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文檔簡介

1、第第1010章章 發(fā)動機的排放與噪聲控制發(fā)動機的排放與噪聲控制 10.1.110.1.1發(fā)動機排放污染的現(xiàn)狀發(fā)動機排放污染的現(xiàn)狀( (世界問題)世界問題) 10.1.2 10.1.2 發(fā)動機排放污染物的危害發(fā)動機排放污染物的危害 1.1.一氧化碳一氧化碳- -中毒中毒 、死亡、死亡2.2.氮氧化物氮氧化物 危害植物危害植物3.3.碳氫化合物碳氫化合物形成光化學煙霧形成光化學煙霧 4.4.光化學煙霧光化學煙霧5.5.微粒微粒 鉛化物鉛化物(Pb) (Pb) 、炭煙、炭煙 10.1 10.1 發(fā)動機有害排放物的生成及危害發(fā)動機有害排放物的生成及危害10.1.3 10.1.3 發(fā)動機排放污染物的生成

2、機理發(fā)動機排放污染物的生成機理 1.1.一氧化碳的生成一氧化碳的生成 圖圖10.1 10.1 不同空然比下廢氣中的各成分變化不同空然比下廢氣中的各成分變化 圖圖10.210.2混合氣濃度對有害氣體排放量影響混合氣濃度對有害氣體排放量影響2.2.氮氧化物的生成氮氧化物的生成 生成生成NONO的影響因素:的影響因素:1)1)氧的濃度氧的濃度2)2)溫度溫度 3)3)反應滯留時間反應滯留時間 3.3.碳氫化合物的生成碳氫化合物的生成 1)1)冷激效應冷激效應 (縫隙)(縫隙)2)2)油膜和沉積物吸附油膜和沉積物吸附 3)3)火焰淬熄火焰淬熄 4)4)未燃碳氫化合物的氧化未燃碳氫化合物的氧化 生成生成

3、HCHC的渠道:的渠道:1.1.在燃燒室中產生在燃燒室中產生2.2.由曲軸箱竄出由曲軸箱竄出3.3.燃油箱系統(tǒng)蒸發(fā)出燃油箱系統(tǒng)蒸發(fā)出圖圖10.3燃燒室內縫隙的組成燃燒室內縫隙的組成 圖圖10.4 活塞頂環(huán)岸縫隙中烴的排出過程活塞頂環(huán)岸縫隙中烴的排出過程 圖圖10.5 壓力室結構對壓力室結構對HC排放的影響排放的影響 4.4.微粒的生成微粒的生成 圖圖10.6燃燒系統(tǒng)中燃燒系統(tǒng)中炭炭煙粒子的形成過程煙粒子的形成過程 燃油中烴分子在高溫缺氧的條件下發(fā)生部分氧化和熱裂燃油中烴分子在高溫缺氧的條件下發(fā)生部分氧化和熱裂解,生成各種不飽和烴類,如乙烯、乙炔及其較高的同解,生成各種不飽和烴類,如乙烯、乙炔及

4、其較高的同系物和多環(huán)芳香烴。它們不斷脫氫、聚合成以炭為主的系物和多環(huán)芳香烴。它們不斷脫氫、聚合成以炭為主的直徑直徑2nm2nm左右的炭煙核心左右的炭煙核心 5. 5. 光化學煙霧光化學煙霧 HC HC與與NOxNOx一次污染物的存在,在強烈陽一次污染物的存在,在強烈陽光照射下,生成光照射下,生成O3O3和和PANPAN光化學煙霧,光化學煙霧,對人體的呼吸有傷害。對人體的呼吸有傷害。10.2 10.2 影響汽油機有害排放物生成的主要因素及控影響汽油機有害排放物生成的主要因素及控制制 o1.1.混合氣成分混合氣成分 o2.2.點火正時點火正時 o3.3.負荷負荷 o4.4.轉速轉速 o5.5.過渡

5、工況過渡工況o6.6.廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán) 10.2.1 10.2.1 影響因素影響因素 1.1.混合氣成分混合氣成分 圖圖10.8 有害排放物濃度與有害排放物濃度與 的關系的關系 圖10.9 點火提前角對燃油消耗量和有害排放物的影響 圖10.10 氣缸內燃燒壓力與點火時刻的關系 2.2.點火正時點火正時 3.3.負荷負荷o低負荷或怠速:供濃混合氣,低負荷或怠速:供濃混合氣,CO,HCCO,HC含量高;含量高;o中等負荷:經(jīng)濟混合氣,中等負荷:經(jīng)濟混合氣,CO,HCCO,HC含量低,但含量低,但NOxNOx含量高;含量高;o大負荷與滿負荷:較濃混合氣,燃燒壓力與溫大負荷與滿負荷:較濃混合氣,燃

6、燒壓力與溫度很高,度很高,NOxNOx量增多;使量增多;使COCO量增加;量增加;4.4.轉速轉速o轉速增加,促進混合,轉速增加,促進混合,CO,HC CO,HC 含量降低;含量降低;o濃混合氣時,轉速增加,散熱時間減少,溫濃混合氣時,轉速增加,散熱時間減少,溫度較高,度較高,NOxNOx含量增加。含量增加。 稀混合氣時,轉速增加,稀混合氣時,轉速增加,NOxNOx含量減少。含量減少。5.5.過渡工況過渡工況怠速與減速,是怠速與減速,是HC HC 生成的主要工況;生成的主要工況;怠速:燃燒溫度比較低,缸內殘余廢氣比較多,混合器怠速:燃燒溫度比較低,缸內殘余廢氣比較多,混合器比較濃,導致燃燒惡化

7、,比較濃,導致燃燒惡化,HCHC量較多。量較多。減速,進氣歧管真空度較大,使得進氣管內沉積的燃料減速,進氣歧管真空度較大,使得進氣管內沉積的燃料油膜大量蒸發(fā),混合氣較濃。油膜大量蒸發(fā),混合氣較濃。其他過渡工況見表其他過渡工況見表10.710.76.廢氣再循環(huán)廢氣再循環(huán)EGR 將一部分廢氣回送燃燒室,利用排氣中的氣體比將一部分廢氣回送燃燒室,利用排氣中的氣體比熱容大的特點,可以抑制燃燒的最高溫度,將有利熱容大的特點,可以抑制燃燒的最高溫度,將有利于抑制于抑制NOxNOx產生。但產生。但EGREGR率過大,率過大,NOxNOx產生下降,但產生下降,但過量空氣系數(shù)減少,使得動力性差。過量空氣系數(shù)減少

8、,使得動力性差。10.2.2 10.2.2 機內凈化技術機內凈化技術 1 1廢氣再循環(huán)(降低廢氣再循環(huán)(降低NOxNOx) 圖圖10.1110.11廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理 原理和作用:原理和作用:一部分排一部分排氣經(jīng)氣經(jīng)EGREGR閥還流回進氣閥還流回進氣系統(tǒng),稀釋了新鮮混合系統(tǒng),稀釋了新鮮混合氣中的氧濃度,導致燃氣中的氧濃度,導致燃燒速度降低,同時還使燒速度降低,同時還使新鮮混合氣的比熱容提新鮮混合氣的比熱容提高。兩者都造成燃燒溫高。兩者都造成燃燒溫度的降低,因而可以抑度的降低,因而可以抑制制NONOx x的生成。的生成。 圖圖10.12 EGR10.12 EGR降低降

9、低NONOx x的效果的效果 圖圖10.13 EGR10.13 EGR于與其他措施合用的效果于與其他措施合用的效果AA僅采用僅采用EGR BEGR+EGR BEGR+增強進氣渦流增強進氣渦流 CEGR+CEGR+增強進氣渦流增強進氣渦流+ +雙火花塞點火雙火花塞點火 EGR與其他措施合用的效果與其他措施合用的效果2.2.改進發(fā)動機設計改進發(fā)動機設計 1)1)冷起動、暖機和怠速冷起動、暖機和怠速 2)2)壓縮比壓縮比 3)3)燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)4)4)進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)5)5)活塞組設計活塞組設計 6)6)分層稀薄燃燒分層稀薄燃燒 圖10.14火花塞位置對油耗和HC排放物的影響 1火花塞在燃燒室側面

10、 2火花塞在燃燒室中心 圖圖10.1510.15四氣門和二氣門發(fā)動機對油耗和四氣門和二氣門發(fā)動機對油耗和HCHC排排放物的影響放物的影響11二氣門發(fā)動機二氣門發(fā)動機22四氣門發(fā)動機四氣門發(fā)動機 圖圖10.1610.16稀燃發(fā)動機混合氣濃度工作極限稀燃發(fā)動機混合氣濃度工作極限11采用三效催化轉化器采用三效催化轉化器=14.7=14.7時發(fā)動機控制時發(fā)動機控制22用稀燃傳感器控制發(fā)動機用稀燃傳感器控制發(fā)動機33用燃燒壓力傳感器控制發(fā)動機用燃燒壓力傳感器控制發(fā)動機44發(fā)動機處于工作極限下運行發(fā)動機處于工作極限下運行55工作極限工作極限66燃油消耗燃油消耗77發(fā)動機運行不穩(wěn)定發(fā)動機運行不穩(wěn)定3.3.電

11、子控制燃油噴射系統(tǒng)電子控制燃油噴射系統(tǒng)(EFI)(EFI) 混合氣形成的空燃比特性是決定點燃式內燃混合氣形成的空燃比特性是決定點燃式內燃機性能和排放的關鍵因素。采用氧傳感器機性能和排放的關鍵因素。采用氧傳感器閉環(huán)控制的閉環(huán)控制的EFIEFI模式。模式。4.4.提高燃油品質提高燃油品質 采用辛烷值高的燃油。采用辛烷值高的燃油。10.2.310.2.3機外凈化技術機外凈化技術 1.1.三效催化轉化器(三效催化轉化器(TWCTWC) 圖圖10.1710.17催化轉化器結構催化轉化器結構 隨汽油機電子控制燃油噴隨汽油機電子控制燃油噴射系統(tǒng)的不斷完善和無鉛射系統(tǒng)的不斷完善和無鉛化低硫汽油的燃用,化低硫汽

12、油的燃用,TWCTWC是控制汽車排放最理想和是控制汽車排放最理想和最重要的措施。最重要的措施。1外殼外殼 2載體與催化劑載體與催化劑 3減振密封襯墊減振密封襯墊圖圖10.18 10.18 過量空氣系數(shù)對過量空氣系數(shù)對TWCTWC轉化效率的影響轉化效率的影響 在過量空氣系數(shù)在過量空氣系數(shù) =1=1附近,三效催化劑對附近,三效催化劑對COCO、HCHC和和NONOX X能同時達到較好能同時達到較好的凈化效果的凈化效果 a2.2.曲軸箱強制通風系統(tǒng)曲軸箱強制通風系統(tǒng) 曲軸箱強制通風系統(tǒng)曲軸箱強制通風系統(tǒng)(PCV)3.3.燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng) 圖圖10.2010.20燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)燃油蒸

13、發(fā)控制系統(tǒng) 11空氣濾清器空氣濾清器 22控制器控制器 33儲氣罐儲氣罐 44油箱油箱 55炭罐炭罐 66進氣管進氣管 10.3 10.3 影響柴油機有害排放物生成的影響柴油機有害排放物生成的主要因素及控制主要因素及控制 10.3.110.3.1柴油機有害柴油機有害排放物生成特點排放物生成特點 (1) (1) 未燃未燃HC HC (2) CO (2) CO (3) NO(3) NOx x (4)(4)炭煙炭煙 (5)(5)醛類醛類 11稀燃火焰熄滅區(qū)稀燃火焰熄滅區(qū)22稀燃火焰區(qū)稀燃火焰區(qū)33油束心部油束心部 44油束尾部和后噴部油束尾部和后噴部10.3.210.3.2影響因素影響因素 1.混合

14、氣成分混合氣成分圖圖10.2210.22混合氣成分與柴油機排放的關系混合氣成分與柴油機排放的關系2. 噴油時刻噴油時刻圖圖10.2310.23噴油定時對排放的影噴油定時對排放的影響響 分隔式燃燒室生成的分隔式燃燒室生成的NONOx x、COCO、HCHC和炭煙的排放濃度均低和炭煙的排放濃度均低于直噴式,特別是于直噴式,特別是NONOx x排放濃度一般比直噴式燃燒室的低排放濃度一般比直噴式燃燒室的低5050左右左右 。 原因是,這種燃燒室的燃燒及排放物的生成分兩個階段原因是,這種燃燒室的燃燒及排放物的生成分兩個階段進行。在噴油開始和燃燒初期,副燃燒室的空燃比較小,進行。在噴油開始和燃燒初期,副燃

15、燒室的空燃比較小,氧濃度較低,燃料不可能燃燒完全,從而形成較多的氧濃度較低,燃料不可能燃燒完全,從而形成較多的COCO及未燃烴。副燃燒室在著火后溫度較高,但氧濃度低,及未燃烴。副燃燒室在著火后溫度較高,但氧濃度低,對生成對生成NONOx x仍有不利的影響。主燃燒室內有充足的新鮮空仍有不利的影響。主燃燒室內有充足的新鮮空氣,使來自副燃燒室的氣,使來自副燃燒室的COCO及及HCHC進一步氧化。高溫燃氣進進一步氧化。高溫燃氣進入主燃燒室后,溫度有所下降,抑制了入主燃燒室后,溫度有所下降,抑制了NONOx x的生成的生成 3.3.燃燒室排放比較燃燒室排放比較10.3.310.3.3機內凈化技術機內凈化

16、技術 1.1.增壓中冷技術增壓中冷技術最現(xiàn)實的辦法是增加空氣量最現(xiàn)實的辦法是增加空氣量 2.2.改進進氣系統(tǒng)改進進氣系統(tǒng) 1)1)進氣組織進氣組織 2)2)多氣門多氣門 圖圖10.2410.24缸內的各種有組織氣流缸內的各種有組織氣流(a)(a)切向進氣道及其產生的旋流切向進氣道及其產生的旋流 (b)(b)螺旋進氣道及其產生的旋流螺旋進氣道及其產生的旋流 (c)(c)縱向滾流縱向滾流(d)(d)壓縮時的擠流壓縮時的擠流 (e)(e)膨脹時的逆流膨脹時的逆流 圖圖10.2510.25兩氣門及四氣門柴油機性能指標比較圖兩氣門及四氣門柴油機性能指標比較圖 3.3.改進噴油系統(tǒng)改進噴油系統(tǒng) 1)1)高

17、壓噴射高壓噴射 2)2)推遲噴油提前角推遲噴油提前角 3)3)減小噴孔直徑,增加噴孔數(shù)目減小噴孔直徑,增加噴孔數(shù)目 4)4)減小噴嘴壓力室容積減小噴嘴壓力室容積 5)5)高壓共軌電控燃油噴射高壓共軌電控燃油噴射 三種燃油系統(tǒng)的三種燃油系統(tǒng)的噴油壓力對煙度及噴油壓力對煙度及性能的影響性能的影響 試驗條件:轉速試驗條件:轉速1000r/min1000r/min, 1717, NO NOx x1200120010106 6 4.4.改進燃燒系統(tǒng)改進燃燒系統(tǒng) 1)1)燃燒室容積比燃燒室容積比燃燒室容積對氣缸余燃燒室容積對氣缸余隙容積之比隙容積之比 2)2)燃燒室口徑比燃燒室口徑比 口徑比口徑比d dk

18、 k/ /D D小的深燃小的深燃燒室可在室中產生較強的渦流燒室可在室中產生較強的渦流 3)3)燃燒室形狀燃燒室形狀 縮口燃燒室已經(jīng)取代應縮口燃燒室已經(jīng)取代應用最廣直邊不縮口的用最廣直邊不縮口的形燃燒室形燃燒室 4) 4) 適當提高壓縮比適當提高壓縮比 圖圖10.2710.27擠流口型與標準型燃燒室的排放特性擠流口型與標準型燃燒室的排放特性 不縮口不縮口型型縮口縮口型型圖圖10.2810.28三種燃燒室的煙度及燃油消耗率三種燃燒室的煙度及燃油消耗率1-1-形燃燒室形燃燒室2-2-四角型燃燒室四角型燃燒室3-3-微渦流燃燒室微渦流燃燒室 5.5.降低機油消耗降低機油消耗 6.6.廢氣再循環(huán)廢氣再循

19、環(huán) 7.7.提高燃油品質提高燃油品質 10.3.410.3.4機外凈化技術機外凈化技術 主要是降低微粒中主要是降低微粒中的有機可溶成分的有機可溶成分SOFSOF,但柴油中的硫將影但柴油中的硫將影響響SOFSOF的降低。的降低。圖圖10.2910.29柴油機氧化催化劑使用效果柴油機氧化催化劑使用效果 1.1.氧化催化轉化器氧化催化轉化器圖圖10.3010.30微粒捕集器的過濾材料微粒捕集器的過濾材料( (a)a)陶瓷蜂窩載體陶瓷蜂窩載體( (b)b)陶瓷纖維編織物陶瓷纖維編織物( (c)c)金屬線纖維編織物金屬線纖維編織物2 .2 .微粒捕集器微粒捕集器微粒捕集器也稱微粒捕集器也稱排氣微粒過濾器

20、,排氣微粒過濾器,用來濾除微粒。用來濾除微粒。3 .3 .柴油機柴油機NoNox x還原催化劑還原催化劑主要去除主要去除NOxNOx,方法是用還原,方法是用還原劑還原劑還原NOxNOx。目前存在的困難:目前存在的困難:o在高濃度氧氛圍進行在高濃度氧氛圍進行NOxNOx還原,對催化劑要求高。還原,對催化劑要求高。o排氣問對較低。排氣問對較低。o柴油機排氣中含有柴油機排氣中含有SoxSox和和微粒,催化劑中毒。微粒,催化劑中毒。常用催化劑:尿素常用催化劑:尿素10.410.4發(fā)動機排放法規(guī)與測試發(fā)動機排放法規(guī)與測試 10.4.110.4.1排放法規(guī)排放法規(guī) 詳見板書詳見板書10.4.210.4.2排放物測定排放物測定 1.1.試驗規(guī)范試驗規(guī)范 在底盤測功機上模擬其特定行駛循環(huán),并在底盤測功機上模擬其特定行駛循環(huán),并測定所排出有害物質的量,通過調節(jié)測功機可模擬在實測定所排出有害物質的量,通過調節(jié)測功機可模擬在實際到路上行駛的功率,而用慣性質量模擬汽車質量

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