1、第七章第七章 發動機噪聲及排放污染發動機噪聲及排放污染v噪聲噪聲: 汽車的主要噪聲源汽車的主要噪聲源 發動機。發動機。v汽油機的主要噪聲源汽油機的主要噪聲源 風扇噪聲和配氣機構風扇噪聲和配氣機構噪聲。噪聲。v柴油機的主要噪聲源柴油機的主要噪聲源 燃燒噪聲。燃燒噪聲。v柴油機的噪聲比汽油機的大。柴油機的噪聲比汽油機的大。v排放排放: 汽油機的汽油機的HC、CO和和NOx排放比柴油機排放比柴油機的多，柴油機的炭粒排放比汽油機的多。的多，柴油機的炭粒排放比汽油機的多。CO第一節第一節 發動機噪聲污染及防治發動機噪聲污染及防治vGB規定規定: 城市噪聲聲壓級白天城市噪聲聲壓級白天 42 dB ，夜間，

2、夜間 37 dB 。 v一一 噪聲的評價指標噪聲的評價指標v（一）（一） 噪聲的物理參數噪聲的物理參數v1 聲壓聲壓 p: 聲波通過介質時，波峰處的壓力升高量聲波通過介質時，波峰處的壓力升高量 pa 。v2 聲壓級聲壓級 Lp 無因次參數無因次參數: dB v其中其中 P0 1000 Hz 時的基準聲壓，即聽閥聲壓時的基準聲壓，即聽閥聲壓,P0=210-5 pa 。v 人耳能聽到的聽閥聲壓人耳能聽到的聽閥聲壓=210-5 pa ，v 產生疼痛的痛閥聲壓產生疼痛的痛閥聲壓 = 20 pa 。相差。相差100萬倍左右。萬倍左右。 0pplg20pLv3 聲功率聲功率 Wv 聲源在單位時間內所輻射的

3、總能量聲源在單位時間內所輻射的總能量 W 。v其中其中S 包圍聲源的封閉面面積；包圍聲源的封閉面面積； v 聲強在微元面積聲強在微元面積ds法線方向的分量。法線方向的分量。v（1） 在自由場中，聲波球面輻射，則在自由場中，聲波球面輻射，則v W/m v（2） 在開闊地面上，聲波半球面輻射，則在開闊地面上，聲波半球面輻射，則v W/m WI dsnsInIWr球42IWr半球22v4 聲功率級聲功率級 無因次參數無因次參數v dB v其中其中 基準聲功率，基準聲功率， W 。v 聲壓級聲壓級 ，聲強級，聲強級 和聲功率級和聲功率級 的范圍均為的范圍均為 0120 dB 。LwLWWw 100lg

4、W0W01210v5 頻率與頻帶頻率與頻帶v 人耳能聽到的聲音頻率范圍為人耳能聽到的聲音頻率范圍為2020,000 Hz 。v 將其分為若干個頻率段將其分為若干個頻率段 頻帶或頻程。頻帶或頻程。v 常用倍頻程和常用倍頻程和1/3頻程。頻程。v 倍頻程的中心頻率倍頻程的中心頻率 31.5，63，125，250，500，1000，2000，4000，8000，16000v 中心頻率，上限頻率和下限頻率的關系為中心頻率，上限頻率和下限頻率的關系為v ； ； 。v 頻譜圖頻譜圖 橫坐標橫坐標: 頻率頻率 （ 頻帶頻帶 ），縱坐標），縱坐標: 聲聲壓級壓級 ，聲強級，聲強級 或聲功率級或聲功率級 。ff

5、上中2ff下中12ff上下 2v（二）（二） 主觀評價主觀評價 響度級響度級v 即使聲壓級相同，而頻率不同，人耳所感即使聲壓級相同，而頻率不同，人耳所感受到的聲音響度就會不同，主觀評價參數受到的聲音響度就會不同，主觀評價參數 響度級響度級 方方 （ phon ） 。v以以1000 Hz 的純音為基準聲音，當某噪聲的純音為基準聲音，當某噪聲的響度與某聲壓級的純音響度相同時，則該的響度與某聲壓級的純音響度相同時，則該純音的聲壓級純音的聲壓級 dB 即為該噪聲的響度級即為該噪聲的響度級 phon 。v 如圖的如圖的ISO等響曲線由大量試驗得出等響曲線由大量試驗得出v1 100 Hz以下的噪聲，以下的

6、噪聲， 雖然聲壓級雖然聲壓級 dB 較高，但較高，但響度級響度級 phon 卻低，人耳不敏感。卻低，人耳不敏感。 低頻、低聲壓低頻、低聲壓級級 dB 的噪聲，人耳聽不到。的噪聲，人耳聽不到。v2 同一聲壓級同一聲壓級 dB 下，人耳對頻率為下，人耳對頻率為30004000 Hz的噪聲（波谷）的噪聲（波谷） 最為敏感，最為敏感， 其響度級其響度級 phon 最高。最高。v3 聲壓級高于聲壓級高于100 dB 時，等響曲線平緩，響度級時，等響曲線平緩，響度級 phon 僅與聲壓級僅與聲壓級 dB 有關，而與頻率有關，而與頻率 Hz 幾乎無關。說明對于高幾乎無關。說明對于高 dB 的噪聲，人耳已分辨

7、的噪聲，人耳已分辨不出高、低頻了。不出高、低頻了。v二二 發動機噪聲分析發動機噪聲分析v（一）（一） 車輛噪聲源車輛噪聲源v1 與發動機轉速與發動機轉速n有關的噪聲源有關的噪聲源v 進、排氣噪聲；旋轉件噪聲進、排氣噪聲；旋轉件噪聲 風扇，空風扇，空氣壓縮機，發電機和空調等。氣壓縮機，發電機和空調等。v2 與車速有關的噪聲源與車速有關的噪聲源v 傳動噪聲傳動噪聲 變速器，傳動軸等；空氣動變速器，傳動軸等；空氣動力噪聲力噪聲 輪胎噪聲，車體噪聲等。輪胎噪聲，車體噪聲等。v（二）（二） 發動機噪聲源發動機噪聲源 主要噪聲源主要噪聲源v1 直接傳向大氣的噪聲源直接傳向大氣的噪聲源v 進、排氣噪聲和風扇

8、噪聲等進、排氣噪聲和風扇噪聲等 屬于空氣動力噪屬于空氣動力噪聲。聲。v2 發動機表面輻射噪聲源發動機表面輻射噪聲源v 由發動機零部件的機械振動引起。由發動機零部件的機械振動引起。v（1） 燃燒噪聲燃燒噪聲 ， ，還與發動機零部件的強，還與發動機零部件的強度、剛度有關。度、剛度有關。v（2） 機械噪聲機械噪聲 發動機零部件之間的間隙撞擊和發動機零部件之間的間隙撞擊和零部件彈性變形，導致零部件振動引起。零部件彈性變形，導致零部件振動引起。v三三 發動機噪聲的防治發動機噪聲的防治v（一）（一） 降低燃燒噪聲降低燃燒噪聲v1 采用油膜蒸發型混合氣形成方式采用油膜蒸發型混合氣形成方式 M過程過程 v ，

9、 。v2 盡量使噴油先緩后急盡量使噴油先緩后急 推遲噴油開始時刻推遲噴油開始時刻 v ， 。v3 使用十六烷值高的燃料使用十六烷值高的燃料 。ppmaxppmaxiv（二）（二） 加強結構強度加強結構強度v 加固主軸承，多加和加固加強筋。加固主軸承，多加和加固加強筋。v（三）（三） 采用隔聲罩殼采用隔聲罩殼v 材料材料: 鋼板、玻璃纖維和其它消聲材料。鋼板、玻璃纖維和其它消聲材料。v 部位部位: 曲軸箱側壁和排氣總管。曲軸箱側壁和排氣總管。v（四）（四） 采用排氣消聲器采用排氣消聲器v 排氣消聲器排氣消聲器 聲濾波器，隨頻率變化。聲濾波器，隨頻率變化。v1 阻性消聲器阻性消聲器 主要用于小轎車

10、主要用于小轎車v 聲學性能主要取決于聲吸收構造和材料的流動阻力。降低聲學性能主要取決于聲吸收構造和材料的流動阻力。降低噪聲的頻帶較廣。噪聲的頻帶較廣。v2 抗性消聲器抗性消聲器 主要用于載貨汽車主要用于載貨汽車v 聲學性能主要取決于消聲器的幾何形狀，造成排氣聲能阻聲學性能主要取決于消聲器的幾何形狀，造成排氣聲能阻抗失配。阻抗失配使部分聲能在消聲器內來回反射震阻礙向抗失配。阻抗失配使部分聲能在消聲器內來回反射震阻礙向外輻射。外輻射。v3 阻抗復合式消聲器阻抗復合式消聲器 用于各種汽車用于各種汽車v 以抗性消聲器為基礎，同時采用吸聲材料，可使排氣噪聲以抗性消聲器為基礎，同時采用吸聲材料，可使排氣噪

11、聲大幅度降低。大幅度降低。v（五）（五） 低噪聲發動機設計低噪聲發動機設計v 在滿足基本性能的前提下，按降聲原理設計結構參數。在滿足基本性能的前提下，按降聲原理設計結構參數。 第二節第二節 發動機排放污染及防治發動機排放污染及防治 v一一 發動機的污染源發動機的污染源v（一）（一） 排氣污染排氣污染 占發動機總污染量的占發動機總污染量的6585%v1 一氧化碳一氧化碳 COv2 氮氧化合物氮氧化合物v3 碳氫化合物碳氫化合物 HCv4 燃料液滴和炭粒燃料液滴和炭粒v5 各類鉛、硫化合物各類鉛、硫化合物v（二）（二） 曲軸箱通風污染曲軸箱通風污染 占發動機總污染量的占發動機總污染量的20%左右左

12、右v 主要是碳氫化合物主要是碳氫化合物 HC。v（三）（三） 汽油箱通風污染汽油箱通風污染 占發動機總污染量的占發動機總污染量的5%左右左右v 主要是碳氫化合物主要是碳氫化合物 HC。v（四）（四） 化油器浮子室及油泵接頭處的泄漏污染化油器浮子室及油泵接頭處的泄漏污染 占發動機總污染量的占發動機總污染量的 510%v 主要是碳氫化合物主要是碳氫化合物 HC。v（五）（五） 含鉛、磷汽油所形成的鉛、磷污染含鉛、磷汽油所形成的鉛、磷污染v 本課程只討論第一項本課程只討論第一項 發動機的排氣污染。發動機的排氣污染。 v二二 發動機排放污染物的形成、危害和防治發動機排放污染物的形成、危害和防治v（一）

13、（一） 一氧化碳一氧化碳 COv1 形成形成v C + O CO + O CO v 中間產物中間產物 v 產生的原因是缺氧。產生的原因是缺氧。v 汽油機上汽油機上 1，但局部過濃的混合氣。，但局部過濃的混合氣。v2 危害危害v 煤氣中毒煤氣中毒 人體血液中的血紅素對人體血液中的血紅素對CO的親和力的親和力比對比對O的高，引起含的高，引起含CO的血紅素所占比例增高，造的血紅素所占比例增高，造成人體缺氧窒息。成人體缺氧窒息。v3 防治防治v（1） 稀薄燃燒與高能點火稀薄燃燒與高能點火v 使混合氣的使混合氣的 ，而又能夠正常燃燒。，而又能夠正常燃燒。v（2） 縮小燃燒室的激冷區縮小燃燒室的激冷區v

14、激冷區激冷區 燃燒室中由兩個以上冷表面構燃燒室中由兩個以上冷表面構成的狹窄空間，如擠氣間隙。成的狹窄空間，如擠氣間隙。v 激冷效應激冷效應 靠近激冷區的可燃混合氣，靠近激冷區的可燃混合氣，熱損失過多而不能著火。熱損失過多而不能著火。v 縮小燃燒室的激冷區縮小燃燒室的激冷區 燃燒易于完全燃燒易于完全 CO 。v（二）（二） 氮氧化合物氮氧化合物 NOxv1 形成形成v（1） 燃燒溫度高燃燒溫度高v（2） 高溫持續時間長高溫持續時間長v（3） 火焰前鋒面中氧氣的濃度高火焰前鋒面中氧氣的濃度高v 產生的原因是高溫。產生的原因是高溫。v2 危害危害v（1） 與肺中的水蒸汽粘合而形成稀硝酸，引起肺與肺中

15、的水蒸汽粘合而形成稀硝酸，引起肺水腫和肺氣流阻力明顯上升。水腫和肺氣流阻力明顯上升。v（2） 與與HC反應生成光化學過氧化物，是光化學煙反應生成光化學過氧化物，是光化學煙霧的主要成分。霧的主要成分。3.影響因素 1).混合氣成分 2).點火正時 3).負荷 4).轉速 5).過渡工況6).廢氣再循環 有害排放物濃度與有害排放物濃度與 的關系的關系 v4 防治防治v（1）降低壓縮比）降低壓縮比 缸內溫度缸內溫度 NOx 。v（2）減小點火提前角）減小點火提前角 缸內溫度缸內溫度 NOx 。v（3） 廢氣再循環，缸內噴水，采用乳化油，廢氣再循環，缸內噴水，采用乳化油， 缸內溫度缸內溫度 NOx 。

16、v（4）分層燃燒）分層燃燒 降低混合氣的均勻性降低混合氣的均勻性 缸缸內溫度內溫度 NOx 。v（5）加強燃燒室內氣流運動）加強燃燒室內氣流運動混合氣混合、混合氣混合、燃燒迅速燃燒迅速高溫持續時間高溫持續時間 NOx 。v（三）（三） 碳氫化合物碳氫化合物 HCv1 形成形成v（1） 局部混合氣過濃或過稀使氧化反應減慢，熱局部混合氣過濃或過稀使氧化反應減慢，熱損失相對增加，不能著火。損失相對增加，不能著火。v（2） 某微小單元的混合氣面容比大，熱損失大，某微小單元的混合氣面容比大，熱損失大，不能著火。不能著火。v（3） 激冷效應。激冷效應。v2 危害危害v（1） 3.4苯并芘苯并芘 致癌物質。

17、致癌物質。v（2） 苯甲醛和丙烯醛苯甲醛和丙烯醛 強烈刺激眼睛和呼吸器官。強烈刺激眼睛和呼吸器官。v（3） 光化學煙霧的主要成分。光化學煙霧的主要成分。v3 防治防治v（1） 降低壓縮比降低壓縮比 膨脹沖程中燃燒室壁面溫度和排氣溫膨脹沖程中燃燒室壁面溫度和排氣溫度度 HC 。v（2） 改善燃燒室形狀，降低面容比改善燃燒室形狀，降低面容比 散熱損失散熱損失 HC 。v（3） 稀薄燃燒與高能點火稀薄燃燒與高能點火 燃燒完全程度燃燒完全程度 HC 。v（4） 減小點火提前角減小點火提前角 HC在膨脹和排氣沖程中燃燒掉。在膨脹和排氣沖程中燃燒掉。v（5） 縮小燃燒室的激冷區縮小燃燒室的激冷區 燃燒易于

18、完全燃燒易于完全 HC 。v（6） 加強燃燒室內氣流運動加強燃燒室內氣流運動 混合氣混合、燃燒完全混合氣混合、燃燒完全 HC 。v（7） 曲軸箱強制通風曲軸箱強制通風v HC 空氣濾清器空氣濾清器 進氣管進氣管 缸內再燃燒。缸內再燃燒。v（四）（四） 燃料液滴和炭粒燃料液滴和炭粒v1 燃料液滴燃料液滴v 柴油機冷起動或低負荷運行時冒藍、白煙。藍、白煙之間柴油機冷起動或低負荷運行時冒藍、白煙。藍、白煙之間沒有嚴格的成分差異，均為燃料液滴或水蒸汽，只是微粒的沒有嚴格的成分差異，均為燃料液滴或水蒸汽，只是微粒的直徑不同而對光線的反射不同而已。直徑不同而對光線的反射不同而已。v2 炭粒炭粒v 柴油機高

19、負荷運行時冒黑煙。柴油機高負荷運行時冒黑煙。v（1） 形成形成v 缺氧，致使燃燒中間產物缺氧，致使燃燒中間產物C-C，H-C裂化，再聚合成炭粒。裂化，再聚合成炭粒。v 柴油機緩燃期中形成最多。柴油機緩燃期中形成最多。v（2） 危害危害vA 燃燒不完全燃燒不完全 經濟性經濟性 ，動力性，動力性 。vB 污染大氣。污染大氣。vC 炭粒沉積在活塞、燃燒室和排氣門等零件表面，使運動件炭粒沉積在活塞、燃燒室和排氣門等零件表面，使運動件摩擦損失增大，甚至卡死。摩擦損失增大，甚至卡死。v（3） 防治防治vA 稀薄燃燒與高能點火稀薄燃燒與高能點火 燃燒完全程度燃燒完全程度 炭粒炭粒 。vB 改善霧化質量改善霧

20、化質量 混合氣混合、燃燒完全混合氣混合、燃燒完全 炭粒炭粒 。vC 加強燃燒室內氣流運動加強燃燒室內氣流運動 混合氣混合、燃燒完全混合氣混合、燃燒完全 炭粒炭粒 。vD 改進發動機的結構和使用，加速混合氣形成，提高改進發動機的結構和使用，加速混合氣形成，提高燃燒速率。燃燒速率。vE 采用乳化油采用乳化油 缸內溫度缸內溫度 中間產物的熱裂反應明中間產物的熱裂反應明顯減少。顯減少。vF 加入消煙添加劑加入消煙添加劑 鋇鹽，但有毒。鋇鹽，但有毒。vG 后期處理后期處理v小顆粒的炭粒經過靜電、過飽和水蒸汽、超聲波而聚小顆粒的炭粒經過靜電、過飽和水蒸汽、超聲波而聚合成較大顆粒的炭粒，再通過除塵過濾器予以

21、凈化。合成較大顆粒的炭粒，再通過除塵過濾器予以凈化。 第三節第三節 發動機有害排放物的控制發動機有害排放物的控制 一、一、機外凈化技術機外凈化技術 v1.三效催化轉化器三效催化轉化器 TWC (ThreeWayCatalyticConverter)使用三元催化器，應將混合氣使用三元催化器，應將混合氣成分嚴格控制在理論的空燃成分嚴格控制在理論的空燃比附近比附近 ，這樣催化劑才能促，這樣催化劑才能促使使CO、HC的氧化反應和的氧化反應和NOx的還原反應同時進行，的還原反應同時進行，生成生成CO2、H2O和和N2 催化轉化器結構催化轉化器結構 1 1外殼外殼 2 2載體與催化劑載體與催化劑 3 3減

22、振密封襯墊減振密封襯墊 微粒捕集器的過濾材料微粒捕集器的過濾材料( (a)a)陶瓷蜂窩載體陶瓷蜂窩載體( (b)b)陶瓷纖維編織物陶瓷纖維編織物( (c)c)金屬線纖維編織物金屬線纖維編織物2.柴油機微粒過濾柴油機微粒過濾在濾芯上存積的微在濾芯上存積的微粒要及時清除，清粒要及時清除，清楚的辦法是將微粒楚的辦法是將微粒燒掉變成燒掉變成CO2隨排隨排氣排入大氣。氣排入大氣。二二.發動機的前處理發動機的前處理 1.1.曲軸箱強制通風系統曲軸箱強制通風系統( (PCVPCV，positivepositivecrankcasecrankcaseventilationventilationsystem)system) 2.燃油蒸發控制系統燃油蒸發控制系統 燃油蒸發控制系統燃油蒸發控制系統 1 1空氣濾清器空氣濾清器2 2控制器控制器3 3儲氣罐儲氣罐4 4油箱油箱 5 5炭罐