第10章發(fā)動(dòng)機(jī)的排放及噪聲控制

第10章發(fā)動(dòng)機(jī)的排放與噪聲控制

10.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染的現(xiàn)狀(世界問題）

10.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的危害1.一氧化碳-中毒、死亡2.氮氧化物–危害植物3.碳?xì)浠衔铩纬晒饣瘜W(xué)煙霧4.光化學(xué)煙霧5.微?！U化物(Pb)、炭煙10.1發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物的生成及危害10.1.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的生成機(jī)理

1.一氧化碳的生成圖10.1不同空然比下廢氣中的各成分變化圖10.2混合氣濃度對(duì)有害氣體排放量影響2.氮氧化物的生成

生成NO的影響因素：1)氧的濃度2)溫度3)反應(yīng)滯留時(shí)間

3.碳?xì)浠衔锏纳?/p>

1)冷激效應(yīng)（縫隙）2)油膜和沉積物吸附3)火焰淬熄4)未燃碳?xì)浠衔锏难趸蒆C的渠道：1.在燃燒室中產(chǎn)生2.由曲軸箱竄出3.燃油箱系統(tǒng)蒸發(fā)出圖10.3燃燒室內(nèi)縫隙的組成

圖10.4活塞頂環(huán)岸縫隙中烴的排出過程

圖10.5壓力室結(jié)構(gòu)對(duì)HC排放的影響

4.微粒的生成

圖10.6燃燒系統(tǒng)中炭煙粒子的形成過程

燃油中烴分子在高溫缺氧的條件下發(fā)生部分氧化和熱裂解，生成各種不飽和烴類，如乙烯、乙炔及其較高的同系物和多環(huán)芳香烴。它們不斷脫氫、聚合成以炭為主的直徑2nm左右的炭煙核心

5.光化學(xué)煙霧HC與NOx一次污染物的存在，在強(qiáng)烈陽(yáng)光照射下，生成O3和PAN光化學(xué)煙霧，對(duì)人體的呼吸有傷害。10.2影響汽油機(jī)有害排放物生成的主要因素及控制

1.混合氣成分2.點(diǎn)火正時(shí)3.負(fù)荷4.轉(zhuǎn)速5.過渡工況6.廢氣再循環(huán)10.2.1影響因素

1.混合氣成分

圖10.8有害排放物濃度與的關(guān)系

圖10.9點(diǎn)火提前角對(duì)燃油消耗量和有害排放物的影響圖10.10氣缸內(nèi)燃燒壓力與點(diǎn)火時(shí)刻的關(guān)系

2.點(diǎn)火正時(shí)

3.負(fù)荷低負(fù)荷或怠速：供濃混合氣，CO,HC含量高；中等負(fù)荷：經(jīng)濟(jì)混合氣，CO,HC含量低，但NOx含量高；大負(fù)荷與滿負(fù)荷：較濃混合氣，燃燒壓力與溫度很高，NOx量增多；使CO量增加；4.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速增加，促進(jìn)混合，CO,HC含量降低；濃混合氣時(shí)，轉(zhuǎn)速增加，散熱時(shí)間減少，溫度較高，NOx含量增加。稀混合氣時(shí)，轉(zhuǎn)速增加，NOx含量減少。5.過渡工況怠速與減速，是HC生成的主要工況；怠速：燃燒溫度比較低，缸內(nèi)殘余廢氣比較多，混合器比較濃，導(dǎo)致燃燒惡化，HC量較多。減速，進(jìn)氣歧管真空度較大，使得進(jìn)氣管內(nèi)沉積的燃料油膜大量蒸發(fā)，混合氣較濃。其他過渡工況見表10.76.廢氣再循環(huán)EGR將一部分廢氣回送燃燒室，利用排氣中的氣體比熱容大的特點(diǎn)，可以抑制燃燒的最高溫度，將有利于抑制NOx產(chǎn)生。但EGR率過大，NOx產(chǎn)生下降，但過量空氣系數(shù)減少，使得動(dòng)力性差。10.2.2機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

1．廢氣再循環(huán)（降低NOx）

圖10.11廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理原理和作用：一部分排氣經(jīng)EGR閥還流回進(jìn)氣系統(tǒng)，稀釋了新鮮混合氣中的氧濃度，導(dǎo)致燃燒速度降低，同時(shí)還使新鮮混合氣的比熱容提高。兩者都造成燃燒溫度的降低，因而可以抑制NOx的生成。

圖10.12EGR降低NOx的效果

圖10.13EGR于與其他措施合用的效果A—僅采用EGRB—EGR+增強(qiáng)進(jìn)氣渦流C—EGR+增強(qiáng)進(jìn)氣渦流+雙火花塞點(diǎn)火EGR與其他措施合用的效果2.改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

1)冷起動(dòng)、暖機(jī)和怠速2)壓縮比3)燃燒系統(tǒng)4)進(jìn)氣系統(tǒng)5)活塞組設(shè)計(jì)6)分層稀薄燃燒圖10.14火花塞位置對(duì)油耗和HC排放物的影響1—火花塞在燃燒室側(cè)面2—火花塞在燃燒室中心圖10.15四氣門和二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)油耗和HC排放物的影響1—二氣門發(fā)動(dòng)機(jī)2—四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)

圖10.16稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣濃度工作極限1—采用三效催化轉(zhuǎn)化器=14.7時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制2—用稀燃傳感器控制發(fā)動(dòng)機(jī)3—用燃燒壓力傳感器控制發(fā)動(dòng)機(jī)4—發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作極限下運(yùn)行5—工作極限6—燃油消耗7—發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定3.電子控制燃油噴射系統(tǒng)(EFI)

混合氣形成的空燃比特性是決定點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)性能和排放的關(guān)鍵因素。采用氧傳感器閉環(huán)控制的EFI模式。4.提高燃油品質(zhì)采用辛烷值高的燃油。10.2.3機(jī)外凈化技術(shù)

1.三效催化轉(zhuǎn)化器（TWC）

圖10.17催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)隨汽油機(jī)電子控制燃油噴射系統(tǒng)的不斷完善和無鉛化低硫汽油的燃用，TWC是控制汽車排放最理想和最重要的措施。1—外殼2—載體與催化劑3—減振密封襯墊圖10.18過量空氣系數(shù)對(duì)TWC轉(zhuǎn)化效率的影響在過量空氣系數(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2.曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)

曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)(PCV）3.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

圖10.20燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)

1—空氣濾清器2—控制器3—儲(chǔ)氣罐

4—油箱5—炭罐6—進(jìn)氣管10.3影響柴油機(jī)有害排放物生成的

主要因素及控制

10.3.1柴油機(jī)有害排放物生成特點(diǎn)(1)未燃HC(2)CO(3)NOx

(4)炭煙(5)醛類1—稀燃火焰熄滅區(qū)2—稀燃火焰區(qū)3—油束心部4—油束尾部和后噴部10.3.2影響因素

1.混合氣成分圖10.22混合氣成分與柴油機(jī)排放的關(guān)系2.噴油時(shí)刻圖10.23噴油定時(shí)對(duì)排放的影響

分隔式燃燒室生成的NOx、CO、HC和炭煙的排放濃度均低于直噴式，特別是NOx排放濃度一般比直噴式燃燒室的低50％左右。原因是，這種燃燒室的燃燒及排放物的生成分兩個(gè)階段進(jìn)行。在噴油開始和燃燒初期，副燃燒室的空燃比較小，氧濃度較低，燃料不可能燃燒完全，從而形成較多的CO及未燃烴。副燃燒室在著火后溫度較高，但氧濃度低，對(duì)生成NOx仍有不利的影響。主燃燒室內(nèi)有充足的新鮮空氣，使來自副燃燒室的CO及HC進(jìn)一步氧化。高溫燃?xì)膺M(jìn)入主燃燒室后，溫度有所下降，抑制了NOx的生成

3.燃燒室排放比較10.3.3機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

1.增壓中冷技術(shù)——最現(xiàn)實(shí)的辦法是增加空氣量2.改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)1)進(jìn)氣組織2)多氣門

圖10.24缸內(nèi)的各種有組織氣流(a)切向進(jìn)氣道及其產(chǎn)生的旋流(b)螺旋進(jìn)氣道及其產(chǎn)生的旋流

(c)縱向滾流(d)壓縮時(shí)的擠流(e)膨脹時(shí)的逆流

圖10.25兩氣門及四氣門柴油機(jī)性能指標(biāo)比較圖3.改進(jìn)噴油系統(tǒng)

1)高壓噴射2)推遲噴油提前角3)減小噴孔直徑，增加噴孔數(shù)目4)減小噴嘴壓力室容積5)高壓共軌電控燃油噴射三種燃油系統(tǒng)的噴油壓力對(duì)煙度及性能的影響試驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速1000r/min，＝17，NOx

1200×10－6

4.改進(jìn)燃燒系統(tǒng)

1)燃燒室容積比—燃燒室容積對(duì)氣缸余隙容積之比2)燃燒室口徑比—口徑比dk/D小的深燃燒室可在室中產(chǎn)生較強(qiáng)的渦流3)燃燒室形狀—縮口燃燒室已經(jīng)取代應(yīng)用最廣直邊不縮口的ω形燃燒室4)適當(dāng)提高壓縮比圖10.27擠流口型與標(biāo)準(zhǔn)型燃燒室的排放特性┄┄不縮口ω型──縮口ω型圖10.28三種燃燒室的煙度及燃油消耗率1-ω形燃燒室2-四角型燃燒室3-微渦流燃燒室

5.降低機(jī)油消耗6.廢氣再循環(huán)7.提高燃油品質(zhì)

10.3.4機(jī)外凈化技術(shù)

主要是降低微粒中的有機(jī)可溶成分SOF，但柴油中的硫?qū)⒂绊慡OF的降低。圖10.29柴油機(jī)氧化催化劑使用效果1.氧化催化轉(zhuǎn)化器圖10.30微粒捕集器的過濾材料(a)陶瓷蜂窩載體(b)陶瓷纖維編織物(c)金屬線纖維編織物2.微粒捕集器微粒捕集器也稱排氣微粒過濾器，用來濾除微粒。3.柴油機(jī)Nox還原催化劑主要去除NOx，方法是用還原劑還原NOx。目前存在的困難：在高濃度氧氛圍進(jìn)行NOx還原，對(duì)催化劑要求高。排氣問對(duì)較低。柴油機(jī)排氣中含有Sox和微粒，催化劑中毒。常用催化劑：尿素10.4發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)與測(cè)試

10.4.1排放法規(guī)詳見板書10.4.2排放物測(cè)定

1.試驗(yàn)規(guī)范——在底盤測(cè)功機(jī)上模擬其特定行駛循環(huán)，并測(cè)定所排出有害物質(zhì)的量，通過調(diào)節(jié)測(cè)功機(jī)可模擬在實(shí)際到路上行駛的功率，而用慣性質(zhì)量模擬汽車質(zhì)量。歐洲輕型車排放限值

ECER15—04法規(guī)型式認(rèn)證Ι型試驗(yàn)排放限值Ⅱ型試驗(yàn)排放限值

圖10.31歐洲ECE15工況試驗(yàn)循環(huán)

2.排氣取樣系統(tǒng)

3.測(cè)試儀器1)不分光紅外線分析儀

圖10.33NDIR的工作原理2)氫火焰離子分析儀圖10.34FID的工作原理3)化學(xué)發(fā)光分析儀

圖10.35CLD的工作原理10.5發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來源與控制

10.5