第10章发动机的排放与噪声控制
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原因是，这种燃烧室的燃烧及排放物的生成分两个阶段进 行。在喷油开始和燃烧初期，副燃烧室的空燃比较小， 氧浓度较低，燃料不可能燃烧完全，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。主燃烧室内有充足的新鲜 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
第10章发动机的排放与噪声控制
10.5.2噪声控制措施
1.降低燃烧噪声 2.加强结构强度 3.采用隔声罩壳 4.采用排气消声器 5.低噪声发动机设计
第10章发动机的排放与噪声控制
3rew
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2020/11/25
第10章发动机的排放与噪声控制
NOx含量高； o 大负荷与满负荷：较浓混合气，燃烧压力与温
度很高，NOx量增多；使CO量增加；
第10章发动机的排放与噪声控制
4.转速
o 转速增加，促进混合，CO,HC 含量降低； o 浓混合气时，转速增加，散热时间减少，温
度较高，NOx含量增加。 稀混合气时，转速增加，NOx含量减少。
第10章发动机的排放与噪声控制
第10章发动机的排放与噪声控制
3) 化学发光分析仪
•图10.35 CLD的工作原理
第10章发动机的排放与噪声控制
10.5 发动机噪声来源与控制
10.5.1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
图10.4 活塞顶环岸缝隙中烃的排出过程
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.5 压力室结构对HC排放的影响
第10章发动机的排放与噪声控制
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左右的炭烟核心
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)分层稀薄燃烧
•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
第10章发动机的排放与噪声控制
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
第10章发动机的排放与噪声控制
1.混合气成分
•图10.8 有害排放物浓度与 的关系
第10章发动机的排放与噪声控制
•2.点火正时
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
第10章发动机的排放与噪声控制
3.负荷
o 低负荷或怠速：供浓混合气，CO,HC含量高； o 中等负荷：经济混合气，CO,HC含量低，但
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.31 欧洲ECE15工况试验循环
第10章发动机的排放与噪声控制
2.排气取样系统
第10章发动机的排放与噪声控制
3.测试仪器 1) 不分光红外线分析仪Biblioteka Baidu
•图10.33 NDIR的工作原理
第10章发动机的排放与噪声控制
2) 氢火焰离子分析仪
•图10.34 FID的工作原理
第10章发动机的排放与噪声控制
10.3.3机内净化技术
1.增压中冷技术——最现实的办法是增加空气量 2.改进进气系统 1)进气组织 2)多气门
第10章发动机的排放与噪声控制
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
10.3.2影响因素
1.混合气成分
• 图10.22 混合气成分与柴油机排放的关 系
第10章发动机的排放与噪声控制
2. 喷油时刻
• 图10.23 喷油定时对排放的 影响
第10章发动机的排放与噪声控制
•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，特别是NOx排放浓度一般比直喷式燃烧室 的低50％左右 。
第10章发动机的排放与噪声控制
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)燃烧烧室室可口在径室比中— 产生口较径强比的dk涡/D流小的深燃
3)燃烧室形状 —缩口燃烧室已经取代应 用最广直边不缩口的ω形燃烧室
4) 适当提高压缩比
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.27 挤流口型与标准型燃烧室的排放特性 ┄┄ 不缩口ω型 ── 缩口ω型
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.25 两气门及四气门柴油机性能指标比较图
第10章发动机的排放与噪声控制
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
第10章发动机的排放与噪声控制
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 1000r/min， ＝ 17， N6Ox 1200×10－
4.提高燃油品质 采用辛烷值高的燃油。
第10章发动机的排放与噪声控制
10.2.3机外净化技术
1.三效催化转化器（TWC）
•随汽油机电子控制燃油喷 射系统的不断完善和无铅 化低硫汽油的燃用，TWC 是控制汽车排放最理想和 最重要的措施。
• 图10.17 催化转化器结构
•1—外壳 2—载体与催化剂 3—减振密封衬垫
第10章发动机的排放与噪声控制
5. 光化学烟雾
HC与NOx一次污染物的存在，在强烈阳 光照射下，生成O3和PAN光化学烟雾， 对人体的呼吸有伤害。
第10章发动机的排放与噪声控制
10.2 影响汽油机有害排放物生成的主要因素及控制
•10.2.1 影响因素
o 1.混合气成分 o 2.点火正时 o 3.负荷 o 4.转速 o 5.过渡工况 o 6.废气再循环
第10章发动机的排放与 噪声控制
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第10章发动机的排放与噪声控制
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混合气浓度对有害气体排放量影响
第10章发动机的排放与噪声控制
2.氮氧化物的生成
生成NO的影响因素： 1)氧的浓度 2)温度 3)反应滞留时间
4—油箱 5—炭罐 6—进气管
第10章发动机的排放与噪声控制
10.3 影响柴油机有害排放物生成的 主要因素及控制
10.3.1柴油机有害 排放物生成特点
(1) 未燃HC (2) CO (3) NOx (4)炭烟 (5)醛类
•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
第10章发动机的排放与噪声控制
有机可溶成分SOF， 但柴油中的硫将影 响SOF的降低。
•图10.29柴油机氧化催化剂使用效果
第10章发动机的排放与噪声控制
2 .微粒捕集器
微粒捕集器也称 排气微粒过滤器， 用来滤除微粒。
•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
第10章发动机的排放与噪声控制
5.过渡工况
怠速与减速，是HC 生成的主要工况； 怠速：燃烧温度比较低，缸内残余废气比较多，混合器
比较浓，导致燃烧恶化，HC量较多。 减速，进气歧管真空度较大，使得进气管内沉积的燃料
油膜大量蒸发，混合气较浓。 其他过渡工况见表10.7
第10章发动机的排放与噪声控制
6.废气再循环EGR
将一部分废气回送燃烧室，利用排气中的气体比热 容大的特点，可以抑制燃烧的最高温度，将有利于 抑制NOx产生。但EGR率过大，NOx产生下降， 但过量空气系数减少，使得动力性差。
3 .柴油机Nox还原催化剂
主要去除NOx，方法是用还 原剂还原NOx。
目前存在的困难： o 在高浓度氧氛围进行NOx
还原，对催化剂要求高。 o 排气问对较低。 o 柴油机排气中含有Sox和
微粒，催化剂中毒。 常用催化剂：尿素
第10章发动机的排放与噪声控制
10.4 发动机排放法规与测试 10.4.1排放法规 详见板书
第10章发动机的排放与噪声控制
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附近，三效催化剂对CO、HC和NOX能同时达到较
好的净化效果
第10章发动机的排放与噪声控制
2.曲轴箱强制通风系统 曲轴箱强制通风系统(PCV）
第10章发动机的排放与噪声控制
3.燃油蒸发控制系统
图10.20 燃油蒸发控制系统 1—空气滤清器 2—控制器 3—储气罐
第10章发动机的排放与噪声控制
10.4.2排放物测定
1.试验规范 ——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，通过调节测功机可模拟在实 际到路上行驶的功率，而用惯性质量模拟汽车质量。
o 欧洲轻型车排放限值 o ECE R15—04法规 o 型式认证Ι型试验排放限值 o Ⅱ型试验排放限值
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.12 EGR降低NOx的效果
第10章发动机的排放与噪声控制
•EGR与其他措施合用的效果
图10.13 EGR于与其他措施合用的效果 A—仅采用EGR B—EGR+增强进气涡流 C—EGR+增强进气涡流+双火花塞点火
第10章发动机的排放与噪声控制
2.改进发动机设计
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.28 三种燃烧室的烟度及燃油消耗率 1-ω形燃烧室2-四角型燃烧室3-微涡流燃烧室
第10章发动机的排放与噪声控制
5.降低机油消耗 6.废气再循环 7.提高燃油品质
第10章发动机的排放与噪声控制
10.3.4机外净化技术
•1.氧化催化转化器 主要是降低微粒中的
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.16 稀燃发动机混合气浓度工作极限 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—用燃烧压力传感器控制发动机 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
第10章发动机的排放与噪声控制
3.电子控制燃油喷射系统(EFI) 混合气形成的空燃比特性是决定点燃式内燃 机性能和排放的关键因素。采用氧传感器 闭环控制的EFI模式。
第10章发动机的排放与噪声控制
10.2.2 机内净化技术
1．废气再循环（降低NOx）
•原理和作用：一部分 排气经EGR阀还流回进 气系统，稀释了新鲜混 合气中的氧浓度，导致 燃烧速度降低，同时还 使新鲜混合气的比热容 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10.11废气再循环系统工作原理
第10章发动机的排放与噪声控制
3.碳氢化合物的生成
•生成HC的渠道： •1.在燃烧室中产生 •2.由曲轴箱窜出 •3.燃油箱系统蒸发出
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
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.3燃烧室内缝隙的组成
第10章发动机的排放与噪声控制
第10章发动机的排放与噪声控制
10.5.2噪声控制措施
1.降低燃烧噪声 2.加强结构强度 3.采用隔声罩壳 4.采用排气消声器 5.低噪声发动机设计
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NOx含量高； o 大负荷与满负荷：较浓混合气，燃烧压力与温
度很高，NOx量增多；使CO量增加；
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4.转速
o 转速增加，促进混合，CO,HC 含量降低； o 浓混合气时，转速增加，散热时间减少，温
度较高，NOx含量增加。 稀混合气时，转速增加，NOx含量减少。
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3) 化学发光分析仪
•图10.35 CLD的工作原理
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10.5 发动机噪声来源与控制
10.5.1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
图10.4 活塞顶环岸缝隙中烃的排出过程
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图10.5 压力室结构对HC排放的影响
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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左右的炭烟核心
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)分层稀薄燃烧
•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
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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
第10章发动机的排放与噪声控制
1.混合气成分
•图10.8 有害排放物浓度与 的关系
第10章发动机的排放与噪声控制
•2.点火正时
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
第10章发动机的排放与噪声控制
3.负荷
o 低负荷或怠速：供浓混合气，CO,HC含量高； o 中等负荷：经济混合气，CO,HC含量低，但
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.31 欧洲ECE15工况试验循环
第10章发动机的排放与噪声控制
2.排气取样系统
第10章发动机的排放与噪声控制
3.测试仪器 1) 不分光红外线分析仪Biblioteka Baidu
•图10.33 NDIR的工作原理
第10章发动机的排放与噪声控制
2) 氢火焰离子分析仪
•图10.34 FID的工作原理
第10章发动机的排放与噪声控制
10.3.3机内净化技术
1.增压中冷技术——最现实的办法是增加空气量 2.改进进气系统 1)进气组织 2)多气门
第10章发动机的排放与噪声控制
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
10.3.2影响因素
1.混合气成分
• 图10.22 混合气成分与柴油机排放的关 系
第10章发动机的排放与噪声控制
2. 喷油时刻
• 图10.23 喷油定时对排放的 影响
第10章发动机的排放与噪声控制
•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，特别是NOx排放浓度一般比直喷式燃烧室 的低50％左右 。
第10章发动机的排放与噪声控制
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)燃烧烧室室可口在径室比中— 产生口较径强比的dk涡/D流小的深燃
3)燃烧室形状 —缩口燃烧室已经取代应 用最广直边不缩口的ω形燃烧室
4) 适当提高压缩比
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.27 挤流口型与标准型燃烧室的排放特性 ┄┄ 不缩口ω型 ── 缩口ω型
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.25 两气门及四气门柴油机性能指标比较图
第10章发动机的排放与噪声控制
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
第10章发动机的排放与噪声控制
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 1000r/min， ＝ 17， N6Ox 1200×10－
4.提高燃油品质 采用辛烷值高的燃油。
第10章发动机的排放与噪声控制
10.2.3机外净化技术
1.三效催化转化器（TWC）
•随汽油机电子控制燃油喷 射系统的不断完善和无铅 化低硫汽油的燃用，TWC 是控制汽车排放最理想和 最重要的措施。
• 图10.17 催化转化器结构
•1—外壳 2—载体与催化剂 3—减振密封衬垫
第10章发动机的排放与噪声控制
5. 光化学烟雾
HC与NOx一次污染物的存在，在强烈阳 光照射下，生成O3和PAN光化学烟雾， 对人体的呼吸有伤害。
第10章发动机的排放与噪声控制
10.2 影响汽油机有害排放物生成的主要因素及控制
•10.2.1 影响因素
o 1.混合气成分 o 2.点火正时 o 3.负荷 o 4.转速 o 5.过渡工况 o 6.废气再循环
第10章发动机的排放与 噪声控制
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第10章发动机的排放与噪声控制
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混合气浓度对有害气体排放量影响
第10章发动机的排放与噪声控制
2.氮氧化物的生成
生成NO的影响因素： 1)氧的浓度 2)温度 3)反应滞留时间
4—油箱 5—炭罐 6—进气管
第10章发动机的排放与噪声控制
10.3 影响柴油机有害排放物生成的 主要因素及控制
10.3.1柴油机有害 排放物生成特点
(1) 未燃HC (2) CO (3) NOx (4)炭烟 (5)醛类
•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
第10章发动机的排放与噪声控制
有机可溶成分SOF， 但柴油中的硫将影 响SOF的降低。
•图10.29柴油机氧化催化剂使用效果
第10章发动机的排放与噪声控制
2 .微粒捕集器
微粒捕集器也称 排气微粒过滤器， 用来滤除微粒。
•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
第10章发动机的排放与噪声控制
5.过渡工况
怠速与减速，是HC 生成的主要工况； 怠速：燃烧温度比较低，缸内残余废气比较多，混合器
比较浓，导致燃烧恶化，HC量较多。 减速，进气歧管真空度较大，使得进气管内沉积的燃料
油膜大量蒸发，混合气较浓。 其他过渡工况见表10.7
第10章发动机的排放与噪声控制
6.废气再循环EGR
将一部分废气回送燃烧室，利用排气中的气体比热 容大的特点，可以抑制燃烧的最高温度，将有利于 抑制NOx产生。但EGR率过大，NOx产生下降， 但过量空气系数减少，使得动力性差。
3 .柴油机Nox还原催化剂
主要去除NOx，方法是用还 原剂还原NOx。
目前存在的困难： o 在高浓度氧氛围进行NOx
还原，对催化剂要求高。 o 排气问对较低。 o 柴油机排气中含有Sox和
微粒，催化剂中毒。 常用催化剂：尿素
第10章发动机的排放与噪声控制
10.4 发动机排放法规与测试 10.4.1排放法规 详见板书
第10章发动机的排放与噪声控制
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附近，三效催化剂对CO、HC和NOX能同时达到较
好的净化效果
第10章发动机的排放与噪声控制
2.曲轴箱强制通风系统 曲轴箱强制通风系统(PCV）
第10章发动机的排放与噪声控制
3.燃油蒸发控制系统
图10.20 燃油蒸发控制系统 1—空气滤清器 2—控制器 3—储气罐
第10章发动机的排放与噪声控制
10.4.2排放物测定
1.试验规范 ——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，通过调节测功机可模拟在实 际到路上行驶的功率，而用惯性质量模拟汽车质量。
o 欧洲轻型车排放限值 o ECE R15—04法规 o 型式认证Ι型试验排放限值 o Ⅱ型试验排放限值
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.12 EGR降低NOx的效果
第10章发动机的排放与噪声控制
•EGR与其他措施合用的效果
图10.13 EGR于与其他措施合用的效果 A—仅采用EGR B—EGR+增强进气涡流 C—EGR+增强进气涡流+双火花塞点火
第10章发动机的排放与噪声控制
2.改进发动机设计
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.28 三种燃烧室的烟度及燃油消耗率 1-ω形燃烧室2-四角型燃烧室3-微涡流燃烧室
第10章发动机的排放与噪声控制
5.降低机油消耗 6.废气再循环 7.提高燃油品质
第10章发动机的排放与噪声控制
10.3.4机外净化技术
•1.氧化催化转化器 主要是降低微粒中的
第10章发动机的排放与噪声控制
图10.16 稀燃发动机混合气浓度工作极限 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—用燃烧压力传感器控制发动机 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
第10章发动机的排放与噪声控制
3.电子控制燃油喷射系统(EFI) 混合气形成的空燃比特性是决定点燃式内燃 机性能和排放的关键因素。采用氧传感器 闭环控制的EFI模式。
第10章发动机的排放与噪声控制
10.2.2 机内净化技术
1．废气再循环（降低NOx）
•原理和作用：一部分 排气经EGR阀还流回进 气系统，稀释了新鲜混 合气中的氧浓度，导致 燃烧速度降低，同时还 使新鲜混合气的比热容 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10.11废气再循环系统工作原理
第10章发动机的排放与噪声控制
3.碳氢化合物的生成
•生成HC的渠道： •1.在燃烧室中产生 •2.由曲轴箱窜出 •3.燃油箱系统蒸发出
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
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图10.3燃烧室内缝隙的组成
第10章发动机的排放与噪声控制