第五章内燃机噪声与排气污染.ppt

第五章内燃机噪声及排放污染 第一节内燃机噪声污染及防治第二节内燃机排放污染及防治 第一节内燃机噪声污染及防治 一 内燃机噪声的主观评价与测定二 内燃机噪声分析三 内燃机噪声的防治 第五章内燃机噪声及排放污染 噪声 汽车的主要噪声源 发动机 汽油机的主要噪声源 风扇噪声和配气机构噪声 柴油机的主要噪声源 燃烧噪声 柴油机的噪声比汽油机的大 排放 汽油机的CO和HC排放比柴油机的多 柴油机的炭粒排放比汽油机的多 二者排放差不多 第一节内燃机的噪声污染及防治 噪声污染是指不同频率和强度的声音 无规则地组合在一起 造成对人和环境的影响 GB规定 城市噪声声压级白天dB 夜间dB 一 内燃机噪声的主观评价与测定 一 噪声的物理参数 噪声的物理参数 声压 声压级 声强 声强级 声功率 声功率级 频率 频带 1声压 声压级声波通过介质 如空气 时 在与声波相垂直的单位表面的压强增量值称声压p 人耳能听到的听阀声压是2X10 5 Pa 人耳产生疼痛的痛阀声压是20 Pa 相差100万倍左右 声压级 dB 式中 为1000 Hz 时的基准声压 即听阀声压 Pa 2声强 声强级声强是在垂直于声波传播方向上 单位时间 单位面积上通过的声能 W m2 声强级dB式中 为1000 Hz 时的基准声强 W m2 3声功率 声功率级声功率W是指声源在单位时间内所辐射的总能量 W 式中 S为包围声源的封闭面面积 为声强在微元面积dS法线方向的分量 在自由场中 声波作球面辐射 则 在开阔空间地面上 声波作半球面辐射 则 声功率级 dB 式中 为基准声功率 W 声压级 声强级 声功率级的范围均为0 120 dB 4频率 频带人耳能听到的声音频率范围为 20 20 000 Hz 将其分为若干个频率段 频带或频程 常用倍频程和1 3倍频程 倍频程 两个频率之比是2 1的频程中心频率 上限频率和下限频率的关系为 倍频程的中心频率 31 5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 1 3倍频程 即把一个倍频程按等比级数 分为三份 使频谱更窄频谱图 横坐标 频率 频带 纵坐标 声压级 声强级或声功率 二 对噪声的主观评价 响度级即使声压级相同 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 响度级 方 phon 定义 以1000 Hz 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 则该纯音的声压级即为该噪声的响度级 100Hz以下的噪声 虽然声压级较高 但响度级却低 人耳不敏感 低频 低声压级的噪声 人耳听不到 同一声压级下 人耳对频率为3000 4000 Hz 的噪声 波谷 最为敏感 其响度级最高 声压级高于100dB时 等响曲线平缓 响度级仅与声压级有关 而与频率几乎无关 说明对于高的噪声 人耳已分辨不出高 低频了 由大量试验得出ISO等响曲线 三 噪声仪中的A B C三种计权网络 在噪声测量仪中 根据等响曲线 通常设置A B C三种计权网络 计权网络A是模拟人耳对40方纯音的响应 它使信号通过时 低 中频段 1000HZ以下 有较大的衰减 计权网络B是模拟人耳对70方纯音的响应 它使信号通过时低频段有一定衰减 计权网络C是模拟人耳对100方纯音的响应 在整个可听范围内有近乎平直的响应 四 内燃机的噪声测定1 仪器测定噪声测量仪器主要是声级计和频谱仪 2 内燃机的噪声测定按照国际标准化组织 ISO 关于柴油机周围噪声测定位置和噪声值的规定 柴油机的测定点布置在距离柴油机外侧一米的侧向垂直面和顶水平面所形成的长方体的表面上 测量分详细测量和一般测量 二 内燃机噪声分析 一 车辆噪声源车辆噪声源大致可分为 与发动机转速有关的声源和与车速有关的声源 与发动机转速n有关的噪声源 进 排气噪声 旋转件噪声 风扇 空气压缩机 发电机和空调等 与车速有关的噪声源 传动噪声 变速器 传动轴等 空气动力噪声 轮胎噪声 车体噪声等 车辆噪声源 与车速有关的声源 与发动机转速有关的声源 进 排气噪声 旋转件噪声 风扇 空气压缩机 发电机和空调等 传动噪声 变速器 传动轴等 空气动力噪声 轮胎噪声 车体噪声等 二 发动机噪声 发动机噪声 按照噪声辐射的方式来分 有直接向大气辐射和通过发动机表面辐射的两大类 直接传向大气的噪声 进 排气噪声和风扇噪声等 属于空气动力噪声 发动机表面辐射噪声 由发动机零部件的机械振动引起 包括燃烧噪声和机械噪声 1 燃烧噪声 还与发动机零部件的强度 刚度有关 柴油机的燃烧噪声比汽油机的大 2 机械噪声 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 三 内燃机噪声的防治 1 降低燃烧噪声采用油膜蒸发型混合气形成方式 M过程 尽量使喷油先缓后急 推迟喷油开始时刻 使用十六烷值高的燃料 2 加强结构强度加固主轴承 多加和加固加强筋 3 采用隔声罩壳材料 钢板 玻璃纤维和其它消声材料 部位 曲轴箱侧壁和排气总管 4 采用排气消声器排气消声器 声滤波器 随频率变化而变化 阻性消声器 主要用于小轿车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 抗性消声器 主要用于载货汽车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外辐射 阻抗复合式消声器 用于各种汽车以抗性消声器为基础 同时采用吸声材料 可使排气噪声大幅度降低 5 低噪声发动机设计在满足基本性能的前提下 按降声原理设计结构参数 降低发声重要领域内燃烧和机械激震力的数量级 提高结构刚度 减少外部声发射表面的震动 在结构上引入附加阻尼 衰减振动能量 改变激震力的传播途径 在传递途径上隔板 减少辐射声表面 采用隔音罩 第二节内燃机排放污染及防治 一 内燃机排放污染物的危害与测定二 内燃机排气污染物生成及其影响因素三 内燃机排放污染物的防治 第二节内燃机排放污染及防治 汽车有害气体排出途径 1 曲轴箱排出污染 2 发动机废气排出 3 汽油从油箱 化油器浮子室及油泵接头处的蒸发 内燃机主要污染物 汽油机 CO HC NOX 颗粒 铅化合物 柴油机 CO HC NOX 碳烟 SO2 一 内燃机排放污染物的危害与测定 一 内燃机排放污染物的危害1CO煤气中毒 人体血液中的血红素对CO的亲和力比对O的高 引起含CO的血红素所占比例增高 造成人体缺氧窒息 2NOx危害 1 与肺中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 2 与HC反应生成光化学过氧化物 是光化学烟雾的主要成分 3HC危害 1 3 4苯并芘 致癌物质 2 苯甲醛和丙烯醛 强烈刺激眼睛和呼吸器官 3 光化学烟雾的主要成分 4光化学烟雾汽车内燃机排气中 NOx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合物而形成的烟雾称为光化学烟雾 其主要成分是O3及PAN过氧化酰基硝酸盐等光化学过氧化物 5颗粒 微粒 汽油机的主要产物是铅化物 硫酸 硫酸盐和低分子物质 柴油机的主要产物是碳烟和吸附了相当的高分子量有机物 二 内燃机排放污染物的测定1汽车排放国家标准国家环保总局公布了相当于欧 和欧 的汽车排放中国标准 中国 号标准的尾气污染物排放限值比我国目前现行的第 阶段标准降低了30 并将于2007年7月1日起实施 2汽车排气成分测量仪器汽车排气分析对分析仪器的基本要求是 灵敏度高 线形好 应答速度快 干扰小 稳定 零点漂移小 增益变动小 等 1 非扩散型红外分析测量仪 NDTR 2 氢火焰离子型分析仪 FID 3 化学发光分析仪 4 烟度计 透光式烟度计和滤纸式烟度计 二 内燃机排气污染物的生成及其影响因素 一 CO 1 A F 14 8 时 燃料完全燃烧 当空气不足 A F 14 8时 部分不能完全燃烧 生成CO总结 混合气过浓 凡是影响混合比的因素 即为影响CO的因素 1 进气空气温度的影响2 大气压力的影响3 进气管真空度的影响4 怠速转速的影响5 发动机工况的影响 2 HC燃料不完全燃烧产物 1 混合气过浓过稀 发生不完全燃烧 2 激冷效应 3 缝隙效应 4 油膜效应 影响HC生成的因素有 1 空燃比 2 进气管真空度 3 燃料性质的影响挥发性和汽油组成 4 发动机工况的影响 3 NOx生成NO的因素有以下三点 1 温度 2 氧的浓度 3 反应在高温滞留的时间总结 高温富养 其影响因素有 1 空燃比和点火提前角的影响 2 大气湿度的影响 3 燃料的组成的影响 4 行驶工况的影响 4 碳烟柴油机排烟可分为白烟 蓝烟和黑烟三种 1 白烟通常在低温启动不久及怠速工况时发生 可通过提高启动性来减少白烟 2 蓝烟 青烟 通常在柴油机尚未完全预热或低负荷运转时发生 可通过提高燃烧室内空气温度 减少室内空气运动 减少喷注贯穿力等来减少蓝烟 3 黑烟通常在柴油机大负荷时发生 缺氧 致使燃烧中间产物C C H C裂化 再聚合成炭粒总结 碳烟生成条件 高温缺氧 三 内燃机排放污染物的防治 对内燃机来说 排放污染物的防治措施 归纳为三个方面 排放污染物的防治措施 前处理 机内净化 后处理 前处理 对燃料和空气在进入发动机前进行处理 以减少排气中的有害成分 机内净化 改进发动机的供给系统 进气系统 燃烧系统 点火或喷油系统等设计 后处理 在发动机排气进入大气前 应用净化装置 在排气系统中进行处理 一 汽油机排放污染物的防治1 前处理1 汽油的处理减少铅含量2 代用燃料3 曲轴箱强制通风系统4 防止汽油挥发进入大气的装置目前常用吸附法 2 机内处理 1 废气再循环 EGR 控制NOx的主要措施 2 改进燃烧系统 1 降低燃烧室面积 容积比 2 降低压缩比 3 缩小燃烧室的激冷区 3 改进点火系统 1 延迟点火时间 HC NOX减少 2 加大点火能量 2 机内处理 4 改进燃油供给系统 1 安装进气自动调温装置 2 改进化油器 3 选择配气相位 5 采用汽油喷射6 采用稀薄燃烧系统 1 控制燃烧过程 使之实现快速燃烧 2 改善供给系混合气制备与分配 3 改进或强化点火系 3 后处理1 二次空气喷射2 热反应器3 再次燃烧法 后燃法 4 催化反应器 1 CO HC氧化催化反应器 2 NOx还原催化反应器 3 三元催化反应器 二 柴油机排放污染物的防治 1 前处理1 改变燃油性质2 消烟添加剂3 加水乳化油减少碳烟2 改进发动机 机内净化 1 改进进