素： 1.混合氣成分：2.2.點(diǎn)火正時(shí)：點(diǎn)火正時(shí)：減小點(diǎn)火提前角對(duì)降低HC及NOx均有利，但以犧牲動(dòng)力性為代價(jià)。3.3.負(fù)荷：負(fù)荷：怠速、小負(fù)荷： CO、 HC增多；中等負(fù)荷： CO、 HC少，NOx多；滿負(fù)荷： NOx多、 HC少、 CO增加。4.4.轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：從減少排氣污染出發(fā)，可適當(dāng)提高怠速轉(zhuǎn)速。5.5.工況：工況：6.6.廢氣再循環(huán)率：廢氣再循環(huán)率：恰當(dāng)?shù)膹U氣再循環(huán)率能有效地控制Nox的生成。二、機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)：二、機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)：1.1.廢氣再?gòu)U氣

5、再循環(huán)裝置循環(huán)裝置EGREGR：EGREGR率必須根據(jù)工況要求進(jìn)行控制率必須根據(jù)工況要求進(jìn)行控制2.2.改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)：改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)：冷啟動(dòng)、暖機(jī)和怠速：冷啟動(dòng)、暖機(jī)和怠速：冷啟動(dòng)：盡量縮短啟動(dòng)時(shí)間；暖機(jī)：使可燃混合氣、冷卻液和機(jī)油盡快熱起來(lái)；怠速：提高怠速轉(zhuǎn)速至8001000r/min。壓縮比：壓縮比： 壓縮比，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率 ； 壓縮比，燃燒室內(nèi)溫度 ，NOx多。燃燒系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)：燃燒室的形狀燃燒室的形狀：主要影響未燃的HC排放物濃度。理想的燃燒室形狀應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、表面積小，并帶有一定強(qiáng)度的進(jìn)氣渦流?；鸹ㄈ恢没鸹ㄈ恢茫哼M(jìn)氣系統(tǒng)：進(jìn)氣系統(tǒng)：采用每缸3、4或5氣門(mén)；采用渦輪增壓代替自然進(jìn)氣

6、?；钊M設(shè)計(jì)：活塞組設(shè)計(jì)：活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間形成的間隙，對(duì)HC排放有很大的影響。要在工作可靠的前提下盡量縮小活塞頭部與氣缸的間隙，盡量縮小頂環(huán)到活塞頂?shù)木嚯x。分層稀薄燃燒：分層稀薄燃燒：分隔式分隔式燃燒室燃燒室3.電子燃油噴射系統(tǒng)電子燃油噴射系統(tǒng)EFI：混合氣形成的空燃比特性是決定點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)性能和排放的關(guān)鍵因素。三元催化轉(zhuǎn)化器只有當(dāng)空燃比為14.9左右時(shí)才能有效地同時(shí)轉(zhuǎn)化CO、HC和Nox三種污染物?？刂瓶杖急茸詈玫霓k法是采用代氧傳感器的閉環(huán)控制的電子控制燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。4.提高燃油品質(zhì)：提高燃油品質(zhì)：提高燃油辛烷值；采用代用燃料。三、機(jī)外凈化技術(shù)：三、機(jī)外凈化技術(shù)：1. .曲軸箱強(qiáng)制

7、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)PCVPCV：曲軸箱竄氣曲軸箱竄氣是指在壓縮和燃燒過(guò)程中由活塞和氣缸之間的間隙竄入曲軸箱的油氣混合氣和已燃?xì)怏w，并與曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油蒸汽混合后，由通風(fēng)口排入大氣的污染氣體。2. .燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)：燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)：燃油蒸燃油蒸發(fā)發(fā)是指有油箱和燃油系統(tǒng)管接頭處蒸發(fā)并排向大氣的燃油蒸氣?；钚蕴抗奘接驼魵馕窖b置3. .三元催化轉(zhuǎn)化器三元催化轉(zhuǎn)化器TWC：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：第三節(jié)第三節(jié) 影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要因素影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要因素一、柴油機(jī)燃燒及排一、柴油機(jī)燃燒及排放物生成的特點(diǎn)：放物生成的特點(diǎn)：v柴油機(jī)燃燒柴油機(jī)燃燒是一種多相非均勻混合物的不穩(wěn)定的燃燒

8、。v油束分區(qū)油束分區(qū)：v根據(jù)負(fù)荷，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)：根據(jù)負(fù)荷，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)：未燃HC： 低負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)； 高負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部和后噴 部及壁面油膜處。CO： 低負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在稀燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火焰 區(qū)的交界面上； 高負(fù)荷時(shí)，主要產(chǎn)生在油束心部、油束尾部和后噴部。Nox ： 在燃燒完全、供養(yǎng)充分及溫度較高的稀燃火焰區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。碳煙碳煙： 高負(fù)荷時(shí)，在油束心部、油束尾部和后噴部的氧濃度低，氣體溫度高，燃右分子容易發(fā)生高溫裂解而形成碳煙。醛類(lèi)醛類(lèi)： 主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)生醛類(lèi)中間產(chǎn)物。1.混合氣成分：混合氣成分：二、

9、影響因素：二、影響因素：一般來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)的燃油供給是質(zhì)調(diào)節(jié)。2.噴油時(shí)刻：噴油時(shí)刻：延遲噴油是降低Nox 的主要措施之一。三、機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)：三、機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)：1.增壓中冷技術(shù)：增壓中冷技術(shù)：通過(guò)增壓可加大循環(huán)進(jìn)氣量，提高輸出功率。且，增壓后，進(jìn)氣溫度高滯燃期縮短，混合氣有可以適當(dāng)變稀，這些都有利于降低燃燒噪聲、 CO 及HC排放；再加上功率提高而機(jī)械損失變化不大，使油耗有所下降。但進(jìn)氣溫度升高使Nox 增多。v采用增壓中冷技術(shù)來(lái)降低碳煙和NOx排放。.改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)：改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)：進(jìn)氣組織：多氣門(mén)：.改進(jìn)噴油系統(tǒng)：改進(jìn)噴油系統(tǒng)：高壓噴射推遲噴油提前角減小噴孔直徑，增加噴孔數(shù)目高壓共軌電控燃油噴射

10、.改進(jìn)燃燒系統(tǒng)：改進(jìn)燃燒系統(tǒng)：燃燒室容積比燃燒室容積比：燃燒室容積對(duì)氣缸余隙容積之比。燃燒室口徑比燃燒室口徑比：現(xiàn)在的趨勢(shì)是除了缸徑很小的柴油機(jī)用較小口徑比的燃燒室外，一般采用較大口徑比的淺平燃燒室配合小孔徑的多噴孔噴嘴。燃燒室形狀燃燒室形狀縮口燃燒室已取代應(yīng)用最廣的直邊不縮口燃燒室。v用縮口燃燒室加強(qiáng)燃燒室口部的氣體湍流，促進(jìn)擴(kuò)散混合和燃燒。v燃燒室底部中央的凸起適當(dāng)加大，以進(jìn)一步提高空氣的利用率。用帶圓角的方形或五瓣梅花形（分別配4孔和5孔噴嘴）代替圓形燃燒室，加強(qiáng)燃燒室中的微觀湍流，加速燃燒，減少碳煙生成。v適當(dāng)提高柴油機(jī)壓縮比可降低HC和CO排放，并結(jié)合推遲噴油獲得動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性能與NOx

11、排放之間較好的折中。 適當(dāng)提高壓縮比適當(dāng)提高壓縮比.降低機(jī)油消耗降低機(jī)油消耗.廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán).提高燃油品質(zhì)提高燃油品質(zhì)四、機(jī)外凈化技術(shù)：四、機(jī)外凈化技術(shù)：.微粒捕集器微粒捕集器.氧化催化轉(zhuǎn)化器氧化催化轉(zhuǎn)化器. NOx還原催化轉(zhuǎn)化器還原催化轉(zhuǎn)化器. 四元催化轉(zhuǎn)化器四元催化轉(zhuǎn)化器第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試一、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)一、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：v排放物體積分?jǐn)?shù)和和質(zhì)量濃度v質(zhì)量排放量（g/h、g/N或g/ ）v比排放量（ ） 6103/mmg)/(hkWg二、排放標(biāo)準(zhǔn)：二、排放標(biāo)準(zhǔn)：三、排放物測(cè)定：三、排放物測(cè)定：.試驗(yàn)規(guī)范試驗(yàn)規(guī)范底盤(pán)測(cè)功機(jī)2.排氣取樣系統(tǒng)排氣取樣系統(tǒng)3.測(cè)試儀器：測(cè)試儀器：v不分光紅外線吸收型（NDIR）分析儀： CO，CO2v氫火焰離子型分析儀（FID） ：-HCv化學(xué)發(fā)光法型分析儀（CLD） ：-NOx第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來(lái)源與控制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來(lái)源與控制了解一、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的來(lái)源：發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的來(lái)源：1.燃燒噪聲燃燒噪聲在燃燒