8-第八章-排氣污染與控制解析

1、 第八章第八章 廢氣和噪聲污染與控制廢氣和噪聲污染與控制 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制2第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制3環(huán)保與節(jié)能環(huán)保與節(jié)能n環(huán)境保護與節(jié)能是當(dāng)今車用動力技術(shù)發(fā)展的兩個主要著眼點。n以發(fā)動機為動力的汽車是城市大氣污染和噪聲的主要來源。據(jù)世界一些主要大城市的統(tǒng)計表明，在未治理前，汽車排放中的主要有害成分占城市大氣該污染物總量中的比例是很高的。n此外，還有微粒、硫化物、鉛、磷及醛等污染，這些污染物對人體的危害很大。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制4一、內(nèi)燃機排放污染物的危害一、內(nèi)燃機排放污染物的危害1.一氧化碳（一氧化碳（Co）nCO主要是在缺氧

2、環(huán)境下的不完全燃燒產(chǎn)物缺氧環(huán)境下的不完全燃燒產(chǎn)物，是一種無色無臭無味的氣體，它和血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力是氧的240倍，人體吸入微量，將破壞造血功能，呈中毒癥狀；吸入含體積濃度0.3的CO氣體，則可在30min內(nèi)使人致命。汽車未采取凈化措施以前，Co濃度為34，國產(chǎn)汽油機怠速時可達46；美國和日本的大氣中CO，約9599來自汽車。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制5CO是一種無色、無刺激的氣體。各種濃度各種濃度CO的危害的危害CO濃度危害CO濃度危害0.001人慢性中毒，貧血，病人心臟、呼吸道惡化0.012人在1h內(nèi)中毒0.003人在46h內(nèi)中毒1使人死亡0.01使人頭疼，惡心發(fā)動機

3、原理發(fā)動機原理排氣污染與控制62.氮氧化物（氮氧化物（NOx）NOX主要是指NO和NO2，一般用NOX表示。發(fā)生在與燃料燃燒反應(yīng)相伴的高溫與富氧的環(huán)境中高溫與富氧的環(huán)境中。NO的毒性比NO2小，但NO在大氣中緩慢氧化形成NO2。NO2是褐色有刺激性的氣體，對肺和心肌有很強的毒害作用。NOX是在地面附近形成光化煙霧的主要因素之一。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制7NO2對人及生物的影響對人及生物的影響NO2的濃度的濃度影響影響NO2 的濃度的濃度影響影響0.5x10-6連續(xù)312月，患支氣管炎部位有肺氣腫出現(xiàn)50 x10-61min之內(nèi)，人的呼吸異常，鼻受刺激1.0 x10-6聞到臭味80 x

4、10-635min引起胸痛2.5x10-6超過7h，西紅柿等植物葉子變白色(100150)x10-6人在3060min因肺水腫而死亡5.0 x10-6聞到強烈臭味發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制83.碳氫化合物（碳氫化合物（HC） HC包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化產(chǎn)物。HC中的大部分對人體健康不產(chǎn)生直接影響，但其中的某些醛類和多環(huán)芳香烴對人體有嚴(yán)重危害。 HC可在陽光作用下與NOX進行光化學(xué)反應(yīng)，形成一種毒性較大的光化學(xué)煙霧。其中最主要的生成物是臭氧O3，它具有很強的氧化力和特殊的臭味，使橡膠裂開，植物受損，可見度降低，并刺激眼睛及咽

5、喉。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制9NOX和HC在太陽能的作用下進行光化學(xué)反應(yīng)，生成的光化學(xué)過氧化物而形成的煙霧稱光化學(xué)煙霧，主要產(chǎn)物是氧化能力很強的臭氧（O3）及過氧化臘磯硝酸鹽等。 O3的濃度影響影響O3的濃度影響影響0.02x10-65min內(nèi)多數(shù)人能覺察，1h內(nèi)膠片脆化(12) x10-62h頭痛、胸痛、肺活量減少、人慢性中毒0.2x10-6人肺的機能減弱，胸部有緊縮感，眼睛紅痛(510) x10-6全身痛疼、麻痹、肺氣腫(0.20.5) x10-636h使人視力減弱(1520) x10-6小動物2h內(nèi)死亡(0.51.0) x10-61h內(nèi)呼吸緊張，氣哮病惡化50 x10-6以上人

6、在1h內(nèi)死亡光化學(xué)煙霧對人體和生物的影響光化學(xué)煙霧對人體和生物的影響4.光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制105.顆粒（微粒、顆粒（微粒、PM）排氣中的微粒是指經(jīng)空氣稀釋后的廢氣，它是在低于52溫度下，在涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維濾紙上沉積的除水以外的物質(zhì)，如柴油機的碳煙粒子，汽油機的鉛及硫酸鹽等。鉛化物（Pb） 0.2m 碳煙燃料不完全燃燒的產(chǎn)物 0.110m 油霧6.臭氣臭氣 O3 、 No2 、甲醛、丙烯醛7.CO2的溫室效應(yīng)的溫室效應(yīng)發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制11排放指標(biāo)排放指標(biāo)n1排放物的濃度Cn在一定排氣容積中，有害排放物所占的容積（或質(zhì)量）比例，稱為排放

7、物的濃度。體積分?jǐn)?shù)通常以表示，質(zhì)量濃度常用mg/m3計量。n2排放物的質(zhì)量排放量Gn用單位時間內(nèi)（或一次試驗）有害排放物的質(zhì)量排放量G來衡量，單位是g/h（或g/試驗）。n3排放物的比排放量gn每單位功率小時排出污染物的質(zhì)量稱為比排放量 g/（kWh） 。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制12第二節(jié)第二節(jié) 汽油機有害排放物的汽油機有害排放物的生成機理和影響因素生成機理和影響因素發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制13一、一、CO的生成機理n一氧化碳（CO）是碳氫燃料在燃燒過程中生成的重要的中間產(chǎn)物。CO生成的機理比較復(fù)雜，但一般認為，燃料分子（RH）經(jīng)高溫氧化生成CO要經(jīng)歷如下步驟：nRHRRO

8、2RCHORCOCOn這里R代表碳氫根。CO在火焰中及火焰后，以緩慢的速率氧化成CO2。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制14二、二、HC的生成機理n未燃碳氫化合物（HC）的生成與排出有三個渠道：n排氣：占6O以上n曲軸箱竄氣：占25n蒸發(fā)：占1520左右發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制15燃燒過程中燃燒過程中HC生成的主要途徑生成的主要途徑n1）縫隙效應(yīng)n2）壁面激冷與淬熄n3）潤滑油膜吸附n4）減速及怠速工況cui發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制16三、三、NOX的生成機理n發(fā)動機排出的氮氧化物（NOX）主要是NO，NO2排出量較少。nNO的產(chǎn)生：可以認為，氮的氧化反應(yīng)發(fā)生在燃料燃燒反

9、應(yīng)所形成的環(huán)境中，其主導(dǎo)反應(yīng)過程是：nON2 NONnNO2 NOO發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制17促使促使NOX生成的因素生成的因素n（1）高溫n（2）富氧n（3）充足的反應(yīng)時間發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制18 汽油機是一種預(yù)混燃燒，它靠電火花進行外源點火，火核形成以后，以火焰?zhèn)鞑樘卣?，其可燃混合氣濃度范圍比較窄，混合氣成分是影響排放的最主要的因素。 四、影響因素四、影響因素-混合氣成分混合氣成分發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制19影響因素影響因素-點火正時點火正時發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制20發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制21 EGR可以抑制燃燒的最高溫度，有利

10、于抑制NO的生成。但燃燒的有效性降低，動力性變差。影響因素影響因素-吸入廢氣量吸入廢氣量(EGR)(EGR)發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制22影響因素影響因素-工況工況n從汽油機排放特性圖看出，對于不同的運行工況，各種有害排放物的差異很大。n怠速與減速工況，是HC生成的主要工況。在怠速工況下，燃燒環(huán)境溫度比較低，缸內(nèi)殘余廢氣量比較大，混合氣比較濃，致使燃燒惡化，HC排放濃度增加；在減速工況下，很高的進氣管真空度使進氣管內(nèi)沉積的燃料油膜大量蒸發(fā)，這是HC增加的重要原因。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制23第三節(jié)第三節(jié) 汽油機有害排放物汽油機有害排放物控制技術(shù)控制技術(shù)發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣

11、污染與控制24控制措施分類控制措施分類n1）以降低排放為目標(biāo)，通過改進發(fā)動機燃燒過程為主的機內(nèi)處理方法。n2）對燃燒排出的有害物，在排氣系統(tǒng)等處進行后處理。n3）對曲軸箱竄氣或油蒸氣部分進行處理。 2）、3）又稱為機外處理方法。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制25發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制26 從空氣濾清器引出一股新鮮空氣進入曲軸箱，再經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥（PCV閥）把竄入曲軸箱的氣體和空氣的混合氣一起吸入氣缸燒掉。 當(dāng)竄缸氣體量大于閥門的流通能力時，曲軸箱中過量的竄氣量將通過空氣濾清器連接管2進入空氣濾清器，進入氣缸再次燃燒。 一、曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)（一、曲軸箱強制通風(fēng)系統(tǒng)（PCV系統(tǒng)）系

12、統(tǒng)）發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制27 n在發(fā)動機部分負荷正常工況時，曲軸箱內(nèi)的所有竄缸氣體通過PCV閥，進入進氣歧管；n在怠速或低速時（a），進氣歧管中相對真空度較高，真空吸力大，允許少量曲軸箱蒸氣混合氣通過；n當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速或負荷加大時（b），進氣管真空度下降，吸力減小，允許較多的氣體通過；發(fā)動機全負荷工作時，PCV閥的彈簧使閥門開后到最大流量狀態(tài)（b）；n發(fā)動機回火時PCV閥起保護作用，（c）。PCV閥的工作原理閥的工作原理發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制28 系統(tǒng)的主要組成有止回閥、凈化控制閥、活性炭罐等 如燃料箱中壓力變高時，止回閥開啟，蒸發(fā)燃料被活性炭吸附。當(dāng)由吸氣壓力控制的凈

13、化控制閥打開時，被吸附在活性炭上的燃料蒸氣和經(jīng)過活性炭罐的空氣濾清器的空氣一起被吸入進氣系統(tǒng)，再進入氣缸燃燒 二、燃油蒸發(fā)凈化裝置二、燃油蒸發(fā)凈化裝置發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制29 三、廢氣再循環(huán)裝置（三、廢氣再循環(huán)裝置（EGR）發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制30n當(dāng)發(fā)動機處于怠速時，無真空壓力作用在EGR閥的隔膜上，彈簧保持閥門關(guān)閉，不進行EGR 。n隨著負荷增大，真空口處真空增大，一般當(dāng)真空度超過10kPa時，閥門開啟，開始進行EGR。n真空度升到25kPa時，隔膜上升到最高位置。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制31 當(dāng)節(jié)氣門全開時，真空口處的真空很小，EGR閥關(guān)閉，空氣燃油

14、混合氣不被稀釋，以保證汽車發(fā)動機動力性能。 在暖車過程中，冷卻液和發(fā)動機進氣溫度都較低，NO的排放量也很低，應(yīng)關(guān)閉EGR閥。此時關(guān)閉EGR閥工作由溫度控制開關(guān)實現(xiàn)。一般而言，發(fā)動機冷卻液溫度低于40時，應(yīng)使EGR閥保持關(guān)閉。 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制32 nEGR系統(tǒng)的主要工作參數(shù)為EGR率R，其定義為：RGr（GrGa）；式中Ga表示進入發(fā)動機的空氣和燃油混合氣的質(zhì)量流量；Gr表示進入發(fā)動機的再循環(huán)廢氣質(zhì)量流量。EGR率對發(fā)動機性能的影響率對發(fā)動機性能的影響 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制33發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制34四、汽油機三效催化轉(zhuǎn)化器四、汽油機三效催化轉(zhuǎn)化器

15、發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制35222NOHCONOxHCCOTWC1、工作原理發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制362、催化器性能評價參數(shù)n（1）轉(zhuǎn)換效率%100)1 (%催化器入口濃度催化器出口濃度）轉(zhuǎn)換效率（n催化器出、入口濃度分別代表有害氣體（HC、CO、NOx）的濃度?？梢姡D(zhuǎn)換效率表示把HC、CO、NOx等有害氣體轉(zhuǎn)換成無害氣體的百分率。轉(zhuǎn)換效率的測定一般在發(fā)動機試驗臺或裝車試驗中進行發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制37）催化器體積（）量（催化器排出氣體體積流331/)(dmhdmhSVnSV簡稱空速，主要用于評價催化器的安裝占用空間的程度。顯然，在同樣的排氣流量下，排氣催

16、化轉(zhuǎn)化器所允許的空速SV越大，催化器的體積就越小?；蛘哒f，SV越小，在同樣的排氣流量下，反應(yīng)氣體在催化器中的停留時間越長，轉(zhuǎn)換效率越高。n（2）空間速度發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制38（1）空燃比條件發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制39n一般稱轉(zhuǎn)化效率為50所對應(yīng)的溫度為催化劑的起燃（Light-off）溫度。n一般三效催化劑對各種污染物的起燃溫度在220一270之間。在發(fā)動機冷起動與暖機時，催化劑溫度很低，凈化效能很差。用美國FTP-75測試循環(huán)進行測試時，CO和HC的5080是在冷起動后1min內(nèi)排放的。為緩解這個問題，正在研究用電加熱催化劑加速它在冷起動后的起燃或采用緊耦型催化器

17、。 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制404、車用三效催化劑的要求n起燃溫度低；n有較高的儲氧能力，以補償空燃比的波動；n耐高溫，不易熱老化；n對雜質(zhì)不敏感，不易中毒；n盡量不產(chǎn)生H2S、NH3等物質(zhì)；n成本合理。 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制415、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（圓形） 外殼外殼減振密封墊減振密封墊載體與催化劑載體與催化劑發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制42催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（橢圓形） 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制43不銹鋼外殼催化轉(zhuǎn)化器52發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制446、催化器的壽命與失效n催化轉(zhuǎn)換器一般要求壽命在10萬km以上。貴金屬催化劑報廢后，貴金屬可以回收

18、再用。 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制45催化轉(zhuǎn)化器老化失效形式化學(xué)老化化學(xué)老化熱老化熱老化積垢老化積垢老化機械老化機械老化中毒：不可逆吸附或發(fā)生表面反應(yīng)抑制：毒物的競爭可逆吸附毒物導(dǎo)致催化劑表面重構(gòu)發(fā)生載體孔結(jié)構(gòu)的阻塞 活性組分的燒結(jié)形成合金載體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化貴金屬-賤金屬的相互作用貴金屬表面重組貴金屬揮發(fā)碳沉積（結(jié)碳）熱沖擊磨損機械破壞 發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制46第二節(jié)第二節(jié) 內(nèi)燃機噪聲污染及防治內(nèi)燃機噪聲污染及防治一、內(nèi)燃機噪聲的主觀評價與測定一.噪聲的物理參數(shù)1）聲壓、聲壓級聲波通過介質(zhì)時，在與聲波相垂直的單位表面上的壓強增量值稱為聲壓。 正常人剛剛聽到的聲壓為210-5

19、Pa； 剛剛使人疼痛感覺的聲壓為20Pa。 聲壓級 （dB）0lg20ppLpLP聲壓級，單位dB，是Bel的110P0為1000Hz時的基準(zhǔn)聲壓，即210-5Pa發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制47一.噪聲的物理參數(shù)2）聲強、聲強級聲強是在垂直于聲波傳播方向上，單位時間內(nèi)通過單位面積的聲能，通常用I表示，單位W/m2。 從聽閾到痛閾，聲強的變化范圍為10-121W/m2聲強級 （dB）oIIILlg10I某聲音的聲強I0為1000Hz時的基準(zhǔn)聲強，即10-12W/m23)聲功率、聲功率級聲功率是聲源在單位時間內(nèi)輻射的總聲能量，用W表示，單位w。聲功率與聲強的關(guān)系為dsIWsn聲功率級 （d

20、B）0lg10WWLwW0基準(zhǔn)聲功率，為1012wyu發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制484)頻率、頻帶 人們可聽到的頻率為2020000Hz，有1000倍的變化范圍，為了方便常把寬廣的聲波頻率范圍分為幾個頻段，這就是頻帶或頻程； 目前常用頻程中心頻率為31.5；63；125；250；500；1000；2000；4000；8000；16000Hz。 以頻率為橫坐標(biāo)，以聲壓級（聲強級、聲功率級）為縱坐標(biāo)，作出噪聲測量圖形，可以清楚地了解噪聲的成分和性質(zhì)，叫做頻譜分析。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制492.對噪聲的主觀評價 聲壓級越高，聲音越強，聲壓級越低，聲音越弱； 人耳對聲音的感覺不僅與

21、升壓有關(guān)，還和頻率有關(guān)，人耳對高頻聲音如30004000Hz頻率的聲音感覺敏銳，對低頻聲音如100Hz以下感覺遲鈍。 為了評價人耳聽到的響度強弱仿照聲壓級提出了響度級的概念。 響度級是相對量，以方(phon)為單位，就是選取1000Hz的純音作為基準(zhǔn)聲音，凡是聽起來同該純音一樣響的噪聲，其響度級就等于這個純音聲壓級的dB數(shù)； 如噪聲的聲響人聽起來與聲壓級為100dB、頻率為1000Hz的基準(zhǔn)聲音同樣響，則該噪聲的響度級為100方。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制50國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）等響曲線 1000Hz、210-5Pa（1）人耳對30004000Hz的聲音最敏感，在這一頻率范圍內(nèi)同一聲壓級dB數(shù)的響度級最高；人耳對100Hz以下的低頻率不敏感。發(fā)動機原理發(fā)動機原理排氣污染與控制51國際標(biāo)準(zhǔn)