第七章发动机排放与汽车噪声课件.ppt

第7章 发动机的排放与汽车噪声,教学提示： 介绍有害排放物的危害及生成、影响排放物生成的主要因素与常用的有害排放物控制技术、排放标准与测试技术及发动机噪音来源与控制方法。要求： 掌握有害排放物的生成机理，影响因素与控制技术；了解排放标准与测试技术以及发动机噪声来源与控制方法。,7.1 发动机有害排放物的生成与危害,1、发动机排放物的组成,一氧化碳,氮氧化物,碳氢化合物,光化学烟雾,微粒,汽油机和柴油机的燃烧特点不同，污染物生成机理不同汽油机污染物：CO、HC、Nox柴油机污染物：Nox、微粒,1、一氧化碳,一氧化碳是燃料在空气不足的情况下的燃烧产物，是发动机排放中有害浓度最大的成分。CO 是无色无臭有窒息性的毒性气体。空燃比是影响CO 含量的主要因素。,汽油机：过量空气系数=1（空燃比=14.7），燃料完全燃烧，生成CO2、H2O过量空气系数 1（空燃比14.7），燃料不完全燃烧，生成CO过量空气系数 1 （空燃比 14.7），CO不存在。由于混合不均、燃烧后高温，排气中有少量CO存在,2、 碳氢化合物,碳氢化合物（HC）包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物，如烷烃、烯烃、芳香烃、醛等。 醛类是刺激性物质，对眼、呼吸道、血液有毒害。,碳氢化合物的生成,汽油机未燃HC的生成：1）燃烧生成随排气排出2）曲轴箱排放物 燃烧室通过活塞与汽缸间间隙漏入曲轴箱的窜气，含大量HC3）汽油箱、燃油供给系统等处蒸发的汽油蒸汽,均匀混合气生成未燃HC机理,（1）冷激效应 燃烧室壁面对火焰的迅速冷却（称为冷激、淬冷）使火焰不能传播的缸壁表面，在表面上留下薄层未燃烧或不完全燃烧的混合气。 缝隙效应是冷激效应的主要表现。（2）油膜和沉积物吸附 缸套壁面和活塞顶面上的润滑油膜吸附未燃混合气的燃油蒸汽，当混合气燃油浓度因燃烧降到零时，油膜释放油气少部分被氧化造成HC排放,(3)火焰淬熄,冷启动和暖机温度较低燃油雾化、蒸发和混合气形成变差，燃烧变慢、不稳定，火焰因膨胀缸内温度压力下降造成可燃混合气大容积淬熄，HC排放激增混合气过稀过浓，排放再循环率大，怠速、小负荷下发生。(4)未燃碳氢化合物的氧化 未燃碳氢化合物扩散到高温已燃气体中部分被氧化，HC是未燃的燃油及其部分氧化产物的混合物。 在排气管路中氧化。最高排气温度和最长停留时间使HC降低最多推迟点火以提高排气温度有利于HC后期氧化降低排气歧管热损失增大横断面积，壁面进行绝热,柴油机,喷油初期滞燃期内混合气过稀造成未燃HC 喷油后期高温燃气中混合气过浓或燃烧淬熄随排气排出，HC多被碳烟微粒吸附。柴油机未燃HC排放主要来自柴油喷注外缘过稀混合气地区，怠速或小负荷时的HC排放高 喷油器残油容积对HC排放有影响,3、氮氧化物,氮氧化物中最重要的是NO和NO2. 发动机排放中的氮氧化物是由于燃烧室内高温燃烧而产生的，空气的氮经过氧化首先生成NO，然后与大气中的氧相遇又成为NO2。NO是无色无味的气体，只有轻度刺激性，毒性不大，高浓度时会造成中枢神经有轻度障碍。,3、氮氧化物,NO2是一种褐色气体，有特殊刺激性臭味，是发动机排放中恶臭物质之一。它使人中毒的症状是在发生肺水肿的同时，引起支气管炎等。,生成NO的因素：1）氧的浓度 高温条件下，氧的浓度是生成NO的重要因素2）温度 燃烧放热集中在上止点附近，燃烧温度很高，NO生成量愈多。3）反应滞留时间 燃气在高温富氧条件下滞留时间长，NO生存量增加。,发动机排放中，氮氧化合物和HC在太阳 能的作用下进行光化学反应生成的光化学过氧化物而形成的烟雾称为光化学烟雾。 光化学过氧化物的主要物质是臭氧（O3）.,4、 微粒,微粒是指存在于大气中的，除掉未化合的水以外的任何分散物质。这种分散物质可能是固态的，也可能是液态的。 微粒包括原始颗粒和二次颗粒。原始颗粒是指直接来自发动机燃烧产物的颗粒。二次颗粒是指在大气条件下，因气态、液态和固态的各化学反应之间发生化学和物理变化所产生的颗粒。,4、 微粒,汽油机和柴油机所排放的颗粒是不同的。汽油机主要是铅化物、硫酸、硫酸盐和低分子物质。柴油机的颗粒在数量上要比汽油机多。成分也复杂。主要有含碳物质（炭烟）和一些有机物。,微粒的形成,汽油机中汽油中的铅、硫造成的硫酸盐是排气微粒的主要成分。柴油机微粒排放量大于汽油机几十倍，燃烧生成的含碳粒子及其表面吸附有机物组成。局部缺氧导致碳烟生成，尾气中碳烟的浓度是碳烟生成速率与碳烟氧化速率之差。,排气中二氧化硫（SO2）的含量与燃料中的含硫量有关。 SO2对发动机在使用催化净化装置 有破坏作用，降低催化剂的使用寿命。是生成柴油机排气微粒的原因之一。 SO2也是造成酸雨的主要物质。,5.二氧化硫,6.二氧化碳,CO2作为温室气体使地球表面温度升高，即所谓的温室效应。大气层中CO2层加厚，太阳光照射在地球表面的能量受到CO2层的阻隔难以逸出，热量经多年累积使全球气候变暖，造成全球气候变化反常。,7. 臭气,臭味是由多种成分引起的，除O3和NO2外，燃料的不完全燃烧产物甲醛、丙烯醛等是有臭味。臭味使人感觉难受，刺激人的眼睛和黏膜。,7.2 发动机的排放标准及检测,目前，几乎所有国家对汽车排放均作出了严格的规定，这种规定以汽车排放标准或法规的形式颁布并执行。从某种意义上讲，汽车排放控制技术产生和应用的动力就在于这些具有法律效应的汽车排放法规。由于世界各国的政治、经济及技术水平等诸多因素都不一样，所以制定的汽车排放标准也有所不同。从现在世界汽车工业发展情况来看，汽车排放标准已经形成三大体系。汽车排放实验则是围绕着汽车排放标准进行，它包括研究和评价两个方面。,7.2.1汽车排放标准,GB38472005 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法GB18285-2005 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）GB18352.32005 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国、阶段）GB 176912005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国、阶段）GB113402005 装用点燃式发动机重型汽车曲轴箱污染物排放限制及测量方法GB147632005 装用点燃式发动机重型汽车燃油蒸发污染物排放限制及测量方法,车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法,一、组成部分压燃式发动机排气烟度排放控制要求型式核准已批准的压燃式发动机排气烟度排放控制要求为单独进行发动机型式核准的压燃式发动机排气烟度排放控制要求在用汽车的排气烟度排放控制要求二、测试内容与方法全负荷稳定转速试验的不透光烟度自由加速试验的不透光烟度（新车、在用车）在用车加载减速试验的不透光烟度,点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）,一、怠速与高怠速工况怠速工况：发动机无负载运转状态。即离合器处于接合位置、变速器处于空档位置（对于自动变速箱的车应处于“停车”或“P”档位）；采用化油器供油系统的车，阻风门应处于全开位置；油门踏板处于完全松开位置。高怠速工况：利用油门踏板将发动机转速稳定控制在50%额定转速或制造厂技术文件中规定的高怠速转速时的工况。本标准中将轻型汽车的高怠速转速规定为2 500100r/min，重型车的高怠速转速规定为1 800100r/min；如有特殊规定的，按照制造厂技术文件中规定的高怠速转速。,点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）,二、汽车排气污染物排放限值,点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）,三、过量空气系数（）的要求 对于使用闭环控制电子燃油喷射系统和三元催化转化器技术的汽车进行过量空气系数（）的测定。发动机转速为高怠速转速时，应在1.000.03 或制造厂规定的范围内。进行测试前，应按照制造厂使用说明书的规定预热发动机。,点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）,四、测试内容与测试方法双怠速法稳定工况法瞬态工况法,轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国、阶段）,一、测试内容与方法型试验：常温下冷起动后排气污染物排放试验双怠速试验：测定双怠速的CO、HC 和高怠速的值型试验：曲轴箱污染物排放试验型试验：蒸发污染物排放试验型试验：污染控制装置耐久性试验 型试验：低温下冷起动后排气中CO 和HC 排放试验车载诊断（OBD）系统试验,型试验,型试验由两部分（1 部和2 部）组成。试验1 部包括4 个城区循环，每个城区循环包含15 个工况；试验2 部由1 个城郊循环组成，该城郊循环包含13 个工况。经制造厂同意，可以在1 部结束和2 部开始之间加入不超过20 秒的不取样时段，以便调整试验设备。,双怠速试验,试验在型试验结束后立即进行双怠速试验，制造厂在型式核准时，应提交双怠速的CO、HC 污染物排放值和高怠速的值的控制范围。并保证在出厂后24 个月内车辆的高怠速值在控制范围内。制造厂应对生产下线的汽车进行双怠速试验。汽车的双怠速CO、HC 排放值和高怠速值都应在制造厂型式核准时申报的控制范围内。,型试验（曲轴箱污染物排放试验）,除装压燃式发动机的汽车外，所有汽车都必须进行此项试验。 对于两用燃料车，仅对燃用汽油进行此项试验。对于单一气体燃料车，仅对燃用气体燃料进行此项试验。进行型试验时，发动机曲轴箱通风系统不允许有任何曲轴箱污染物排入大气。,型试验（蒸发污染物排放试验）,所有汽油车都必须进行此项试验。两用燃料车仅对燃用汽油进行此项试验。进行型试验时，蒸发污染物排放量应小于2g/试验。,型试验（污染控制装置耐久性试验）,试验在跑道上、或道路上、或底盘测功机上进行80000km 耐久性试验，确定实测劣化系数，劣化系数应不大于表3中的数值。 表3 劣化系数表从试验开始（0km），每隔10000km(400km)或更短的行驶里程进行一次型试验，测量排气污染物。, 型试验低温下冷起动后排气中CO 和HC 排放试验,试验应在环境温度266 K (-7)下进行。试验由型试验1 部的四个城区循环组成，共持续780 秒，试验期间不得中止，并在发动机起动时开始取样。试验应进行三次。CO 和HC 测得的排放量必须小于表4 所示限值。对于每种污染物而言，只要这三次测量结果的算术平均值小于规定的限值，三次测量结果中允许有一次的值超过限值，但不得超过该限值的1.1 倍。,车载诊断（OBD）系统试验,车载诊断（OBD）系统应满足下表的要求。试验在型耐久性试验用汽车上、型耐久性试验结束时进行。如果没有进行型耐久性试验，可使用经适当老化（经检测机构确认相当于行驶了80 000km）并具有代表性的汽车进行车载诊断（OBD）系统验证试验。当失效导致排放超过下表规定的极限值时，车载诊断（OBD）系统必须指示出与排放相关的失效部件或系统。,试验装置,测量轻型汽车排气污染物采用的试验装置主要有：底盘测功机定容取样器分析设备控制系统,7.2.2 汽油机排放污染物的检测,一氧化碳（CO）：采用不分光红外线吸收型分折仪（NDIR） 碳氢化合物(HC)：采用氢火焰离子型分析仪（FID），其原理是利用某些气体在高温火焰中的电离现象，通过检测电极间的离子电流来测定气体浓度。氮氧化物（Nox）：采用化学发光型分析仪（CLD），其原理是：被测气体中的NO与O3反应产生化学发光现象，这种化学发光的强度与NO浓度成正比。NO2转换为NO后（转化器），再进入化学发光室，转化效率应大于90%。,汽车排气中的CO和CO2用不分光红外线气体分析仪测量NOX用化学发光分析仪测量HC用氢火焰离子型分析仪测量当需要从总碳氢化合物中分离出非甲烷碳氢化合物时，发动机排气中的氧多用顺磁分析仪测量气相色谱仪测量甲烷。,排气成分分析仪概述,排气成分分析仪外形图,不分光红外线气体分析仪NDIR（Non-Dispersive Infra-Red Analyzer）是根据不同气体对红外线的选择性吸收原理提出的。红外线是波长为0.8600m的电磁波，多数气体具有吸收特定波长的红外线的能力。如CO能吸收4.55m的红外线， CO2能吸收44.5m 的红外线，不分光红外线气体分析仪根据其特定的吸收来鉴别气体分子的种类。,不分光红外气体分析仪NDIR,不分光红外气体分析仪NDIR,工作原理 红外线光源射出的红外线经过旋转的截光盘交替地投向气样室和装有不吸收红外线的气体（如氮）的参比室，透过两室的气体进入有两个接收气室的检测器。当样气室中的被测样气浓度变化时，两个接受气室接受的红外线辐射能的差别也发生变化，导致分隔两气室的薄膜两侧压变化。由截光盘调制的周期性变化引起电容器电容量周期变化，该信号经放大成为分析仪的输出信号。,不分光红外线气体分析仪工作原理图,不分光红外气体分析仪NDIR,工作特点,不分光红外线气体分析仪采用直接取样系统时，水蒸气对CO和NO的测定有干扰，在取样流程中应串联有冷却器或除湿器，以尽量除去水分。不分光红外线气体分析仪测量NO时，其测量精度低；测量HC时，只能检测某一波长段的HC，而对非饱和烃和芳香烃则不敏感，测量的结果主要是反应了饱和烃的含量而不代表各种HC的含量，所以总的精确度较差。排放法规规定，CO和CO2用不分光红外线气体分析仪测量。,化学发光分析仪CLD工作原理,1-反应室；2-臭氧发生器；3-氧入口；4-滤光片；5-光电倍增管检测器；6-信号放大器；7-催化转化器；8-样气入口；9-转换开关；10-反应室出口,样气由通道A或B进入反应室1。通道A直接通向反应室，这个通道只能测量样气中NO的浓度；样气通过通道B时，样气中的NO2将在催化转换器7中转化成NO，再进入反应室， 这样仪器测量得到的是NO和NO2的总和NOX。利用测得的NOX与NO的差值，即可确定样气中NO2的浓度。,化学发光分析仪工作原理图,化学发光分析仪CLD,具有感应度高，体积分数可达10-7；应答性好，在10-2浓度范围内输出特性呈线性关系，适用于连续分析；为使测量过程中NO2尽可能完全地转化成为NO，催化转化器中的温度必须在920K以上。是测量NOX的标准方法。,特点,氢火焰离子分析仪工作原理,工作原理 氢火焰燃烧时，2300K左右的高温氢火焰会使HC离子化成自由离子，离子数基本与HC的浓度成正比。 待测气体与氢气混合后，由入口进入燃烧器，由燃烧嘴喷出，在空气的助燃下由通电的点火丝点燃。HC在缺氧的氢扩散火焰中分解出离子和电子。这些离子和电子形成按一定方向运动的离子流，通过对离子流电流的测量就可测得碳原子的浓度，从而反映出相应HC的浓度。,1-离子收集器；2-信号放大器；3-空气分配器；4-氢和待测气体入口；5-助燃空气入口；6-燃烧嘴,氢火焰离子型分析仪工作原理图,氢火焰离子分析仪FID,特点,是目前测量汽车排放中HC的最有效手段；灵敏度高，可测到极小浓度的HC ；线性范围宽；对环境温度和压力也不敏感。不受样气中有无水蒸气的影响，但可能受其中氧的干扰。不同的HC分子结构对FID的影响不同。,顺磁分析仪PMA,工作原理氧是一种强顺磁性气体，氮氧化合物有较弱的顺磁性，NO和NO2的顺磁性分别为氧的44%和29%。因为汽车排放中，氧的浓度要比NOX高得多，所以可用顺磁分析仪测量排气中的氧浓度,顺磁分析仪外形图,顺磁分析仪PMA,工作原理 样气3中的氧2，在永久磁铁6的磁场吸引下充入水平玻璃管5中。在磁场强度最大的地方，样气被电热丝4加热。加热后的氧顺磁性下降，磁铁对它的吸引力小于冷态的氧。冷的样气被吸到磁极中心，挤走热的样气。冷的样气被加热后又被挤走。这样在玻璃管5中就形成了气体流动，也称磁风，其速度与样气的浓度成正比。如果加热丝4同时起热线风速仪的作用，就可以简单地测定磁风速度，从而测得样气中的氧浓度,顺磁分析仪工作原理,气相色谱仪 GC,工作原理 用样气注射器把一定体积的样气从试样注入口注入仪器，与从载气入口进入仪器的氢、氦、氩等载气混合后流入装有填充剂的色谱柱中。 由于样气的不同组分对色谱柱中的填充剂的亲和力（吸附或溶解性）不同，在载气的推动下被分离。亲和力弱的组分，很难被滞留在填充剂中，首先流出色谱柱；反之，亲和力强的组分流出较晚。,1-试样注入口；2-色谱图记录仪；3-气体出口；4-检测器；5-温控槽；6-色谱柱；7-载气入口,气相色谱仪工作原理图,气相色谱仪 GC,对混合气的组成中各成分浓度进行详细 的分析它灵敏度高，需要样气数量很少；一次可完成多种成分的分析。,第10章 汽车排放测试,特点,排气微粒的测量方法,排气微粒是指依据一定的取样方法，在最高温度为325K的稀释排气中，由过滤器收集到的固态或液态微粒。,显微镜下的微粒组织形状,微粒质量测量,微粒测量过滤器通常采用滤纸。为了保证测量的精度，空白滤纸和有微粒滤纸的质量测量必须在调温调湿的洁净小室内进行。空白滤纸至少在取样前2h放入小室内的滤纸盒中，待稳定后测量质量，然后仍放在小室内待用。,微粒质量测量装置,微粒滤纸与空白滤纸的质量差就是微粒质量。,如果从小室取出后1h内没有使用，则在使用前必须重新测量质量。收集微粒后的滤纸放回小室内至少2h，但不得超过36h，然后测量总质量。,微粒质量测量计算公式,Vep流经过滤器的流量，m3 Vmix流经通道的流量，m3 Mp排放微粒质量，g/km Mf过滤器收集的微粒质量，g d 与运转循环一致的距离，km,微粒成分测量,微粒中有机可溶成分SOF的分离及分析方法,1.热解质量分析法（TG）,2.真空挥发法（V V）,3.索氏萃取法（SE）,微粒成分分析不是排放法规所要求,微粒成分测量热解质量分析法,热解质量分析法TG（Thermo Gravimetry）是在惰性气体气氛（如N2）中，将微粒样品按规定的加热速率加热到923K，保温5分钟。在这段时间内，其中可挥发部分蒸发掉，用热天平测得的微粒质量减小量就代表其中可挥发部分VF（Volatile Fraction），用此法测得的主要是高沸点HC和硫酸盐，基本与SOF相吻合。然后将气氛换成空气，在相同温度下，样品进一步减少的质量对应被氧化的碳烟组分，残留的则是微量灰分。,微粒成分测量真空挥发法,真空挥发法VV（Vacuum Volatilization）是将微粒样品置于真空干燥箱内，在真空度95Kpa以上，温度473K以上加热3h左右，其质量变化即为微粒中VF含量。,微粒成分测量索氏萃取法,盛有溶剂的烧瓶置于恒温浴缸中，加热使溶剂蒸发，上升到冷凝管中，冷凝物回到样品室中浸泡样品，进行萃取。萃取液达到一定体积时，经虹吸管流回烧瓶。溶剂在萃取器中循环流动，不断将微粒中的SOF带到烧瓶中，直到萃取完全。,烟度测量方法,烟度的测量方法主要有两种,滤纸法 先用滤纸收集一定的烟气，再通过比较滤纸表面对光反射率的变化来测量烟度，所用的测量仪器为滤纸式烟度计,消光度法 利用烟气对光的吸收作用，即通过光从烟气中的透过度来测量烟度，所用的测量仪表为消光式烟度计。,滤纸式烟度计,滤纸式烟度计主要由定容采样泵和检测仪两部分组成。抽气泵从排气中抽取固定容积的气样，让气样通过装在夹具上的滤纸，使气样的碳烟沉积在滤纸上。由于抽取的气样数量恒定，故滤纸被染黑的程度能反映气样中所含碳烟的浓度。,滤纸式烟度计外形,滤纸式烟度计结构和工作原理,滤纸烟度计的结构及工作原理图,由反射光检测器与指示器组成，由白炽电灯泡光源射向已取样滤纸的光线，一部分被滤纸上的微粒吸收，一部分被反射给光电元件，从而产生相应的光电流，并由指示器指示输出。光电流的大小反映了滤纸反射率的大小，滤纸反射率取决于滤纸被染黑的程度。光电越小，滤纸的反射率越低，即滤纸的染黑程度越高，表明被测碳烟的浓度越高。,消光式烟度计,让部分或全部排气流过光源和接收器构成的光通道，接收器所接受的光强度的减弱（消光量）就代表排气的烟度。,工作原理,哈特里奇烟度计基本结构示意图,7.3 发动机排放净化装置,1. 影响因素,2. 机内净化技术,3. 机外净化技术,7.3.1 汽油机排气的净化,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、废气再循环率,1、混合气成分,混合比和各有害气体排放量的关系,1、混合气成分,由上图可知，随着空燃比下降混合气变浓，燃烧时氧气相对不足，不完全燃烧生成物增加，使CO、HC迅速增加。在空燃比大于14.7以后,CO浓度已经很低了，但是随着空燃比的增加，因混合气不均匀造成局部缺氧仍有少量CO生成。,1、混合气成分,在空燃比大于14.7以后，随着空燃比的增加，因CO氧化反应速度慢，燃烧温度下降，使HC排放量也增加。HC的走向是两头高，中间低。,NOx浓度峰值靠理论空燃比稀的一侧，高的NO生存率必须高温、富氧两个条件。HC是两头高中间低浓混合气变稀HC量减少，最佳空燃比范围内HC、油耗最低；混合气过稀，火焰可能熄灭，HC生存量上升。,2、点火正时,点火提前角对燃油消耗量和有害排放物的影响,点火提前角减小时，后燃增加，膨胀时的温度升高，促进了未燃烧成分的氧化，对降低HC和NOx有利。减小点火提前角对降低HC和NOx有利，但以牺牲动力性为代价。,2、点火正时,图10.10 气缸内燃烧压力与点火时刻的关系,减小点火提前角降低燃烧最高温度、减少燃烧反应滞留时间，降低NOx.。以牺牲动力性能为代价。,3、负荷,在怠速和小负荷时，新鲜空气进入少，废气相对较多，供给的混合气偏浓，燃烧速度慢，易引起不完全燃烧。使CO和HC排放量多。在中等负荷时，容易完全燃烧，废气中CO 含量最少，HC含量也较低。在满负荷时，供给浓混合气，使NO生成量增多；同时HC排放量减少，但因混合气过浓，使CO排放量增多。,4、转速,随着转速的升高，缸内的紊流增强，促进混合，改善了缸内的燃烧，使CO、HC排放减少。NOx的生成量与混合气成分有关。当混合气浓时， NOx生成量增多；当混合气稀时， NOx生成量减少。,5、过渡工况,发动机主要在不稳定的工况下工作，包括怠速、加速、定速、减速等。不同的工况由于混合气的浓度不同，有害物的排放量相差较大。怠速与减速是生成HC的主要工况,废气混入的多少用EGR率表示，废气再循环率（EGR率）定义如下：,6、废气再循环率,6、废气再循环率,将一部分排气回送至燃烧室，利用排气中的气体比热大的特点，可以抑制燃烧的最高温度，将有利于抑制NOx的生成。在中高速工况下选择恰当的废气再循环率能有效抑制NOx的排放量。,机内净化技术,机内净化是指改善可燃混合气的品质和燃烧状况，抑制有害气体的生成。机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。,机内净化技术,废气再循环,改进发动机设计,电子控制燃油喷射系统,提高燃油的品质,电子控制燃油喷射系统,混合气形成的空燃比特性是决定点燃式汽油机性能和排放的关键因素。小负荷时，根据燃烧稳定性要求提供浓混合气。中等负荷时，根据燃烧经济性要求提供略稀混合气。大负荷时，根据燃烧动力性要求提供浓混合气。,改进发动机设计,冷启动、暖机和怠速压缩比燃烧系统进气系统活塞组设计分层稀薄燃烧,1)冷启动、暖机和怠速： 冷启动时温度低，空燃比小，CO和HC排放高，应缩短启动时间；暖机要尽快使混合气、机油、冷却水热起来；怠速残余废气量大，混合气加浓，CO和HC排放高，为降低怠速排放提高怠速转速至800-1000rpm2)压缩比： 提高压缩比以提高热效率，汽油机根据最易发生爆燃的工况选择压缩比,3）燃烧系统： 燃烧室形状影响未燃HC排放物浓度； 燃烧室内火花塞位置是影响排放物生成和油耗的另一重要因素； 汽油机燃烧室形状紧凑燃烧过程快，CO和HC排放量下降；燃烧快导致温度增高NOx增大4）进气系统： 用三、四或五气门，涡轮增压代替自燃吸气，降低CO2、HC排放 凸轮形状决定开启关闭时刻及升程曲线，影响充气过程。,5）活塞组设计： 活塞、活塞环与汽缸壁间的间隙，对汽油的HC排放影响很大。缩小活塞头部与汽缸的间隙，缩小顶环到活塞顶的距离。6）分层稀薄燃烧： 在火花塞附近浓混合气，为可靠点火；其它区域供给稀薄混合气，实现分层稀薄燃烧。为此采用分隔燃烧室过量空气系数 ： 浓混合气 为0.850.95；稀混合气为1.551.62,废气再循环,废气再循环（EGR）技术是控制氮氧化合物排放的主要措施，它是将汽车排出的一部分废气重新引入发动机进气系统，与混合气一起再进入气缸燃烧。仅对降低NOx有效 汽油机大负荷、启动、暖机、怠速、小负荷不使用,废气再循环,图10-11,废气再循环,图10-12,提高燃油品质,为了限制汽油中铅、硫、磷等各种有害物的含量，提高燃油辛烷值增加抗爆能力等方法外，采用醇类或烃类等代用燃料也可改善发动机的排放性能。,机外净化技术,机外净化是指用设置在发动机外部的附加装置使排出的废气净化后再排入大气。,三效催化转化器,曲轴箱强制通风系统,燃油蒸发控制系统,7.3.2 柴油机排放的净化,1.柴油机有害排放物生成特点2. 影响因素3. 机内净化技术4. 机外净化技术,1 柴油机有害排放物生成的特点,柴油机燃烧是非均匀混合物的不稳定燃烧过程，从喷雾过程、油束形成等等，对排放物生成都有复杂的影响。由于油束在燃烧室空间的浓度分布、着火部位及局部温度各处都不一样，对油束人为地分区如下：,1稀燃火焰熄灭区2稀燃火焰区3油束心部4油束尾部和后喷部,图10-21,各排放物生成的性质如下:,(1)未燃HC在低负荷时，由于喷油量少，混合气稀，缸内温度低，HC主要产生在油束心部、油束尾部和后喷部等处。(2)CO 在低负荷时，部分燃油难以氧化形成CO2,主要在稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰区的交界面生成CO;在高负荷时，在油束心部、尾部及后喷处，因局部缺氧而产生CO.,(3)NOx 在燃烧完全 、供氧充分及温度较高的稀燃火焰区及油束心部产生较多。(4)炭烟 高负荷时，在油束中心、尾部的氧浓度低，气温高，燃油分子容易发生高温裂解而形成炭烟。(5)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。,2 影响因素,1、混合气成分,2、喷油时刻,3、燃烧室类型,1、混合气成分,一般，柴油机的燃油供给是质调节，在工作中总有一定数量的过量空气，而且柴油挥发性比汽油小，则柴油机的HC及CO 排放浓度一般比汽油机低。在接近满负荷时，CO 浓度剧增。柴油机排气中有炭烟排出，随着混合气变浓，排烟浓度增多。,混合气成分与柴油 机排放的关系,喷油定时对排放的影响,2、喷油时刻,延迟喷油是降低NOx的主要措施之一。但是减少喷油提前角将导致燃烧变差，最高爆发压力降低，使油耗及排烟度增加。延迟喷油的同时提高喷油速率，比单纯延迟喷油定时的效果好。,3、燃烧室类型,直喷式和分隔式两类燃烧室的排放特性不同。分隔式燃烧室生成的NOx、CO、HC和炭烟的排放浓度均低于直喷式，特别是NOx排放浓度一般比直喷式燃烧室的低50左右。,分隔式燃烧室的燃烧及排放物的生成分两个阶段进行。在喷油开始和燃烧初期，副燃烧室的空燃比较小，氧浓度较低，燃料不可能燃烧完全，从而形成较多的CO及未燃烃。副燃烧室在着火后温度较高，但氧浓度低，对生成NOx仍有不利的影响。主燃烧室内有充足的新鲜空气，使来自副燃烧室的CO及HC进一步氧化。高温燃气进入主燃烧室后，温度有所下降，抑制了NOx的生成 。,3. 机内净化技术,增压中冷技术,改进进气系统,改进喷油系统,改进燃烧系统,降低机油消耗,提高燃油品质,增压中冷技术,当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中端冷却器冷却，然后经进气歧管、进气门流至气缸燃烧室。有效的中冷技术可使增压温度下降，有助于减少废气的排放和提高燃油经济性。,改进进气系统,进气组织,多气门,进气旋流的强弱用压缩终了缸内旋流转速与发动机转速的比值涡流比表示。涡流比大小与进气阻力成正比。强涡流降低循环进气量降低动力性，增加烟度倾向加大喷油压力，适当降低涡流比组织燃烧,进气组织,多气门,发展多气门技术，加大循环充气量以改善动力、经济性和排放性能。图10.24两气门及四气门柴油机性能指标比较。,两气门及四气门柴油机性能指标比较图,改进喷油系统,高压喷射,推迟喷油提前角,减少喷孔直径，增加喷孔数目,减小喷嘴压力室容积,高压共轨电控燃油喷射,改进燃烧系统,燃烧室容积比：燃烧室容积对汽缸余隙比提高容积比以提高柴油机冒烟界限降低碳烟、微粒排放燃烧室口径比：缸径D120用口径比小深燃烧室涡流较强燃烧室形状：缩口燃烧室加强了燃烧室口部气体湍流促进扩散混合和燃烧压缩比：适当提高压缩比可降低HC和CO排放,降低机油消耗,减少窜入燃烧室的机油量，降低颗粒排放，保证气缸活塞组的工作可靠性和耐久性。加强机体刚度，改善气缸盖与机体的连接，尽量减少气缸工作面的变形。改善活塞、活塞环和气缸表面的设计，加强机油控制保证润滑。,废气再循环,通过废气再循环来降低NOx的排放量。由于柴油机混合气比汽油机稀，特别在低负荷时稀得很多，所以可以使用比汽油机大得多的废气再循环量。,提高燃油品质,适当提高柴油的十六烷值。十六烷值不足即着火性差，滞燃期加长，预混合燃烧量过多，运转粗暴噪音大,Nox排放增加低排放柴油要求降低含硫量，相应减少微粒的排放量。,4. 机外净化技术,1.氧化催化转化器 2 .微粒捕集器3 .柴油机NOx还原催化剂,7.4 汽车噪声,噪声泛指一切对人们生活和工作有妨碍的声音；或者是说人们不需要并希望用一定措施加以控制和消除掉的声音的总称。汽车噪声汽车行驶中产生的综合的声辐射。汽车噪声包括发动机噪声、传动系统噪声、轮胎噪声和车身噪声。,一、噪声的危害,城市环境噪声：,交通噪声 生产噪声 建筑噪声生活噪声,（占总数的75%）,汽车噪声范围：60 90 dB，中强度噪声。,高于70dB的噪声人心情不安、烦躁、疲倦、工作效率下降、谈话与通信困难等，从而产生头痛、脑胀、失眠等各种病症。长时间处于噪声环境的人，还会导致胃病和神经官能症。试验表明：80dB会使驾驶者的注意力下降10%；90 dB时下降20%。,一、噪声的危害,1、听觉疲劳或听力损伤2、噪声影响人体健康3、噪声干扰谈话和通话4、噪声影响人们的工作和正常生活,二、噪声的度量,1. 噪声的客观度量描述声音的物理量常用声压（Pa）、声强（W/m2）和声功率（W），相应的有声压级、声强级、声功率级,单位用dB(分贝)。 人耳能听到的最小声压(听阈声压)为210-5Pa，声强为10-12W/m2，而使人耳产生痛觉的声音的声压（痛阈声压）为20Pa，声强为1 W/m2。人们通常谈话的声功率为10-5W，而喷气式飞机起飞的声功率为105W。为了方便地描述如此大范围变化的物理量，通常采用对数标度。另一方面，人耳对声音的感受并不正比于声音的实际强弱，也是与其对数值大致成正比。,听阈声压与痛阈声压相差100万倍,声压级,采用声压级，便将可听声音的声压范围简化为0120dB。,三、汽车噪声特性,汽车噪声分为；车外噪声、车内噪声 汽车噪声特性评价方法声级计指标、噪声频谱和辐射指向性指标,汽车噪声分为车内噪声和车外噪声。它们与汽车类型、运行工况和路面条件有关。 车内噪声主要是由于发动机及传动系统在运行中引起的车身振动和车身的孔缝透声而形成的。同时路面的凸凹不平也会引起车轮的振动，再通过悬架传至车身。当振幅大，振动频率低时，振动通过座椅传到乘员使身体感到不舒适；当振幅小，振动频率高时，车身各部分表面的振动也会产生车内噪声。空气与车身的冲击和摩擦，即风鸣声也会传到车内。汽车高速行驶时，如车身密封不好，将会产生很大的噪声。汽车的车厢不同于建筑房屋，其空间狭小而密封，会产生音响的“空洞现象”，也就是所谓的“共鸣”。车内噪声关系到乘座的舒适性，噪声过大会影响驾驶员的注意力，干扰乘座者的语言交流。 车外噪声是交通噪声的重要公害源，车外噪声一般是60dB(A)90dB(A)的中强度噪声，汽车的类型不同，车外噪声也不同。既使是同一种型号的汽车，其噪声的离散性也很大。,柴油载重车各部分声源的声级,当汽车行驶车速增加时，其噪声也会随之直线上升。发动机转速增加，其机械噪声和空气动力性噪声均大幅度增加，从而使整车噪声直线上升。汽车在行驶速度一定的条件下，变速器位于低档位时，发动机转速较高，则汽车噪声较大。在相同档位时，汽车的加速度不同其噪声也不同；在不同档位加速时，汽车起步和低速的噪声随加速度的变化更为明显。与匀速行驶噪声相比，汽车加速行驶噪声一般较高。因此，当今世界大多数实施汽车噪声限制的国家，都把加速噪声作为衡量汽车噪声的重要指标之一。,载质量对汽车噪声的影响相对较小。例如，东风EQl090型载货汽车在各种车速的匀速行驶噪声，重车比空车平均要高2dB（A）3dB（A）。重载滑行时比空车滑行的噪声也高2dB（A）3dB（A），这主要是载质量增加使轮胎噪声增大的缘故。,汽车各总成、机构的技术状况随着行驶里程的增加而下降，在不同程度上会出现振动和异响，连接部件松旷等现象，从而加剧了汽车行驶噪声。,噪声源：燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声和风扇噪声等。1.燃烧噪声燃烧时压力升高而造成的气体冲击，与发动机的燃烧方式和燃烧速率密切相关（汽油机较小，柴油机较大）评价指标为压力增长率和最高压力；燃烧噪声受多种因素影响，如压缩比、转速、负荷、点火/喷油时间、加速等。 n 漏气损失与散热损失 P T 空气扰动； 着火延迟期 噪声； 但着火延迟期内的混合气数量 ，压力增长率 负荷 无负荷时，喷油量 压力增长率 噪声 喷油提前角 着火延迟期 压力 压力增长率 噪声 加速 由于加速前 n 缸壁温度热损失着火落后期噪声,四、发动机噪声,2. 机械噪声发动机工作时各运动件之间、运动件与固定件之间作用的周期性变化的力所引起的,3. 进、排气噪声空气动力性噪声,仅次于本体噪声和风扇噪声,四、发动机噪声,4. 风扇噪声是汽车最大噪声源之一。主要由风扇旋转噪声和涡流声组成。此外还有风扇、导向装置或散热器的振动以及外部振动激发的机械振动。,发动机噪声估算里卡多通过大量试验提出的经验公式,式中：N发动机转速，r/s D气缸直径，mm,四、发动机噪声,五、传动系统噪声,离合器和变速器噪声；万向传动装置噪声；驱动桥噪声；变速器是主要噪声源,六 制动噪声,制动尖叫声,七、轮胎噪声,花纹噪声；道路噪声；弹性振动噪声；风噪声,轮胎花纹噪声。由于轮胎滚动，在接地时胎面花纹沟部的容积减小，沟内包含的空气被挤出;而当胎面离地时沟部的容积恢复，外部空气被吸入。这样空气流入、流出产生的噪声也叫排气噪声。另外，胎面花纹接地时还产生连续击打路面的噪声，这种噪声也属于轮胎花纹噪声。道路凹凸噪声。轮胎在道路上滚动时，由于路面小的凹凸内空气被压缩，因而产生排气噪声。一般来说，沥青和水泥路凹凸面小，由此产生的噪声也小。,一般反映的就是直接噪声。对大、中型载重车的轮胎而言，由于其所产生的直接噪声在汽车总体噪声中所占比重很大，因此，直接噪声已成为噪声公害。,轮胎弹性振动噪声。由于路面的凹凸不平和轮胎的不均匀性，引起胎面和胎侧的弹性振动噪声。轮胎自激振动噪声。当汽车急速起动和急制动、急转向时，轮胎胎面元素相对于道路表面发生的局部自激振动，由此产生刺耳的噪声，称为尖叫噪声。轮胎空气紊流噪声。由于轮胎滚动，在轮胎周围产生空气的紊流诱发出的噪声。,八、车身噪声,指车身有发动机震动、底盘振动、道路激励及空气流激励作用振动而辐射的噪声，主要有：,1、车身振动：无骨架车身直接承受路面的冲击，较骨架式车身更容易产生振动噪声，较长车身和轻量化车身，由于刚度较弱，固有频率较低，行驶中产生车身共振而引起较大的噪声。,2、空气与车身之间的冲击和摩擦,汽车行驶时产生的空气流动噪声，包括空气通过车身缝隙或孔道进入车内而产生的冲击噪声、空气吹过车身外表凸起物而产生的涡流噪声、空气与车身的摩擦噪声。其中汽车行驶时，空气流动噪声最大。,汽车噪音控制技术,1.吸声降噪2.隔声降噪3.阻尼降噪4.空气动力噪声的控制,日常生活中，主要有5种人要特别注意电磁辐射污染： 一是生活和工作在高压线、变电站、电台、电视台、雷达站、电磁波发射塔附近的人员；二是经常使用电子仪器、医疗设备、办公自动化设备的人员； 三是生活在现代电器自动化环境中的工作人员； 四是佩戴心脏起搏器的患者； 五是生活在以上环境里的孕妇、儿童、老人及病患者。,补充：电磁辐射污