第八章發(fā)動機的排放與噪聲

1、第八章第八章發(fā)動機排放與噪聲發(fā)動機排放與噪聲廈門理工學院車輛工程教研室洪漢池目目 錄錄第一節(jié) 發(fā)動機有害排放物的生成及危害第二節(jié) 影響汽油機有害排放物生成的主要因素及控制第三節(jié) 影響柴油機有害排放物生成的主要因素第四節(jié) 發(fā)動機排放標準與測試第五節(jié) 發(fā)動機噪聲來源與控制 隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車保有量的急劇增加，發(fā)動機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)動機有害排放物對城市的大氣污染構成了嚴重威脅，各國都相繼制定了日益嚴格的排放標準，因而發(fā)動機環(huán)保技術與節(jié)能技術一樣，成為當今發(fā)動機技術發(fā)展的首要課題。第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機有害排放物的生成及危害發(fā)動機有害排放物的生成及危害一

2、、發(fā)動機排放污染的現狀：一、發(fā)動機排放污染的現狀：空氣：空氣：恒定成分：氧氣、氮氣、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)動機廢氣污染發(fā)動機廢氣污染是空氣中不定組分的最主要的來源，已成為城市污染的首要污染源。 根據國務院發(fā)展研究中心課題組的方案預測結果，中國汽車保有量將在2005年達到3356萬輛，2010年達到5669萬輛，2020年達到13103萬輛。隨著汽車保有量的增加，我國發(fā)動機污染物排放總量也日趨上升。二、發(fā)動機排放污染物的危害：二、發(fā)動機排放污染物的危害：1.一氧化碳一氧化碳CO ：2.2.碳氫化合物碳氫化合物HC：3.3.氮氧化物氮氧化物NOx：4.光

3、化學煙霧：光化學煙霧：5.微粒：微粒：三、發(fā)動機排放污染的生成機理：三、發(fā)動機排放污染的生成機理：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 中間產物 產生的原因是缺氧 混合氣不均勻：過濃區(qū)混合氣不均勻：過濃區(qū) CO2高溫時裂解。2.碳氫化合物碳氫化合物HC的生成： 冷激效應 油膜與沉積物吸附 火焰淬熄 未燃碳氫化合物的后期氧化3.3.氮氧化物氮氧化物NOx的生成：v高溫、富氧、反應滯留時間長均是NOx生成的有利條件。HNONOHONONONNOONOO22224.碳煙：碳煙：v汽油機中，PM的主要成分是硫酸鹽v柴油機中，PM的主要成分是碳煙5

4、.光化學煙霧：光化學煙霧：第二節(jié)第二節(jié) 影響汽油機有害排放物生成的主影響汽油機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.點火正時：點火正時：減小點火提前角對降低HC及NOx均有利，但以犧牲動力性為代價。3.3.負荷：負荷：怠速、小負荷： CO、 HC增多；中等負荷： CO、 HC少，NOx多；滿負荷： NOx多、 HC少、 CO增加。4.4.轉速：轉速：從減少排氣污染出發(fā)，可適當提高怠速轉速。5.5.工況：工況：6.6.廢氣再循環(huán)率：廢氣再循環(huán)率：恰當的廢氣再循環(huán)率能有效地控制Nox的生成。二、機內凈化技術：二、機內凈化技術：1.1.廢氣再廢氣

5、再循環(huán)裝置循環(huán)裝置EGREGR：EGREGR率必須根據工況要求進行控制率必須根據工況要求進行控制2.2.改進發(fā)動機設計：改進發(fā)動機設計：冷啟動、暖機和怠速：冷啟動、暖機和怠速：冷啟動：盡量縮短啟動時間；暖機：使可燃混合氣、冷卻液和機油盡快熱起來；怠速：提高怠速轉速至8001000r/min。壓縮比：壓縮比： 壓縮比，發(fā)動機熱效率 ； 壓縮比，燃燒室內溫度 ，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結構緊湊、表面積小，并帶有一定強度的進氣渦流。火花塞位置火花塞位置：進氣系統(tǒng)：進氣系統(tǒng)：采用每缸3、4或5氣門；采用渦輪增壓代替自然進氣

6、。活塞組設計：活塞組設計：活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間形成的間隙，對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)到活塞頂的距離。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燃式內燃機性能和排放的關鍵因素。三元催化轉化器只有當空燃比為14.9左右時才能有效地同時轉化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)動機。4.提高燃油品質提高燃油品質：提高燃油辛烷值；采用代用燃料。三、機外凈化技術：三、機外凈化技術：1. .曲軸箱強制曲

7、軸箱強制通風系統(tǒng)通風系統(tǒng)PCVPCV：曲軸箱竄氣曲軸箱竄氣是指在壓縮和燃燒過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氣體，并與曲軸箱內的潤滑油蒸汽混合后，由通風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. .三元催化轉化器三元催化轉化器TWC：結構：結構：第三節(jié)第三節(jié) 影響柴油機有害排放物生成的主要因素影響柴油機有害排放物生成的主要因素一、柴油機燃燒及排一、柴油機燃燒及排放物生成的特點：放物生成的特點：v柴油機燃燒柴油機燃燒是一種多相非均勻混合物的不穩(wěn)定的燃燒。v

8、油束分區(qū)油束分區(qū)：v根據負荷，各區(qū)排放物生成的性質：根據負荷，各區(qū)排放物生成的性質：未燃HC： 低負荷時，主要產生在稀燃火焰熄滅區(qū)； 高負荷時，主要產生在油束心部、油束尾部和后噴 部及壁面油膜處。CO： 低負荷時，主要產生在稀燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火焰 區(qū)的交界面上； 高負荷時，主要產生在油束心部、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)及油束心部產生較多。碳煙碳煙： 高負荷時，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。醛類醛類： 主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產生醛類中間產物。1.混合氣成分：混合氣成分：二、影響

9、因素：二、影響因素：一般來說，柴油機的燃油供給是質調節(jié)。2.噴油時刻：噴油時刻：延遲噴油是降低Nox 的主要措施之一。三、機內凈化技術：三、機內凈化技術：1.增壓中冷技術：增壓中冷技術：通過增壓可加大循環(huán)進氣量，提高輸出功率。且，增壓后，進氣溫度高滯燃期縮短，混合氣有可以適當變稀，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械損失變化不大，使油耗有所下降。但進氣溫度升高使Nox 增多。v采用增壓中冷技術來降低碳煙和NOx排放。.改進進氣系統(tǒng)：改進進氣系統(tǒng)：進氣組織：多氣門：.改進噴油系統(tǒng)：改進噴油系統(tǒng)：高壓噴射推遲噴油提前角減小噴孔直徑，增加噴孔數目高壓共軌電控燃油噴射.改

10、進燃燒系統(tǒng)：改進燃燒系統(tǒng)：燃燒室容積比燃燒室容積比：燃燒室容積對氣缸余隙容積之比。燃燒室口徑比燃燒室口徑比：現在的趨勢是除了缸徑很小的柴油機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用最廣的直邊不縮口燃燒室。v用縮口燃燒室加強燃燒室口部的氣體湍流，促進擴散混合和燃燒。v燃燒室底部中央的凸起適當加大，以進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，加強燃燒室中的微觀湍流，加速燃燒，減少碳煙生成。v適當提高柴油機壓縮比可降低HC和CO排放，并結合推遲噴油獲得動力經濟性能與NOx排放

11、之間較好的折中。 適當提高壓縮比適當提高壓縮比.降低機油消耗降低機油消耗.廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán).提高燃油品質提高燃油品質四、機外凈化技術：四、機外凈化技術：.微粒捕集器微粒捕集器.氧化催化轉化器氧化催化轉化器. NOx還原催化轉化器還原催化轉化器. 四元催化轉化器四元催化轉化器第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機排放標準與測試發(fā)動機排放標準與測試一、評定標準一、評定標準：v排放物體積分數和和質量濃度v質量排放量（g/h、g/N或g/ ）v比排放量（ ） 6103/mmg)/(hkWg二、排放標準：二、排放標準：三、排放物測定：三、排放物測定：.試驗規(guī)范試驗規(guī)范底盤測功機2.排氣取樣系統(tǒng)排氣取樣系統(tǒng)3.測試儀器：測試儀器：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化學發(fā)光法型分析儀（CLD） ：-NOx第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)動機噪聲來源與控制發(fā)動機噪聲來源與控制了解一、發(fā)動機噪聲的來源：發(fā)動機噪聲的來源：1.燃燒噪聲燃燒噪聲在燃燒