第七章 发动机噪声及排放污染

1、第七章第七章 发动机噪声及排放污染发动机噪声及排放污染v噪声噪声: 汽车的主要噪声源汽车的主要噪声源 发动机。发动机。v汽油机的主要噪声源汽油机的主要噪声源 风扇噪声和配气机构风扇噪声和配气机构噪声。噪声。v柴油机的主要噪声源柴油机的主要噪声源 燃烧噪声。燃烧噪声。v柴油机的噪声比汽油机的大。柴油机的噪声比汽油机的大。v排放排放: 汽油机的汽油机的HC、CO和和NOx排放比柴油机排放比柴油机的多，柴油机的炭粒排放比汽油机的多。的多，柴油机的炭粒排放比汽油机的多。CO第一节第一节 发动机噪声污染及防治发动机噪声污染及防治vGB规定规定: 城市噪声声压级白天城市噪声声压级白天 42 dB ，夜间，

2、夜间 37 dB 。 v一一 噪声的评价指标噪声的评价指标v（一）（一） 噪声的物理参数噪声的物理参数v1 声压声压 p: 声波通过介质时，波峰处的压力升高量声波通过介质时，波峰处的压力升高量 pa 。v2 声压级声压级 Lp 无因次参数无因次参数: dB v其中其中 P0 1000 Hz 时的基准声压，即听阀声压时的基准声压，即听阀声压,P0=210-5 pa 。v 人耳能听到的听阀声压人耳能听到的听阀声压=210-5 pa ，v 产生疼痛的痛阀声压产生疼痛的痛阀声压 = 20 pa 。相差。相差100万倍左右。万倍左右。 0pplg20pLv3 声功率声功率 Wv 声源在单位时间内所辐射的

3、总能量声源在单位时间内所辐射的总能量 W 。v其中其中S 包围声源的封闭面面积；包围声源的封闭面面积； v 声强在微元面积声强在微元面积ds法线方向的分量。法线方向的分量。v（1） 在自由场中，声波球面辐射，则在自由场中，声波球面辐射，则v W/m v（2） 在开阔地面上，声波半球面辐射，则在开阔地面上，声波半球面辐射，则v W/m WI dsnsInIWr球42IWr半球22v4 声功率级声功率级 无因次参数无因次参数v dB v其中其中 基准声功率，基准声功率， W 。v 声压级声压级 ，声强级，声强级 和声功率级和声功率级 的范围均为的范围均为 0120 dB 。LwLWWw 100lg

4、W0W01210v5 频率与频带频率与频带v 人耳能听到的声音频率范围为人耳能听到的声音频率范围为2020,000 Hz 。v 将其分为若干个频率段将其分为若干个频率段 频带或频程。频带或频程。v 常用倍频程和常用倍频程和1/3频程。频程。v 倍频程的中心频率倍频程的中心频率 31.5，63，125，250，500，1000，2000，4000，8000，16000v 中心频率，上限频率和下限频率的关系为中心频率，上限频率和下限频率的关系为v ； ； 。v 频谱图频谱图 横坐标横坐标: 频率频率 （ 频带频带 ），纵坐标），纵坐标: 声声压级压级 ，声强级，声强级 或声功率级或声功率级 。ff

5、上中2ff下中12ff上下 2v（二）（二） 主观评价主观评价 响度级响度级v 即使声压级相同，而频率不同，人耳所感即使声压级相同，而频率不同，人耳所感受到的声音响度就会不同，主观评价参数受到的声音响度就会不同，主观评价参数 响度级响度级 方方 （ phon ） 。v以以1000 Hz 的纯音为基准声音，当某噪声的纯音为基准声音，当某噪声的响度与某声压级的纯音响度相同时，则该的响度与某声压级的纯音响度相同时，则该纯音的声压级纯音的声压级 dB 即为该噪声的响度级即为该噪声的响度级 phon 。v 如图的如图的ISO等响曲线由大量试验得出等响曲线由大量试验得出v1 100 Hz以下的噪声，以下的

6、噪声， 虽然声压级虽然声压级 dB 较高，但较高，但响度级响度级 phon 却低，人耳不敏感。却低，人耳不敏感。 低频、低声压低频、低声压级级 dB 的噪声，人耳听不到。的噪声，人耳听不到。v2 同一声压级同一声压级 dB 下，人耳对频率为下，人耳对频率为30004000 Hz的噪声（波谷）的噪声（波谷） 最为敏感，最为敏感， 其响度级其响度级 phon 最高。最高。v3 声压级高于声压级高于100 dB 时，等响曲线平缓，响度级时，等响曲线平缓，响度级 phon 仅与声压级仅与声压级 dB 有关，而与频率有关，而与频率 Hz 几乎无关。说明对于高几乎无关。说明对于高 dB 的噪声，人耳已分辨

7、的噪声，人耳已分辨不出高、低频了。不出高、低频了。v二二 发动机噪声分析发动机噪声分析v（一）（一） 车辆噪声源车辆噪声源v1 与发动机转速与发动机转速n有关的噪声源有关的噪声源v 进、排气噪声；旋转件噪声进、排气噪声；旋转件噪声 风扇，空风扇，空气压缩机，发电机和空调等。气压缩机，发电机和空调等。v2 与车速有关的噪声源与车速有关的噪声源v 传动噪声传动噪声 变速器，传动轴等；空气动变速器，传动轴等；空气动力噪声力噪声 轮胎噪声，车体噪声等。轮胎噪声，车体噪声等。v（二）（二） 发动机噪声源发动机噪声源 主要噪声源主要噪声源v1 直接传向大气的噪声源直接传向大气的噪声源v 进、排气噪声和风扇

8、噪声等进、排气噪声和风扇噪声等 属于空气动力噪属于空气动力噪声。声。v2 发动机表面辐射噪声源发动机表面辐射噪声源v 由发动机零部件的机械振动引起。由发动机零部件的机械振动引起。v（1） 燃烧噪声燃烧噪声 ， ，还与发动机零部件的强，还与发动机零部件的强度、刚度有关。度、刚度有关。v（2） 机械噪声机械噪声 发动机零部件之间的间隙撞击和发动机零部件之间的间隙撞击和零部件弹性变形，导致零部件振动引起。零部件弹性变形，导致零部件振动引起。v三三 发动机噪声的防治发动机噪声的防治v（一）（一） 降低燃烧噪声降低燃烧噪声v1 采用油膜蒸发型混合气形成方式采用油膜蒸发型混合气形成方式 M过程过程 v ，

9、 。v2 尽量使喷油先缓后急尽量使喷油先缓后急 推迟喷油开始时刻推迟喷油开始时刻 v ， 。v3 使用十六烷值高的燃料使用十六烷值高的燃料 。ppmaxppmaxiv（二）（二） 加强结构强度加强结构强度v 加固主轴承，多加和加固加强筋。加固主轴承，多加和加固加强筋。v（三）（三） 采用隔声罩壳采用隔声罩壳v 材料材料: 钢板、玻璃纤维和其它消声材料。钢板、玻璃纤维和其它消声材料。v 部位部位: 曲轴箱侧壁和排气总管。曲轴箱侧壁和排气总管。v（四）（四） 采用排气消声器采用排气消声器v 排气消声器排气消声器 声滤波器，随频率变化。声滤波器，随频率变化。v1 阻性消声器阻性消声器 主要用于小轿车

10、主要用于小轿车v 声学性能主要取决于声吸收构造和材料的流动阻力。降低声学性能主要取决于声吸收构造和材料的流动阻力。降低噪声的频带较广。噪声的频带较广。v2 抗性消声器抗性消声器 主要用于载货汽车主要用于载货汽车v 声学性能主要取决于消声器的几何形状，造成排气声能阻声学性能主要取决于消声器的几何形状，造成排气声能阻抗失配。阻抗失配使部分声能在消声器内来回反射震阻碍向抗失配。阻抗失配使部分声能在消声器内来回反射震阻碍向外辐射。外辐射。v3 阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器 用于各种汽车用于各种汽车v 以抗性消声器为基础，同时采用吸声材料，可使排气噪声以抗性消声器为基础，同时采用吸声材料，可使排气噪

11、声大幅度降低。大幅度降低。v（五）（五） 低噪声发动机设计低噪声发动机设计v 在满足基本性能的前提下，按降声原理设计结构参数。在满足基本性能的前提下，按降声原理设计结构参数。 第二节第二节 发动机排放污染及防治发动机排放污染及防治 v一一 发动机的污染源发动机的污染源v（一）（一） 排气污染排气污染 占发动机总污染量的占发动机总污染量的6585%v1 一氧化碳一氧化碳 COv2 氮氧化合物氮氧化合物v3 碳氢化合物碳氢化合物 HCv4 燃料液滴和炭粒燃料液滴和炭粒v5 各类铅、硫化合物各类铅、硫化合物v（二）（二） 曲轴箱通风污染曲轴箱通风污染 占发动机总污染量的占发动机总污染量的20%左右左

12、右v 主要是碳氢化合物主要是碳氢化合物 HC。v（三）（三） 汽油箱通风污染汽油箱通风污染 占发动机总污染量的占发动机总污染量的5%左右左右v 主要是碳氢化合物主要是碳氢化合物 HC。v（四）（四） 化油器浮子室及油泵接头处的泄漏污染化油器浮子室及油泵接头处的泄漏污染 占发动机总污染量的占发动机总污染量的 510%v 主要是碳氢化合物主要是碳氢化合物 HC。v（五）（五） 含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染v 本课程只讨论第一项本课程只讨论第一项 发动机的排气污染。发动机的排气污染。 v二二 发动机排放污染物的形成、危害和防治发动机排放污染物的形成、危害和防治v（一）

13、（一） 一氧化碳一氧化碳 COv1 形成形成v C + O CO + O CO v 中间产物中间产物 v 产生的原因是缺氧。产生的原因是缺氧。v 汽油机上汽油机上 1，但局部过浓的混合气。，但局部过浓的混合气。v2 危害危害v 煤气中毒煤气中毒 人体血液中的血红素对人体血液中的血红素对CO的亲和力的亲和力比对比对O的高，引起含的高，引起含CO的血红素所占比例增高，造的血红素所占比例增高，造成人体缺氧窒息。成人体缺氧窒息。v3 防治防治v（1） 稀薄燃烧与高能点火稀薄燃烧与高能点火v 使混合气的使混合气的 ，而又能够正常燃烧。，而又能够正常燃烧。v（2） 缩小燃烧室的激冷区缩小燃烧室的激冷区v

14、激冷区激冷区 燃烧室中由两个以上冷表面构燃烧室中由两个以上冷表面构成的狭窄空间，如挤气间隙。成的狭窄空间，如挤气间隙。v 激冷效应激冷效应 靠近激冷区的可燃混合气，靠近激冷区的可燃混合气，热损失过多而不能着火。热损失过多而不能着火。v 缩小燃烧室的激冷区缩小燃烧室的激冷区 燃烧易于完全燃烧易于完全 CO 。v（二）（二） 氮氧化合物氮氧化合物 NOxv1 形成形成v（1） 燃烧温度高燃烧温度高v（2） 高温持续时间长高温持续时间长v（3） 火焰前锋面中氧气的浓度高火焰前锋面中氧气的浓度高v 产生的原因是高温。产生的原因是高温。v2 危害危害v（1） 与肺中的水蒸汽粘合而形成稀硝酸，引起肺与肺中

15、的水蒸汽粘合而形成稀硝酸，引起肺水肿和肺气流阻力明显上升。水肿和肺气流阻力明显上升。v（2） 与与HC反应生成光化学过氧化物，是光化学烟反应生成光化学过氧化物，是光化学烟雾的主要成分。雾的主要成分。3.影响因素 1).混合气成分 2).点火正时 3).负荷 4).转速 5).过渡工况6).废气再循环 有害排放物浓度与有害排放物浓度与 的关系的关系 v4 防治防治v（1）降低压缩比）降低压缩比 缸内温度缸内温度 NOx 。v（2）减小点火提前角）减小点火提前角 缸内温度缸内温度 NOx 。v（3） 废气再循环，缸内喷水，采用乳化油，废气再循环，缸内喷水，采用乳化油， 缸内温度缸内温度 NOx 。

16、v（4）分层燃烧）分层燃烧 降低混合气的均匀性降低混合气的均匀性 缸缸内温度内温度 NOx 。v（5）加强燃烧室内气流运动）加强燃烧室内气流运动混合气混合、混合气混合、燃烧迅速燃烧迅速高温持续时间高温持续时间 NOx 。v（三）（三） 碳氢化合物碳氢化合物 HCv1 形成形成v（1） 局部混合气过浓或过稀使氧化反应减慢，热局部混合气过浓或过稀使氧化反应减慢，热损失相对增加，不能着火。损失相对增加，不能着火。v（2） 某微小单元的混合气面容比大，热损失大，某微小单元的混合气面容比大，热损失大，不能着火。不能着火。v（3） 激冷效应。激冷效应。v2 危害危害v（1） 3.4苯并芘苯并芘 致癌物质。

17、致癌物质。v（2） 苯甲醛和丙烯醛苯甲醛和丙烯醛 强烈刺激眼睛和呼吸器官。强烈刺激眼睛和呼吸器官。v（3） 光化学烟雾的主要成分。光化学烟雾的主要成分。v3 防治防治v（1） 降低压缩比降低压缩比 膨胀冲程中燃烧室壁面温度和排气温膨胀冲程中燃烧室壁面温度和排气温度度 HC 。v（2） 改善燃烧室形状，降低面容比改善燃烧室形状，降低面容比 散热损失散热损失 HC 。v（3） 稀薄燃烧与高能点火稀薄燃烧与高能点火 燃烧完全程度燃烧完全程度 HC 。v（4） 减小点火提前角减小点火提前角 HC在膨胀和排气冲程中燃烧掉。在膨胀和排气冲程中燃烧掉。v（5） 缩小燃烧室的激冷区缩小燃烧室的激冷区 燃烧易于

18、完全燃烧易于完全 HC 。v（6） 加强燃烧室内气流运动加强燃烧室内气流运动 混合气混合、燃烧完全混合气混合、燃烧完全 HC 。v（7） 曲轴箱强制通风曲轴箱强制通风v HC 空气滤清器空气滤清器 进气管进气管 缸内再燃烧。缸内再燃烧。v（四）（四） 燃料液滴和炭粒燃料液滴和炭粒v1 燃料液滴燃料液滴v 柴油机冷起动或低负荷运行时冒蓝、白烟。蓝、白烟之间柴油机冷起动或低负荷运行时冒蓝、白烟。蓝、白烟之间没有严格的成分差异，均为燃料液滴或水蒸汽，只是微粒的没有严格的成分差异，均为燃料液滴或水蒸汽，只是微粒的直径不同而对光线的反射不同而已。直径不同而对光线的反射不同而已。v2 炭粒炭粒v 柴油机高

19、负荷运行时冒黑烟。柴油机高负荷运行时冒黑烟。v（1） 形成形成v 缺氧，致使燃烧中间产物缺氧，致使燃烧中间产物C-C，H-C裂化，再聚合成炭粒。裂化，再聚合成炭粒。v 柴油机缓燃期中形成最多。柴油机缓燃期中形成最多。v（2） 危害危害vA 燃烧不完全燃烧不完全 经济性经济性 ，动力性，动力性 。vB 污染大气。污染大气。vC 炭粒沉积在活塞、燃烧室和排气门等零件表面，使运动件炭粒沉积在活塞、燃烧室和排气门等零件表面，使运动件摩擦损失增大，甚至卡死。摩擦损失增大，甚至卡死。v（3） 防治防治vA 稀薄燃烧与高能点火稀薄燃烧与高能点火 燃烧完全程度燃烧完全程度 炭粒炭粒 。vB 改善雾化质量改善雾

20、化质量 混合气混合、燃烧完全混合气混合、燃烧完全 炭粒炭粒 。vC 加强燃烧室内气流运动加强燃烧室内气流运动 混合气混合、燃烧完全混合气混合、燃烧完全 炭粒炭粒 。vD 改进发动机的结构和使用，加速混合气形成，提高改进发动机的结构和使用，加速混合气形成，提高燃烧速率。燃烧速率。vE 采用乳化油采用乳化油 缸内温度缸内温度 中间产物的热裂反应明中间产物的热裂反应明显减少。显减少。vF 加入消烟添加剂加入消烟添加剂 钡盐，但有毒。钡盐，但有毒。vG 后期处理后期处理v小颗粒的炭粒经过静电、过饱和水蒸汽、超声波而聚小颗粒的炭粒经过静电、过饱和水蒸汽、超声波而聚合成较大颗粒的炭粒，再通过除尘过滤器予以

21、净化。合成较大颗粒的炭粒，再通过除尘过滤器予以净化。 第三节第三节 发动机有害排放物的控制发动机有害排放物的控制 一、一、机外净化技术机外净化技术 v1.三效催化转化器三效催化转化器 TWC (ThreeWayCatalyticConverter)使用三元催化器，应将混合气使用三元催化器，应将混合气成分严格控制在理论的空燃成分严格控制在理论的空燃比附近比附近 ，这样催化剂才能促，这样催化剂才能促使使CO、HC的氧化反应和的氧化反应和NOx的还原反应同时进行，的还原反应同时进行，生成生成CO2、H2O和和N2 催化转化器结构催化转化器结构 1 1外壳外壳 2 2载体与催化剂载体与催化剂 3 3减

22、振密封衬垫减振密封衬垫 微粒捕集器的过滤材料微粒捕集器的过滤材料( (a)a)陶瓷蜂窝载体陶瓷蜂窝载体( (b)b)陶瓷纤维编织物陶瓷纤维编织物( (c)c)金属线纤维编织物金属线纤维编织物2.柴油机微粒过滤柴油机微粒过滤在滤芯上存积的微在滤芯上存积的微粒要及时清除，清粒要及时清除，清楚的办法是将微粒楚的办法是将微粒烧掉变成烧掉变成CO2随排随排气排入大气。气排入大气。二二.发动机的前处理发动机的前处理 1.1.曲轴箱强制通风系统曲轴箱强制通风系统( (PCVPCV，positivepositivecrankcasecrankcaseventilationventilationsystem)system) 2.燃油蒸发控制系统燃油蒸发控制系统 燃油蒸发控制系统燃油蒸发控制系统 1 1空气滤清器空气滤清器2 2控制器控制器3 3储气罐储气罐4 4油箱油箱 5 5炭罐