發(fā)動(dòng)機(jī)原理第八章發(fā)動(dòng)機(jī)排放與噪聲

章發(fā)動(dòng)機(jī)排放與噪聲1876年世界上第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)誕生，至今已130余年；1943年：美國洛杉磯市出現(xiàn)光化學(xué)煙霧（photo-chemicalsmog）1952年：加州工大A.H.Smit博士提出Smog生成機(jī)理： HC＋NO2→→O3＋PAN（過氧?；跛猁}）1966年：加州實(shí)施世界上第一個(gè)“汽車排放法規(guī)”（7工況）1968年：日本實(shí)施“大氣污染防止法”（怠速測CO）1970年：歐洲開始實(shí)施排放法規(guī)（怠速測CO、HC）1984年：中國實(shí)施排放法規(guī)（汽油車怠速、柴油車自由加速煙度）1999年：北京實(shí)施國Ⅰ法規(guī)2000年：全國實(shí)施歐Ⅰ法規(guī)2017年：北京實(shí)施京6法規(guī)，實(shí)現(xiàn)了國際接軌序言—排氣污染及其防治的歷程主要內(nèi)容第一節(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)與測試（自學(xué)）第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來源與控制汽油機(jī)Vs柴油機(jī)：CO：汽>柴（10：1）HC：汽>柴（5：1）NO：汽>柴（2：1）PM：汽<柴（1：10~100）PM高度顯微圖例第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的生成及危害一、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的現(xiàn)狀：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。二、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的危害：1.一氧化碳CO：CO是無色無臭有窒息性的毒性氣體。2.碳?xì)浠衔颒C：HC包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解和部分氧化產(chǎn)物，如烷烴、烯烴、芳香烴、醛、酮、酸等數(shù)百種成分。烷烴基本上無味，對(duì)人體健康不產(chǎn)生直接影響。烯烴略帶甜味，有麻醉作用，對(duì)粘膜有刺激，經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化會(huì)變成對(duì)基因有毒的環(huán)氧衍生物。芳香烴對(duì)血液和神經(jīng)系統(tǒng)有害，特別是多環(huán)芳香烴(PAH)及其衍生物有強(qiáng)致癌作用。醛類是刺激性物質(zhì)，對(duì)眼、呼吸道、血液有毒害。烴類成分還是引起光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)。3.氮氧化物NOx：氮氧化物是燃燒過程形成的多種氮氧化物，如NO、NO2、N2O3、N2O5等，總稱為NOx。在內(nèi)燃機(jī)中主要是NO，約占95％，其次為NO2，占5％。NO是無色無味氣體，只有輕度刺激性，毒性不大，高濃度時(shí)會(huì)造成中樞神經(jīng)有輕度障礙，但NO易被氧化成NO2。NO2是一種紅棕色有刺激性氣味的有毒氣體。它對(duì)人體健康的影響見表8-3。NO2吸人人體后，和血液中血紅素蛋白(Hb)結(jié)合，使血液輸氧能力下降，對(duì)心臟、肝、腎都會(huì)有影響。NO2易溶于水，被人吸入肺部后，能與肺中的水分結(jié)合成稀硝酸，引起支氣管炎、肺氣腫。NO2是地面附近大氣中形成光化學(xué)煙霧的主要因素，也是酸雨的來源之一。4.光化學(xué)煙霧：HC和NOx在太陽紫外線作用下會(huì)生成臭氧(O3)和過氧?；跛猁}(PAN)，即一種具有刺激性的淺藍(lán)色煙霧，稱為光化學(xué)煙霧，它是一種有強(qiáng)刺激性的二次污染物。臭氧對(duì)人體的危害主要表現(xiàn)在刺激和破壞深部呼吸道粘膜和組織，對(duì)眼睛也有刺激,5.微粒：微粒對(duì)人體健康的危害和微粒的大小及其組成有關(guān)。微粒愈小，懸浮在空氣中的時(shí)間愈長，進(jìn)入人體肺部后停滯在肺部及支氣管中的比例愈大，危害也就愈大，小于0.1μm(微米，10-6m)的微粒能在空氣中作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入肺部并附在肺細(xì)胞的組織中，有些還會(huì)被血液吸收。微粒能粘附SO2、未燃HC、NO2等有毒物質(zhì)或苯丙芘等致癌物，因而對(duì)人體健康造成更大危害。由于柴油機(jī)的微粒直徑大多小于0.3μm，而且數(shù)量比汽油機(jī)高出30～60倍，成分更為復(fù)雜，因而柴油機(jī)排出的微粒危害更大。三、發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的生成機(jī)理1.一氧化碳CO的生成：①燃料不完全燃燒；②混合氣不均勻；③CO2高溫時(shí)裂解。2.碳?xì)浠衔颒C的生成：①冷激效應(yīng)②油膜與沉積物吸附③火焰淬熄④未燃碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸?.氮氧化物NOx的生成溫度超過2000℃時(shí)，氧分子會(huì)分解成氧原子，它和氮分子化合生成NO，其反應(yīng)機(jī)理如下:促使生成NO的因素有三個(gè)：1.氧的濃度;2.溫度;3.反應(yīng)滯留時(shí)間。4.微粒在汽油機(jī)中，含鉛汽油中的鉛和汽油中硫造成的硫酸鹽，是排氣微粒的主要成分。如果用無鉛汽油，加上汽油含硫量一般都很低，可以認(rèn)為汽油機(jī)基本上不排放微粒。柴油機(jī)的微粒排放量要比汽油機(jī)大幾十倍。這種微粒由在燃燒時(shí)生成的含碳粒子(碳煙)及其表面上吸附的多種有機(jī)物組成。圖8-4燃燒系統(tǒng)中碳煙粒子的形成過程5.光化學(xué)煙霧產(chǎn)生光化學(xué)煙霧的基本條件是大氣中存在一定濃度的HC和NOx(一次有害污染物)，當(dāng)HC的濃度大于NOx濃度的3倍時(shí)，在強(qiáng)烈的陽光照射的誘發(fā)下產(chǎn)生O3和過氧?；跛猁}(PAN)組成的光化學(xué)煙霧。一般這種二次有害污染物常發(fā)生在夏秋之間，在污染物多、大氣不流暢的大城市或盆地地區(qū)，而且在午后2～3點(diǎn)鐘，光化學(xué)煙霧濃度最高。汽油機(jī)有害排放物：排氣中的CO、HC、NOx、CO2；曲軸箱通風(fēng)向大氣排出的HC排放；燃料供給系中燃料蒸發(fā)的HC等。污染物來源不同，措施不同：尾氣排放燃燒系統(tǒng)改進(jìn)+后處理技術(shù)；曲軸箱通風(fēng)PCV閥回流到進(jìn)氣管；燃料供給系蒸發(fā)物活性碳罐吸收裝置來控制第二節(jié)影響汽油機(jī)有害排放物生成的主要因素及控制一、影響因素：1.混合氣成分處于最佳燃燒的范圍內(nèi)，HC及油耗均為最低。CO：φa↑，CO↓（單調(diào)）； φa>1，逐漸達(dá)最低值HC：φa↑，HC↓；φa過大，HC回升（過?。㎞O：φa<1時(shí)，還原氣氛，NO↓； φa＝1.1左右，高溫富氧同時(shí)具備，NO峰值； Φa>1.1后，氧化氣氛，但溫度下降，NO↓2.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.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.轉(zhuǎn)速NOx的生成量與混合氣成分有關(guān)，當(dāng)用濃混合氣時(shí)，NOx生成量增加。當(dāng)用稀混合氣時(shí)，NOx生成量減少。提高怠速轉(zhuǎn)速使混合氣變稀，CO及HC的排放減少5.工況不同工況由于混合氣濃度不同，有害物的排放量相差很大。在怠速工況下，HC排放濃度增加.在減速工況下，HC增加。6.廢氣再循環(huán)率將一部分排氣回送至燃燒室，有利于抑制NOx的生成，動(dòng)力性會(huì)變差。二、機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)機(jī)內(nèi)凈化是指改善可燃混合氣的品質(zhì)和燃燒狀況，抑制有害氣體的產(chǎn)生，降低排氣中的有害成分。1.廢氣再循環(huán)裝置將一部分排氣（5～20%）引入進(jìn)氣系統(tǒng)，和混合氣一起再進(jìn)入氣缸燃燒。廢氣再循環(huán)EGR（ExhaustGasRecirculation）機(jī)理：CO2不活性氣體、氧濃度下降→燃燒速度下降→溫度下降（如下圖）混合氣的比熱容上升→→溫度下降,內(nèi)部EGR？如何實(shí)現(xiàn)？EGR的問題隨EGR率提高，PM和油耗等惡化，為此要隨負(fù)荷調(diào)節(jié)EGR率（右上圖）；同時(shí)采取混合均勻和穩(wěn)定燃燒的措施（右下圖），或冷卻EGREGR的效果2.改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)：⑴冷啟動(dòng)、暖機(jī)和怠速采用進(jìn)氣自動(dòng)加熱系統(tǒng)；機(jī)油冷卻器應(yīng)有自動(dòng)控制溫度的裝置；冷卻系統(tǒng)除了用節(jié)溫器控制冷卻液的循環(huán)外，還廣泛應(yīng)用溫控硅油離合器風(fēng)扇或溫控電動(dòng)風(fēng)扇，改善冷卻系對(duì)溫度的適應(yīng)性；提高怠速轉(zhuǎn)速。恒溫進(jìn)氣裝置1—進(jìn)氣導(dǎo)流管；2—真空控制膜盒；3—控制閥；4—進(jìn)氣溫度傳感器；5—空氣濾清器；6—熱爐；7—冷空氣入口；8—排氣支管；9—熱空氣出口；10—熱空氣管③提高燃油品質(zhì)⑵壓縮比在汽油辛烷值允許的前提下盡可能用較高的壓縮比，以獲得較好的功率和油耗指標(biāo)。用電控單元適當(dāng)推遲點(diǎn)火消除爆燃。⑶燃燒系統(tǒng)理想的燃燒室形狀應(yīng)是緊湊、表面積小，并帶有一定強(qiáng)度的進(jìn)氣旋流?；鸹ㄈ贾迷谌紵抑行奈恢?，可使未燃的HC排放物較低。應(yīng)盡可能使燃燒系統(tǒng)緊湊。⑷進(jìn)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(jìn)氣。理想的氣門正時(shí)，應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷而變化，采用可變配氣相位方法；將進(jìn)氣道設(shè)計(jì)成與氣門正時(shí)協(xié)調(diào)，在進(jìn)氣結(jié)束前瞬間，壓力波峰值到達(dá)進(jìn)氣門。對(duì)排氣道的設(shè)計(jì)也類似。⑸活塞組設(shè)計(jì)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。⑹分層稀薄燃燒分隔式燃燒室稀薄燃燒是當(dāng)今發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的方向之一。3.電子燃油噴射系統(tǒng)EFI：小負(fù)荷時(shí)，提供濃混合氣；在常用的中等負(fù)荷時(shí)，提供略稀混合氣；在大負(fù)荷時(shí)，提供濃混合氣。4.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)1.曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)PCV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?xì)怏w，并與曲軸箱內(nèi)的潤滑油蒸汽混合后，由通風(fēng)口排入大氣的污染氣體。新鮮空氣由空濾器進(jìn)入曲軸箱，與竄氣混合后，經(jīng)PCV閥進(jìn)入進(jìn)氣管，與空氣或油氣混合氣一起被吸入氣缸燃燒掉。2.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)燃油蒸發(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。活性碳罐式油蒸氣吸附裝置活性炭罐式油蒸氣吸附裝置燃油蒸發(fā)（EVAP）排放控制系統(tǒng)1—油箱；2—單向閥；3—接緩沖器；4—控制電磁閥；5—節(jié)氣門；6—進(jìn)氣歧管；7—真空控制閥；8—定量排放孔；9—活性炭罐；10—油箱蓋附真空泄放閥活性碳罐吸收裝置用活性碳罐吸附燃油系統(tǒng)的蒸發(fā)物；在進(jìn)氣過程中隨清洗空氣進(jìn)入氣缸?；钚蕴炕钚蕴抗迒蜗蜷y3.三元催化轉(zhuǎn)化器TWC：結(jié)構(gòu)：在過量空氣系數(shù)=1附近，三效催化劑對(duì)CO、HC和NOX能同時(shí)達(dá)到較好的凈化效果三效催化轉(zhuǎn)化器的凈化效果三效催化劑—排放控制技術(shù)的一次革命三效催化劑及排放控制系統(tǒng)三效催化劑的凈化效果三效催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)載體—氧化鋁球、陶瓷蜂窩載體和金屬載體3種?？酌芏?200-600（孔/in2）壁厚=0.15~0.10mm（陶瓷）催化劑分類：氧化型催化劑、還原型催化劑、三效催化劑、稀燃催化劑?！裱趸痛呋瘎∣C，OxidationCatalyst）2CO+O2—2CO2（1-1）4HC＋5O2—4CO2+2H2O（1-2）2H2+O2—2H2O（1-3）汽油車催化劑工作原理●三效催化劑（TWC，ThreeWayCatalyst）2CO+2NO—2CO2+N2（1-4）4HC+10NO—4CO2＋2H2O＋5N2（1-5）2H2+2NO—2H2O+N2（1-6）二次空氣供給系統(tǒng)二次空氣供給系統(tǒng)控制回路——在下列情況下ECU不給二次空氣電磁閥通電：①電控燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)控制。②冷卻液溫度超過規(guī)定范圍。③發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷超過規(guī)定值。④ECU發(fā)現(xiàn)有故障。吸附還原催化劑（LeanNOxTrap)用于稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)，如稀燃汽油機(jī)、柴油機(jī)以脈沖方式加入HC作還原劑→→形成還原氣氛→→NOx還原反應(yīng)例－ZLEV排放控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)汽油機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)“近零”排放，滿足未來十年的排放要求多級(jí)催化劑（本田1998年）HC吸附＋預(yù)熱＋TWC＋…….10萬英里老化后，排放僅有加州超低排放法規(guī)（ULEV）限值得1/10，在市區(qū)行駛時(shí)的NMHC排放低于周圍大氣中的濃度。相當(dāng)于考慮發(fā)電廠排污在內(nèi)的電動(dòng)車排放水平。(暖機(jī)后1ppmHC,而環(huán)境3～4ppm)汽油機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)“近零”排放，滿足未來十年的排放法規(guī)第三節(jié)影響柴油機(jī)有害排放物生成的主要因素一、柴油機(jī)燃燒及排放物生成的特點(diǎn)：當(dāng)油束噴入有進(jìn)氣渦流的燃燒室中時(shí)，可大致分為稀燃火焰熄滅區(qū)、稀燃火焰區(qū)、油束心部，油束尾部和后噴部以及壁面油膜，從油束邊緣到油束核心部分，局部空燃比可從無窮大變到零。根據(jù)負(fù)荷不同，各區(qū)排放物生成的性質(zhì)也不一樣。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、供氧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：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，燃油分子容易發(fā)生高溫裂解而形成碳煙。醛類：主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)生醛類中間產(chǎn)物。微粒的成分近年來提出：PM10、PM2.5、汽油機(jī)PMPM粒度越來越小，目前可認(rèn)為絕大部分在0.1～1μm范圍（右圖）成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)干碳煙（DS）可溶性有機(jī)成分（SOF）硫酸鹽(Sulfate)40％～50％35％～45％5％～10％某歐2柴油機(jī)PM粒度分布1.混合氣成分：二、影響因素：在接近滿負(fù)荷時(shí)(較小)，CO濃度驟增。NOx生成率最高處仍出現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷工況。NOx濃度隨增加而減少。柴油機(jī)排氣中有碳煙排出，隨著混合氣變濃，排煙濃度增多2.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)1.增壓中冷技術(shù)將增壓后空氣再進(jìn)行冷卻的中冷技術(shù)，使得進(jìn)氣溫度降低，循環(huán)進(jìn)氣量更大。這樣，增加空燃比改善了柴油機(jī)的燃燒，從而降低了微粒、NOx排放，而且功率進(jìn)一步增加。增壓中冷柴油機(jī)參數(shù)選配得當(dāng)，則柴油機(jī)大部分性能都會(huì)得到改善。２.改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)：進(jìn)氣組織：組織一定強(qiáng)度的缸內(nèi)旋流或紊流。多氣門：多氣門能加大循環(huán)充氣量以改善動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。３.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高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)CommonRail(1500-2200Bar)高壓噴射效果見圖8－40高壓噴射降低排放的效果高壓噴射,Soot降低，NOx升高；并用EGRNOx與PM同時(shí)降低（AVL例）４.改進(jìn)燃燒系統(tǒng)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：采用較大口徑比的淺平燃燒室，配合小孔徑的多噴孔噴嘴。燃燒室形狀縮口燃燒室已取代應(yīng)用最廣的直邊不縮口燃燒室。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。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。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排放之間較好的折中。適當(dāng)提高壓縮比５.降低機(jī)油消耗盡可能減少竄入燃燒室的機(jī)油量；減少機(jī)油從氣門桿的泄漏。６.廢氣再循環(huán)柴油機(jī)可以使用比汽油機(jī)大得多的廢氣再循環(huán)量。７.提高燃油品質(zhì)提高柴油的十六烷值。柴油機(jī)過多使用EGR，會(huì)導(dǎo)致異常磨損柴油機(jī)需要的EGR率高于汽油機(jī)原因：新氣中φa高，廢氣中CO2少一般，汽油機(jī)EGR<20％，柴油機(jī)>25~40%四、機(jī)外凈化技術(shù)１.微粒捕集器采用過濾的方法對(duì)柴油機(jī)排氣中的微粒進(jìn)行凈化。微粒捕集器（DPF）過濾材料●DPF材料：陶瓷蜂窩載體、陶瓷纖維編織物、金屬纖維編織物?！駪?yīng)用最多的是:壁流式蜂窩陶瓷過濾效率可達(dá)90%以上。DPF的再生問題再生（regeneration）柴油機(jī)排溫過低，PM不易氧化；一旦起燃，又易高溫?zé)邸Ｔ偕绞健飻嗬m(xù)再生（被動(dòng)再生，Passive）－交替工作/再生，一般采用加熱方法,電加熱、燃燒器加熱、反吹法★連續(xù)再生（主動(dòng)再生，Active）－邊工作邊再生，一般為催化方法，催化劑、燃料中添加催化劑（鈰）。InletofDPFOutletofDPF連續(xù)（主動(dòng)）再生實(shí)例★載體表面（或入口處）涂催化劑★燃料中添加催化劑（鈰）★以NO2作氧化劑（下圖，JM公司）作用：降低碳粒氧化起燃溫度柴油機(jī)NOx后處理方法迄今為止，研究開發(fā)的柴油機(jī)NOx后處理方法如下：（1）選擇性非催化還原（SNCR，SelectiveNoncatalyticReduction）（2）選擇性催化還原（歐洲看好）(SCR，SelectiveCatalyticReduction)（3）非選擇性催化還原（NSCR，NonselectiveCatalyticReduction）（4）吸附還原催化劑（美國看好）(NSR，NOxStorageReduction或LNT)（5）冷等離子體（6）未來的四效催化劑—CO、HC、NOx、PMSCR-NOx催化還原系統(tǒng)噴射量約為油耗的3～7％NH3<10ppmSCRcatalystanddosingsystem(Source:Bosch)SCR法NOx催化還原系統(tǒng)例（自動(dòng)車技術(shù)，2003年，No.1，p44）Urea－SCR后處理系統(tǒng)，在實(shí)際中達(dá)到90%的凈化效率，已商業(yè)化存在問題：Urea添加系統(tǒng)、防止Urea排放、Urea毒性和腐蝕性前置DOC的硫中毒。２.氧化催化轉(zhuǎn)化器３.NOx還原催化轉(zhuǎn)化器４.四元催化轉(zhuǎn)化器增壓＋EGR＋中冷降低PM降低NOx降低NOx現(xiàn)代低排放柴油機(jī)-實(shí)例DPF降低PM排放控制策略的選擇技術(shù)路線1：機(jī)內(nèi)降PM＋機(jī)外采用SCR（燃油經(jīng)濟(jì)性好，歐洲是主流）技術(shù)路線2：EGR降NOx＋機(jī)外采用DPF（成本低一些，美國是主流）面對(duì)更為嚴(yán)格的排放法規(guī)，同時(shí)需要SCR和DPF滿足歐4－歐5的排放控制策略排放法規(guī)的變遷汽車誕生以來遇到兩次危機(jī)：能源、排放。后者又較前者影響大，且持續(xù)時(shí)間長。2017年1月，北京開始實(shí)施國6排放法規(guī)，實(shí)現(xiàn)了國際接軌。第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測試（自學(xué)）一、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)排放物體積分?jǐn)?shù)﹙％和﹚和質(zhì)量濃度質(zhì)量排放量（g/h、g/N或g/㎏）比排放量（）第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測試（自學(xué)）二、測定方法：1、工況法常用工況與污染較重工況組成一個(gè)或者若干個(gè)測試循環(huán)，一般用于新車認(rèn)證，價(jià)格高于怠速法100—200倍。2、怠速法僅測量HC和CO，采用便攜式排放分析儀，用于環(huán)保部門對(duì)在用車輛的檢測。不同工況由于混合氣濃度不同，有害物的排放量相差很大。在怠速工況下，HC排放濃度增加.在減速工況下，HC增加。三、輕型車與重型車工況法又根據(jù)輕型車和重型車而采用不同的試驗(yàn)方法。對(duì)于輕型車和重型車的定義各國不完全統(tǒng)一，一般將總質(zhì)量在４００～３５００(４０００)ｋｇ范圍內(nèi)，乘員在９～１２人以下的車輛定義為輕型車，為了與農(nóng)用車區(qū)別，還規(guī)定其最高車速應(yīng)在５０ｋｍ／ｈ以上。而總質(zhì)量在３５００(４０００)ｋｇ以上的定義為重型車。輕型車與重型車輕型車一般用底盤測功機(jī)進(jìn)行測量。重型車一般用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行測量。輕型車轉(zhuǎn)鼓－排放試驗(yàn)臺(tái)四、排放限值工況法檢測的排放限值一般分為兩類，即產(chǎn)品認(rèn)證試驗(yàn)限值和產(chǎn)品一致性試驗(yàn)限值。產(chǎn)品認(rèn)證試驗(yàn)是指對(duì)新設(shè)計(jì)車型的認(rèn)證試驗(yàn)；產(chǎn)品一致性試驗(yàn)是指對(duì)批量生產(chǎn)車輛的試驗(yàn)，要求從成批生產(chǎn)的車輛中任意抽取一輛或若干輛進(jìn)行試驗(yàn)。一般來說，產(chǎn)品認(rèn)證試驗(yàn)限值嚴(yán)于產(chǎn)品一致性試驗(yàn)限值，但這兩種排放限值今后有合二為一的趨勢(shì)。五、排放法規(guī)１、輕型車排放法規(guī)(１)美國排放法規(guī)世界上最早的工況法排放法規(guī)于1966年誕生在美國加利福尼亞州，用七個(gè)工況組成一個(gè)測試循環(huán)(稱為加州標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán))，并于1968年被美國聯(lián)邦政府采納作為聯(lián)邦排放法規(guī)。

(２)歐洲排放法規(guī)歐洲現(xiàn)行的輕型車排放測試循環(huán)由若干等加速、等減速、等速和怠速工況組成。

(３)日本排放法規(guī)日本于1968年起實(shí)施“大氣污染防止法”，1973年起采用10工況測試循環(huán)(熱起動(dòng))，1992年起改用１０·１５工況測試循環(huán)示。

(４)各種排放法規(guī)的對(duì)比(５)我國排放法規(guī)我國于１９８４年４月１日開始實(shí)施排放法規(guī)。美國ＦＴＰ-７５測試循環(huán)瞬態(tài)工況——美國適用于輕型車模擬城市行駛工況分成：冷起動(dòng)－熱穩(wěn)定－停車－熱起動(dòng)四個(gè)階段，分別采氣分析（加權(quán)）歐洲測試循環(huán)(ＥＣＥ-１５＋ＥＵＤＣ)相對(duì)穩(wěn)定工況——ECE15＋EUDC適用于輕型車模擬城市區(qū)（citycycle）和郊區(qū)（ExtraUrbanDrivingCycle）行駛工況起動(dòng)后40s后開始采氣分析（歐Ⅲ后取消40s，并加-7℃起動(dòng)），全過程采氣1袋歐洲循環(huán)工況被我國和世界上大多數(shù)國家采用，有可能成為國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。日本１０·１５測試循環(huán)日本10-15工況，也是由市區(qū)工況和郊區(qū)工況組成美國、歐洲、日本輕型車排放測試循環(huán)的主要參數(shù)對(duì)比測試循環(huán)ECE-15·EUDC10·15總行駛距離/km17.9114.16平均車速/km/h31.732.522.7最高車速/km/h91.2120（90）70總循環(huán)時(shí)間/型車排放控制的進(jìn)程歐洲重型車用柴油機(jī)排放限值(單位：ｇ／(ｋＷ·ｈ))２.重型車排放法規(guī)只要求在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行，結(jié)果用發(fā)動(dòng)機(jī)比排量表示（g/(kW`h)）發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測試循環(huán)——13工況法（ECER49）適用于重型車（柴油車）額定轉(zhuǎn)速5工況+最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速5工況+怠速3工況，各點(diǎn)加權(quán)作和需要在有反拖功能的電力測功機(jī)上試驗(yàn)六、排放檢測的取樣系統(tǒng)１.輕型車工況法測試的取樣系統(tǒng)用于輕型車工況法測試的定容采樣系統(tǒng)(ＣＦＶ／ＣＶＳ系統(tǒng))

ＣＤ—底盤測功機(jī)ＡＢ—空氣取樣袋ＣＦ—積累流量計(jì)ＣＦＶ—臨界流文杜里管ＣＳ—旋風(fēng)分離器ＤＡＦ—稀釋空氣濾清器ＤＥＰ—稀釋排氣抽氣泵ＤＴ—稀釋風(fēng)道Ｆ—過濾器ＦＣ—流量控制器ＦＬ—流量計(jì)ＨＥ—換熱器ＨＦ—加熱過濾器ＰＧ—壓力表ＱＦ—快接管接頭ＱＶ—快速作用閥ＳＢ—稀釋排氣取樣袋ＳＦ—測量微粒排放質(zhì)量的取樣過濾器ＳＰ—取樣泵ＴＣ—溫度控制器ＴＳ—溫度傳感器２.發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測試時(shí)的采樣系統(tǒng)圖９-２６加熱采樣系統(tǒng)

１—取樣探頭２—粗濾器３—逆向清掃系統(tǒng)４—取樣泵５—減壓器

６—?dú)鈽永鋮s器７—冷凝液分離器８—細(xì)濾器七、有害氣體成分分析目前，用于汽車氣體排放污染物分析的方法主要有三種，即，用不分光紅外分析儀測量ＣＯ和ＣＯ２；用氫火焰離子分析儀測量ＨＣ；用化學(xué)發(fā)光分析儀測量ＮＯｘ。世界各國在其工況法檢測標(biāo)準(zhǔn)中都嚴(yán)格規(guī)定必須采用上述測試方法。但怠速法檢測標(biāo)準(zhǔn)中略有不同，可以用不分光紅外法測量ＣＯ、ＣＯ２和ＨＣ。在試驗(yàn)研究中，對(duì)排氣氣體的成分和濃度分析可采用氣相色譜儀，上述分析方法及其原理在有關(guān)排放的專著中均有詳細(xì)介紹。（1）標(biāo)準(zhǔn)排氣分析儀CO、CO2 ——不分光紅外分析儀NDIRTHC（HC） ——?dú)浠鹧骐x子分析儀FIDNO、NOx ——化學(xué)發(fā)光法CLD（2）怠速排氣分析CO、CO2、HC ——NDIRNO、NOx ——電化學(xué)法（3）氣相色普儀（實(shí)驗(yàn)室分析） 通過更換色普柱，可以測量CO、CO2、HC、NO、NO2及非常規(guī)氣體，但時(shí)間周期長。 CEB-Ⅱ型排氣分析儀不分光紅外線吸收型（NDIR）分析儀：——CO，CO2氫火焰離子型分析儀（FID）：-HC化學(xué)發(fā)光法型分析儀（CLD）：-NOx１、柴油機(jī)排氣微粒的采集圖９-２７微粒采集系統(tǒng)示意圖２、微粒成分的分析方法圖９-２８波許煙度計(jì)的檢測儀分流—稀釋/溫控—濾紙采集干碳DS可溶有機(jī)成分SOF硫酸鹽PM總質(zhì)量（恒溫濕，μg天平）＜0.2μm;0.2-0.5μm;0.5-1μm;1-2.5μm;＞2.5μmParticulateSizeClassifier

成分分析粒徑分析按法規(guī)檢測某歐3柴油機(jī)微粒排放分析PM分析實(shí)例外特性PM分析1200r/min負(fù)荷特性PM分析隨燃燒的改善，Sulfate比例上升；三種成分的比例隨工況變化很大。３.煙度的測量方法(１)波許(Ｂｏｓｃｈ)煙度計(jì)最早問世和目前使用最廣泛的是波許煙度計(jì)，它主要由定容采樣泵和檢測儀兩部分組成。

(２)馮布蘭德(ＶｏｎＢｒａｎｄ)煙度計(jì)馮布蘭德煙度計(jì)也是一種濾紙式煙度計(jì)。

(３)哈特里奇(Ｈａｒｔｒｉｄｇｅ)煙度計(jì)哈特里奇煙度計(jì)是一種典型的透光式煙度計(jì)，其測量原理如圖９-２９所示。哈特里奇煙度計(jì)基本結(jié)構(gòu)

１—光源２—排氣入口３—排氣測試管４—光電池

５—轉(zhuǎn)換手柄６—空氣校正器７—鼓風(fēng)機(jī)

８—排氣出口第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來