发动机的排放与噪声

1、第八章第八章发动机排放与噪声发动机排放与噪声厦门理工学院车辆工程教研室洪汉池目目 录录第一节 发动机有害排放物的生成及危害第二节 影响汽油机有害排放物生成的主要因素及控制第三节 影响柴油机有害排放物生成的主要因素第四节 发动机排放标准与测试第五节 发动机噪声来源与控制 随着汽车工业的高速发展，汽车保有量的急剧增加，发动机的排气污染与噪声污染已成为地球环境的主要污染源，特别是发动机有害排放物对城市的大气污染构成了严重威胁，各国都相继制定了日益严格的排放标准，因而发动机环保技术与节能技术一样，成为当今发动机技术发展的首要课题。第一节第一节 发动机有害排放物的生成及危害发动机有害排放物的生成及危害一

2、、发动机排放污染的现状：一、发动机排放污染的现状：空气：空气：恒定成分：氧气、氮气、稀有气体等可变成分：二氧化碳、水蒸气等不定部分：有害气体、尘埃等发动机废气污染发动机废气污染是空气中不定组分的最主要的来源，已成为城市污染的首要污染源。 根据国务院发展研究中心课题组的方案预测结果，中国汽车保有量将在2005年达到3356万辆，2010年达到5669万辆，2020年达到13103万辆。随着汽车保有量的增加，我国发动机污染物排放总量也日趋上升。二、发动机排放污染物的危害：二、发动机排放污染物的危害：1.一氧化碳一氧化碳CO ：2.2.碳氢化合物碳氢化合物HC：3.3.氮氧化物氮氧化物NOx：4.光

3、化学烟雾：光化学烟雾：5.微粒：微粒：三、发动机排放污染的生成机理：三、发动机排放污染的生成机理：1.一氧化碳一氧化碳CO 的生成：的生成： 燃料不完全燃烧： C + O CO + O CO 中间产物 产生的原因是缺氧 混合气不均匀：过浓区混合气不均匀：过浓区 CO2高温时裂解。2.碳氢化合物碳氢化合物HC的生成： 冷激效应 油膜与沉积物吸附 火焰淬熄 未燃碳氢化合物的后期氧化3.3.氮氧化物氮氧化物NOx的生成：v高温、富氧、反应滞留时间长均是NOx生成的有利条件。HNONOHONONONNOONOO22224.碳烟：碳烟：v汽油机中，PM的主要成分是硫酸盐v柴油机中，PM的主要成分是碳烟5

4、.光化学烟雾：光化学烟雾：第二节第二节 影响汽油机有害排放物生成的主影响汽油机有害排放物生成的主要因素及控制要因素及控制一、影响因素、影响因素： 1.混合气成分：2.2.点火正时：点火正时：减小点火提前角对降低HC及NOx均有利，但以牺牲动力性为代价。3.3.负荷：负荷：怠速、小负荷： CO、 HC增多；中等负荷： CO、 HC少，NOx多；满负荷： NOx多、 HC少、 CO增加。4.4.转速：转速：从减少排气污染出发，可适当提高怠速转速。5.5.工况：工况：6.6.废气再循环率：废气再循环率：恰当的废气再循环率能有效地控制Nox的生成。二、机内净化技术：二、机内净化技术：1.1.废气再废气

5、再循环装置循环装置EGREGR：EGREGR率必须根据工况要求进行控制率必须根据工况要求进行控制2.2.改进发动机设计：改进发动机设计：冷启动、暖机和怠速：冷启动、暖机和怠速：冷启动：尽量缩短启动时间；暖机：使可燃混合气、冷却液和机油尽快热起来；怠速：提高怠速转速至8001000r/min。压缩比：压缩比： 压缩比，发动机热效率 ； 压缩比，燃烧室内温度 ，NOx多。燃烧系统：燃烧系统：燃烧室的形状燃烧室的形状：主要影响未燃的HC排放物浓度。理想的燃烧室形状应结构紧凑、表面积小，并带有一定强度的进气涡流。火花塞位置火花塞位置：进气系统：进气系统：采用每缸3、4或5气门；采用涡轮增压代替自然进气

6、。活塞组设计：活塞组设计：活塞、活塞环与气缸壁之间形成的间隙，对HC排放有很大的影响。要在工作可靠的前提下尽量缩小活塞头部与气缸的间隙，尽量缩小顶环到活塞顶的距离。分层稀薄燃烧：分层稀薄燃烧：分隔式分隔式燃烧室燃烧室3.电子燃油喷射系统电子燃油喷射系统EFI：混合气形成的空燃比特性是决定点燃式内燃机性能和排放的关键因素。三元催化转化器只有当空燃比为14.9左右时才能有效地同时转化CO、HC和Nox三种污染物。控制空燃比最好的办法是采用代氧传感器的闭环控制的电子控制燃油喷射发动机。4.提高燃油品质：提高燃油品质：提高燃油辛烷值；采用代用燃料。三、机外净化技术：三、机外净化技术：1. .曲轴箱强制

7、曲轴箱强制通风系统通风系统PCVPCV：曲轴箱窜气曲轴箱窜气是指在压缩和燃烧过程中由活塞和气缸之间的间隙窜入曲轴箱的油气混合气和已燃气体，并与曲轴箱内的润滑油蒸汽混合后，由通风口排入大气的污染气体。2. .燃油蒸发控制系统：燃油蒸发控制系统：燃油蒸燃油蒸发发是指有油箱和燃油系统管接头处蒸发并排向大气的燃油蒸气。活性炭罐式油蒸气吸附装置3. .三元催化转化器三元催化转化器TWC：结构：结构：第三节第三节 影响柴油机有害排放物生成的主要因素影响柴油机有害排放物生成的主要因素一、柴油机燃烧及排一、柴油机燃烧及排放物生成的特点：放物生成的特点：v柴油机燃烧柴油机燃烧是一种多相非均匀混合物的不稳定的燃烧

8、。v油束分区油束分区：v根据负荷，各区排放物生成的性质：根据负荷，各区排放物生成的性质：未燃HC： 低负荷时，主要产生在稀燃火焰熄灭区； 高负荷时，主要产生在油束心部、油束尾部和后喷 部及壁面油膜处。CO： 低负荷时，主要产生在稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰 区的交界面上； 高负荷时，主要产生在油束心部、油束尾部和后喷部。Nox ： 在燃烧完全、供养充分及温度较高的稀燃火焰区及油束心部产生较多。碳烟碳烟： 高负荷时，在油束心部、油束尾部和后喷部的氧浓度低，气体温度高，燃右分子容易发生高温裂解而形成碳烟。醛类醛类： 主要在稀燃火焰熄灭区，由于低温氧化而产生醛类中间产物。1.混合气成分：混合气成分：二、

9、影响因素：二、影响因素：一般来说，柴油机的燃油供给是质调节。2.喷油时刻：喷油时刻：延迟喷油是降低Nox 的主要措施之一。三、机内净化技术：三、机内净化技术：1.增压中冷技术：增压中冷技术：通过增压可加大循环进气量，提高输出功率。且，增压后，进气温度高滞燃期缩短，混合气有可以适当变稀，这些都有利于降低燃烧噪声、 CO 及HC排放；再加上功率提高而机械损失变化不大，使油耗有所下降。但进气温度升高使Nox 增多。v采用增压中冷技术来降低碳烟和NOx排放。.改进进气系统：改进进气系统：进气组织：多气门：.改进喷油系统：改进喷油系统：高压喷射推迟喷油提前角减小喷孔直径，增加喷孔数目高压共轨电控燃油喷射

10、.改进燃烧系统：改进燃烧系统：燃烧室容积比燃烧室容积比：燃烧室容积对气缸余隙容积之比。燃烧室口径比燃烧室口径比：现在的趋势是除了缸径很小的柴油机用较小口径比的燃烧室外，一般采用较大口径比的浅平燃烧室配合小孔径的多喷孔喷嘴。燃烧室形状燃烧室形状缩口燃烧室已取代应用最广的直边不缩口燃烧室。v用缩口燃烧室加强燃烧室口部的气体湍流，促进扩散混合和燃烧。v燃烧室底部中央的凸起适当加大，以进一步提高空气的利用率。用带圆角的方形或五瓣梅花形（分别配4孔和5孔喷嘴）代替圆形燃烧室，加强燃烧室中的微观湍流，加速燃烧，减少碳烟生成。v适当提高柴油机压缩比可降低HC和CO排放，并结合推迟喷油获得动力经济性能与NOx

11、排放之间较好的折中。 适当提高压缩比适当提高压缩比.降低机油消耗降低机油消耗.废气再循环废气再循环.提高燃油品质提高燃油品质四、机外净化技术：四、机外净化技术：.微粒捕集器微粒捕集器.氧化催化转化器氧化催化转化器. NOx还原催化转化器还原催化转化器. 四元催化转化器四元催化转化器第四节第四节 发动机排放标准与测试发动机排放标准与测试一、评定标准一、评定标准：v排放物体积分数和和质量浓度v质量排放量（g/h、g/N或g/ ）v比排放量（ ） 6103/mmg)/(hkWg二、排放标准：二、排放标准：三、排放物测定：三、排放物测定：.试验规范试验规范底盘测功机2.排气取样系统排气取样系统3.测试仪器：测试仪器：v不分光红外线吸收型（NDIR）分析仪： CO，CO2v氢火焰离子型分析仪（FID） ：-HCv化学发光法型分析仪（CLD） ：-NOx第五节第五节 发动机噪声来源与控制发动机噪声来源与控制了解一、发动机噪声的来源：发动机噪声的来源：1.燃烧噪声燃烧噪声在燃烧