汽车使用条件-第六章

6.1概述汽车公害主要表现在排放的有害物质、噪声对环境的影响，以及电气设备对通信、电视、广播等的电波干扰。汽车公害在车辆、入口集中的城市危害更为突出。6.1.1排气公害汽车排放污染的大部分来自发动机燃烧产生的废气。对于汽油机来说排气污染占产生总污染量的65%—85%，还有发动机曲轴箱通风污染（主要是HC），以及燃料供给系统逸出的汽油蒸气、机油蒸发排放等。汽车发动机排出的废气主要是由N、C02、02、H2、水蒸气、CO、HC、NOx、S02、微粒等组成，其中CO、HC、NO，、S02、微粒（铅化合物、碳烟、油雾、有机物）、下-页

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臭气（甲醛、丙烯醛）等对人体有害。表6-1给出各类内燃机有害排放物的比较。碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)在强太阳光的作用下，会发生一系列的光化学反应，生成臭氧(O3)和过氧乙酰基硝酸盐(PAN)等所谓光化学过氧化物以及各种游离基根、醛、酮等成分，形成一种毒性很大的自色烟雾。发动机排气中有些成分如CO，虽然不会对环境造成直接污染，但由于CO，的大量积聚会对地球环境造成不良影响，即所谓“地球温室效应”。目前世界汽车保有量超过8亿辆，按每台车每年排出有害物1.1t计，7亿辆汽车排出的有害物质高达8.8x108t，因此汽车排气公害已成为全世界关心的严重问题。上-页

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返回6.1概述6.1.2噪声公害噪声通常是由不同振幅和频率组成的杂乱无章的嘈杂声，是指人们不需要并希望用一定措施加以控制和消除掉的声音总称。城市环境噪声主要来源有交通噪声、生产噪声、建筑噪声和生活噪声等。按声强随时间分布可分为稳定噪声和非稳定噪声，对城市环境噪声影响最大的是非稳态噪声。交通噪声是主要的非稳态噪声，可高达城市噪声的75%左右。噪声对人类和环境危害是严重的，白天室外50dB，夜间室外35~40dB会使人产生烦躁感。如长时间在噪声很大的环境中会使人激动、发怒，甚至失去理智；上-页

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返回6.1概述调查发现，心脏病和溃疡病的发展和恶化与噪声有着密切联系。机动车噪声一般是70~85dB的中等强度的噪声，重型车会超过90dB，由于影响时间长，危害很大。

6.1.3电波公害在汽车电气设备中，由电感和电容组成的闭合回路会组成振荡回路，形成电磁振荡。当火花放电时，会产生高频振荡电磁波放射到空中，切割无线电、电视、广播等通信设备的天线，引起电磁干扰。上-页

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返回6.1概述控制电波公害主要是限制汽车点火系的电波强度。为此，很多国家对汽车（或汽车内燃机）点火系的电波杂音强度制定了标准，我国国标规定了车辆产生辐射干扰的测量方法和允许值（见表6-5）及点火系统干扰抑制器等测量方法。对于不同带宽的测量仪器的转换系数为：上-页

返回6.2汽车排气污染物的形成及试验6.2.1发动机污染物的形成1．一氧化碳的形成一氧化碳(CO)是碳氢燃料在燃烧过程中的中间产物。一般认为，燃烧反应经过的几个反应过程为：下-页

返回6.2汽车排气污染物的形成及试验CO一般是在空气量不足时部分燃料未完全燃烧的产物。如果空气量充分时，理论上汽油机不会产生CO（过量空气系数d≥1），其产物为C02和H20。但在实际运转的汽油机排气中都存在0.01%~0.5%的CO。柴油机由于过量空气系数大，循环温度低，CO排放量比汽油机低很多。2．碳氢化合物的形成HC是各种没有燃烧和没有完全燃烧的碳氢化合物的总称。HC的生成原因较复杂，目前还很难通过燃烧反应式进行计算分析。HC的主要来源是缸壁激冷效应、燃烧室缝隙效应、不完全燃烧及曲轴箱化油器等的泄露。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验根据废气分析表明，排气中的HC成分十分复杂，除了饱和烃、不饱和烃和芳香烃外，还包括有部分中间氧化物如醛、酮、酸等。这是因为燃料的氧化过程是很复杂的，不是直接生成CO，和H20，而是经过一连串的化学反应才达到的。从化学反应方面分析，在反应过程的不同阶段存在着不同的中间产物，若这些中间产物进一步氧化的条件不适宜，就可能出现部分氧化而使HC的排放量增加。对于二冲程汽油机，由于在扫气过程中，存在部分混合气通过气缸直接进入排气的现象，HC排放量可能比四冲程汽油机大几倍。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验3．氮氧化物的形成NOx是指NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等各种氮氧化物的总称。在发动机排出的废气中，NO的质量分数约占99%，而NO2的质量分数约占1%。NO的形成机理比较复杂，有许多不同的见解。目前，捷尔杜维奇(Zeldovich)链反应机理被广泛采用，其反应机理为上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验这些反应是连锁反应，分子状态的氮和原子状态的氧碰撞，或氧分子和氮原子碰撞生成NO。

4．微粒的形成微粒是指发动机排出的废气中除气态和水以外，所有存在于接近大气条件的稀释排气中的分散物质，是以碳原子作为主要成分并含有占10%~30%氢原子的碳氢化合物所组成。碳烟微粒生成有两个途径。其一，在高温(2000~3500K)富有缺氧区（如在扰流扩散火焰出现的喷注心部），已形成气相的燃油分子通过裂解和脱氢过程，经过核化或形成先期产物，快速产生较小分子的物质，在后期出现聚合反应，最终产生碳烟微粒；其二，在低于1500K的低温区（如上-页

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燃烧室壁等非火焰区）则通过聚合和冷凝过程，缓慢产生较大分子量的物质，最后也生成碳烟微粒

6.2.2使用因素对排气中有害气体浓度的影响

1．负荷的影响发动机的工况是以功率和转速变化情况未表示，也即负荷与速度的变化，如发动机在各种转速下的怠速、小负荷、中负荷和满负荷的工作状况等。理论上燃料完全燃烧时所需要的空燃比为A/F=14.7。汽油机在正常的火焰传播与燃烧时，混合气的空燃比通常为10—18。由于混合气成分的不同，使燃烧速度产生很显著的差异，结果产生不同的排气成分。汽油机空燃比与排气有害成分的关系如图6-1所示。上-页

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图6-2是某汽油机在2000r/min下变负荷时（即改变进气管压力）测定的负荷排放特性曲线。由图可见，CO随负荷增加而降低，当进气管压力高于75kPa时，CO又开始上升。柴油机的负荷调节是靠喷油量来控制的，而柴油机的充气效率变化不大，可认为每循环的进气量相差不大。在怠速和轻负荷时混合气很稀，有些过稀区域不能着火，因此HC排放相对较高，随着负荷增加喷油量的增加，HC排放逐渐减少；CO在怠速和低负荷时也较高，在中等负荷最低，在接近全负荷时由于混合气很浓，有燃烧不完全区域，CO排放增加；上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验2．发动机转速的影响汽油发动机怠速运转时，由于混合气过浓，混合与燃烧不充分，CO、HC排放量较大，提高怠速转速可使CO、HC排放浓度下降，这是由于进气节流减小，充气量增加，残余气体稀释程度有所减少，使燃烧得到改善的缘故。图6-4所示为柴油机排放的有害成分随转速变化的曲线。在怠速和低速工况，HC和CO排放较多，随着转速增加都有所下降，在最大转速时，CO继续下降而HC和NO增大，这是由于燃烧的时间短，混合气形成的时间也缩短，气缸内燃烧条件恶化，发动机工作强度大的缘故。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验3．燃料的影响汽油成分对NOx排放影响较大，而对CO排放影响较小（见图6-5），对HC的排放总量影响不大（见图6-6），但排出的成分有很大变化。

4．发动机热工况的影响发动机的热工沉直接影响到废气有害成分的排放量。发动机冷却液的温度一般在70~95℃。在汽车运行过程中，环境温度变化很大（-40~+40℃），发动机的负荷和转速的变化也很大，会产生过热或过冷现象。图6-8为进气温度与废气有害成分的关系。随着空气温度的提高，NOx

、CO的含量增加，HC成分减少，在HC最低处NOx达到最大值。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验5．运行工况的影响在汽车使用过程中，发动机经常处于多变的工况下，发动机的负荷和转速随时间不断变化。统计资料表明，一般市内运行的汽车，发动机怠速和中等转速占总工作时间的35%；加速占22%；匀速占29%；减速占14%。表6-7示出在各种工况下汽油机与柴油机有害物质的排放浓度。汽车在城市内行驶时，很多地方需要强制怠速，即发动机制动。在这种减速工况下，发动机转速较高，节气门开度小，进入气缸的混合气浓度很大，排气中的C0、HC都很高。6．汽车技术状态的影响汽车随着行驶里程的增加，技术状况逐渐变坏，将导致汽车的排气污染增大。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验供油系统调整不当或在使用中发生了变化，采用汽油喷射系统可改善发动机动力性和经济性，同时还可减少对大气的污染。汽油机的点火提前角增大时，循环压力和温度提高，废气中的NOx浓度明显增大。空气滤清器堵塞会引起混合气过浓，使废气中的CO、HC成分增加。柴油机供油系的循环供油量、供油压力和喷油提前角是影响排气污染的重要因素。图6-12示出柴油机的废气成分与喷油提前角的关系(n=1600r/min)。在发动机使用过程中，燃烧室内的积碳也会使废气污染严重。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验6.2.3汽车排气污染物的检测试验1．汽车怠速试验规范这种规范是为测量汽油车怠速时排气中HC和CO容积浓度而制定的。我国的标准是国标GB/T3845。(1)发动机油怠速加速到0.7倍额定转速，维持60s后降至怠速状态；(2)将取样探头插入排气管中，深度等于400mm，并固定；(3)发动机在怠速状态维持15s后开始读数，读数取30s内最高值和最低值，其平均值即为测量结果。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验2．汽车行驶试验规范(1)轻型车试验工况。轻型车在不同国家的定义各有区别，图6-13所示是日本的10T况6循环和11T况4循环法，适用于乘员10人以下的轿车和车辆总质量2.5t以下的轻型车。欧洲采用ECE-15+ECDU工况（见图6-14）。国家标准GB14765-1999规定，对最大质量不超过3.5t的燃用普通级无铅汽油的客、货车，按图6-15所示的15工况4循环进行测量。(2)重型车试验工况。我国现行的重型车测试规范是按GB17695-1999规定的压燃式发动机和装用压燃式发动机车辆13工况法。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验3．柴油机烟度测定试验工况(1)稳态烟度测量。稳态烟度通常在全负荷稳定转速时测量的，用以监测汽车柴油机碳烟排放。

(2)非稳态烟度测量。柴油机在非稳态下的排气烟度受多种不稳定因素影响很大，因此非稳态烟度测量有严格控制的试验程序。自由加速法是柴油机从低速怠速状态突然加速至高速空载过程中进行排烟测定的一种方法。我国标准GB3847-1999采用规范如图6-16所示。4．排气分析的取样方法上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验排气的取样方法主要有四种，即直接取样法(DirectSampling)、全量取样法(FullFlowSampling)、比例取样法(ProportionalSampling)和定容取样法(ConstantVolumeSampling，简称CVS)。其中CVS法是一种接近于汽车排气扩散到大气中的实际状态的取样方法。

5．排气成分分析仪排气成分分析仪要求有较高的灵敏度和良好的选择性，测量范围适中，仪表线性好，反应快，读数稳定，受干扰小等优点。(1)NDIR分析仪。NDIR分析仪还可测定HC、CO2的浓度，也能分析NO，但精度不及测定CO时高。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验红外线分析仪包括两个单独的红外线辐射光源、试样室、基准室以及薄膜微音器式检测室、放大器和指示器组成。红外线分析仪的测量原理，建立在气体具有吸收电磁辐射的特性的基础上。试样室的被测气体浓度越大，吸收的红外线光能也越多，因而两个辐射接收检测室所接收的辐射差值也越大，即信号越强。这样就可获得被测气体的浓度与测量信号之间的比例关系。(2)FID检测器。FID是目前检测排气中HC最有效的方法，灵敏度很高。其工作原理是基于大多数有机碳氢化合物在氢火焰中产生大量电离的现象来测定HC的。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验FID检测器通常是由燃烧器组件、离子收集器及测量电路所组成。

6．烟度计测量烟度的仪器主要有两种，一种是滤纸式烟度计，另一种是不透光式烟度计。图6-19是滤纸式烟度计工作原理示意图。是用一只活塞抽取一定量的废气，并使它通过一张一定面积的白色滤纸，废气中的碳粒就吸附在滤纸上而使滤纸变黑。然后用光电检测装置测量滤纸上的吸光率来评定排烟度。上-页

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返回6.2汽车排气污染物的形成及试验不透光式烟度仪原理见图6-20，测量前，首先用空气吹扫，然后将排烟的部分或全部连续不断地流过烟度计，让光线透过导入的废气，光电管可测出光线的衰减率，通过记录仪，可得出排烟随时间的变化情况。上-页

返回6.3汽车噪声及试验6.3.1声学基础知识声音是在气体、液体或固体介质里传播的一种机械振动。因此，声音以频率、幅值和相位来表征。声音最简单的形式为纯音，它是正弦波。1．声压级正常人刚能听到的微弱声音的声压是2×10。5Pa，称为人耳的听阈；使人耳感觉疼痛的声压为20Pa，称为人耳的痛阈。引用了声压比的对数来表示声音的强弱，即声压级。下-页

返回6.3汽车噪声及试验2．响度级响度级是根据人耳听觉特性而提出的一种评定环境噪声的方法。通常人耳听到的声频范围在20—20000Hz，高于20kHz则为超声，低于20Hz的称为次声。从等响曲线可以看出，人耳对高频声敏感，而对低频声不敏感。如70phon的响声，对100Hz的声音来说，声压级是76dB，对1000Hz是70dB，对4000Hz是62dB，但它们都是在70phon的曲线上，听起来一样响。

3．计权声级计权声级一般有A、B、C三种，它们是分别用设置有计权圆络“A”、“B”、“C”的声学测量仪测得的噪声值，记做dB(A)、dB(B)、dB(C)。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验4．频谱分析噪声通常是由大量不同频率的声音复合而成，要想在人耳可听声的频率范围内对各个不同频率的噪声逐一进行测量很困难，在实用上，常把声频范围划分为若干个频段，即常说的频段或频程。每个频程各有中心频率和上、下限频率，上、下限频率之差为频带宽度。

6.3.2汽车噪声特性及影响因素汽车噪声包括发动机噪声、传动系噪声、轮胎噪声、车身噪声、喇叭噪声以及特种车辆的警报噪声等，表6-11示出了某柴油机载重汽车各部分声源的声级。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验车内噪声主要是由于发动机及传动系统在运行中引起的车身振动和车身的孔缝透声而形成的。同时路面的凸凹不平也会引起车轮的振动，再通过悬架传至车身。车外噪声是交通噪声的重要公害源，车外噪声一般是60dB(A)—90dB(A)的中强度噪声，汽车的类型不同，车外噪声也不同。即使是同一种型号的汽车，其噪声的离散性也很大。下面介绍影响车外噪声使用因素。1．行驶车速行驶车速与发动机噪声的关系见图6-22，当汽车行驶车速增加时，其噪声也会随之直线上升。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验2．载质量载质量对汽车噪声的影响相对较小。

3．技术状况汽车各总成、机构的技术状况随着行驶里程的增加而下降，在不同程度上会出现振动和异响，连接部件松旷等现象，从而加剧了汽车行驶噪声。6.3.3发动机噪声直接从发动机本体及其附件向空间传出的噪声都是发动机的噪声。发动机的噪声主要包括：燃烧噪声、机械噪声、进气噪声、排气噪声和风扇噪声等。按照噪声的产生方式可分为燃烧噪声、机械噪声和气体动力噪声。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验1．燃烧噪声燃烧噪声是发动机的主要噪声源。是可燃混合气燃烧时，因压力急剧上升冲击活塞、气缸盖、气缸体、连杆等引起发动机结构振动而产生的。燃烧噪声主要集中于速燃期，其次是缓燃期。在速燃期内，压力增长率大，形成的冲击强，产生较大的噪声。汽车加速行驶时测出的发动机燃烧噪声要比发动机匀速运转时大。负荷对柴油机噪声的影响见图6-23。在小负荷时，由于在着火延迟期内喷人的燃料少，压力增长率低，相应的燃烧噪声也明显下降。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验当喷油提前角减小时，可使最高压力、最大压力增长率下降，从而使燃烧噪声减小。燃烧噪声的强弱可以用气缸内气体压力频谱曲线表征。气缸压力频谱曲线是气缸压力曲线所包含的频率结构和每种频率成分上压力强度大小的图形，压力强度值用气缸压力级表示，其单位是dB，它的基准压力与声压的基准压力相同。2．机械噪声发动机机械噪声是指发动机运转时由于内部各零件之间的间隙引起撞击及内部作周期性变化的作用力在零部件上产生的弹性变形所导致的表面振动而引起的噪声。机械噪声的分类表6-12机械噪声的分类表上-页

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返回6.3汽车噪声及试验活塞对气缸壁的敲击，通常是发动机的最大机械噪声源。活塞的敲击声主要取决于气缸的最大爆发压力和活塞与缸壁之间的间隙，所以这种噪声既与燃烧有关，又与发动机的具体结构有关。活塞敲击声随转速的增高而增大。当转速一定时，撞击能量E与缸壁间隙C成比例增长，其关系为：如果活塞与缸壁之间有足够的润滑油，润滑油有阻尼和吸声作用，可以降低活塞敲击噪声。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验

影响气门开、关噪声的主要因素是气门的运动速度，见图6-26，可知，气门噪声与气门运动速度成正比。正时齿轮噪声的形成主要是在交变载荷下齿轮刚度周期性变化、齿轮制造误差和表面粗糙度以及曲轴扭转振动引起的转速变化和因驱动配气机构、喷油泵等引起载荷的周期性变化。喷油系统是柴油机的噪声源之一。喷油系统噪声主要由喷油泵、喷油器和高压油管系统的振动引起。其中可分为流体性的噪声和机械性的噪声。发动机的结构刚度对机械噪声也有影响。通过合理设计提高结构刚度，使其产生的振动频率与噪声最大频率不一致，避免产生共振，如在气缸体侧壁合理加肋，可提高其固有频率，能使噪声下降2~3dB(A)。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验3．进、排气噪声进气噪声主要频率范围在0.05~0.5kHz，其主要成分为低频噪声。进气噪声随转速的提高而迅速增强，转速增加，吸人空气流速提高，同时在进气管入口处空气脉动的强度和频率也随着提高；进气噪声受负荷的影响不大．随负荷的增加稍有增加。排气噪声的主要频率范围在0.05~5kHz之间，对非增压发动机来说，排气噪声可高达110~120dB(A)（距排气口1m）。排气噪声随发动机排量、有效功率、有效扭矩以及平均有效压力与排气口面积的乘积的增大而增大。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验4．风扇噪声风扇噪声是汽车的噪声源之一。风冷发动机噪声尤其大，在高速全负荷时甚至与进、排气噪声不相上下。风扇噪声主要是空气动力性噪声，它由旋转噪声和涡流声以及零部件的机械噪声所组成。旋转噪声是由风扇旋转的叶片周期性地切割空气，引起空气的压力波动而激发出的噪声，其频率值为：发动机的风扇噪声在低速运转时以涡流噪声占优势，高速时旋转噪声占优势。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验风扇的机械振动噪声是由于气流引起的风扇、导向装置（护风圈）或散热器的振动，以及其他的外部振动激发的机械振动。为了减小高速时发动机的风扇噪声，汽车发动机普遍使用液力耦合器、不等距叶片、变叶片扭角的风扇，也有采用水温感应电动离合风扇的。

5．废气涡轮增压器噪声废气涡轮增压器实质上也是一种风机，噪声与风扇噪声构成有相似之处。

6.3.4传动系噪声传动系噪声包括变速器噪声、传动轴噪声以及驱动桥噪声，其中变速器是主要噪声源。上-页

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变速器噪声主要由齿轮振动噪声、轴承声响、润滑油搅拌声和发动机振动传播到变速器箱体而辐射出的噪声等组成。齿轮振动噪声占变速器噪声的绝大部分。由于齿轮箱是密封的，齿轮噪声直接以声波向外传播的仅是很少一部分，主要是齿轮振动通过轴、轴承，传到壳体上，形成壳体的振动，从而辐射出噪声。变速器噪声与变速器形式、挡位及大小等因素有关，并随着汽车行驶状态、速度、负荷的变化而变化，图6-28给出大型载货汽车六挡变速器的变速器噪声与转速的关系，试验是从中等转速到高转速急加速的情况下测定的。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验6.3.5轮胎噪声

1．空气扰动噪声轮胎快速滚动时对其周围空气形成扰动，辐射出噪声。由于轮胎胎面有各种花纹，当轮胎胎面与地面接触时，胎面受压缩、拉伸，形成泵气、吸气效应。对于常见的齿形花纹轮胎，当胎面花纹节距相同时，空气扰动噪声的频率为：

2．道路噪声上-页

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返回6.3汽车噪声及试验道路噪声是由于路面凹凸不平而产生的噪声。3．轮胎结构振动噪声轮胎结构振动噪声是由于轮胎不平衡、胎面花纹刚度变化或路面凹凸不平等原因激发轮胎振动而产生的噪声4．风噪声风噪声与路面无关，它是轮胎在前进和旋转时搅动周围空气而产生的空气振动声。影响轮胎噪声的因素很多，除了轮胎花纹外，车速、负荷、轮胎气压以及路面状况等使用因素对轮胎噪声的影响也很大。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验

当车辆的负荷不同时，轮胎花纹的挤压作用也产生变化。随着载荷的增加，胎面花纹的变形增大，轮胎的胎肩逐渐接触地面，横向花纹便容易造成“空腔的封闭”而使噪声增大，而对纵向花纹轮胎则影响不大。路面状况对轮胎噪声的影响主要是路面的粗糙度和潮湿程度。6.3.6汽车噪声试验1．汽车噪声的试验方法

(1)通过噪声的试验方法。我国机动车加速噪声测定标准与国际标准化组图6-31汽车噪声试验方法的分类织规定的测试方法(ISOR362)基本相同，测量场地如图6-32所示。上-页

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返回6.3汽车噪声及试验(2)停车噪声的试验方法。具有代表性的停车噪声试验方法是ISOR362及ISODIS51