08第八章 发动机排放与噪声.ppt
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1、第八章第八章发动机排放与噪声发动机排放与噪声教师:程金铭教师:程金铭湖北文理学院湖北文理学院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一、发动机排放污染的现状:一、发动机排放污染的现状
2、:空气:空气:恒定成分:氧气、氮气、稀有气体等可变成分:二氧化碳、水蒸气等不定部分:有害气体、尘埃等发动机废气污染发动机废气污染是空气中不定组分的最主要的来源,已成为城市污染的首要污染源。二、发动机排放污染物的危害:二、发动机排放污染物的危害:1.一氧化碳一氧化碳CO:CO是无色无臭有窒息性的毒性气体,由于是无色无臭有窒息性的毒性气体,由于CO和血液中和血液中有输氧能力的血红素蛋白有输氧能力的血红素蛋白(Hb)的亲和力比氧气和的亲和力比氧气和Hb的亲和的亲和力约大力约大300倍,能很快和倍,能很快和Hb结合形成碳氧血红素蛋白结合形成碳氧血红素蛋白(HbCO),同时,同时HbCO的解离速度却比氧
3、合血红蛋白的解离慢的解离速度却比氧合血红蛋白的解离慢3600倍,倍,且且HbCO的存在影响氧合血红蛋白的解离的存在影响氧合血红蛋白的解离,阻碍了氧的释放阻碍了氧的释放,导致低氧血症导致低氧血症,使心脏、头脑等重要器官严重缺氧,引起头使心脏、头脑等重要器官严重缺氧,引起头晕、恶心、头痛等症状,轻度中毒将使中枢神经系统受损,晕、恶心、头痛等症状,轻度中毒将使中枢神经系统受损,严重时会使心血管官能丧失,直至死亡。严重时会使心血管官能丧失,直至死亡。2.2.碳氢化合物碳氢化合物HC:HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物,如烷烃、烯烃、油及其裂解和
4、部分氧化产物,如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮、酸等数百种成分。烷烃基本芳香烃、醛、酮、酸等数百种成分。烷烃基本上无味,对人体健康不产生直接影响。烯烃略上无味,对人体健康不产生直接影响。烯烃略带甜味,有麻醉作用,对粘膜有刺激,经代谢带甜味,有麻醉作用,对粘膜有刺激,经代谢转化会变成对基因有毒的环氧衍生物。芳香烃转化会变成对基因有毒的环氧衍生物。芳香烃对血液和神经系统有害,特别是多环芳香烃对血液和神经系统有害,特别是多环芳香烃(PAH)及其衍生物有强致癌作用。醛类是刺激及其衍生物有强致癌作用。醛类是刺激性物质,对眼、呼吸道、血液有毒害。烃类成性物质,对眼、呼吸道、血液有毒害。烃类成分还是引起光化学烟
5、雾的主要物质。分还是引起光化学烟雾的主要物质。3.3.氮氧化物氮氧化物NOx:氮氧化物是燃烧过程形成的多种氮氧化物,如氮氧化物是燃烧过程形成的多种氮氧化物,如NO、NO2、N2O3、N2O5等,总称为等,总称为NOx。在内燃机中主要是。在内燃机中主要是NO,约占,约占95,其次为,其次为NO2,占占5。NO是无色无味气体,只有轻度刺激性,毒性不大,高浓度时会造是无色无味气体,只有轻度刺激性,毒性不大,高浓度时会造成中枢神经有轻度障碍,但成中枢神经有轻度障碍,但NO易被氧化成易被氧化成NO2。NO2是一种红棕色有刺是一种红棕色有刺激性气味的有毒气体。它对人体健康的影响见表激性气味的有毒气体。它对
6、人体健康的影响见表83。NO2吸人人体后,吸人人体后,和血液中血红素蛋白和血液中血红素蛋白(Hb)结合,使血液输氧能力下降,对心脏、肝、肾都结合,使血液输氧能力下降,对心脏、肝、肾都会有影响。会有影响。NO2易溶于水,被人吸入肺部后,能与肺中的水分结合成稀硝易溶于水,被人吸入肺部后,能与肺中的水分结合成稀硝酸,引起支气管炎、肺气肿。酸,引起支气管炎、肺气肿。NO2是地面附近大气中形成光化学烟雾的主是地面附近大气中形成光化学烟雾的主要因素,也是酸雨的来源之一。要因素,也是酸雨的来源之一。4.光化学烟雾:光化学烟雾:HC和和NOx在太阳紫外线作用下会生成臭在太阳紫外线作用下会生成臭氧氧(O3)和过
7、氧酰基硝酸盐和过氧酰基硝酸盐(PAN),即一种具有,即一种具有刺激性的浅蓝色烟雾,称为光化学烟雾,它是刺激性的浅蓝色烟雾,称为光化学烟雾,它是一种有强刺激性的二次污染物。臭氧对人体的一种有强刺激性的二次污染物。臭氧对人体的危害主要表现在刺激和破坏深部呼吸道粘膜和危害主要表现在刺激和破坏深部呼吸道粘膜和组织,对眼睛也有刺激组织,对眼睛也有刺激,5.微粒:微粒:微粒对人体健康的危害和微粒的大小及其组成有关。微粒微粒对人体健康的危害和微粒的大小及其组成有关。微粒愈小,悬浮在空气中的时间愈长,进入人体肺部后停滞在肺愈小,悬浮在空气中的时间愈长,进入人体肺部后停滞在肺部及支气管中的比例愈大,危害也就愈大
8、,小于部及支气管中的比例愈大,危害也就愈大,小于0.1m(微米,微米,106m)的微粒能在空气中作随机运动,进入肺部并附在肺细的微粒能在空气中作随机运动,进入肺部并附在肺细胞的组织中,有些还会被血液吸收。胞的组织中,有些还会被血液吸收。(0.10.5)m微粒能深微粒能深入肺部并粘附在肺叶表面的粘液中,随后会被绒毛所清除。入肺部并粘附在肺叶表面的粘液中,随后会被绒毛所清除。大于大于5m的微粒常在鼻处受阻,不能深入呼吸道,大于的微粒常在鼻处受阻,不能深入呼吸道,大于10m的微粒可排出体外。的微粒可排出体外。微粒能粘附微粒能粘附SO2、未燃、未燃HC、NO2等有毒物质或苯丙芘等等有毒物质或苯丙芘等致
9、癌物,因而对人体健康造成更大危害。由于柴油机的微粒致癌物,因而对人体健康造成更大危害。由于柴油机的微粒直径大多小于直径大多小于0.3m,而且数量比汽油机高出,而且数量比汽油机高出3060倍,成倍,成分更为复杂,因而柴油机排出的微粒危害更大。分更为复杂,因而柴油机排出的微粒危害更大。三、发动机排放污染的生成机理三、发动机排放污染的生成机理1.一氧化碳一氧化碳CO 的生成:的生成:燃料不完全燃烧;燃料不完全燃烧;混合气不均匀;混合气不均匀;CO2高温时裂解高温时裂解。2.碳氢化合物碳氢化合物HC的生成:的生成:冷激效应冷激效应 油膜与沉积物吸附油膜与沉积物吸附 火焰淬熄火焰淬熄 未燃碳氢化合物的未
10、燃碳氢化合物的后期氧化后期氧化3.3.氮氧化物氮氧化物NOx的生成的生成 温度超过温度超过2000时,氧分子会分解成氧时,氧分子会分解成氧原子,它和氮分子化合生成原子,它和氮分子化合生成NO,其反应机理,其反应机理如下如下:促使生成促使生成NO的因素有三个:的因素有三个:1.氧的浓度氧的浓度;2.温度温度;3.反应滞留时间。反应滞留时间。4.微粒微粒 v在汽油机中,含铅汽油中的铅和汽油中硫造在汽油机中,含铅汽油中的铅和汽油中硫造成的硫酸盐,是排气微粒的主要成分。如果用成的硫酸盐,是排气微粒的主要成分。如果用无铅汽油,加上汽油含硫量一般都很低,可以无铅汽油,加上汽油含硫量一般都很低,可以认为汽油
11、机基本上不排放微粒。认为汽油机基本上不排放微粒。v柴油机的微粒排放量柴油机的微粒排放量要比汽油机大几十倍。要比汽油机大几十倍。这种微粒由在燃烧时生这种微粒由在燃烧时生成的含碳粒子成的含碳粒子(碳烟碳烟)及及其表面上吸附的多种有其表面上吸附的多种有机物组成。机物组成。图图84燃烧系统中碳烟粒子的形成过程燃烧系统中碳烟粒子的形成过程5.光化学烟雾光化学烟雾 产生光化学烟雾的基本条件是大气中存在产生光化学烟雾的基本条件是大气中存在一定浓度的一定浓度的HC和和NOx(一次有害污染物一次有害污染物),当,当HC的浓度大于的浓度大于NOx浓度的浓度的3倍时,在强烈的倍时,在强烈的阳光照射的诱发下产生阳光照
12、射的诱发下产生O3和过氧酰基硝酸盐和过氧酰基硝酸盐(PAN)组成的光化学烟雾。一般这种二次有害组成的光化学烟雾。一般这种二次有害污染物常发生在夏秋之间,在污染物多、大污染物常发生在夏秋之间,在污染物多、大气不流畅的大城市或盆地地区,而且在午后气不流畅的大城市或盆地地区,而且在午后23点钟,光化学烟雾浓度最高。点钟,光化学烟雾浓度最高。第二节第二节 影响汽油机有害排放物生成的主影响汽油机有害排放物生成的主要因素及控制要因素及控制一、影响因素:一、影响因素:1.混合气成分混合气成分 处于最佳燃烧处于最佳燃烧的范围内,的范围内,HC及油及油耗均为最低。耗均为最低。2.2.点火正时点火正时 减小点火提
13、前角对降低HC及NOx均有利,但以牺牲动力性为代价。3.3.负荷负荷怠速、小负荷:CO、HC增多;中等负荷:CO、HC少,NOx多;满负荷:NOx多、HC少、CO增加。4.4.转速转速 NOx的生成量与混合气成分有关,当用浓混合气时,NOx生成量增加。当用稀混合气时,NOx生成量减少。提高怠速转速使混合气变稀,CO及HC的排放减少 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
14、排气回送至燃烧室,有利于抑制NOx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。2.2.改进发动机设计:改进发动机设计:冷启动、冷启动、暖机和怠速暖机和怠速 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
15、度的装置;冷却系统除了用节温器控制冷却液的循环外,还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,改广泛应用温控硅油离合器风扇或温控电动风扇,改善冷却系对温度的适应性;善冷却系对温度的适应性;提高怠速转速。提高怠速转速。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
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