发动机原理第八章_发动机排放与噪声

1、第八章第八章发动机排放与噪声发动机排放与噪声18761876年世界上第一台内燃机诞生，至今已年世界上第一台内燃机诞生，至今已130130余年；余年；19431943年：美国洛杉矶市出现光化学烟雾（年：美国洛杉矶市出现光化学烟雾（photo-chemical smogphoto-chemical smog）19521952年：加州工大年：加州工大A.H.SmitA.H.Smit博士提出博士提出SmogSmog生成机理：生成机理：HC HC NO NO2 2 O O3 3 PAN PAN（过氧酰基硝酸盐）过氧酰基硝酸盐）19661966年：加州实施世界上第一个年：加州实施世界上第一个“汽车排放法规

2、汽车排放法规” ” （7 7工况）工况）19681968年：日本实施年：日本实施“大气污染防止法大气污染防止法” ” （怠速测（怠速测COCO）19701970年：欧洲开始实施排放法规年：欧洲开始实施排放法规 （怠速测（怠速测COCO、HCHC）19841984年：中国实施排放法规年：中国实施排放法规 （汽油车怠速、柴油车自由加速烟度（汽油车怠速、柴油车自由加速烟度）19991999年：北京实施国年：北京实施国法规法规20002000年：全国实施欧年：全国实施欧法规法规20172017年：北京实施京年：北京实施京6 6法规，实现了国际接轨法规，实现了国际接轨序言序言排气污染及其防治的历程排气污

3、染及其防治的历程主要内容主要内容第一节第一节 发动机有害排放物的生成及危害发动机有害排放物的生成及危害第二节第二节 影响汽油机有害排放物生成的主要因素影响汽油机有害排放物生成的主要因素 及控制及控制第三节第三节 影响柴油机有害排放物生成的主要因素影响柴油机有害排放物生成的主要因素第四节第四节 发动机排放标准与测试发动机排放标准与测试（自学）（自学）第五节第五节 发动机噪声来源与控制发动机噪声来源与控制汽油机Vs柴油机： CO：汽汽柴（柴（10：1） HC：汽汽柴（柴（5：1） NO：汽汽柴（柴（2：1） PM：汽汽1，逐渐达最低值逐渐达最低值 HC HC： a ，HC ； a 过大，过大，HC

4、回升（过稀）回升（过稀） NONO： a1.1后，氧化气氛，但温度下降，后，氧化气氛，但温度下降，NO 2.2.点火正时点火正时 减小点火提前角对降低减小点火提前角对降低HC及及NOx均有利，但以均有利，但以牺牲动力性为代价。牺牲动力性为代价。3.3.负荷负荷怠速、小负荷：怠速、小负荷： CO、 HC增多；增多；中等负荷：中等负荷： CO、 HC少，少，NOx多；多；满负荷：满负荷： NOx多、多、 HC少、少、 CO增加。增加。4.4.转速转速 NOx的生成量与混合气成分有关，当用的生成量与混合气成分有关，当用浓混合气时，浓混合气时，NOx生成量增加。当用稀混合生成量增加。当用稀混合气时，气

5、时， NOx生成量减少。生成量减少。提高怠速转速使混合气变稀，提高怠速转速使混合气变稀，CO及及HC的排的排放减少放减少 5.5.工况工况 不同工况由于混合气浓度不同，有害物不同工况由于混合气浓度不同，有害物的排放量相差很大。的排放量相差很大。 在怠速工况下，在怠速工况下， HC排放浓度增加排放浓度增加. 在减速工况下，在减速工况下，HC增加。增加。6.6.废气再循环率废气再循环率 将一部分排气回送至燃烧室，有利于将一部分排气回送至燃烧室，有利于抑制抑制NOx的生成，动力性会变差。的生成，动力性会变差。二、机内净化技术二、机内净化技术 机内净化是指改善可燃混合气的品质机内净化是指改善可燃混合气

6、的品质和燃烧状况，抑制和燃烧状况，抑制有害气体的产生，有害气体的产生，降低排气中的有害降低排气中的有害成分。成分。1.1.废气再循环装置废气再循环装置 将一部分排气将一部分排气（520%）引入）引入进气系统，和混合进气系统，和混合气一起再进入气缸气一起再进入气缸燃烧。燃烧。 废气再循环废气再循环EGR（Exhaust Gas Recirculation）机理机理： CO2不活性气体不活性气体 、氧、氧浓度下降浓度下降 燃烧速度下降燃烧速度下降温度下降（如下图）温度下降（如下图） 混合气的比热容上升混合气的比热容上升温温度下降度下降,内部内部EGR？如何实现？如何实现？EGR的问题 随随EGR率

7、提高率提高 ， PM和油耗等恶化，为和油耗等恶化，为此要随负荷调节此要随负荷调节EGR率（右上图）；同时采率（右上图）；同时采取混合均匀和稳定燃烧取混合均匀和稳定燃烧的措施的措施（右下图），或右下图），或冷却冷却EGREGR的效果2.2.改进发动机设计：改进发动机设计：冷启动、暖机和怠速冷启动、暖机和怠速 采用进气自动加热系统；采用进气自动加热系统； 机油冷却器应有自动控制温度的装置机油冷却器应有自动控制温度的装置 ； 冷却系统除了用节温器控制冷却液的循环外，冷却系统除了用节温器控制冷却液的循环外，还广泛应用温控硅油离合器风扇或温控电动风扇，还广泛应用温控硅油离合器风扇或温控电动风扇，改善冷却

8、系对温度的适应性；改善冷却系对温度的适应性； 提高怠速转速。提高怠速转速。恒温进气装置恒温进气装置 1进气导流管；进气导流管；2真空控制膜盒；真空控制膜盒；3控制阀；控制阀；4进气温度传感进气温度传感器；器；5空气滤清器；空气滤清器；6热炉；热炉；7冷空气入口；冷空气入口；8排气支管；排气支管；9热空气出口；热空气出口；10热空气管热空气管 提高燃油品质提高燃油品质 压缩比压缩比 在汽油辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压在汽油辛烷值允许的前提下尽可能用较高的压缩比，以获得较好的功率和油耗指标。用电控单元缩比，以获得较好的功率和油耗指标。用电控单元适当推迟点火消除爆燃。适当推迟点火消除爆燃。燃烧

9、系统燃烧系统 理想的燃烧室形理想的燃烧室形状应是紧凑、表面积状应是紧凑、表面积小，并带有一定强度小，并带有一定强度的进气旋流。的进气旋流。 火花塞布置在燃火花塞布置在燃烧室中心位置，可使烧室中心位置，可使未燃的未燃的HC排放物较低。排放物较低。 应尽可能使燃烧应尽可能使燃烧系统紧凑。系统紧凑。进气系统：进气系统：采用每缸采用每缸3、4或或5气门；气门；采用涡轮增压代替自然进气。采用涡轮增压代替自然进气。理想的气门正时，应根据发理想的气门正时，应根据发动机转速和负荷而变化，采动机转速和负荷而变化，采用可变配气相位方法；用可变配气相位方法；将进气道设计成与气门正时将进气道设计成与气门正时协调，在进

10、气结束前瞬间，协调，在进气结束前瞬间，压力波峰值到达进气门。对压力波峰值到达进气门。对排气道的设计也类似。排气道的设计也类似。活塞组设计活塞组设计要在工作可靠的前提下尽量缩小活要在工作可靠的前提下尽量缩小活塞头部与气缸的间隙，尽量缩小顶塞头部与气缸的间隙，尽量缩小顶环到活塞顶的距离。环到活塞顶的距离。分层稀薄燃烧分层稀薄燃烧分隔式分隔式燃烧室燃烧室稀薄燃稀薄燃烧是当烧是当今发动今发动机发展机发展的方向的方向之一。之一。3.电子燃油喷射系统电子燃油喷射系统EFI：小负荷时，提供浓混合气；小负荷时，提供浓混合气；在常用的中等负荷时，提供略稀混合气；在常用的中等负荷时，提供略稀混合气；在大负荷时，提

11、供浓混合气。在大负荷时，提供浓混合气。4.提高燃油品质：提高燃油品质：提高燃油辛烷值；采用代用燃料。提高燃油辛烷值；采用代用燃料。三、机外净化技术三、机外净化技术1. .曲轴箱强制曲轴箱强制通风系统通风系统PCVPCV曲轴箱窜气曲轴箱窜气是指在压是指在压缩和燃烧过程中由活塞缩和燃烧过程中由活塞和气缸之间的间隙窜入和气缸之间的间隙窜入曲轴箱的油气混合气和曲轴箱的油气混合气和已燃气体，并与曲轴箱已燃气体，并与曲轴箱内的润滑油蒸汽混合后，内的润滑油蒸汽混合后，由通风口排入大气的污由通风口排入大气的污染气体。染气体。 新鲜空气由空滤器进入曲轴箱，与窜气新鲜空气由空滤器进入曲轴箱，与窜气混合后，经混合后

12、，经PCV阀进入进气管，与空气或阀进入进气管，与空气或油气混合气一起被吸入气缸燃烧掉。油气混合气一起被吸入气缸燃烧掉。 2. .燃油蒸发控制系统燃油蒸发控制系统燃油蒸发是指有燃油蒸发是指有油箱和燃油系统油箱和燃油系统管接头处蒸发并管接头处蒸发并排向大气的燃油排向大气的燃油蒸气。蒸气。活性碳罐式油蒸活性碳罐式油蒸气吸附装置气吸附装置 活性炭罐式油蒸气吸附装置活性炭罐式油蒸气吸附装置燃油蒸发（燃油蒸发（EVAP）排放控制系统）排放控制系统 1油箱；油箱；2单向阀；单向阀；3接缓冲器；接缓冲器；4控制电磁阀；控制电磁阀；5节气门；节气门；6进气进气歧管；歧管；7真空控制阀；真空控制阀；8定量排放孔；

13、定量排放孔；9活性炭罐；活性炭罐；10油箱盖附真空油箱盖附真空泄放阀泄放阀 活性碳罐吸收装置活性碳罐吸收装置用活性碳罐吸附燃用活性碳罐吸附燃油系统的蒸发物；油系统的蒸发物；在进气过程中随清在进气过程中随清洗空气进入气缸。洗空气进入气缸。活性炭活性炭活性炭罐活性炭罐单向阀单向阀3. .三元催化转化器三元催化转化器TWC：结构：结构： 在过量空气系数在过量空气系数=1附近，三效催化剂对附近，三效催化剂对CO、HC和和NOX能同时达到较好的净化效果能同时达到较好的净化效果 三效催化转化器的净化效果三效催化转化器的净化效果三效催化剂三效催化剂排放控制技术的一次革命排放控制技术的一次革命三效催化剂三效催

14、化剂及排放控制系统及排放控制系统三效催化剂三效催化剂的净化效果的净化效果三效催化转化器结构载体载体氧化铝球、陶瓷蜂窝载体和氧化铝球、陶瓷蜂窝载体和金属载体金属载体3种。种。 孔密度孔密度=200600（孔（孔/in2） 壁厚壁厚=0.150.10mm（陶瓷）陶瓷） 催化剂分类：催化剂分类：氧化型催化剂、还原型催化剂、三效催化剂、氧化型催化剂、还原型催化剂、三效催化剂、稀燃催化剂。稀燃催化剂。 氧化型催化剂（氧化型催化剂（OC，Oxidation Catalyst） 2CO + O2 2CO2 （11） 4HC5O2 4CO2 + 2H2O （12） 2H2 + O2 2H2O （13）汽油车催

15、化剂工作原理三效催化剂三效催化剂（TWC，Three Way Catalyst） 2CO + 2NO2CO2 + N2 （14） 4HC + 10NO4CO22H2O5N2 （15） 2H2 + 2NO 2H2O + N2 （16）二次空气供给系统二次空气供给系统 二次空气供给系统控制回路二次空气供给系统控制回路 在下列情况下在下列情况下ECU不给二次空气电磁阀通电：不给二次空气电磁阀通电： 电控燃油喷射系统进入闭环控制。电控燃油喷射系统进入闭环控制。 冷却液温度超过规定范围。冷却液温度超过规定范围。 发动机转速和负荷超过规定值。发动机转速和负荷超过规定值。 ECU发现有故障。发现有故障。 吸

16、附还原催化剂（Lean NOx Trap) 用于稀燃发动机，用于稀燃发动机，如稀燃汽油机、柴油机如稀燃汽油机、柴油机以脉冲方式加入以脉冲方式加入HC作还原作还原剂剂形成还原气氛形成还原气氛NOx还原反应还原反应例例ZLEV排放控制系统排放控制系统在传统汽油机上可以实现在传统汽油机上可以实现“近零近零”排放，满足未来十年的排放要求排放，满足未来十年的排放要求多级催化剂（多级催化剂（本田本田19981998年）年） HCHC吸附预热吸附预热TWCTWC . . 10 10万英里老化后，排放仅有加州万英里老化后，排放仅有加州超低排放法规（超低排放法规（ULEVULEV）限值得限值得1/101/10，

17、在市区行驶时的在市区行驶时的NMHCNMHC排放低于周围排放低于周围大气中的浓度。相当于考虑发电厂大气中的浓度。相当于考虑发电厂排污在内的电动车排放水平。排污在内的电动车排放水平。( (暖机后暖机后1 1ppmHC,ppmHC,而环境而环境3 34 4ppmppm) )汽油机上可以实现汽油机上可以实现“近近零零”排放，满足未来十年的排放法规排放，满足未来十年的排放法规第三节第三节 影响柴油机有害排放物生成的主要因素影响柴油机有害排放物生成的主要因素一、柴油机燃烧及排放一、柴油机燃烧及排放物生成的特点：物生成的特点：v当油束喷入有进气涡流的燃烧室当油束喷入有进气涡流的燃烧室中时，可大致分为中时，

18、可大致分为稀燃火焰熄灭区、稀燃火焰熄灭区、稀燃火焰区、油束心部，油束尾部稀燃火焰区、油束心部，油束尾部和后喷部以及壁面油膜和后喷部以及壁面油膜，从油束边，从油束边缘到油束核心部分，局部空燃比可缘到油束核心部分，局部空燃比可从无穷大变到零。根据负荷不同，从无穷大变到零。根据负荷不同，各区排放物生成的性质也不一样。各区排放物生成的性质也不一样。v根据负荷，各区排放物生成的性质：根据负荷，各区排放物生成的性质：未燃未燃HC： 低负荷时低负荷时，主要产生在，主要产生在稀燃火焰熄灭区稀燃火焰熄灭区； 高负荷时高负荷时，主要产生在，主要产生在油束心部、油束尾部和后喷油束心部、油束尾部和后喷 部及壁面油膜处

19、部及壁面油膜处。CO： 低负荷时低负荷时，主要产生在，主要产生在稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰 区的交界面上区的交界面上； 高负荷时高负荷时，主要产生在，主要产生在油束心部、油束尾部和后喷油束心部、油束尾部和后喷 部部。Nox ： 在燃烧完全、供氧充分及温度较高的在燃烧完全、供氧充分及温度较高的稀燃火焰稀燃火焰区及油束心部产生较多区及油束心部产生较多。碳烟：碳烟： 高负荷时，在高负荷时，在油束心部、油束尾部和后喷部油束心部、油束尾部和后喷部的的氧浓度低，气体温度高，燃油分子容易发生高温裂氧浓度低，气体温度高，燃油分子容易发生高温裂解而形成碳烟。解而形成碳烟。醛类：醛类： 主要

20、在主要在稀燃火焰熄灭区稀燃火焰熄灭区，由于低温氧化而产生，由于低温氧化而产生醛类中间产物。醛类中间产物。 微粒的成分微粒的成分近年来提出：近年来提出： PM10、PM2.5、汽汽油机油机PMPM粒度越来越小，目前可认为绝大粒度越来越小，目前可认为绝大部分在部分在0.11m范围（右图）范围（右图）成分质量分数干碳烟（DS）可溶性有机成分（SOF）硫酸盐(Sulfate)4050354551001020304050607080901001.20.830.28质量百分比 /%质量百分比 /%Pme /MPaE20 2.5um某欧某欧2柴油机柴油机PM粒度分布粒度分布1.混合气成分：混合气成分：二、影

21、响因素：二、影响因素：在接近满负荷时在接近满负荷时(较小较小)，CO浓度骤增。浓度骤增。NOx生成率最高处仍出生成率最高处仍出现在油量较大的高负荷现在油量较大的高负荷工况。工况。NOx浓度随增加而减少。浓度随增加而减少。柴油机排气中有碳烟排柴油机排气中有碳烟排出，随着混合气变浓，出，随着混合气变浓，排烟浓度增多排烟浓度增多 2.喷油时刻喷油时刻延迟喷油是延迟喷油是降低降低Nox 的主要措施的主要措施之一。之一。三、机内净化技术三、机内净化技术1.增压中冷技术增压中冷技术将增压后空气再进行冷却的中冷技术，使得将增压后空气再进行冷却的中冷技术，使得进气温度降低进气温度降低，循环进气量更大。这样，增

22、加，循环进气量更大。这样，增加空燃比改善了柴油机的燃烧，从而降低了微粒、空燃比改善了柴油机的燃烧，从而降低了微粒、NOx排放，而且排放，而且功率进一步增加功率进一步增加。增压中冷柴油机参数选配得当，则柴油机大增压中冷柴油机参数选配得当，则柴油机大部分性能都会得到改善。部分性能都会得到改善。.改进进气系统：改进进气系统：进气组织：进气组织：组织一定强度组织一定强度的缸内旋流或的缸内旋流或紊流。紊流。多气门：多气门：多气门能加大多气门能加大循环充气量以循环充气量以改善动力、经改善动力、经济性和排放性济性和排放性能。能。 .改进喷油系统改进喷油系统高压喷射高压喷射推迟喷油提前角推迟喷油提前角减小喷孔

23、直径，增加喷减小喷孔直径，增加喷孔数目孔数目高压共轨电控燃油喷射高压共轨电控燃油喷射高压共轨燃油喷射系统高压共轨燃油喷射系统Common Rail (1500-2200 Bar)高压喷射效果见图高压喷射效果见图840高压喷射降低排放的效果高压喷射降低排放的效果高压喷射高压喷射, Soot降低，降低，NOx升高；升高；并用并用EGR NOx与与PM同时降低（同时降低（AVL例）例）.改进燃烧系统改进燃烧系统燃烧室容积比燃烧室容积比：燃烧室容积对气缸余隙容积之燃烧室容积对气缸余隙容积之比。比。燃烧室口径比燃烧室口径比：采用较大口径比的浅平燃烧室，配合采用较大口径比的浅平燃烧室，配合小孔径的多喷孔喷

24、嘴。小孔径的多喷孔喷嘴。燃烧室形状燃烧室形状缩口燃烧室已取代应用最缩口燃烧室已取代应用最广的直边不缩口燃烧室。广的直边不缩口燃烧室。v用缩口燃烧室用缩口燃烧室加强燃烧室口加强燃烧室口部的气体湍流部的气体湍流，促进扩散混合促进扩散混合和燃烧。和燃烧。v燃烧室底部中燃烧室底部中央的凸起适当央的凸起适当加大，以进一加大，以进一步提高空气的步提高空气的利用率。利用率。用带圆角的方形或五瓣梅花形（分别配用带圆角的方形或五瓣梅花形（分别配4孔和孔和5孔喷孔喷嘴）代替圆形燃烧室，加强燃烧室中的微观湍流，嘴）代替圆形燃烧室，加强燃烧室中的微观湍流，加速燃烧，减少碳烟生成。加速燃烧，减少碳烟生成。v适当提高柴油

25、机压缩比可降低适当提高柴油机压缩比可降低HC和和CO排放，并结合推迟喷油获得动力经排放，并结合推迟喷油获得动力经济性能与济性能与NOx排放之间较好的折中。排放之间较好的折中。 适当提高压缩比适当提高压缩比. 降低机油消耗降低机油消耗 尽可能减少窜入燃烧室的机油量；尽可能减少窜入燃烧室的机油量； 减少机油从气门杆的泄漏。减少机油从气门杆的泄漏。. 废气再循环废气再循环 柴油机可以使用比汽油机大得多的废气再柴油机可以使用比汽油机大得多的废气再循环量。循环量。. 提高燃油品质提高燃油品质 提高柴油的十六烷值。提高柴油的十六烷值。柴油机过多使用柴油机过多使用EGR，会导致异常磨损会导致异常磨损柴油机需

26、要的柴油机需要的EGR率高于汽油机率高于汽油机 原因：新气中原因：新气中 a高，废气中高，废气中CO2少少 一般，汽油机一般，汽油机EGR2540%四、机外净化技术四、机外净化技术.微粒捕集器微粒捕集器 采用过滤采用过滤的方法对柴油的方法对柴油机排气中的微机排气中的微粒进行净化。粒进行净化。 微粒捕集器（微粒捕集器（DPF）过滤材料过滤材料DPF材料：材料： 陶瓷蜂窝载体、陶瓷蜂窝载体、 陶瓷纤维编织陶瓷纤维编织物、物、 金属纤维编织金属纤维编织物。物。应用最多的是应用最多的是: 壁流式蜂窝陶瓷壁流式蜂窝陶瓷过滤效率可达过滤效率可达90%以上。以上。DPF的再生问题的再生问题再生再生（rege

27、neration）柴油机排温过低，柴油机排温过低，PMPM不易不易氧化；氧化；一旦起燃，又易高温烧熔。一旦起燃，又易高温烧熔。再生方式再生方式 断续再生断续再生（被动再生，（被动再生，Passive）交替工作交替工作/再生，再生，一般采用加热方法一般采用加热方法, 电加热、燃烧器加热、反吹法电加热、燃烧器加热、反吹法 连续再生连续再生（主动再生，（主动再生，Active）边工作边再生，边工作边再生，一般为催化方法，一般为催化方法， 催化剂、燃料中添加催化剂（铈）。催化剂、燃料中添加催化剂（铈）。Inlet of DPF Outlet of DPF连续（主动）再生实例连续（主动）再生实例载体表面

28、（或入口处）涂催化剂载体表面（或入口处）涂催化剂燃料中添加催化剂（铈）燃料中添加催化剂（铈）以以NONO2 2作氧化剂（下图，作氧化剂（下图，JMJM公司）公司）作用：作用：降低碳粒氧化起燃温度降低碳粒氧化起燃温度柴油机柴油机NOx后处理方法后处理方法迄今为止，研究开发的柴油机迄今为止，研究开发的柴油机NOx后处理方法如下：后处理方法如下：（1）选择性非催化还原选择性非催化还原 （SNCR，Selective Noncatalytic Reduction）（2）选择性催化还原选择性催化还原 （欧洲看好）（欧洲看好） (SCR， Selective Catalytic Reduction)（3）

29、非选择性催化还原非选择性催化还原 （NSCR， Nonselective Catalytic Reduction ）（4）吸附还原催化剂吸附还原催化剂 （美国看好）（美国看好） (NSR， NOx Storage Reduction 或或LNT)（5）冷等离子体冷等离子体（6）未来的四效催化剂未来的四效催化剂CO、HC、NOx、PMSCRNOx催化还原系统催化还原系统喷射量约为喷射量约为油耗的油耗的37NH310ppmSCR catalyst and dosing system (Source: Bosch)SCR法法NOx催化还原系统例催化还原系统例（自动车技术，2003年，No. 1，p4

30、4）UreaSCR后处理后处理 系统系统，在实际中达，在实际中达到到90%的净化效率，的净化效率，已商业化已商业化存在问题：存在问题：Urea添加系统、添加系统、防止防止Urea排放、排放、Urea毒性和腐蚀性毒性和腐蚀性前置前置DOC的硫中毒。的硫中毒。.氧化催化转化器氧化催化转化器. NOx还原催化转化器还原催化转化器. 四元催化转化器四元催化转化器增压增压EGR中冷中冷降低降低PM降低降低NOx降低降低NOx现代低排放柴油机现代低排放柴油机-实例实例DPF降低降低PM 排放控制策略的选择技术路线技术路线1：机内降：机内降PM 机外采用机外采用SCR（燃油经济性好，欧洲是主流）（燃油经济性

31、好，欧洲是主流）技术路线技术路线2：EGR降降NOx 机外采用机外采用DPF（成本低一些，美国是主流）（成本低一些，美国是主流）面对更为严格的排放法规，同时需要面对更为严格的排放法规，同时需要SCR和和DPF满足欧满足欧4欧欧5的排放控制策略的排放控制策略排放法规的变迁汽车诞生以来遇到两次汽车诞生以来遇到两次危机：危机：能源、排放能源、排放。后者又较前者影响大，后者又较前者影响大，且持续时间长。且持续时间长。2017年年1月，北京开始月，北京开始实施国实施国6排放法规，实现排放法规，实现了国际接轨。了国际接轨。第四节第四节 发动机排放标准与测试发动机排放标准与测试（自学）（自学）一、评定标准一

32、、评定标准排放物体积分数排放物体积分数和和和质量浓度和质量浓度质量排放量（质量排放量（g/h、g/N或或g/ ）比排放量（比排放量（ ） 6103/mmg)/(hkWg第四节第四节 发动机排放标准与测试发动机排放标准与测试（自学）（自学）二、测定方法：二、测定方法：1、工况法、工况法常用工况与污染较重工况组成一个或者若干个测试循常用工况与污染较重工况组成一个或者若干个测试循环，一般用于新车认证，价格高于怠速法环，一般用于新车认证，价格高于怠速法100200倍。倍。2、怠速法、怠速法仅测量仅测量HC和和CO，采用便携式排放分析仪，用于环保，采用便携式排放分析仪，用于环保部门对在用车辆的检测。部门

33、对在用车辆的检测。 不同工况由于混合气浓度不同，有害物不同工况由于混合气浓度不同，有害物的排放量相差很大。的排放量相差很大。 在怠速工况下，在怠速工况下， HC排放浓度增加排放浓度增加. 在减速工况下，在减速工况下，HC增加。增加。三、轻型车与重型车工况法又根据轻型车和重型车而采用不同的试验工况法又根据轻型车和重型车而采用不同的试验方法。方法。对于轻型车和重型车的定义各国不完全统一对于轻型车和重型车的定义各国不完全统一，一般将总质量在，一般将总质量在()范围内，乘员在人以下的车辆定义为轻范围内，乘员在人以下的车辆定义为轻型车，为了与农用车区别，还规定其最高车速应在型车，为了与农用车区别，还规定

34、其最高车速应在以上。而总质量在以上。而总质量在()以上的定义为重型车。以上的定义为重型车。轻型车与重型车轻型车一般用轻型车一般用底盘测功机底盘测功机进行测量。进行测量。重型车一般用重型车一般用发动机台架发动机台架进行测量。进行测量。轻型车转鼓排放试验台轻型车转鼓排放试验台四、排放限值 工况法检测的排放限值一般分为两类，即工况法检测的排放限值一般分为两类，即产品认产品认证试验限值证试验限值和和产品一致性试验限值产品一致性试验限值。产品认证试验是。产品认证试验是指对新设计车型的认证试验；产品一致性试验是指对指对新设计车型的认证试验；产品一致性试验是指对批量生产车辆的试验，要求从成批生产的车辆中任意

35、批量生产车辆的试验，要求从成批生产的车辆中任意抽取一辆或若干辆进行试验。一般来说，产品认证试抽取一辆或若干辆进行试验。一般来说，产品认证试验限值严于产品一致性试验限值，但这两种排放限值验限值严于产品一致性试验限值，但这两种排放限值今后有合二为一的趋势。今后有合二为一的趋势。五、排放法规、轻型车排放法规()美国排放法规世界上最早的工况法排放法规于1966年诞生在美国加利福尼亚州，用七个工况组成一个测试循环(称为加州标准测试循环)，并于1968年被美国联邦政府采纳作为联邦排放法规。()欧洲排放法规欧洲现行的轻型车排放测试循环由若干等加速、等减速、等速和怠速工况组成。()日本排放法规日本于1968年

36、起实施“大气污染防止法”，1973年起采用10工况测试循环(热起动)，1992年起改用工况测试循环示。()各种排放法规的对比 ()我国排放法规我国于年月日开始实施排放法规。美国-测试循环瞬态工况瞬态工况美国美国FTP75适用于适用于轻型车轻型车模拟城市行驶工况模拟城市行驶工况分成：冷起动热稳定分成：冷起动热稳定停车热起动四个阶段，停车热起动四个阶段，分别采气分析（加权）分别采气分析（加权）欧洲测试循环(-)相对稳定工况相对稳定工况ECE15 EUDC适用于适用于轻型车轻型车模拟城市区（模拟城市区（city cycle）和郊区（和郊区（Extra Urban Driving Cycle）行驶工况

37、行驶工况起动后起动后40s后开始采气分析（欧后开始采气分析（欧后取消后取消40s，并加并加7起动），全过程采气起动），全过程采气1袋袋欧洲循环工况被我国和世界上大多数国家采用，有欧洲循环工况被我国和世界上大多数国家采用，有可能成为可能成为 国际统一标准。国际统一标准。日本测试循环日本日本1015工况，也是由市区工况和郊区工况组成工况，也是由市区工况和郊区工况组成美国、欧洲、日本轻型车排放测试循环的主要参数对比测试循环测试循环FTP-75ECE-15EUDC1015总行驶距离总行驶距离/km17.9114.16平均车速平均车速/km/h31.732.522.7最高车速最高车速/km/h91.21

38、20（90）70总循环时间总循环时间/型车排放控制的进程欧洲重型车用柴油机排放限值(单位：().重型车排放法规只要求在发动机台架上进行，结果用发动机比排量只要求在发动机台架上进行，结果用发动机比排量表示（表示（g/(kWh)）发动机发动机台架测试循环台架测试循环13工况法（工况法（ECE R49）适用于适用于重型车（柴油重型车（柴油车）车）额定转速额定转速5工况工况 +最最大转矩转速大转矩转速5工况工况 +怠怠速速3工况，各点加权作工况，各点加权作和和需要在有反拖功能的需要在有反拖功能的电力测功机上试验电力测功机上试验六、排放检测的取样系统.轻型车工况法测试的取样系统

39、用于轻型车工况法测试的定容采样系统用于轻型车工况法测试的定容采样系统(系统系统)底盘测功机底盘测功机空气取样袋空气取样袋积累流量计积累流量计临界流文杜里临界流文杜里管管旋风分离器旋风分离器 稀释空气滤清器稀释空气滤清器稀释排气抽气泵稀释排气抽气泵稀释风道稀释风道过滤器过滤器流量控制器流量控制器 流量计流量计换热器换热器加热过滤器加热过滤器压力表压力表快接管接头快接管接头快速作用阀快速作用阀稀稀释排气取样袋释排气取样袋测量微粒排放质量的取样过滤器测量微粒排放质量的取样过滤器 取样泵取样泵温度温度控制器控制器温度传感器温度传感器.发动机台架测试时的采样系统图-加热采样系统取样探头粗滤器逆向清扫系统

40、取样泵减压器气样冷却器冷凝液分离器细滤器七、有害气体成分分析目前，用于汽车气体排放污染物分析的方法主要有目前，用于汽车气体排放污染物分析的方法主要有三种，即，用三种，即，用不分光红外分析仪测量和不分光红外分析仪测量和；用；用氢火焰离子分析仪测量氢火焰离子分析仪测量；用；用化学发光分析化学发光分析仪测量仪测量。世界各国在其工况法检测标准中都。世界各国在其工况法检测标准中都严格规定必须采用上述测试方法。但怠速法检测标严格规定必须采用上述测试方法。但怠速法检测标准中略有不同，可以用不分光红外法测量、准中略有不同，可以用不分光红外法测量、和。在试验研究中，对排气气体的成分和和。在试验研究中，对排气气体

41、的成分和浓度分析可采用气相色谱仪，上述分析方法及其原浓度分析可采用气相色谱仪，上述分析方法及其原理在有关排放的专著中均有详细介绍。理在有关排放的专著中均有详细介绍。（1）标准排气分析仪）标准排气分析仪 CO、CO2不分光红外分析仪不分光红外分析仪 NDIR THC（HC） 氢火焰离子分析仪氢火焰离子分析仪 FID NO、NOx化学发光法化学发光法CLD（2）怠速排气分析）怠速排气分析 CO、CO2 、HCNDIR NO、NOx电化学法电化学法（3）气相色普仪（实验室分析）气相色普仪（实验室分析）通过更换色普柱，可以测量通过更换色普柱，可以测量CO、CO2 、HC、 NO、NO2及及非常规气体非

42、常规气体，但时间周期长。，但时间周期长。CEB-型排气分析仪v不分光红外线吸收型（不分光红外线吸收型（NDIR）分析仪：）分析仪： CO，CO2v氢火焰离子型分析仪（氢火焰离子型分析仪（FID） ：HCv化学发光法型分析仪（化学发光法型分析仪（CLD） ：NOx、柴油机排气微粒的采集图-微粒采集系统示意图、微粒成分的分析方法图-波许烟度计的检测仪分流分流稀释稀释/温控温控滤纸采集滤纸采集干碳干碳DS可溶有机成分可溶有机成分SOF硫酸盐硫酸盐PM总质量总质量（恒温湿，（恒温湿，g天平天平）0.2m;0.20.5m;0.51m;12.5m;2.5mParticulate Size Classifi

43、er 成分分析成分分析粒径分析粒径分析按法规检测按法规检测某欧某欧3柴油机微粒排放分析柴油机微粒排放分析PM分析实例分析实例800120016002000240028000.00.40.5PM Component (g/kW.h)Engine Speed (r/min) DS Sulfate SOF外特性外特性PM分析分析0.000.010.020.030.040.050.060.07PM Component (g/kW.h)pme (MPa) DS Sulfate SOF1200r/min负荷特性负荷特性PM分析分析随燃

44、烧的改善，随燃烧的改善，Sulfate比例上升；比例上升；三种成分的比例随工况变化很大。三种成分的比例随工况变化很大。.烟度的测量方法()波许()烟度计最早问世和目前使用最广泛的是波许烟度计，它主要由定容采样泵和检测仪两部分组成。()冯布兰德()烟度计冯布兰德烟度计也是一种滤纸式烟度计。()哈特里奇()烟度计哈特里奇烟度计是一种典型的透光式烟度计，其测量原理如图-所示。哈特里奇烟度计基本结构光源排气入口排气测试管光电池转换手柄空气校正器鼓风机排气出口第五节第五节 发动机噪声来源与控制发动机噪声来源与控制了解一、发动机噪声的来源：一、发动机噪声的来源：1.燃烧噪声燃烧噪声燃烧噪声经由两条路径传播

45、并辐射出来。一条是经过燃烧噪声经由两条路径传播并辐射出来。一条是经过气缸盖及气缸套经由气缸体上部向外辐射；另一条是气缸盖及气缸套经由气缸体上部向外辐射；另一条是经过曲柄连杆机构，即活塞、连杆、曲轴和主轴承经经过曲柄连杆机构，即活塞、连杆、曲轴和主轴承经由气缸体下部向外辐射。由气缸体下部向外辐射。在功率相同的条件下，柴油机比汽油机燃烧噪声大得在功率相同的条件下，柴油机比汽油机燃烧噪声大得多。多。汽油机的爆燃、燃烧室积碳会使燃烧噪声增而加。柴汽油机的爆燃、燃烧室积碳会使燃烧噪声增而加。柴油机在转速升高，喷油推迟，负荷增大时还会引起工油机在转速升高，喷油推迟，负荷增大时还会引起工作粗暴产生噪声。作粗

46、暴产生噪声。转速升高，负荷加大而噪声增大，点火或喷油推迟噪转速升高，负荷加大而噪声增大，点火或喷油推迟噪声减小，加速和不正常燃烧时噪声增大。声减小，加速和不正常燃烧时噪声增大。2.机械噪声机械噪声1）活塞敲缸噪声）活塞敲缸噪声2）配气机构噪声）配气机构噪声3）正时齿轮噪声）正时齿轮噪声4）不平衡惯性力引起的机械振动及噪声）不平衡惯性力引起的机械振动及噪声5）喷油泵及其他机械噪声）喷油泵及其他机械噪声3.进、排气噪声进、排气噪声进排气噪声是由于发动机在进、排气过程中，气体压进排气噪声是由于发动机在进、排气过程中，气体压力波和气体流动所引起的振动而产生的噪声。主要包力波和气体流动所引起的振动而产生的噪声。主要包括吸气、排气部位放射出的空气声和排气系统的漏气括吸气、排气部位放射出的空气声和排气系统的漏气声。声。进气噪声主要包括空气在进气管中的压力脉动，产生进