10第10章发动机的排放与噪声控制解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车发动机原理,第10章 发动机的排放与噪声控制,Hubei Automotive Industry Institute,湖北汽车工业学院汽车工程系,HuBei Automotive Industries Institute Dep.of Automobile,发动机原理,第三篇 燃烧与排放,第10章 发动机的排放与噪声把握,10.1 发动机有害排放物的生成及危害,发动机排放污染的现状(世界问题,10.1.2 发动机排放污染物的危害,1.一氧化碳-中毒、死亡,2.氮氧化物 危害植物,3.碳氢化合物形成光化学烟雾,4.光化学烟雾,5.微粒 铅化物(Pb)、炭烟,10.1.3 发动机排放污染物的生成机理,1.一氧化碳的生成,图10.1 不同空然比下废气中的各成分变化 图10.2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,3.碳氢化合物的生成,1)冷激效应 缝隙,2)油膜和沉积物吸附,3)火焰淬熄,4)未燃碳氢化合物的氧化,图10.3燃烧室内缝隙的组成,图10.4 活塞顶环岸缝隙中烃的排出过程,图10.5 压力室构造对HC排放的影响,4.微粒的生成,图10.6燃烧系统中炭烟粒子的形成过程,燃油中烃分子在高温缺氧的条件下发生局部氧化和热裂解，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左右的炭烟核心,10.2 影响汽油机有害排放物生成的主要因素及把握,影响因素,1.混合气成分,2.点火正时,3.负荷,4.转速,5.过渡工况,6.废气再循环,图10.8 有害排放物浓度与 的关系,图10.9 点火提前角对燃油消耗量和有害排放物的影响,图10.10 气缸内燃烧压力与点火时刻的关系,机内净化技术,1废气再循环,图10.11废气再循环系统工作原理,原理和作用：一局部排气经EGR阀还流回进气系统，稀释了新颖混合气中的氧浓度，导致燃烧速度降低，同时还使新颖混合气的比热容提高。两者都造成燃烧温度的降低，因而可以抑制NOx的生成。,图10.12,EGR,降低,NO,x,的效果,图10.13 EGR于与其他措施合用的效果,A仅承受EGR BEGR+增加进气涡流 CEGR+增加进气涡流+双火花塞点火,2.改进发动机设计,1)冷起动、暖机和怠速,2)压缩比,3)燃烧系统,4)进气系统,5)活塞组设计,6)分层淡薄燃烧,图10.14火花塞位置对油耗和,HC,排放物的影响,1火花塞在燃烧室侧面 2火花塞在燃烧室中心,图10.15四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10.16稀燃发动机混合气浓度工作极限,1承受三效催化转化器=14.7时发动机把握2用稀燃传感器把握发动机,3用燃烧压力传感器把握发动机4发动机处于工作极限下运行,5工作极限6燃油消耗7发动机运行不稳定,3.电子把握燃油喷射系统(EFI),4.提高燃油品质,机外净化技术,1.三效催化转化器,TWC(Three,Way,Catalytic,Converter),图10.17催化转化器构造,1外壳 2载体与催化剂 3减振密封衬垫,图10.18 过量空气系数对TWC转化效率的影响,在过量空气系数 =1四周，三效催化剂对CO、HC和NOX能同时到达较好的净化效果,2.曲轴箱强制通风系统,曲轴箱强制通风系统,(,PCV,，,positive,crankcase,ventilation,system),3.燃油蒸发把握系统,图10.20燃油蒸发把握系统,1空气滤清器2把握器3储气罐4油箱 5炭罐6进气管,10.3 影响柴油机有害排放物生成的主要因素及把握,柴油机有害排放物生成特点,(1),未燃,HC,(2),CO,(3),NO,x,(4),炭烟,(5),醛类,图10.21油束各区的燃油状况,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,影响因素,1.混合气成分,2.喷油时刻,3.燃烧室类型,图10.22混合气成分与柴油机排放的关系 图10.23喷油定时对排放的影响,3.燃烧室排放比较,分隔式燃烧室生成的NOx、CO、HC和炭烟的排放浓度均低于直喷式，特殊是NOx排放浓度一般比直喷式燃烧室的低50左右,缘由是，这种燃烧室的燃烧及排放物的生成分两个阶段进展。在喷油开头和燃烧初期，副燃烧室的空燃比较小，氧浓度较低，燃料不行能燃烧完全，从而形成较多的CO及未燃烃。副燃烧室在着火后温度较高，但氧浓度低，对生成NOx仍有不利的影响。主燃烧室内有充分的新颖空气，使来自副燃烧室的CO及HC进一步氧化。高温燃气进入主燃烧室后，温度有所下降，抑制了NOx的生成,机内净化技术,1.增压中冷技术最现实的方法是增加空气量,2.改进进气系统,1)进气组织,2)多气门,图10.24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),压缩时的挤流(,e),膨胀时的逆流,图10.25两气门及四气门柴油机性能指标比较图,3.改进喷油系统,1),高压喷射,2),推迟喷油提前角,3),减小喷孔直径，增加喷孔数目,4),减小喷嘴压力室容积,5),高压共轨电控燃油喷射,图10.26三种燃油系统的喷油压力对烟度及性能的影响,试验条件：转速1000,r/min，17，,NO,x,120010,6,4.改进燃烧系统,1)燃烧室容积比燃烧室容积对气缸余隙容积之比,2)燃烧室口径比 口径比dk/D小的深燃烧室可在室中产生较强的涡流,3)燃烧室外形 缩口燃烧室已经取代应用最广直边不缩口的形燃烧室,4)适当提高压缩比,图10.27挤流口型与标准型燃烧室的排放特性,不缩口,型,缩口,型,图10.28三种燃烧室的烟度及燃油消耗率,1-,形燃烧室2-四角型燃烧室3-微涡流燃烧室,5.降低机油消耗,6.废气再循环,7.提高燃油品质,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10.29柴油机氧化催化剂使用效果,图10.30微粒捕集器的过滤材料,(,a),陶瓷蜂窝载体(,b),陶瓷纤维编织物(,c),金属线纤维编织物,10.4,发动机排放标准与测试,10.4.1排放标准,1.评定标准,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.排放标准,排放物测定,1.试验标准 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，通过调整测功机可模拟在实际到路上行驶的功率，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,型式认证型试验排放限值,型试验排放限值,图,10.31,欧洲,ECE15,工况试验循环,2.排气取样系统,3.测试仪器,1)不分光红外线,图10.33,NDIR,的工作原理,2)氢火焰离子,图10.34,FID,的工作原理,3)化学发光,图10.35,CLD,的工作原理,10.5 发动机噪声来源与把握,发动机噪声的来源,1.燃烧噪声,2.机械噪声,1)活塞敲缸噪声,2)配气机构噪声,3)正时齿轮噪声,4)不平衡惯性力引起的机械振动及噪声,5)喷油泵及其它机械噪声,3.进、排气噪声,4.风扇噪声,噪声把握措施,1.降低燃烧噪声,2.加强构造强度,3.承受隔声罩壳,4.承受排气消声器,5.低噪声发动机设计,谢谢！,