第8章发动机的排放与噪声控制ppt课件

1、发动机原理第三篇 熄灭与排放第1节 发动机有害排放物的种类及危害发动机主要有害排放物：CO、HC、NOx和微粒碳烟。二、发动机有害排放物及其危害1、一氧化碳CO特点：无色、无味、有毒引起窒息。 CO与血红蛋白的亲合力是氧的300倍，而分别速度却是氧的1/3600，并会妨碍氧的释放。2、碳氢化合物HC成分：未燃、不完全熄灭的烃类及其部分氧化物组成，如烷烃、稀烃、芳香烃、醛、酮等。无害有害一、概述视频3、氮氧化合物NOx，如 NO、NO2、N2O3、N205等。危害：1、直接引起人类中毒；2、构成酸雨，破坏生态；3、在紫外线作用下，与HC反响构成光化学烟雾。 浅蓝色烟雾O3和PAN，易在中午日照最

2、强时产生，其毒性较NOx更强。4、微粒碳烟危害：1、微粒0.1m) 破坏呼吸和血液循环系统；2、微粒上的附着物SO2、NOx、HC等引起中毒、至癌等。通常，柴油机的碳烟排放量约为汽油机的30倍以上。 8.2 发动机排放污染物的生成机理一、汽油机、柴油机有害排放物比较-混合气构成、熄灭过程、排气化学反响二、有害排放物的生成机理1、CO的生成来源：1不完全熄灭包括部分缺氧熄灭；2高温CO2与H2O的裂解反响2000以上。 对于柴油机，过量空气系数大富氧，且熄灭温度也较低，故其CO排放低；CO%,体积分数：汽油机0.10.6；柴油机0.050.5。柴油机与汽油机比较： 而汽油机，过量空气系数偏小氧少

3、，且熄灭温度高，CO排放较大。图8.1 不同空然比下废气中的各成分变化 图8.2混合比和各有害气体排放量的关系2.氮氧化物的生成 1)氧的浓度2)温度 3)反响滞留时间 NOx的生成与温度的关系来源：高温、富氧熄灭。抑制NOx的生成必然与燃油经济性相矛盾。柴油机与汽油机的比较： 由于柴油机的最高熄灭温度较汽油机低，故NOx的排放量较汽油机少。NOx%：汽油机0.2-0.4；柴油机0.070.2。3、HC的生成1未燃和不完全熄灭；冷激与缝隙效应50%70%)光滑油膜和堆积物的吸附3040%)过浓或过稀呵斥的火焰淬熄2曲轴箱的窜气及燃油系统的蒸发泄露。3柴油机与汽油机的比较： 1柴油机燃油是在紧缩

4、接近终了时才放射，因此冷激、缝隙与吸附效应的影响小，故HC排放较汽油机低； 2柴油机HC主要来源于混合不均匀呵斥的过浓或过稀及喷油器压力室容积内的残留燃油。HC%：汽油机0.2；柴油机0.020.1。 图8.6熄灭系统中炭烟粒子的构成过程 燃油中烃分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热裂解，生成各种不饱和烃类，如乙烯、乙炔及其较高的同系物和多环芳香烃。它们不断脱氢、聚合成以炭为主的直径2nm左右的炭烟中心 。 由于大部分碳烟在熄灭后期及排气过程中会被氧化，因此，提高排气温度有助于降低碳烟的排放。 柴油机与汽油机比较：对于汽油机，采用无铅汽油时根本不排放碳烟；而柴油机，由于采用缸内放射、边喷边烧

5、的任务方式，较容易产生部分高温缺氧熄灭，故碳烟生成量较汽油机大得多30倍以上。 微粒g/m3：汽油机0.005；柴油机0.150.3。4.微粒的生成 第二节 影响汽油机排放的主要要素及控制一、影响要素混合气成分、点火正时、负荷、转速、工况和EGR1、混合气成分主要影响要素空燃比对排放的影响 混合气浓14.9时： 缺氧熄灭，CO和HC排放大,NOx排放小； 熄灭迅速、充分，CO和HC排放低，但NOx排放高； 熄灭速度慢、温度低，CO和NOx排放低，但淬熄景象添加使HC排放高。2、点火提早角点火提早角对排放的影响点火推迟(减小提早角: 后燃严重，最高熄灭温度低，NOx排放少；同时，由于排温高，有助

6、于HC的氧化，但动力性与经济性差。点火提早(增大提早角: 放热集中，熄灭温度高，而排温低，对NOx和HC排放均不利。气缸内熄灭压力与点火时辰的关系3、负荷怠速、小负荷(节气门开度小: 混合气偏浓而废气多，熄灭变差，温度低，HC、CO排放高而NOx排放低。中等负荷(节气门开度25%-80%: 供应经济混合气且剩余废气少，熄灭迅速、充分， HC、CO排放低；但熄灭温度高，NOx排放高。大负荷(节气门开度80%: 供应浓混合气，熄灭温度和排温高，故NOx排放高而HC排放低；但由于氧缺乏，CO排放高。4、转速对于CO、HC: 转速高，气流运动强，可以改善熄灭减少冷激效应，故HC和CO排放低。对于NOx

7、: 熄灭速度快，转速越高，散热损失越少，熄灭温度高，故NOx排放高； 熄灭速度慢，转速越高，熄灭对应曲轴转角越大，结果熄灭温度降低，故NOx排放低。1浓混合气时：2稀混合气时：5、工况 工况（km/h） 排放量怠速0定速40加速040减速400CO(%)4.0-10.00.5-1.00.7-5.01.5-4.5HC(10-6)300-2000200-400300-6001000-3000NOx (10-6)50-1001000-30001000-40005-506、废气再循环EGR率EGR率与排放的关系 EGR率高，对降低NOx有利，但过高会影响熄灭，使HC排放和油耗增大。二、机内净化技术类型

8、：EGR、改良发动机设计、EFI和提高燃油质量 1废气再循环 图8.11废气再循环系统任务原理 原理和作用：一部分排气经EGR阀还流回进气系统，稀释了新颖混合气中的氧浓度，导致熄灭速度降低，同时还使新颖混合气的比热容提高。两者都呵斥熄灭温度的降低，因此可以抑制NOx的生成。 图8.12 EGR降低NOx的效果 图8.13 EGR于与其他措施合用的效果 A仅采用EGR BEGR+加强进气涡流 CEGR+加强进气涡流+双火花塞点火 2.改良发动机设计 1)冷起动、暖机和怠速 2)紧缩比 3)熄灭系统4)进气系统5)活塞组设计 6)分层稀薄熄灭 图8.14火花塞位置对油耗和HC排放物的影响 1火花塞

9、在熄灭室侧面 2火花塞在熄灭室中心 图8.15四气门和二气门发动机对油耗和HC排放物的影响1二气门发动机2四气门发动机 图8.16稀燃发动机混合气浓度任务极限1采用三效催化转化器=14.7时发动机控制2用稀燃传感器控制发动机3用熄灭压力传感器控制发动机4发动机处于任务极限下运转5任务极限6燃油耗费7发动机运转不稳定三、机外净化技术1.安装三元催化器TWC全面降低HC、CO和NOx的排放。目的： 为了获得好的转化效果，需求与氧传感器配合实际空燃比，并防止三元催化中毒铅、硫。 需求本卷须知：2.曲轴箱强迫通风系统 曲轴箱强迫通风系统(PCV，positivecrankcaseventilation

10、system) 3.燃油蒸发控制系统 图8.20燃油蒸发控制系统 1空气滤清器2控制器3储气罐4油箱 5炭罐6进气管 8.3 影响柴油机有害排放物生成的主要要素及控制 一、柴油机有害排放物生成特点 (1) 未燃HC 过浓或过稀(2) CO 缺氧熄灭和高温裂解(3) NOx 高温富氧熄灭(4)炭烟 部分高温缺氧(5)醛类 低温氧化图8.21油束各区的燃油情况1稀燃火焰熄灭区2稀燃火焰区3油束心部4油束尾部和后喷部二、影响要素1、混合气成分过量空气系数对柴油机排放的影响 过量空气系数大，HC、CO和R碳烟的排放低。 喷油时间长，后燃严重，使CO、HC和R碳烟排放增多；同时由于熄灭温度高，NOx排放

11、也高。1中、小负荷2满负荷2、喷油提早角喷油提早角对排放的影响 延迟喷油减小喷油提早角时，可以降低最高熄灭温度，抑制NOx生成；但会使后燃严重，不仅提高油耗，还会使碳烟R排放添加。 分隔式熄灭室生成的NOx、CO、HC和炭烟的排放浓度均低于直喷式，特别是NOx排放浓度普通比直喷式熄灭室的低50左右3.熄灭室类型三、机内净化技术 1.增压中冷技术最现实的方法是添加空气量 2.改良进气系统 1)进气组织 2)多气门 图8.24缸内的各种有组织气流(a)切向进气道及其产生的旋流 (b)螺旋进气道及其产生的旋流 (c)纵向滚流(d)紧缩时的挤流 (e)膨胀时的逆流 图8.25两气门及四气门柴油机性能目

12、的比较图 3.改良喷油系统 1)高压放射 2)推迟喷油提早角 3)减小喷孔直径，添加喷孔数目 4)减小喷嘴压力室容积 5)高压共轨电控燃油放射 图8.26三种燃油系统的喷油压力对烟度及性能的影响实验条件：转速800r/min， 17， NOx120086 4.改良熄灭系统 1)熄灭室容积比熄灭室容积对气缸余隙容积之比 2)熄灭室口径比 口径比dk/D小的深熄灭室可在室中产生较强的涡流 3)熄灭室外形 缩口熄灭室曾经取代运用最广直边不缩口的形熄灭室 4) 适当提高紧缩比 图8.27挤流口型与规范型熄灭室的排放特性 不缩口型缩口型图8.28三种熄灭室的烟度及燃油耗费率1-形熄灭室2-四角型熄灭室3

13、-微涡流熄灭室 5.降低机油耗费 6.废气再循环 7.提高燃油质量 四、机外净化技术 1.氧化催化转化器 2 .微粒捕集器3 .柴油机Nox 复原催化剂 图8.29柴油机氧化催化剂运用效果 图8.30微粒捕集器的过滤资料(a)陶瓷蜂窝载体(b)陶瓷纤维编织物(c)金属线纤维编织物8.4发动机排放规范与测试 8.4.1排放规范 1.评定规范 1) 排放物体积分数和质量浓度 2) 质量排放量 3) 比排放量 2.排放规范 8.4.2排放物测定 1.实验规范 在底盘测功机上模拟其特定行驶循环，并测定所排出有害物质的量，经过调理测功机可模拟在实践到路上行驶的功率，而用惯性质量模拟汽车质量。欧洲轻型车排放限值 ECE R1504法规 型式认证型实验排放限值 型实验排放限值 图8.31欧洲ECE15工况实验循环 2.排气取样系统 3.测试仪器 1) 不分光红外线分析仪 图8.33NDIR的任务原理 2) 氢火焰离子分析仪 图8.34