发动机排放和噪声.ppt
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1、关于发动机的排放与噪声第一张,PPT共八十七页,创作于2022年6月空气:空气:恒定成分:恒定成分:氧气、氮气、稀有气体等氧气、氮气、稀有气体等可变成分:二氧化碳、水蒸气等可变成分:二氧化碳、水蒸气等不定部分:有害气体、尘埃等不定部分: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。源,已成为城市污染的首要污染源。第一节排放物及危害第一节排放物及危害一、排放物分类一、排放物分类第二张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9(一一)的形成的形成是烃燃料在空气不足的情况下,进行是烃燃料在空气不足的情况下,
2、进行不完全燃烧的产物,是汽油机排气中有害成分不完全燃烧的产物,是汽油机排气中有害成分浓度最大的物质。在汽油机中,浓度最大的物质。在汽油机中,(.)时,生成量明显增加。在柴油机中,时,生成量明显增加。在柴油机中,主要是在局部缺氧或低温下形成的,主要是在局部缺氧或低温下形成的,所以的含量在全负荷或低负荷下较高,中等负所以的含量在全负荷或低负荷下较高,中等负荷时较低。荷时较低。第三张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9(二二)的形成的形成是未燃的燃料、不完全燃烧或裂解反应的碳氢化合物是未燃的燃料、不完全燃烧或裂解反应的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物及少量的氧化反应的中间产物(如醛
3、、酮等如醛、酮等)。在汽油机中,。在汽油机中,排气中的主要是缸壁和狭缝的熄火作用造成,另外排气中的主要是缸壁和狭缝的熄火作用造成,另外混合气过稀或过浓以及废气稀释严重、缸内温度过低时,混合气过稀或过浓以及废气稀释严重、缸内温度过低时,可能引起火焰传播不完全甚至断火,增多。二行程可能引起火焰传播不完全甚至断火,增多。二行程汽油机换气时,也会排出大量的。在柴油机中,排汽油机换气时,也会排出大量的。在柴油机中,排气中的是由于混合气形成不良气中的是由于混合气形成不良(如喷油质量不好、雾化如喷油质量不好、雾化不良不良)、燃烧组织不良、燃烧组织不良(如供油提前角过小如供油提前角过小)、窜机油或者在、窜机油
4、或者在过低的温度下过低的温度下(如柴油机怠速运转等如柴油机怠速运转等)产生的。产生的。第四张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9(三三)的形成的形成发动机排放的主要是和发动机排放的主要是和。对汽油机来说,在气缸高温下主要生。对汽油机来说,在气缸高温下主要生成,是在紧跟火焰前锋后的燃烧产物成,是在紧跟火焰前锋后的燃烧产物区内形成的区内形成的第五张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9(四四)铅化合物、颗粒与炭烟铅化合物、颗粒与炭烟.微粒的成分微粒的成分.炭烟和微粒的生成与氧化炭烟和微粒的生成与氧化图-炭烟生成途径第六张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9.
5、炭烟和微粒的生成与氧化图-炭烟浓度随曲轴转角的变化距副燃室壁面距副燃室壁面距副燃室壁面第七张,PPT共八十七页,创作于2022年6月二、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 :COCO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COCO和血液中有输氧和血液中有输氧能力的血红素蛋白能力的血红素蛋白(Hb)(Hb)的亲和力比氧气和的亲和力比氧气和HbHb的亲和力约大的亲和力约大300300倍,能倍,能很快和很快和HbHb结合形成碳氧血红素蛋白结合形成碳氧血红素蛋白(HbCO)(HbCO),同时,同时HbCOHbCO的解离速度却的解离速
6、度却比氧合血红蛋白的解离慢比氧合血红蛋白的解离慢36003600倍,且倍,且HbCOHbCO的存在影响氧合血红蛋的存在影响氧合血红蛋白的解离白的解离,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,严重时会使心血管官能丧失,直至死亡。神经系统受损,严重时会使心血管官能丧失,直至死亡。第八张,PPT共八十七页,创作于2022年6月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、润滑油及其包括未燃和未完全燃烧
7、的燃油、润滑油及其裂解和部分氧化产物,如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、裂解和部分氧化产物,如烷烃、烯烃、芳香烃、醛、酮、酸等数百种成分。烷烃基本上无味,对人体健康酮、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。烯烃略带甜味,有麻醉作用,对粘不产生直接影响。烯烃略带甜味,有麻醉作用,对粘膜有刺激,经代谢转化会变成对基因有毒的环氧衍生膜有刺激,经代谢转化会变成对基因有毒的环氧衍生物。芳香烃对血液和神经系统有害,特别是多环芳香物。芳香烃对血液和神经系统有害,特别是多环芳香烃烃(PAH)及其衍生物有强致癌作用。醛类是刺激性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
8、成分还物质,对眼、呼吸道、血液有毒害。烃类成分还是引起光化学烟雾的主要物质。是引起光化学烟雾的主要物质。第九张,PPT共八十七页,创作于2022年6月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,总等,总称为称为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NO易被易被氧化成氧化成NO2
9、。NO2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83。NO2吸人人体后,和血液中血红素蛋白吸人人体后,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、结合,使血液输氧能力下降,对心脏、肝、肾都会有影响。肾都会有影响。NO2易溶于水,被人吸入肺部后,能与肺中的水分结合成稀硝酸,引起支气易溶于水,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。管炎、肺气肿。NO2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。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。第十
10、张,PPT共八十七页,创作于2022年6月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氧在太阳紫外线作用下会生成臭氧(O3)和过氧酰基硝酸盐和过氧酰基硝酸盐(PAN),即一种具有刺激,即一种具有刺激性的浅蓝色烟雾,称为光化学烟雾,它是一种有性的浅蓝色烟雾,称为光化学烟雾,它是一种有强刺激性的二次污染物。臭氧对人体的危害主要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组织,对眼表现在刺激和破坏深部呼吸道粘膜和组织,对眼睛也有刺激睛也有刺激,第十一张,PPT共八十七页,创作于2022年6月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
11、有关。微粒愈小,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部及支气管中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,小于的比例愈大,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。收。(0.10.5)m微粒能深入肺部并粘附在肺叶表面的粘液中,随后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。大于会被绒毛所清除。大于5m的微粒常在鼻处
12、受阻,不能深入呼吸道,的微粒常在鼻处受阻,不能深入呼吸道,大于大于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致癌物,等有毒物质或苯丙芘等致癌物,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,成分更为复杂,因而柴油机排出倍,成分更为复杂,因而柴油机排出的微粒危害更大。的微粒危害更大。第十二张,PPT共八十七页,创作于2022年6月第二节排放污染物的机内、机外净化技术第二节排放污染物的机内、机外净化技
13、术一、排放污染物的机内净化技术一、排放污染物的机内净化技术(一一)汽油机的机内净化技术汽油机的机内净化技术.推迟点火时间推迟点火时间(点火提前角点火提前角)推迟点火提前角一直是最简单易行,也是最普遍应用的排推迟点火提前角一直是最简单易行,也是最普遍应用的排放控制技术。放控制技术。汽油机推迟点火提前角,除因燃烧温度下降汽油机推迟点火提前角,除因燃烧温度下降使使的生成速度和生成量降低外,还会因后燃使的生成速度和生成量降低外,还会因后燃使的排放量也同时降低。但推迟点火提前角降低排放的效的排放量也同时降低。但推迟点火提前角降低排放的效果是有限的,在不使动力性和燃油消耗率明显恶化的前果是有限的,在不使动
14、力性和燃油消耗率明显恶化的前提下,可降低。在实际应用中应提下,可降低。在实际应用中应综合考虑排放特性、动力性及经济性来确定最佳点火提综合考虑排放特性、动力性及经济性来确定最佳点火提前角。前角。第十三张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.废气再循环图-废气再循环系统工作原理第十四张,PPT共八十七页,创作于2022年6月图-降低的效果第十五张,PPT共八十七页,创作于2022年6月图-与其他措施合用的效果仅采用增强进气涡流增强进气涡流双火花塞点火第十六张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.燃烧系统优化设计图-采用高位活塞环的降低效果第十七张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.提
15、高点火能量提高点火能量 提高点火能量可以提高着火的可靠性,提高点火能量可以提高着火的可靠性,减小循环波动率,扩大混合气的着火界限。特别减小循环波动率,扩大混合气的着火界限。特别是伴随着汽油机燃烧稀薄化,无触点的高能电子是伴随着汽油机燃烧稀薄化,无触点的高能电子点火系统得到了广泛的应用。点火系统得到了广泛的应用。提高点火能量的措提高点火能量的措施有增大火花塞极间电压施有增大火花塞极间电压(极间电压一般为极间电压一般为,但最高的有,但最高的有)、增大火花塞、增大火花塞间隙间隙(如由如由.增大至增大至.)以及延以及延长放电时间等方法。长放电时间等方法。第十八张,PPT共八十七页,创作于2022年6月
16、.电控汽油喷射技术电控汽油喷射技术(F)电控汽油喷射系统由于能够更精确、更柔性地满足各工况的参数优化电控汽油喷射系统由于能够更精确、更柔性地满足各工况的参数优化要求,从而可以实现排放特性、燃油经济性和动力性的综合优化。要求,从而可以实现排放特性、燃油经济性和动力性的综合优化。此此外,三效催化转化器与电控喷射系统的组合,已成为当前和未来较长时期内外,三效催化转化器与电控喷射系统的组合,已成为当前和未来较长时期内汽油机排放控制的最有效和最主要技术。汽油机排放控制的最有效和最主要技术。另外,另外,可变进气系统、可变配气相位、可变排量、稀薄燃烧以及缸内可变进气系统、可变配气相位、可变排量、稀薄燃烧以及
17、缸内直喷式燃烧方法等新技术,在改善汽油机动力性和经济性的同时,也直喷式燃烧方法等新技术,在改善汽油机动力性和经济性的同时,也不同程度地改善了排放特性。不同程度地改善了排放特性。总之,汽油机的机内净化技术措施并不是很多、很复杂,这是由于汽油总之,汽油机的机内净化技术措施并不是很多、很复杂,这是由于汽油机目前主要采用以闭环电喷加三效催化剂为核心的排放控制技术,因而大机目前主要采用以闭环电喷加三效催化剂为核心的排放控制技术,因而大大减轻了对机内净化的要求,燃烧过程的组织仍可以动力性和经济性指标大减轻了对机内净化的要求,燃烧过程的组织仍可以动力性和经济性指标作为优化目标,而用燃烧以外的排气后处理技术来
18、降低已生成的有害成分作为优化目标,而用燃烧以外的排气后处理技术来降低已生成的有害成分排放。排放。第十九张,PPT共八十七页,创作于2022年6月机内净化技术机内净化技术1.增压中冷技术增压中冷技术将增压后空气再进行冷却的中冷技术,使得进将增压后空气再进行冷却的中冷技术,使得进气温度降低,循环进气量更大。这样,增加空燃气温度降低,循环进气量更大。这样,增加空燃比改善了柴油机的燃烧,从而降低了微粒、比改善了柴油机的燃烧,从而降低了微粒、NOx排放,而且功率进一步增加。排放,而且功率进一步增加。增压中冷柴油机参数选配得当,则柴油机大部分性增压中冷柴油机参数选配得当,则柴油机大部分性能都会得到改善。能
19、都会得到改善。(二)柴油机的机内净化技术第二十张,PPT共八十七页,创作于2022年6月图-低排放柴油机燃烧过程控制思路第二十一张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.改进进气系统:改进进气系统:进气组织:进气组织:组织一定强度组织一定强度的缸内旋流或紊的缸内旋流或紊流。流。第二十二张,PPT共八十七页,创作于2022年6月多气门:多气门能加大循环充气量以改善动力、经济性和排放性能。第二十三张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.改进喷油系统改进喷油系统高压喷射高压喷射推迟喷油提前角推迟喷油提前角减小喷孔直径,增加喷减小喷孔直径,增加喷孔数目孔数目高压共轨电控燃油喷射高压共轨电控燃油喷
20、射第二十四张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.改进燃烧系统改进燃烧系统燃烧室容积比燃烧室容积比:燃烧室容积对气缸余隙容积之比。燃烧室口径比燃烧室口径比:采用较大口径比的浅平燃烧室,配合小孔径的多喷孔喷嘴。第二十五张,PPT共八十七页,创作于2022年6月燃烧室形状燃烧室形状缩口燃烧室已取代应用最广的直边不缩口燃烧室。用缩口燃烧室加强燃烧室口部的气体湍流,促进扩散混合和燃烧。燃烧室底部中央的凸起适当加大,以进一步提高空气的利用率。第二十六张,PPT共八十七页,创作于2022年6月用带圆角的方形或五瓣梅花形(分别配4孔和5孔喷嘴)代替圆形燃烧室,加强燃烧室中的微观湍流,加速燃烧,减少碳烟生
21、成。第二十七张,PPT共八十七页,创作于2022年6月适当提高柴油机压缩比可降低HC和CO排放,并结合推迟喷油获得动力经济性能与NOx排放之间较好的折中。适当提高压缩比适当提高压缩比第二十八张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.降低机油消耗降低机油消耗 尽可能减少窜入燃烧室的机油量;尽可能减少窜入燃烧室的机油量;减少机油从气门杆的泄漏。减少机油从气门杆的泄漏。.废气再循环废气再循环 柴油机可以使用比汽油机大得多的废气再循环量。柴油机可以使用比汽油机大得多的废气再循环量。.提高燃油品质提高燃油品质 提高柴油的十六烷值。提高柴油的十六烷值。第二十九张,PPT共八十七页,创作于2022年6月(
22、一)汽油机排气后处理技术.催化转化器结构与工作原理.催化转化器的主要性能.吸附还原催化剂二、排放污染物的机外净化技术二、排放污染物的机外净化技术第三十张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.催化转化器结构与工作原理图-催化转化器结构及组成第三十一张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9.催化转化器结构与工作原理图-载体及涂层的细微构造第三十二张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9.催化转化器的主要性能图-三效催化转化器空燃比特性图-三效催化转化器的起燃温度特性第三十三张,PPT共八十七页,创作于2022年6月.吸附还原催化剂图-吸附还原催化剂的工作原理第三十四张,
23、PPT共八十七页,创作于2022年6月(二)柴油机排气后处理技术.氧化催化转化器.微粒捕集器.柴油机还原催化剂第三十五张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9.氧化催化转化器图-柴油机用氧化催化剂的使用效果第三十六张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9.微粒捕集器图-微粒捕集器的过滤材料)陶瓷蜂窝载体)陶瓷纤维编织物)金属纤维编织物.微粒捕集器微粒捕集器 采用过滤的采用过滤的方法对柴油机排方法对柴油机排气中的微粒进行气中的微粒进行净化。净化。第三十七张,PPT共八十七页,创作于2022年6月05AA9.柴油机还原催化剂图-闭式曲轴箱强制通风系统第三十八张,PPT共八十
24、七页,创作于2022年6月三、非排气污染物控制技术三、非排气污染物控制技术.曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风装置曲轴箱强制通风系统如图曲轴箱强制通风系统如图915所示。新鲜空气由空滤器进入曲轴箱与窜气所示。新鲜空气由空滤器进入曲轴箱与窜气混合后,经混合后,经阀进入进气管,与空气或油气混合气一起被吸入气缸燃烧阀进入进气管,与空气或油气混合气一起被吸入气缸燃烧掉。掉。阀可随发动机运转状况自动调节吸入气缸的窜气量。在怠速和小负阀可随发动机运转状况自动调节吸入气缸的窜气量。在怠速和小负荷时,由于进气管真空度较高,阀体被吸向上方荷时,由于进气管真空度较高,阀体被吸向上方(进气管侧进气管侧),阀口流通截面
25、,阀口流通截面减少,吸入气缸的窜气量减少,以避免混合气过稀,造成燃烧不稳减少,吸入气缸的窜气量减少,以避免混合气过稀,造成燃烧不稳定或失火;而在加速和大负荷时,窜气量增多,而进气管真空度变定或失火;而在加速和大负荷时,窜气量增多,而进气管真空度变低,在弹簧作用下阀体下移,阀口流通截面增大,使大量的窜气进低,在弹簧作用下阀体下移,阀口流通截面增大,使大量的窜气进入气缸被燃烧掉;当发动机高速大负荷运转时,一旦窜气量过多而入气缸被燃烧掉;当发动机高速大负荷运转时,一旦窜气量过多而不能完全被吸净时,部分窜气会从闭式通气口进入空滤器,经化油不能完全被吸净时,部分窜气会从闭式通气口进入空滤器,经化油器被吸
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