内燃机12_污染及控制_
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人耳的适听范围（1000Hz的纯音）： 听域 → 痛域
2×10－5 Pa → 20 Pa <相差100万倍>
Lp
20 lg
p pr
20 lg
p 2 10 5
0 dB → 120 dB
噪声源及其控制
燃烧噪声
混合气燃烧，在极短时间内产生大量高温高压燃气， 冲击燃烧室壁，产生振动，由发动机的外廓表面向 外辐射，形成燃烧噪声
排气后处理技术
氧化催化转化器 三效催化转化器
曲轴箱排放物控制装置 燃油蒸发排放物控制装置
前处理技术
废气再循环(EGR)
含义：…；作用：有效降低NOx的生成量 原理：1 ) 废气中大量的不活泼气体(N2 、,CO2)稀释
了可燃混合气，减慢了燃烧速度，降低了最高燃烧 温度；2) 高热容量气体(H2O蒸气 、,CO2)温度上升 需吸收较多的热量，更为有效地降低了气缸内的燃 烧温度。→减少NOx生成量 EGR在全负荷、中等负荷和小负荷都带来负面影响， 关键是控制EGR率，使之在不同工况下得到各种性 能的最佳折中←采用电控系统控制EGR阀 该方法比延迟点火法的节能效果要好。
气体动力噪声
包括：1）进、排气噪声；2）风扇噪声 控制：1）合理设计、布置；采用消声器；2）风扇
的各种参数的正确确定。
第八节
电磁波公害
电磁波的产生及危害
主要来自点火系，其中的电容、电感元件在回路中 形成振荡回路，高频振荡以电磁波形式发射到空中， 干扰周围数百米范围内的收音机、电视机和其它无 线电装置的正常工作。
主要成分：丙烷和丁烷 LPG发动机的技术特点
压缩天然气（CNG－Compressed Natural Gas）
主要成分：甲烷 CNG发动机的技术特点
Baidu Nhomakorabea 第六节
内燃机排放标准
国外排放标准 我国排放标准
各项标准
第七节
内燃机的噪声及其控制
噪声的基础知识
什么是噪声？
度量：声压（Pa）→声压级（dB）？
汽油机中，燃油系统的蒸发排放物及曲轴箱排放物都含有 少量的未燃烃
汽油机 冷激效应：壁面的冷却，狭窄缝隙内的未燃混合气(缝隙效 应) 50%~70% 吸附效应：1）气缸壁和活塞顶面上润滑油膜吸附未燃混合 气的燃油蒸气25%~30%； 2）燃烧室壁和气门上生成的多 孔性含碳沉积物吸附燃油及其蒸气 10% 容积淬熄：因温度和压力下降造成可燃混合气大容积淬熄 使HC增加(一些工况) 碳氢化合物的后期氧化：可以降低HC排放
化油器的改进 化油器的怠速调整
点火系统的改进与调整 进气系统的改进
进气加热系统 采用多气门可变配气定时
采用稀薄分层燃烧技术 采用电控燃油喷射系统 改进燃烧系统 采用先进的发动机管理系统，车载诊断系统(OBD)
二、机外净化措施
前处理技术
废气再循环(EGR) 燃油掺水
第十二章
内燃机的环境污染及其控制
第一节
内燃机的排放污染物及其危害
一、内燃机的排放物
无害排放物
二氧化碳CO2，水蒸气H2O，过剩的氧O2，残存的 氮N2等（完全燃烧）
有害排放物
不完全燃烧产物和燃烧反应的中间产物：一氧化碳 CO，碳氢化合物HC，氮氧化合物NOx ，二氧化硫 SO2及微粒等；
含铅汽油的铅和汽油中硫形成的硫酸盐是排气微粒的主 要成分。铅…，防碍红血球的生长和发育，…；铅化物 还会使催化剂“中毒”，…
可以认为，（无铅汽油）汽油机基本上不排放微粒。
二氧化碳CO2 无色无味无毒气体，但当大气中含量过高时，则会影响 肺部吸氧呼碳，…
“温室效应”，破坏生态平衡
三、污染物的排放指标
曲轴箱排放物：主要是HC ，还有极少的CO和NOx 燃油蒸发排放物： HC
二、污染物的危害
一氧化碳CO 不完全燃烧产物，无色无味的有毒气体。 与人体血液中的血红蛋白结合，阻碍血液向心、脑等器 官输送氧气，使人头痛、恶心、呕吐、窒息等。
碳氢化合物HC 未然烧或不完全燃烧燃料发生分解、氧化的产物，即烃 类物质，有时简称未燃烃。其中有的能致癌，有的能刺 激眼睛和呼吸器官，对农作物也有害。 烃和NOx在强太阳光的紫外线作用下还会发生化学反应， 生成以臭氧和醛类为主的过氧化产物，形成一种有毒的 白色烟雾，及光化学烟雾。
四、二氧化硫
燃油中的硫份完全燃烧产物，生成量取决于燃油中的含硫量
五、微粒
含铅汽油：铅和汽油中硫形成硫酸盐是微粒的主要成分
柴油机微粒排放比汽油机大几十倍：燃烧时生成的含碳粒子 (碳烟)及其表面上吸附的多种有机物(SOF)
碳烟的生成条件：高温和缺氧(局部)
第三节
汽油机的排放控制
概述
内燃机的排放控制（废气净化）：减少内燃机 排放废气中所含的有害成分
氮氧化合物NOx 氮氧化物的总称，以NO为最多，NO2次之，及其它。 NO是无色具有轻度刺激性的气体，高浓度时能造成人 与动物中枢神经系统障碍
NO2是赤褐色的带强刺激性臭味的气体，对人体肺和心 肌有很强的毒害作用。
N易O形x易成扩酸散雾，，易对溶大于气水造，成在严与重C污O染、。SO2共存的场合下，
4)…；5)… 改进进气系统：1)…；2)…；3)多气门技术 采用增压及中冷技术 降低润滑油消耗量
…
机外净化措施
…
第五节
低排放燃料
石油的改善
汽油：提高辛烷值的添加物，原来是四乙铅已被禁 用，现为一些含氧的有机化合物。
柴油：提高十六烷值
代用燃料
液化石油气（LPG－Liquefied Petroleum Gas）
计量阀3又称PCV阀，是一个流通断面 随阀两端压差变化而变化的单向阀。
燃油蒸发排放物控制装置
排放物的产生
发动机工作发热后停车，化油器浮子室中的汽油大量蒸发， 流入进气管并通过空气滤清器流入大气，这部分HC排放称 为热浸损失。
燃油箱中的汽油由于昼夜温度变化造成油箱呼吸(换气)现象， 使油箱内汽油蒸发流出箱外，这部分HC排放称为昼夜损失。
前处理
机外净化
燃料或空气在进入气缸前进行预先处理
改进内燃机工作过程
机内净化
改进内燃机的工作过程（特别是燃烧过程）和燃油系统、 点火系统、进排气系统等
后处理
机外净化
对内燃机排出的废气在进入大气前进行处理，如在排气 系统中安装催化、水洗、微粒过滤器等装置
一、机内净化测试
怠速排放的控制 化油器的改进和调整
二氧化硫SO2 燃料中硫的燃烧生成。无色有强烈气味的气体，对呼吸 系统有刺激作用，导致支气管炎、结膜炎、哮喘等病症。
溶于水蒸气形成酸雨，影响农作物和生态平衡等
SO2对内燃机废气净化使用的催化剂有破坏作用
微粒
含义：P290
柴油机微粒的主要成分是碳及其吸附的有机物质，停滞 于人体肺部、支气管；吸附物中具有不同程度的致癌作 用
拟制措施
加接阻尼电阻和电容器 用金属物体屏蔽 感抗型高压阻尼线
催化剂的载体一般用氧化铝Al2O3或陶瓷。
催化转化器
外形似排气消声器，承放催化剂，如图12-2所示。
三效催化转化器
可以同时净化汽油机 排气中的3种主要污染 物CO、HC及NOx，使 其排放量减少80% ~ 90%。
转化效率与α的关系， 如右图。所以需用排 气管中的α传感器进行 反馈控制。
三效催化转化器结构 如图12-4。
曲轴箱排放物控制装置
可燃混合气和已燃气体在高压下经活 塞与气缸之间的间隙漏入曲轴箱，为 防止曲轴箱压力过高，以前一般让曲 轴箱与大气相通，而窜气中含有大量 未燃HC等，排入大气会引起污染。
解决：曲轴箱强制通风装置，如图
新鲜气→空气滤清器→©管→曲轴箱 (＋窜气)→(a) 管→计量阀3→进气管 4→进入气缸再燃烧
排放物体积分数和质量浓度
单位排气体积中排放污染物的体积 质量浓度：mg/m3
质量排放量
g/h、g/测试 或 g/km
比排放量
g/(kW·h)
第二节
内燃机排放污染物的生成机理
一、一氧化碳
燃烧时供氧不足而形成，汽油机CO排放量要多
二、未燃碳氢化合物（未燃烃）
未燃烧和部分燃烧的碳氢化合物
柴油机 喷射，燃油停留时间短，…，HC排放比汽油机低得多 混合气太浓或太稀，会造成未燃HC
三、氮氧化物
NO的生成 空气中的氮在高温下氧化而成(扩充的捷尔杜维奇机理) 氧气在高温分解成氧原子诱发NO生成的链锁反应； NO生 成量还与反应时间有关
NO2及N2O4的生成 废气排出过程中，温度下降， NO缓慢氧化成NO2 ；温度 更低时， NO2聚合成N2O4
解决：用活性炭罐作为汽油的蒸气的暂存空间
发动机不运转时，来自化油器、燃油箱的汽油蒸气进入活性 炭罐被吸附在活性炭上；
当发动机运转时，利用进气管真空度将吸附在活性炭上的汽 油蒸气与进入炭罐的新鲜空气(清除空气)一起吸入发动机燃 烧室烧掉。
第四节
柴油机的排放控制
机内净化措施
选择低污染燃烧系统：燃烧室形式 改进供油系统：1)延迟喷油定时；2)提高喷油速率；3)…；
对于HC的排放，变化趋势或高、或低、或持平。
燃油掺水的方法：乳化油法、进气管和气缸内喷水 法、掺水蒸气法
排气后处理技术
氧化催化转化器
借H2助O 氧。化催化剂的作用，使CO、HC转化为CO2、 催化剂
一种能够加速化学反应速度而自身又不被消耗的化学物 质。
内燃机上常用的氧化催化剂有贵金属(铂Pt、钯Pd等)催 化剂、普通(铜、铬、镍、钴等)催化剂、含稀土催化剂 等。多采用铂催化剂。
燃油掺水
燃油掺水后，在压缩及燃烧过程中，水分蒸发吸收 大量的热量，使火焰传播速度减慢，最高燃烧温度 降低及持续时间缩短，氧被由水反应而生成的H、 H成2量、减O少H 等；（活性比N2大）抢先化学反应， NOx生
掺水燃烧存在水煤气反应，能使较难燃烧的碳先生 成CO较和易碳燃粒烧的的排H放2和量C降O低，；最后生成H2O和CO ，因而
其强度主要取决于燃烧过程的压力升高率，降低压 力升高率的措施：
改善燃烧过程 采用间喷式燃烧室 采用增压技术
表面辐射噪声控制
增加机体刚度，增加表面振动阻尼，减小机体辐射表面 积，隔振，隔声
机械噪声
产生原因：1）动配合零件间的撞击；2）由于惯性 力不平衡产生的振动。
控制：1）力求减小间隙，及时维修与调整；2）注 意保证发动机的实际平衡。
2×10－5 Pa → 20 Pa <相差100万倍>
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0 dB → 120 dB
噪声源及其控制
燃烧噪声
混合气燃烧，在极短时间内产生大量高温高压燃气， 冲击燃烧室壁，产生振动，由发动机的外廓表面向 外辐射，形成燃烧噪声
排气后处理技术
氧化催化转化器 三效催化转化器
曲轴箱排放物控制装置 燃油蒸发排放物控制装置
前处理技术
废气再循环(EGR)
含义：…；作用：有效降低NOx的生成量 原理：1 ) 废气中大量的不活泼气体(N2 、,CO2)稀释
了可燃混合气，减慢了燃烧速度，降低了最高燃烧 温度；2) 高热容量气体(H2O蒸气 、,CO2)温度上升 需吸收较多的热量，更为有效地降低了气缸内的燃 烧温度。→减少NOx生成量 EGR在全负荷、中等负荷和小负荷都带来负面影响， 关键是控制EGR率，使之在不同工况下得到各种性 能的最佳折中←采用电控系统控制EGR阀 该方法比延迟点火法的节能效果要好。
气体动力噪声
包括：1）进、排气噪声；2）风扇噪声 控制：1）合理设计、布置；采用消声器；2）风扇
的各种参数的正确确定。
第八节
电磁波公害
电磁波的产生及危害
主要来自点火系，其中的电容、电感元件在回路中 形成振荡回路，高频振荡以电磁波形式发射到空中， 干扰周围数百米范围内的收音机、电视机和其它无 线电装置的正常工作。
主要成分：丙烷和丁烷 LPG发动机的技术特点
压缩天然气（CNG－Compressed Natural Gas）
主要成分：甲烷 CNG发动机的技术特点
Baidu Nhomakorabea 第六节
内燃机排放标准
国外排放标准 我国排放标准
各项标准
第七节
内燃机的噪声及其控制
噪声的基础知识
什么是噪声？
度量：声压（Pa）→声压级（dB）？
汽油机中，燃油系统的蒸发排放物及曲轴箱排放物都含有 少量的未燃烃
汽油机 冷激效应：壁面的冷却，狭窄缝隙内的未燃混合气(缝隙效 应) 50%~70% 吸附效应：1）气缸壁和活塞顶面上润滑油膜吸附未燃混合 气的燃油蒸气25%~30%； 2）燃烧室壁和气门上生成的多 孔性含碳沉积物吸附燃油及其蒸气 10% 容积淬熄：因温度和压力下降造成可燃混合气大容积淬熄 使HC增加(一些工况) 碳氢化合物的后期氧化：可以降低HC排放
化油器的改进 化油器的怠速调整
点火系统的改进与调整 进气系统的改进
进气加热系统 采用多气门可变配气定时
采用稀薄分层燃烧技术 采用电控燃油喷射系统 改进燃烧系统 采用先进的发动机管理系统，车载诊断系统(OBD)
二、机外净化措施
前处理技术
废气再循环(EGR) 燃油掺水
第十二章
内燃机的环境污染及其控制
第一节
内燃机的排放污染物及其危害
一、内燃机的排放物
无害排放物
二氧化碳CO2，水蒸气H2O，过剩的氧O2，残存的 氮N2等（完全燃烧）
有害排放物
不完全燃烧产物和燃烧反应的中间产物：一氧化碳 CO，碳氢化合物HC，氮氧化合物NOx ，二氧化硫 SO2及微粒等；
含铅汽油的铅和汽油中硫形成的硫酸盐是排气微粒的主 要成分。铅…，防碍红血球的生长和发育，…；铅化物 还会使催化剂“中毒”，…
可以认为，（无铅汽油）汽油机基本上不排放微粒。
二氧化碳CO2 无色无味无毒气体，但当大气中含量过高时，则会影响 肺部吸氧呼碳，…
“温室效应”，破坏生态平衡
三、污染物的排放指标
曲轴箱排放物：主要是HC ，还有极少的CO和NOx 燃油蒸发排放物： HC
二、污染物的危害
一氧化碳CO 不完全燃烧产物，无色无味的有毒气体。 与人体血液中的血红蛋白结合，阻碍血液向心、脑等器 官输送氧气，使人头痛、恶心、呕吐、窒息等。
碳氢化合物HC 未然烧或不完全燃烧燃料发生分解、氧化的产物，即烃 类物质，有时简称未燃烃。其中有的能致癌，有的能刺 激眼睛和呼吸器官，对农作物也有害。 烃和NOx在强太阳光的紫外线作用下还会发生化学反应， 生成以臭氧和醛类为主的过氧化产物，形成一种有毒的 白色烟雾，及光化学烟雾。
四、二氧化硫
燃油中的硫份完全燃烧产物，生成量取决于燃油中的含硫量
五、微粒
含铅汽油：铅和汽油中硫形成硫酸盐是微粒的主要成分
柴油机微粒排放比汽油机大几十倍：燃烧时生成的含碳粒子 (碳烟)及其表面上吸附的多种有机物(SOF)
碳烟的生成条件：高温和缺氧(局部)
第三节
汽油机的排放控制
概述
内燃机的排放控制（废气净化）：减少内燃机 排放废气中所含的有害成分
氮氧化合物NOx 氮氧化物的总称，以NO为最多，NO2次之，及其它。 NO是无色具有轻度刺激性的气体，高浓度时能造成人 与动物中枢神经系统障碍
NO2是赤褐色的带强刺激性臭味的气体，对人体肺和心 肌有很强的毒害作用。
N易O形x易成扩酸散雾，，易对溶大于气水造，成在严与重C污O染、。SO2共存的场合下，
4)…；5)… 改进进气系统：1)…；2)…；3)多气门技术 采用增压及中冷技术 降低润滑油消耗量
…
机外净化措施
…
第五节
低排放燃料
石油的改善
汽油：提高辛烷值的添加物，原来是四乙铅已被禁 用，现为一些含氧的有机化合物。
柴油：提高十六烷值
代用燃料
液化石油气（LPG－Liquefied Petroleum Gas）
计量阀3又称PCV阀，是一个流通断面 随阀两端压差变化而变化的单向阀。
燃油蒸发排放物控制装置
排放物的产生
发动机工作发热后停车，化油器浮子室中的汽油大量蒸发， 流入进气管并通过空气滤清器流入大气，这部分HC排放称 为热浸损失。
燃油箱中的汽油由于昼夜温度变化造成油箱呼吸(换气)现象， 使油箱内汽油蒸发流出箱外，这部分HC排放称为昼夜损失。
前处理
机外净化
燃料或空气在进入气缸前进行预先处理
改进内燃机工作过程
机内净化
改进内燃机的工作过程（特别是燃烧过程）和燃油系统、 点火系统、进排气系统等
后处理
机外净化
对内燃机排出的废气在进入大气前进行处理，如在排气 系统中安装催化、水洗、微粒过滤器等装置
一、机内净化测试
怠速排放的控制 化油器的改进和调整
二氧化硫SO2 燃料中硫的燃烧生成。无色有强烈气味的气体，对呼吸 系统有刺激作用，导致支气管炎、结膜炎、哮喘等病症。
溶于水蒸气形成酸雨，影响农作物和生态平衡等
SO2对内燃机废气净化使用的催化剂有破坏作用
微粒
含义：P290
柴油机微粒的主要成分是碳及其吸附的有机物质，停滞 于人体肺部、支气管；吸附物中具有不同程度的致癌作 用
拟制措施
加接阻尼电阻和电容器 用金属物体屏蔽 感抗型高压阻尼线
催化剂的载体一般用氧化铝Al2O3或陶瓷。
催化转化器
外形似排气消声器，承放催化剂，如图12-2所示。
三效催化转化器
可以同时净化汽油机 排气中的3种主要污染 物CO、HC及NOx，使 其排放量减少80% ~ 90%。
转化效率与α的关系， 如右图。所以需用排 气管中的α传感器进行 反馈控制。
三效催化转化器结构 如图12-4。
曲轴箱排放物控制装置
可燃混合气和已燃气体在高压下经活 塞与气缸之间的间隙漏入曲轴箱，为 防止曲轴箱压力过高，以前一般让曲 轴箱与大气相通，而窜气中含有大量 未燃HC等，排入大气会引起污染。
解决：曲轴箱强制通风装置，如图
新鲜气→空气滤清器→©管→曲轴箱 (＋窜气)→(a) 管→计量阀3→进气管 4→进入气缸再燃烧
排放物体积分数和质量浓度
单位排气体积中排放污染物的体积 质量浓度：mg/m3
质量排放量
g/h、g/测试 或 g/km
比排放量
g/(kW·h)
第二节
内燃机排放污染物的生成机理
一、一氧化碳
燃烧时供氧不足而形成，汽油机CO排放量要多
二、未燃碳氢化合物（未燃烃）
未燃烧和部分燃烧的碳氢化合物
柴油机 喷射，燃油停留时间短，…，HC排放比汽油机低得多 混合气太浓或太稀，会造成未燃HC
三、氮氧化物
NO的生成 空气中的氮在高温下氧化而成(扩充的捷尔杜维奇机理) 氧气在高温分解成氧原子诱发NO生成的链锁反应； NO生 成量还与反应时间有关
NO2及N2O4的生成 废气排出过程中，温度下降， NO缓慢氧化成NO2 ；温度 更低时， NO2聚合成N2O4
解决：用活性炭罐作为汽油的蒸气的暂存空间
发动机不运转时，来自化油器、燃油箱的汽油蒸气进入活性 炭罐被吸附在活性炭上；
当发动机运转时，利用进气管真空度将吸附在活性炭上的汽 油蒸气与进入炭罐的新鲜空气(清除空气)一起吸入发动机燃 烧室烧掉。
第四节
柴油机的排放控制
机内净化措施
选择低污染燃烧系统：燃烧室形式 改进供油系统：1)延迟喷油定时；2)提高喷油速率；3)…；
对于HC的排放，变化趋势或高、或低、或持平。
燃油掺水的方法：乳化油法、进气管和气缸内喷水 法、掺水蒸气法
排气后处理技术
氧化催化转化器
借H2助O 氧。化催化剂的作用，使CO、HC转化为CO2、 催化剂
一种能够加速化学反应速度而自身又不被消耗的化学物 质。
内燃机上常用的氧化催化剂有贵金属(铂Pt、钯Pd等)催 化剂、普通(铜、铬、镍、钴等)催化剂、含稀土催化剂 等。多采用铂催化剂。
燃油掺水
燃油掺水后，在压缩及燃烧过程中，水分蒸发吸收 大量的热量，使火焰传播速度减慢，最高燃烧温度 降低及持续时间缩短，氧被由水反应而生成的H、 H成2量、减O少H 等；（活性比N2大）抢先化学反应， NOx生
掺水燃烧存在水煤气反应，能使较难燃烧的碳先生 成CO较和易碳燃粒烧的的排H放2和量C降O低，；最后生成H2O和CO ，因而
其强度主要取决于燃烧过程的压力升高率，降低压 力升高率的措施：
改善燃烧过程 采用间喷式燃烧室 采用增压技术
表面辐射噪声控制
增加机体刚度，增加表面振动阻尼，减小机体辐射表面 积，隔振，隔声
机械噪声
产生原因：1）动配合零件间的撞击；2）由于惯性 力不平衡产生的振动。
控制：1）力求减小间隙，及时维修与调整；2）注 意保证发动机的实际平衡。