振动噪声控制与排放（PPT79页).ppt

柴油机振动 噪声控制与废气排放 胡以怀本学期教学内容第一章 振动及控制理论第二章 船舶振声激励源第三章 船舶机械振动及控制第五章 噪声及控制理论第六章 船舶噪声控制第七章 柴油机排放及控制1807年第一艘蒸汽机动力船 克莱蒙特 建成 1904年柴油机用于船舶推进 20世纪50年代后 船舶功率和航速迅速增大 高强度钢使用 过大的船舶振动称为有害振动 它会 引起船体结构和机械部件的疲劳破坏 造成船舶仪表 机械设备的失效和失灵 影响船员和旅客的正常工作和生活 船舶噪声还会使 船员感到疲劳 降低船员的听力和工作效率 危及船员的身心健康和船舶的航行安全 影响客轮的居住舒适性 影响舰艇的作战隐蔽性 船体振动 噪声的激励源主要有 柴油主机和螺旋桨产生的周期性激励力 辅机的不均衡力 轴系安装不良 周期性波浪载荷 船舶附属体 舵 水翼 潜艇升降噪声等 所产生的流体动载荷 船舶机械振动 噪声的控制措施 1 设计控制在船舶设计阶段通过减小激励力和力矩 减弱噪声源及其传递和改变振动的固有频率或激励频率防止工作范围内强共振等 2 使用控制在船舶使用阶段发现振动 噪声问题时则通过增加阻尼和吸声材料以吸收振声能量和装设减振 防噪装置以减小振声的危害等措施来实现 一般来说 防胜于治 在船舶设计阶段通过对力矩的振动预报和噪声预报来控制振动 噪声通常是最有效 最经济的措施 船舶柴油机在运行时会排放出大量的氧化硫 SOx 氧化氮 NOx 碳烟微粒 PM 和一氧化碳 CO 等 对大气环境造成严重污染 世界各港口国对船舶防污染管理与设施的检查日趋严格 这些都使得船舶防污染受到前所未有的重视 第一章振动及控制理论一 无阻尼自由振动系统运动微分方程为 其中自由振动频率 初相位 二 有阻尼自由振动系统运动微分方程为 设其通解为式中X s为待定常数 X为实数 s为复数 将其代入 1 1 4 式 得得特征方程为 则特征根式中设 n称为无阻尼自由振动频率 固有振动频率 称为粘滞阻尼因子或阻尼率 特征根为 讨论 1 当0 1时 小阻尼情况 得一对共轭复特征根式中称为有阻尼自由振动频率 有 有阻尼系统的自由振动是一种减幅振动如图1 1 2所示 其振幅按指数规律衰减 阻尼率 值越大 振幅衰减越快 2 当 1时 过阻尼情况 得两个实数特征根则有这时系统不产生振动 很快就趋近于平衡位置如图1 1 3所示 从物理意义上看 表明阻尼较大时 由初始激励输入系统的能量很快就被消耗掉了 而系统来不及产生振动 3 当 1时 临界阻尼情况 得两个重根则有这种情况下的运动也是非周期性的 4 当 0时 x t 则表现为一种增幅振动 三 有阻尼系统的简谐强迫振动单自由度有阻尼强迫振动的微分方程为 设为频率比 则有 幅频特性相频特性讨论 1 激励频率很低时 即 2 激励频率很高时 即 3 四 有阻尼一般强迫振动可以看作是由一系列简谐激励组成的 其响应也是一系列谐波响应的叠加 课后作业 1 想一想日常生活中遇到的共振的实例 第二章船舶振声激励源波浪冲击 爆炸冲击波 火炮发射后座力 抛锚等引起的非周期性激励 汽轮机 电动机等回转机械激励力易满足静 动平衡条件 发电机 空压机 泵浦的激励力引起局部结构的振动 柴油机 螺旋桨的周期性激励力 船舶振动主要激励源 2 1柴油机激励力一 往复惯性力1 单缸往复惯性力略去频率为4 以上的高阶项 得 则 2 单缸离心惯性力是一阶激励力3 多缸机惯性力以三缸二冲程柴油机为例 发火顺序为1 3 2 发火间隔角1200 一阶往复惯性力合力 二阶往复惯性力合力 垂直与水平离心力合力分别为4 多缸机惯性力矩一阶往复惯性力矩 二阶往复惯性力矩 离心惯性力矩 如果各合力和合力矩都等于零 则认为柴油机是平衡的 但实际上机体是弹性体 受力后会发生变形 从而传递激励力到船体上 如果以上的合力和合力矩 考虑到三阶为止 都等于零 即可认为该柴油机是平衡的 由于它们的作用形态都是对外而表现出来的 因此也称它们为外力和外力矩 其值取决于运动部件的质量 发火顺序 缸数和曲柄排列等 当选用存在有不平衡惯性力和力矩的柴油机作为船舶主机时 则会激起船体的振动 作用在垂直平面内的垂向力及纵摇力矩是船舶垂向振动的激励力 当其频率与船体垂向弯曲振动某阶的固有频率相等或接近时 就会激起较大的垂向振动响应 二 倾覆力矩活塞承受的力指向气缸壁的侧向压力PN PN Ptg 侧推力PN相对于机座形成一力矩MT PN H T R 为倾覆力矩 转矩MT与倾覆力矩PN H在数值上相等 即转矩MT是随曲柄转角 成周期性变化的 它的大小与曲柄转角有关 是时间的函数 用傅里叶级数可表示为倾覆力矩Mt会引起船体的横摇振动 扭矩MT会引起轴系的扭转振动 2 2螺旋桨激励力一 表面力螺旋桨回转时作用在它附近船体表面上的变动水压力 1 载荷效应 随着螺旋桨的旋转 桨叶周期性地时而接近该点 时而远离该点 因此 由涡引起该点的压力也相应地时大时小呈周期性地变化 这是产生脉冲压力的起因之一 涡强度与螺旋桨载荷有关 2 叶厚效应 流场中某一点P处所受压力必将随着圆柱接近和远离该点而发生周期性变化 是桨叶具有厚度而引起的 当船体尾部的流场不均匀时 这种脉动压力就会增大 其主要频率成分为螺旋桨叶频和叶频的整数倍 其大小取决于桨叶的几何要素 船体尾部线形 伴流特征 桨轴转速 功率 螺旋桨叶梢与尾壳板之间的间隙 以及螺旋桨的叶片数等 二 轴承力螺旋桨旋转时产生的流体力 推力和旋转力 通过轴系 轴承传给船体的激励力 各叶片的推力不尽相同 且合力中心不通过螺旋桨架轴 形成My Mz 各叶片的旋转阻力不相同 形成侧向分力Fy Fz 轴承力是由螺旋桨盘面内伴流不均所产生的 其影响因素有 1 螺旋桨的制造精度 质量不均匀 螺距不等 螺旋桨旋转中心与桨轴不同心 它产生轴频激励力 2 螺旋桨盘面内的伴流场 单桨船的轴承力大于双桨船 单桨四叶船的推力波最大 单桨五叶船的垂向弯矩波动最大 2 3其他激励力一 波浪激励力 1 轻载时船首底部出水后再入水时产生的冲击 2 满载时船首甲板上浪的冲击 3 船首部外板的外飘波浪冲击 船与波浪的遭遇频率 其中 vs 航速 船与波浪间的夹角 迎浪为00 顺浪为1800 波长 在一定海况下 只要改变航向角 或船的航速即可改变 从而避免发生波激振动 二 回转机械的激励力1 风机的质量偏心2 电动机的激励力频率为轴频率 三 轴系激励力1 轴系质量偏心会形成轴系回转运动 2 联轴节3 排气压力波 4 舵 2 3振动 噪声的容许标准一 振动的危害 1 使船员 旅客极度不适 易疲劳 有损健康 机器仪表失常 失灵损坏 2 高应力区船体结构出现裂缝 疲劳破坏 3 影响人员工作 健康及舰船的作战性能和潜艇的隐蔽性 人体固有频率在6 9Hz之间 1 2 5Hz范围 感到压力与振动 6 7Hz范围 感到晕船 恶心 呕吐 16 20Hz范围 感到噪声 二 ISO组织规定 在1 80Hz范围内人体忍受振动的三种限界 1 舒适性限界 RC 不能保证舒适感的限界 2 疲劳限界 FDP 出现疲劳 导致工作效率衰退的限界 3 耐久限界 RC 不能保证人员健康的限界 图2 4 2垂向振动的FDP限界 三 船舶振动衡准1 海船 适用于20米以上的钢质海上运输船舶 对水平振动耐受程度低于垂向振动以及逗留时间等不同 分为 类区和 类区 各以上 下限界线把振动程度划分为三种情况 I类区 指船上生活区及连续工作4h和超过4h的区域 如驾驶室 报务室 集控室 II类区 指船人员工作和逗留时间小于4h的区域 在下限界线以下者 认为振动轻微 不影响人员的正常生活和工作 超过上限界线时 则振动剧烈 严重影响生活和工作 落在上 下限界线以内时 则属于尚能容许的程度 2 内河船 适用于30米以上的钢质运输船舶 各类内河船的垂向振动加速度单幅值按下式划分为三个区域 式中 频率 Hz 小于8赫时以8赫计 k 随船舶类型和舱室而异的系数 k 1 0 2 0 衡准系数0 047不允许水平振动的标准取为垂向振动的0 75倍 第三章船舶机械振动控制防振 在船体设计阶段 减振 在船舶使用阶段 基本原理 1 避免共振 改变固有频率或激励频率 2 减小激励力 3 减小振动的传递 3 1柴油机振动控制一 防止共振选择主机应配合螺旋桨 尤其应避免在主机常用转速下的低阶共振 使一 二阶固有频率与激励频率分别错开15 和20 便可收到很好的效果 二 减小激励力对于存在外部不平衡力或不平衡力矩的柴油机 加装平衡装置和平衡器来减小激励力和激励力矩 平衡补偿装置是使偏心质量以和主机激振频率相同的转速旋转 产生补偿力或力矩以抵消柴油机不平衡力 减少它们对振动的影响 有离心力平衡重 平衡轴系 电动平衡器来抵消柴油机不平衡力 有 一次力矩平衡器二次力矩平衡器组合式平衡器三 减小振动的传递1 隔振器在机座下部装设 使主要用于副机 有 橡胶减振器 结构简单 有较好的隔声 缓冲和减振效果 但易老化 金属弹簧减振器 性能稳定 但内阻小 高频震动及声振动的隔绝性能差 所要求的减振器应该柔软些 这通常只有对高速柴油机才能实现 将此装置用于转速不变的辅机 效果会更好 2 防振支撑针对长冲程和超长冲程主机的横向振动问题 机械式支撑摩擦式支撑液压式支撑 3 2螺旋桨振动控制一 改善伴流1 尾部设计根据船模试验 单桨船U型尾的轴向伴流较V型尾均匀 球型尾和开式尾间隙大 伴流变化小 脉动压力小 推力系数较高 用尾垂线前0 1L L为船长 处的船体横剖面的形状参数 a b来判别U型和V型 它表示船体剖面在水线处的斜率 U型尾可明显改善伴流 单桨船采用U型尾或球型尾 双桨船采用V型尾 2 装尾鳍V型与U型的差别仅在于缺少阴影部分 以两个三角形构架充实该部分也能起到上述特征的作用 实现由V向U的转化 恰当设计这种构架在横向和纵向的形状和尺寸 便是所谓的导流鳍 导流鳍 起整流作用 使伴流场均匀 水滴型导流帽 舵上 改善螺旋桨去流的不均匀性 3 控制去倒角去流角是船体纵剖面与后体水线之间的夹角 增加去流角会导致平均伴流和船舶阻力增高 从而使螺旋桨的载荷加大 单桨船去流角 200 否则 在水流与船体间形成死水区 二 改进螺旋桨设计1 叶片数叶片数 表面力 推进效率 引起高频激励2 侧斜螺旋桨大侧斜螺旋桨可以减小螺旋桨轴承力和表面力 1 MAU型四叶标准桨 2 侧斜角为60 的侧斜桨 3 侧斜角为90 的侧斜桨 3 卸载螺旋桨适当减小桨叶梢部和毂部的载荷 即采用卸载螺旋桨 可以有效地减小螺旋桨激励力 采用某些形式的特种螺旋桨 如导管螺旋桨 对转螺旋桨 串列螺旋桨也起一定的减振作用 喷水推进可提高桨盘面伴流的均匀度 与同类船型相比 尾振较小 串列螺旋桨则可解决激励 从而减小船体的振动 实船测试也证明其减振效果良好 三 减小激励传递1 调整间隙间隙 表面力 安源 号海船 东方红52 长江客轮 长江3003 推船 最小间隙建议 0 12D b 0 20D c 0 14D d 0 40D 不满足船规要求 船尾振动就增大 2 设置避振穴利用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来的脉冲压力 减少激励 或设凹穴 填以海绵 橡胶 通常取开孔面积为D D 其中纵向开孔尺寸不要小于0 7D 避振穴的主要作用是利用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来的脉动压力 以减小对船体的激励 在螺旋桨上方船壳板上设凹穴 填以海绵 橡胶等弹性物 其外表可与船壳构成一光顺曲面或略向内凹 也称钟形避振穴 以增加梢隙 3 3设备隔振在振源与结构之间装设减振装置 减少振动传递 一 隔振器类型1 橡胶隔振器橡胶隔振器可用天然橡胶或合成橡胶 其特点是结构简单 三向刚度可通过结构予以调整 但对环境要求高 寿命有限 2 橡胶隔振垫橡胶隔振垫是一种表面有不同凸起的橡胶板 具有弹性 故有隔振功能 结构简单 对环境要求高 使用温度范围是 5 500C3 金属弹簧隔振器不受温度影响 适用温度范围宽 对环境影响不敏感 寿命长 较低的固有频率 但阻尼小 4 钢丝网隔振器一组特殊压制的钢丝网 其阻尼是由于隔振器变形时在钢丝之间产生摩擦形成的 具有库仑阻尼性质 使共振响应降低 5 钢丝绳隔振器是一种新型的纯金属隔振器 弹簧元件用不锈钢钢丝绳绕成 绳圈的上下两面用夹板夹住 夹板就作为隔振器上下的安装平面 具有库仑性质 6 隔振吊架吊架可用金属作弹性元件 也可用橡胶或钢丝网垫作阻尼元件 在管路和船体结构之间应用隔振吊架联接 对于高温介质的管路应选用金属型吊架 课后作业 1 五缸四冲程柴油机一阶 二阶往复惯性力及往复惯性力矩的计算 1 2 4 5 32 柴油机振动控制的主要手段 3 螺旋桨振动控制的主要手段 第五章噪声及控制理论 5 1声波与声场声波 声源的机械振动通过周围介质向四周由近及远的传播 按波阵面的形状不同可将声波分为平面波 球面波和柱面波等 空气声 声音在空气中传播的波动形式 固体声或结构声 声音在固体中传播的波动形式 水声 声音在液体中传播的波动形式 1 频率发声体每秒振动的次数 Hz物体每振动一次所需的时间称为周期 T sec2 波长声波在一个周期中传播的距离 m 3 声速声波每秒钟传播的距离 c m s 4 声压有声波时介质中的压强超过静压力的值 p Pa1Pa 1N m25 噪声声强和频率的变化都 无规律 地组合在一起的声音 不需要的声音 按照起源不同分 有 空气动力性噪声 机械性噪声和电磁性噪声 按噪声的传播途径分 有 空气噪声 水噪声和固体 结构 噪声 6 声压级国际上统一规定 把人耳能听到的频率为1000Hz的声压 2 10 5Pa 定为0dB 则声压级的数学表达式为 7 声功率级 其中 W 声功率 W W0 参考基准声功率 W0 10 12W 8 声强级其中 I 声强 W m2 I0 参考基准声强 I0 10 12 W m2 9 倍频率目前通用的倍频程中心频率为31 563 125 250 500 1000 2000 4000 8000 1600Hz 再把一个倍频程分为三份 所有的中心频率为40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000Hz 5 2噪声的危害及标准一 危害1 对睡眠的影响 大约40dB A 以下的噪声影响很小 55dB A 的噪声就比较严重 睡眠回转30 突然惊醒50 若经常受到噪声的干扰 就可能因睡眠不足引起头昏 头痛 神经衰弱等症 2 对语言交谈的影响 3 对听力的影响 80dB以下不致引起噪声性耳聋 但95dB A 就比较严重 发病率近于30 4 对工作能力的影响二 评价1 响度及响度级反映人耳对声音轻与响的主观尺度 宋 2 A声级A网络取40方等响曲线倒立形状 代表了人耳对频率的计权 A声级越高 噪声对人耳的损伤越严重 长期实践证明 不论噪声强度是高是低 A声级都能较好地反映人对噪声吵闹的主观感觉 同时 A声级同人耳的损伤程度也是很好对应的 即A声级越高 损伤越严重 3 船舶噪声标准 课后作业 1 什么是声压 声压级 A声级 第六章船舶噪声控制机械设备典型的噪声级降低和控制噪声基本方法 1 声源噪声的控制 2 传播途径的噪声控制 3 接收器噪声防护设备的使用以保护人耳 应尽可能选用低噪声的机电设备 机舱合理布置 采用集控室 戴耳罩 降噪措施 隔声 吸声 隔振 吸振 6 1隔声结构目的是为了降低噪声源的直接辐射噪声 一 隔声屏对靠近隔声屏的后方声影 仍有一定程度的衰减 而且频率越高 越靠近声源 隔声屏的尺寸越大 效果越好 如果在隔声屏的后方贴上吸声材料 可使舱室中其他的噪声下降 二 隔声罩采用无孔气密重板制作 在船舶上 发动机的隔声罩大致有三种形式 1 将发动机和减速齿轮箱一起用隔声罩罩起来 小型船舶或小艇 2 将整个机舱作为一个罩子 发动机等遥控操纵 内河船舶及沿海船舶 3 将别发动机或几组或所有发动机成组地罩起来 大型多机的远洋船舶 注意 1 有共振频率 吻合频率 2 需通风 散热 防火 3 采用弹性支撑 4 穿孔部分应有消声措施 三 隔声舱室防止声能从外部传入 分单层和双层 层状单层板是在简单的单层板上涂有各种材料而成的板 双层结构是由两个单层壁组合的 之间填充声阻很小的空气或吸声材料 两层壁之间可采用声桥或隔声声桥 或者采用整块的弹性垫 注意 1 共振频率其中 d 两板间的距离 cm m m1 m2 m1 m2 m1 m2为板1和板2面质量 kg m2 声能将大量地传递过去 产生隔声值的凹谷 2 双层隔声双层结构在低于共振频率以下的范围内 空气层不起作用 实际上相当于 m1 m2 单层结构 在共振频率处 隔声值大约下降5dB 频率从开始 双层结构才不再受到共振的影响 显示出空气层的弹性作用 3 声桥的影响中高频率的声能基本上是通过声桥传递的 低频则通过空气夹层传递的 应采用弹性支承 增加空气层厚度或放置吸声材料 图6 1 12双层结构的隔声特性图6 1 13附加隔声值 6 2吸声材料与吸振结构一 吸声 1 多孔吸声材料 表面有孔 材料内部多孔 孔孔相通 2 薄板振动吸声结构 低频吸声性能较好 但吸声频带窄 吸声系数不高 3 共振吸声器 选择性高 吸声频带窄 吸收单调声音 4 穿孔板组合共振吸声器 中频吸声性能较好 其中微穿孔板的吸频系数和宽带比一般穿孔板好 适用于高速气流或高温条件 5 特殊吸声结构 空间吸声体 吸声尖劈等 用吸声材料装饰在舱室内表面上 或悬挂空间吸声体 降低反射声强 注意 1 吸声材料不仅与本身吸声系数有关 还与材料和表面积大小有关 2 吸声方法只能吸收反射声 对直达声不起作用 二 吸振在金属薄板上涂贴阻尼材料 以抑制其振动 减少结构声的传播 1 刚性吸振涂层 刚性吸振涂层是在变化的板上敷设一层硬塑料 沥青化的纤维油毛毡等 振动能量是依靠这吸振层的拉伸或压缩变形而被吸收的 2 柔性吸振涂层柔性吸振涂层就是在板上敷设一层沿厚度方向很容易压缩的粘弹性材料 当弹性波沿粘弹性材料厚度方向传播时 涂层便产生变形而使能量得以消耗 3 约束吸振涂层 4 三明治 夹心板 夹心板即工业上所用的三明治板 它是一种吸振结构的材料 可用于制造船舶的隔声罩 轻型舱壁和其它轻载荷的船体结构 约束吸振涂层是在粘弹性涂层的外面加上一层薄金属板或其它比涂层 硬 的材料 这种结构形式像古代军人身上铠甲似的 所以又称为铠装型或加强性吸振涂层 注意 1 涂层应敷设在与振源直接连接的结构和有振源的舱室里 2 涂层应敷设在从振源向观察点传播震动的所有途径上 3 涂层应敷设在振幅最大的围壁上 鹿特丹 号内河船 0 01m厚的刚性涂层 涂层面积达400m2 费用较高 6 2消声器主要用来防止空气动力性噪声 一 阻性消声器利用敷设在消声器内表面的多孔吸声材料来吸收声能 对中高频噪声吸收能力强 应用广泛 能在较宽的中高频范围内消声 特别对刺耳的高频噪声有突出的消声作用 缺点是在高温带水蒸汽以及对吸声材料有侵蚀作用的气体中 使用寿命较短 低频噪声消声效果较差 注意 1 增加消声通道长度或缩小通道截面积 可提高消声量 2 有高频失效现象 此时可采用片式 蜂窝式 折板式 弯头式消声器等以保持高频消声效果 3 高温水蒸汽对吸声材料有侵蚀作用 通常只用于柴油机进气消声 二 抗性消声器抗性消声器具有良好的消除低 中频噪声的性能 常用的有扩张室消声器和共振腔消声器两大类 它是利用管道的截面积突变引起的声阻抗变化 使声波反射回去 或改变扩张室和内接管的长度 使声波与反射波形成1800相位差 发生干涉 互相抵消 如 扩张室消声器 共振腔消声器 能在高温 高速 脉动气流下工作 通用于柴油机排气管 三 复合式消声器抗性部分放在前面 阻性部分放在后面 注意 一般将消声器布置在离排气管末端1 4管长处 耳塞 防声棉 帽盔 课后作业 1 船舶噪声控制的措施有哪些 第七章柴油机废气排放及控制 7 1排放物及其危害一 排放物分类及危害1 一氧化碳 CO 2 碳氢化合物 未燃烃 醛类对眼 鼻 呼吸道 皮肤等有强烈刺激作用 一般当浓度为0 4ppm时 人眼即可感到刺激 醛类也是柴油机排气臭味的来源之一 尤其值得注意的是多环芳烃中的苯并 芘及硝基烃 它们已被确认为致癌物质 3 氮氧化物 NOx 4 二氧化硫 SO2 浓度高时 对呼吸道深部也有刺激作用 当人体吸入较高浓度的SO2时 会发生急性支气管炎 哮喘 发绀和意识障碍等症状 有时还会引起喉头痉挛而窒息 如大气中含SO2过多时 SO2则会溶于水蒸汽而形成酸雨 5 微粒 PM 6 二氧化碳 CO2 温室效应 全球气候将变暖 二 排放法规我国船用柴油机排放标准 当平均有效压力pe 0 3MPa 燃油消耗率ge 214g kW h 时 NOx限值为29g kW h 在燃油消耗率ge 214g kW h 268g kW h 时 NOx限值为25g kW h 14g kW h 在燃油消耗率ge 268g kW h 时 NOx限值为11g kW h 二 排放法规2 国际海事组织排放限值 MARPLO73 78公约 中有关船舶造成大气污染的新附则中的规定 对船舶主机排放限制更为苛刻 其对排放限制主要有两点其一 有关NOx限值 低速机 n2000r min 为9 84g kW h 其二 有关SO2限值 限制使用的燃油硫分不大于1 5 其中 瑞典 加利福尼亚 如果不符合IMO规则 就可能会以增加港口使用费的手段加以控制 7 2排放物的生成机理一 气态有害排放物的生成1 NOx由空气中所含的氮在高温下氧化而成 氧原子的浓度以及反应温度对NO生成最为重要 与参加预混燃烧的燃油比例有很大关系 一般柴油机高于汽油机 注意 1 预混燃烧期高于扩散燃烧期 2 直喷式柴油机高于分隔式柴油机 2 未燃烃 柴油机的未燃烃少于汽油机的未燃烃 3 COCO是燃油分子经高温氧化生成的 燃烧过程的中间产物 与过量空气系数有直接关系 柴油机的CO少于汽油机的CO 三 微粒排放物 炭烟粒子 1 混合气中 C O 烟界度时 炭烟生成 2 较高的绝热火焰温度 炭烟增多 3 湍流扩散速度大 炭烟减少 4 分隔式柴油机低于直喷式柴油机 7 3机内净化途径一 排放影响因素1 可燃混合气质量雾化细 混合和蒸发速度高 油耗率 炭烟 CO 未燃烃 NO 不正常喷射 未燃烃 CO 炭烟 2 喷油定时推迟喷油 NO 未燃烃 排烟 3 燃烧室结构分隔式的NOx 直喷式的NOx 但油耗率增加 4 进气状态进气温度 NO 未燃烃 5 负荷和转速 空燃比 柴油机负荷增大 NO CO两头高 中间低 未燃烃 炭烟 二 控制措施1 推迟喷油并提高喷油速度 2 增压加中冷 3 低污染燃烧系统 4 最佳喷油 配油定时 改进喷油器结构 5 采用电子技术 1 配气定时 2 进气旋流 3 喷油定时 7 4前处理技术一 废气再循环 EGR 废气再循环 ExhaustGasRecirculation EGR 是将排气管中的一部分废气引入进气管 再进到气缸中 废气的稀释作用减缓了NO生成速度 降低了燃烧温度 从而有效地降低了NO排放浓度 1 热循环 2 冷循环存在一些技术问题 如废气再循环量的调节与控制 冷循环废气温度的控制 二 燃油掺水1 进气管喷水用低压水雾喷嘴向进气管喷水 不需要对发动机作结构上的改动 由于水蒸汽的 微爆 作用使油滴破碎成更细小的油滴 因而促进了混合气的形成和燃烧 在燃烧过程中由于水的吸热作用可降低最高燃烧温度 另外 如水与油混合喷入还可以降低燃油密度 使最高燃烧温度进一步降低 因此柴油机的NOx排放量减少 同时还节省了燃油 改善了排气烟度和CO排放 2 乳化柴油在柴油中掺水 其方式也同样有预先乳化和燃烧前乳化两种 当乳化油滴喷入高温的燃烧室内时 油滴被加热 油滴内部的温度和压力急剧升高 当内部压力超过油滴的表面张力与环境压力之和时 油滴发生爆炸 油滴内的水蒸汽把油滴胀破 使原来就很小的乳化油滴破碎成更细小的油滴 这种现象称为 微爆 即二次雾化 这不仅使燃油雾化良好 而且由此而产生很多爆炸波 促使燃烧室内的空气形成强烈紊流 空气与燃油的分布更加均匀 温度也变得均匀 生成的碳烟减少 3 分层喷射 SFWI