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(guó)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(guò)氧酰基硝酸鹽）1966年：加州實(shí)施世界上第一個(gè)“汽車(chē)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(cè)CO）1970年：歐洲開(kāi)始實(shí)施排放法規(guī)（怠速測(cè)CO、HC）1984年：中國(guó)實(shí)施排放法規(guī)（汽油車(chē)怠速、柴油車(chē)自由加速煙度）1999年：北京實(shí)施國(guó)Ⅰ法規(guī)2000年：全國(guó)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(guó)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(cè)試（自學(xué)）第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來(lái)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)狻⑾∮袣怏w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(lái)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(wú)色無(wú)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(rùn)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(wú)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(lèi)是刺激性物質(zhì)，對(duì)眼、呼吸道、血液有毒害。烴類(lèi)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(guò)程形成的多種氮氧化物，如NO、NO2、N2O3、N2O5等，總稱(chēng)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(wú)色無(wú)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(jiàn)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(lái)源之一。4.光化學(xué)煙霧：HC和NOx在太陽(yáng)紫外線作用下會(huì)生成臭氧(O3)和過(guò)氧酰基硝酸鹽(PAN)，即一種具有刺激性的淺藍(lán)色煙霧，稱(chēng)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(zhǎng)，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(guò)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(wú)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(guò)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(yáng)光照射的誘發(fā)下產(chǎn)生O3和過(guò)氧酰基硝酸鹽(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(lái)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(lái)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(guò)大，HC回升（過(guò)?。㎞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(wèn)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抑行奈恢茫墒刮慈嫉腍C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(mén)；采用渦輪增壓代替自然進(jìn)氣。理想的氣門(mén)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(mén)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(mén)。對(duì)排氣道的設(shè)計(jì)也類(lèi)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(guò)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(rùn)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(mén)；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(guò)程中隨清洗空氣進(jìn)入氣缸。活性炭活性炭罐單向閥3.三元催化轉(zhuǎn)化器TWC：結(jié)構(gòu)：在過(guò)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(lèi)：氧化型催化劑、還原型催化劑、三效催化劑、稀燃催化劑。●氧化型催化劑（OC，OxidationCatalyst）2CO+O2—2CO2（1-1）4HC＋5O2—4CO2+2H2O（1-2）2H2+O2—2H2O（1-3）汽油車(chē)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(guò)規(guī)定范圍。③發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷超過(guò)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(lái)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(wàn)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?chē)髿庵械臐舛取Ｏ喈?dāng)于考慮發(fā)電廠排污在內(nèi)的電動(dòng)車(chē)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(lái)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(wú)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(lèi)：主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產(chǎn)生醛類(lèi)中間產(chǎn)物。微粒的成分近年來(lái)提出：PM10、PM2.5、汽油機(jī)PMPM粒度越來(lái)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(mén)：多氣門(mén)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(jiàn)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(mén)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)濾效率可達(dá)90%以上。DPF的再生問(wèn)題再生（regeneration）柴油機(jī)排溫過(guò)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(kāi)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(guó)看好）(NSR，NOxStorageReduction或LNT)（5）冷等離子體（6）未來(lái)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(chē)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(wèn)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(guó)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(chē)誕生以來(lái)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(zhǎng)。2017年1月，北京開(kāi)始實(shí)施國(guó)6排放法規(guī)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際接軌。第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)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(cè)試（自學(xué)）二、測(cè)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(cè)試循環(huán)，一般用于新車(chē)認(rèn)證，價(jià)格高于怠速法100—200倍。2、怠速法僅測(cè)量HC和CO，采用便攜式排放分析儀，用于環(huán)保部門(mén)對(duì)在用車(chē)輛的檢測(cè)。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(chē)與重型車(chē)工況法又根據(jù)輕型車(chē)和重型車(chē)而采用不同的試驗(yàn)方法。對(duì)于輕型車(chē)和重型車(chē)的定義各國(guó)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(chē)輛定義為輕型車(chē)，為了與農(nóng)用車(chē)區(qū)別，還規(guī)定其最高車(chē)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(chē)。輕型車(chē)與重型車(chē)輕型車(chē)一般用底盤(pán)測(cè)功機(jī)進(jìn)行測(cè)量。重型車(chē)一般用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行測(cè)量。輕型車(chē)轉(zhuǎn)鼓－排放試驗(yàn)臺(tái)四、排放限值工況法檢測(cè)的排放限值一般分為兩類(lèi)，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(chē)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(chē)輛的試驗(yàn)，要求從成批生產(chǎn)的車(chē)輛中任意抽取一輛或若干輛進(jìn)行試驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)，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(chē)排放法規(guī)(１)美國(guó)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(guó)加利福尼亞州，用七個(gè)工況組成一個(gè)測(cè)試循環(huán)(稱(chēng)為加州標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán))，并于1968年被美國(guó)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(chē)排放測(cè)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(cè)試循環(huán)(熱起動(dòng))，1992年起改用１０·１５工況測(cè)試循環(huán)示。

(４)各種排放法規(guī)的對(duì)比(５)我國(guó)排放法規(guī)我國(guó)于１９８４年４月１日開(kāi)始實(shí)施排放法規(guī)。美國(guó)ＦＴＰ-７５測(cè)試循環(huán)瞬態(tài)工況——美國(guó)適用于輕型車(chē)模擬城市行駛工況分成：冷起動(dòng)－熱穩(wěn)定－停車(chē)－熱起動(dòng)四個(gè)階段，分別采氣分析（加權(quán)）歐洲測(cè)試循環(huán)(ＥＣＥ-１５＋ＥＵＤＣ)相對(duì)穩(wěn)定工況——ECE15＋EUDC適用于輕型車(chē)模擬城市區(qū)（citycycle）和郊區(qū)（ExtraUrbanDrivingCycle）行駛工況起動(dòng)后40s后開(kāi)始采氣分析（歐Ⅲ后取消40s，并加-7℃起動(dòng)），全過(guò)程采氣1袋歐洲循環(huán)工況被我國(guó)和世界上大多數(shù)國(guó)家采用，有可能成為國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。日本１０·１５測(cè)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(guó)、歐洲、日本輕型車(chē)排放測(cè)試循環(huán)的主要參數(shù)對(duì)比測(cè)試循環(huán)ECE-15·EUDC10·15總行駛距離/km17.9114.16平均車(chē)速/km/h31.732.522.7最高車(chē)速/km/h91.2120（90）70總循環(huán)時(shí)間/型車(chē)排放控制的進(jìn)程歐洲重型車(chē)用柴油機(jī)排放限值(單位：ｇ／(ｋＷ·ｈ))２.重型車(chē)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(cè)試循環(huán)——13工況法（ECER49）適用于重型車(chē)（柴油車(chē)）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(cè)功機(jī)上試驗(yàn)六、排放檢測(cè)的取樣系統(tǒng)１.輕型車(chē)工況法測(cè)試的取樣系統(tǒng)用于輕型車(chē)工況法測(cè)試的定容采樣系統(tǒng)(ＣＦＶ／ＣＶＳ系統(tǒng))

ＣＤ—底盤(pán)測(cè)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(guò)濾器ＦＣ—流量控制器ＦＬ—流量計(jì)ＨＥ—換熱器ＨＦ—加熱過(guò)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(cè)量微粒排放質(zhì)量的取樣過(guò)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(cè)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(chē)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(cè)量ＣＯ和ＣＯ２；用氫火焰離子分析儀測(cè)量ＨＣ；用化學(xué)發(fā)光分析儀測(cè)量ＮＯｘ。世界各國(guó)在其工況法檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中都嚴(yán)格規(guī)定必須采用上述測(cè)試方法。但怠速法檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中略有不同，可以用不分光紅外法測(cè)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(zhuān)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(guò)更換色普柱，可以測(cè)量CO、CO2、HC、NO、NO2及非常規(guī)氣體，但時(shí)間周期長(zhǎng)。 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(cè)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(cè)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(cè)量方法(１)波許(Ｂｏｓｃｈ)煙度計(jì)最早問(wèn)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(cè)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(cè)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(cè)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(lái)