第7章 發(fā)動機有害排放

第七章發(fā)動機有害排放與噪聲主要內容第一節(jié)汽車發(fā)動機有害排放物的生成機理與影響因素第二節(jié)汽油機的排放控制第三節(jié)柴油機的排放控制第四節(jié)發(fā)動機排放標準與測試（自學）第五節(jié)發(fā)動機噪聲來源與控制（了解）內燃機的排放特性（有害排放、噪聲）形成原理與性能分析，對動力經濟性的影響----優(yōu)化（燃燒系統(tǒng)和調節(jié)參數）

注意

發(fā)動機內的化學過程通常是不平衡的，它受化學反應速度、反應物濃度、溫度以及催化劑存在與否的影響，所以屬于化學動力學范疇。

第一節(jié)汽車發(fā)動機有害排放物的生成機理與影響因素

內燃機排氣污染物ENGINEEMISSIONS一、內燃機排氣中的污染物POLLUTANTS燃燒過程產生，排氣管排出CO、HC、NOX（NO、N2O、NO2等）CO2、CH4PMSOX、醇類、醛類(RCHO)﹑3,4－苯并芘其他未知污染物，e.g.odor,etal.SIengine

NOx500~2000ppm20g/kgfuelCO1%~2%200g/kgfuelHC3000ppm25g/kgfuelCIengine

NOx500~2000ppm20g/kgfuelCO+HC(1/5)80g/kgfuelPM(0.2~0.5)%2~5g/kgfuel

?CO內燃機不完全燃燒產物，對人體有害，大大降低血液的輸氧能力。?CO2

內燃機完全燃燒產物，溫室氣體。該項指標在汽車排放標準中不予限制，傳統(tǒng)內燃機汽車是無法解決的，因而不僅從能源短缺的角度，也從環(huán)境治理的角度，提出了新能源汽車的急迫發(fā)展要求。

?NOx（NO、NO2、N2O）大量的是NO，NO2少量，N2O極少。NO直接毒性不大，在大氣中緩慢氧化生成NO2；NO2

對人體有害，比CO更阻礙血液輸氧；N2O溫室氣體。NOx是光化學煙霧的主要成分；在大氣中生成硝酸，是酸雨的主要來源之一。?HC未燃或未完全燃燒的燃油、潤滑油及其裂解產物和部分氧化物，成分眾多，其中部分對人體有害，也是能源浪費，HC是光化學煙霧的重要物質。?微粒及炭煙（PM，particulatematter）成分為碳、有機物質、硫酸鹽。汽油機—含鉛汽油（已限制使用），柴油機嚴重。粒徑0.1～10μm，PM2.5對人體和大氣環(huán)境危害最大。?SOx來源于石油中的重質組分燃燒，對人體具有毒害作用，是形成酸雨的主要成分，也影響能見度。微粒的危害

微粒對人體健康的危害和微粒的大小及其組成有關。微粒愈小，懸浮在空氣中的時間愈長，進入人體肺部后停滯在肺部及支氣管中的比例愈大，危害也就愈大，小于0.1μm(微米，10-6m)的微粒能在空氣中作隨機運動，進入肺部并附在肺細胞的組織中，有些還會被血液吸收。(0.1～0.5)μm微粒能深入肺部并粘附在肺葉表面的粘液中，隨后會被絨毛所清除。大于5μm的微粒常在鼻處受阻，不能深入呼吸道，大于10μm的微?？膳懦鲶w外。微粒能粘附SO2、未燃HC、NO2等有毒物質或苯丙芘等致癌物，因而對人體健康造成更大危害。由于柴油機的微粒直徑大多小于0.3μm，而且數量比汽油機高出30～60倍，成分更為復雜，因而柴油機排出的微粒危害更大。

二、內燃機排放的二次污染SecondaryPollution光化學煙霧photochemicalsmog空氣能見度visibility酸雨acidrain地表水酸化wateracidification

……

?光化學煙霧（photo-chemicalsmog）NOx、HC在強烈陽光（高溫、日照強烈、濕度低、風速低）照射下經過一系列鏈式光化學反應，生成Ｏ3和過氧酰基硝酸鹽（PAN），屬于二次污染物，對生態(tài)危害極大，強氧化劑，特殊臭味，刺激眼睛和咽喉，橡膠開裂，植物枯死等。這里的Ｏ3存在的范圍離地面約0～12m，處于對流層大氣中，與大氣平流層的臭氧層不是同一概念。

在我國大中型城市，機動車尾氣排放已經

成為主要的大氣污染源。

其中氮氧化物排放量約占總量的50%，一

氧化碳約占85%，同時尾氣中還含有大量的

碳氫化合物。

據預測，2015年城市機動車污染物排放量

將比2000年上升一倍。

內燃機的排放對大氣的污染AIRPOLLUTION汽車的分擔率MotorvehiclecontributionPollutantsXi’anBeijingShanghaiCO84%80.3％61.8％NOx75%54.8％20.9％HC80%79.1％56.7％汽車污染分擔率就是確定汽車排放的某種污染物在城市大氣污染中的貢獻大小。

燃燒是內燃機發(fā)展中的永恒課題，直到20世紀60年代為止，內燃機燃燒過程的研究一直是以動力性和經濟性為追求目標。近幾十年來，汽車排放污染所造成的大氣環(huán)境惡化成了重大社會問題之一，同時也成了已有100多年歷史的內燃機能否繼續(xù)生存下去的生死攸關問題。為此，人類作出了極大努力以降低內燃機排放污染，甚至不惜犧牲動力性和經濟性指標。近年來，隨著全球汽車保有量的持續(xù)增長和石油資源的日益枯竭以及對溫室效應的關注，內燃機再次面臨嚴重的能源和環(huán)境問題。排放指標

EmissionIndex排放物的濃度質量排放量比排放量排放率內燃機排放物的濃度,從廣義上講,是指排放物在總排氣量中所占的比例.對于氣態(tài)排放物如CO,HC和(NO,)來說,常用體積分數來表示,一般內燃機的氣態(tài)排放物都可作為理想氣體處理。為了數據的普遍性,氣體的體積要換算到標準大氣狀態(tài)(內燃機工程標準的大氣狀態(tài)為總壓力101.3kPa,水蒸氣分壓為1kPa,溫度273k)。內燃機固體排放物如柴油機的微粒等用質量濃度表示,常用單位為,對于排放物中的特殊微量物質,單位為。排放物的濃度單位時間或按某排放標準規(guī)定,進行一次測試,在實驗期內測出的污染物質量,稱為質量排放量,通常以g/h或g/測試(g/test)表示。安裝內燃機的車輛按規(guī)定的工況組合(稱為測試循環(huán))行駛后折算到單位里程的排放量,稱為(單位)里程質量排放量,常用單位為g/km。質量排放量比排放量內燃機針對單機進行排放測量時,每單位功排出的污染物質量,常用g/(kw·h)表示,用以評價不同種類,排量的內燃機的排放性能。比排放量與內燃機的燃料消耗率類似,也可稱為污染排放率,比排放量可以根據測得的發(fā)動機功率,排氣流量,污染物濃度,污染物密度等數據計算。排放率(或排放指數)

排放率定義為燃燒單位質量的燃料所排放的污染物質量,理論上是個量綱一的量,實踐中為方便起見常用g/kg表示。

目前排放指標中用得較多的是單位里程質量排放量(g/km,輕型車排放法規(guī))和比排放量[g/(kw·h),重型車排放法規(guī)]。

現行汽車尾氣排放法規(guī)主要限制CO、HC、NOx、微粒。邏輯概念是光化學煙霧來自于HC、NOx，硫、鉛化合物控制辦法是減少燃料自身的含量（燃料中限制），CO2是無法避免的。其它有機有害物質目前未予限制。

二、有害排放物的生成機理

1、NO三種生成途徑⑴高溫NO（thermalNO）擴展捷式反應機理，＞1600℃（也有觀點＞1800℃，我們書上＞2000℃），是NO主要來源。高溫度時，氧分子會分解成氧原子，它和氮分子化合生成NO，其反應機理如下:←反應最慢，決定因素←后人研究⑵激發(fā)/瞬發(fā)NO不需要高溫，活化能不高的系列反應產生。⑶燃料途徑NO一般計算只考慮高溫NO（占主要部分）。其三要素：燃燒溫度、氧濃度和整個燃燒反應時間。

?混合氣過濃，參與NO反應的氧氣不夠，NO量不大；?氧濃度足夠時，溫度越高，則反應速度越快，NO平衡濃度越高，NO生成量越大；

?NO生成的速度比生成其他成分的速度慢得多，故高溫反應時間越長，NO生成量越多。存在“凍結”在高濃度水平的現象（可逆反應的逆反應速度緩慢）。根據擴展捷氏機理控制NO的基本原則：減少混合氣中的O2（或N2）的含量；盡可能降低燃燒溫度；縮短在高溫燃燒帶內滯留的時間。內燃機高速燃燒，燃燒過程5～10ms，一般燃燒終了時NO還不能達到平衡濃度。作為特例，NO計算時應采用化學動力學計算，其他成分則采用化學平衡計算。2、CO生成機理和排放特點一、CO生成機理

COMechanism理論上，HC燃料完全燃燒時生成CO2和H2O。HC的氧化過程：R-HR-R-O2RCHORCOCO+R-

CO+OHCO2+H因此，CO是烴燃料燃燒的中間產物。實際的燃燒過程在于：

1）燃料濃度分布不均勻。2）溫度分布不均勻。3）燃燒過程時間短，達不到化學平衡狀態(tài)。當反應著的氣體突然缺乏氧化劑、溫度過低或反應時間過短時，CO就以中間產物的形式生成了。

因此CO的排放是不可避免的。CO是不完全燃燒產物，其生成主要受混合氣濃度影響。?Φa＜1，由于缺氧，C不能完全燃燒氧化成CO2，CO作為中間產物產生；?Φa＞1，理論上不產生CO，但由于局部混合不均勻，局部Φa＜1，產生CO；或生成的CO2在高溫時發(fā)生熱裂解反應，生成CO；?在排氣過程中，未燃HC不完全氧化，生成CO，少量。

燃燒終了時的CO濃度一般取決于燃氣溫度，發(fā)動機膨脹作功過程缸內溫度下降很快，溫度下降速度遠快于氣體中各成分建立新的平衡過程的速度，CO來不及建立平衡狀態(tài)，實際的CO濃度要高于排氣溫度相對應的化學平衡濃度，這就是“凍結”現象（化學動力學）。一般經驗，汽油機排氣中的CO濃度取值為1700K時的平衡濃度。汽油機由于要控制空燃比在化學計量比附近，CO排放濃度高。全負荷混合氣加濃，CO排放增加。怠速運轉，廢氣多，加濃混合氣，CO排放量大。起動暖機時CO排放較多。多缸機中各缸間空燃比的變動使CO排放量增加。

柴油機CO排放特點

柴油機的CO排放總體比較低。燃燒接近或超過冒煙極限后，由于燃燒過程局部混合氣過濃，缺氧造成CO排放迅速增加。柴油機小負荷時，稀混合氣區(qū)體積增加，燃氣溫度降低，CO排放略微增加。

3、HC?由于汽油機和柴油機的混合氣形成和燃燒方式不同，導致HC生成機理不同，必須分開討論。

HC在汽油機中的生成機理

HC是不完全燃燒的產物，與過量空氣系數有密切關系，與燃燒微觀過程和現象有關系：（1）不完全燃燒：A.怠速及高負荷工況，Φa＜1，過濃狀態(tài)，且怠速時殘余廢氣系數較大；B.失火狀態(tài)；C.加速或減速，暫時混合氣過濃或過??；D.Φa＞1，但油氣混合不均勻。（2）壁面淬熄效應及縫隙效應：?燃燒過程中，燃氣溫度＞2000℃，而汽缸壁面溫度＜300℃，由于傳熱的緣故，靠近壁面的混合氣體溫度較低，加之流動性較差，故而燃燒強度下降，產生大量未燃HC。這就是壁面淬熄效應，即溫度較低的燃燒室壁面對火焰的迅速冷卻（冷激），使活化分子的能量被吸收，燃燒鏈反應中斷，在壁面形成約0.1～0.2mm的不燃燒或不完全燃燒的火焰淬熄層。

淬熄層厚度隨發(fā)動機工況、混合氣湍流程度和壁溫有關，小負荷特別是冷起動和怠速時，其值較大。在火焰?zhèn)鞑ミ^程中，燃燒室壁對火焰具有熄火作用，即緊靠壁面附近不可能形成火焰。這樣，在熄火區(qū)內存在大量未燃燒的烴，它是排氣中ＨＣ的主要來源。當α＝１左右時，熄火厚度最??；負荷減小時，熄火厚度顯著增加；燃燒室溫度、壓力提高，氣缸紊流加強，熄火厚度均減小。減少熄火厚度及燃燒室的面容比F/V，可以使汽油機HC排放量減少。

?縫隙效應：燃燒室中各種狹窄的縫隙（活塞頭部與氣缸壁面之間、火花塞中心電極周圍、進排氣門頭部周圍等），由于面容比較大，淬熄效應強，火焰無法傳入其中繼續(xù)燃燒，而在膨脹和排氣過程中，缸內壓力下降，縫隙中的未燃混合氣返回汽缸，并隨排氣一起排出，雖然縫隙容積小，但其中氣體壓力高、溫度低，所以密度大，HC的濃度極高。?壁面淬熄效應及縫隙效應產生的HC可占排氣中的HC的30%～50%。

（3）壁面油膜和積碳的吸附：在進氣和壓縮過程中，氣缸壁面上的潤滑油膜，以及沉積在活塞頂部、燃燒室壁面和進排氣門上的多孔性積碳，會吸附未燃混合氣及燃料蒸氣，而在膨脹和排氣過程中逐步脫附釋放出來，這些HC少部分被氧化，大部分隨已燃氣體排除汽缸。這部分HC占排氣中HC的35%～50%。若清除積碳，HC可降低20%～30%。一、有害排放物種類

?原因：曲軸箱竄氣和燃油系統(tǒng)油氣揮發(fā)等。

?

由于未參予燃燒或未完全經過燃燒過程，其有害成分主要是HC，占汽車總HC的40%，其中曲軸箱竄氣和燃油系統(tǒng)蒸發(fā)各占50%。B.非排氣污染物

?非排氣HC的生成機理：（1）曲軸箱串氣壓縮、燃燒過程中，由活塞與汽缸間隙之間串入曲軸箱的油氣混合氣和已燃氣體，并與曲軸箱內的潤滑油蒸氣混合后，由通風口排入大氣的污染氣體。柴油機串氣中HC較少，汽油機串氣中HC多。（為什么？-燃料燃燒方式）

（2）燃油蒸發(fā)由化油器浮子室、空氣濾清器、油箱和燃油系統(tǒng)管接頭處蒸發(fā)并排向大氣的燃油蒸氣。主要指汽油機（為什么？）。同時它也是一種燃料蒸發(fā)損失。運轉損失熱浸損失晝夜損失加油損失燃油蒸發(fā)損失曲軸箱竄氣是指在壓縮和燃燒過程中由活塞和氣缸之間的間隙竄入曲軸箱的油氣混合氣和已燃氣體，并與曲軸箱內的潤滑油蒸汽混合后，由通風口排入大氣的污染氣體。燃油蒸發(fā)是指有油箱和燃油系統(tǒng)管接頭處蒸發(fā)并排向大氣的燃油蒸氣。汽油機HC排放的來源HCSources1)排氣—55～65%（機內排放）2)曲軸箱—20～25%3)燃油箱、化油器、燃油管接頭蒸發(fā)—15～20%柴油機燃燒及排放物生成的特點：當油束噴入有進氣渦流的燃燒室中時，可大致分為稀燃火焰熄滅區(qū)、稀燃火焰區(qū)、油束心部，油束尾部和后噴部以及壁面油膜，從油束邊緣到油束核心部分，局部空燃比可從無窮大變到零。根據負荷不同，各區(qū)排放物生成的性質也不一樣。根據負荷，各區(qū)排放物生成的性質：未燃HC：

低負荷時，主要產生在稀燃火焰熄滅區(qū)；

高負荷時，主要產生在油束心部、油束尾部和后噴部及壁面油膜處。CO：

低負荷時，主要產生在稀燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火焰區(qū)的交界面上；

高負荷時，主要產生在油束心部、油束尾部和后噴部。Nox：

在燃燒完全、供養(yǎng)充分及溫度較高的稀燃火焰區(qū)及油束心部產生較多。碳煙：

高負荷時，在油束心部、油束尾部和后噴部的氧濃度低，氣體溫度高，燃油分子容易發(fā)生高溫裂解而形成碳煙。醛類：

主要在稀燃火焰熄滅區(qū)，由于低溫氧化而產生醛類中間產物。

HC在柴油機中的生成機理?擴散燃燒方式，燃油在燃燒室的停留時間短，絕大部分工況的過量空氣系數Φa遠大于汽油機，混合氣濃度梯度大，噴霧核心的Φa→0，燃燒室周邊區(qū)域的Φa→∝，因而壁面淬熄效應和油膜及積碳吸附作用小，所以，正常燃燒情況下，柴油機HC排放低于汽油機（除非燃油被噴射到壁面上）。?柴油機產生HC的主要原因：混合不均勻、燃燒過程后期低速離開噴油器的燃油混合及燃燒不良。（1）混合不均勻由于混合氣濃度分布不均勻，在過濃和過稀的區(qū)域會產生局部失火。（2）噴油器壓力室容積的影響

噴油器針閥密封座面下的壓力室在噴油結束后充滿燃油，在燃燒和膨脹過程時，這部分燃油被加熱和氣化，并以液態(tài)或氣態(tài)低速進入燃燒室，混合及燃燒速度都極為緩慢，故這部分燃油很難充分燃燒和氧化，進而產生HC。壓力室容積↓，HC排放量↓。這部分HC占總HC的3/4。?不正常燃燒（二次噴射、后滴等）會增加HC。（為什么？）

柴油機未燃HC排放的來源1）完全由缸內燃燒過程產生。2）沒有曲軸箱排放物和蒸發(fā)排放物。柴油機未燃HC來源1）混合氣不均勻。2）噴油器嘴部的壓力室容積。3）冷起動。4）氣缸壁溫度影響HC排放，因為壁面激冷使HC排放增加。

4、微粒的生成機理

汽油機一般不產生微粒，除含鉛汽油（鉛微粒）、二沖程發(fā)動機（潤滑油混入汽油）外。

柴油機的微粒排放量要比汽油機高幾十倍。

因此，研究微粒主要集中于柴油機。

?可溶性有機物（SOF，solubbleorganicfraction）占35%～45%，其中來自未燃燃料和未燃潤滑油約各占50%;?硫酸鹽（來源于燃料中的含硫量）占5%～10%。

（1）微粒成分?（干）碳煙（DS，drysoot）占40%～50%，碳煙是微粒的組成之一，發(fā)動機高負荷工作時，碳煙在微粒中的比例升高，部分負荷時下降。

（2）碳煙和微粒的生成與氧化

A.碳煙和微粒的生成簡單理解為：烴類燃料在高溫缺氧條件下裂解生成（類似炭黑生產工藝）其化學動力學反應及物理變化過程十分復雜。當燃油噴射到高溫空氣中時，輕質烴蒸發(fā)氣化，重質烴以液態(tài)暫時存在，前者產生氣相析出型碳粒，粒度較??；后者直接脫氧碳化，成為焦炭狀液相析出型碳粒，粒度較大。（成核）重餾分的未燃烴、硫酸鹽以及水分等在碳粒上吸附凝集，形成排氣微粒。（聚集）

碳煙的生成

高溫

缺氧碳煙的微觀結構PMnanostructure

500℃，30分鐘后

碳煙顆粒的分布特性PMDistribution

B.碳煙和微粒的氧化已生成的碳煙，如果在高溫環(huán)境下又能遇到足夠的氧氣，就會通過氧化反應，使其體積縮小甚至完全氧化掉。

圖8-4燃燒系統(tǒng)中碳煙粒子的形成過程

碳煙和微粒的生成與氧化機理揭示了降低其排放量的思路：燃燒前期應避免高溫缺氧，以減少碳煙的生成；燃燒后期應保證高溫富氧和加強混合氣體擾流強度，以加速碳煙的氧化。

改善油氣混合過程，采用柴油高壓噴射技術，微粒和碳煙的總排放量下降，但＜PM2.5的微粒比重增大，也即粒徑較大的部分減少較多。

（3）碳煙（微粒）與NOX的關系

定常燃燒裝置在預混合火焰條件下的實驗結果表明（具有參考意義）：Φa

≤0.6，Φa↓碳煙↑；Φa＞0.6，不產生碳煙。但是，NO隨Φa↑而增加，在Φa=1.1時達到最大值，因此同時降低碳煙和NO出現了悖論。最佳的技術突破方案就是在保證熱效率的狀況下，將Φa控制在0.6～0.9范圍內。

三、有害排放物生成的影響因素

有害排放物是燃燒化學反應的產物，燃燒與溫度和過量空氣系數密切相關，進而各種參數和降低排放的技術大都通過溫度和過量空氣系數來影響燃燒和有害物生成過程，所以溫度和過量空氣系數是終端影響因素（各種影響因素分析的落腳點）。

1、Φa的影響

CO、HC隨Φa增加而急劇下降，Φa≥1后，逐漸達到最低值；Φa過大時，HC又有所回升（為什么？）；NOx在Φa=1.1附近出現最大值域（不在最高溫度時），Φa過大和過小都迅速下降（為什么？）；從發(fā)動機的動力經濟性能來看，最大功率時Φa=0.8～0.9(處于最佳燃燒的范圍內，HC及油耗均為最低)，這幾個因素要結合起來選擇Φa優(yōu)化范圍。A對汽油機的影響

另標出了稀燃發(fā)動機的曲線車用汽油機在部分負荷下，過量空氣系數對燃油消耗率be和NOx、HC排放的影響

B對柴油機的影響

其燃燒方式為擴散燃燒,Φa＞11、CO不到汽油機的1/10,Φa＜1.5,急劇增加,Φa＞2后，緩慢增加（為什么？）；2、Φa＞2，HC略微增加（原因？），但比汽油機小得多；3、Φa≤2,Φa↓，碳煙↑↑（在柴油機實際燃燒過程中Φa＞0.6的區(qū)域，由于混合氣濃度分布極不均勻，局部缺氧嚴重）；4、NOx生成機理與汽油機相同，但量小于汽油機，峰值略向Φa大值方向移動。Φa極大地影響發(fā)動機有害排放物的產生，是最大的影響因素。汽油機關鍵是控制Φa范圍；柴油機關鍵是既要控制平均Φa,還要注意改善局部過濃。

2、點火/噴油提前角的影響?汽油機點火提前角減小，NOx降低（燃燒溫度降低），HC降低（后燃加重，排氣溫度上升，排氣行程以及在排氣管道中HC氧化反應加速），但油耗增加。?柴油機噴油提前角減小，NOx顯著下降，但碳煙和微粒會明顯增大（悖論）；同時動力、經濟性能惡化。

減小點火提前角對降低HC及NOx均有利，但以犧牲動力性為代價。

點火正時IgnitionTiming汽油機排放的影響因素燃燒溫度柴油機噴油時刻噴油定時InjectionTiming

柴油機排放的影響因素

3、運轉工況的影響（Φa、燃燒溫度）

變工況：在加速和高速行駛時，由于燃燒溫度高，所以NOx濃度高；在怠速和加速時，由于Φa小（偏濃），且怠速溫度低，殘余廢氣系數高，所以HC和CO高；化油器式汽油機減速時HC急劇增加，CO也較高（節(jié)氣門關閉，進氣管高真空狀態(tài)，管壁上的液態(tài)燃油急劇蒸發(fā)，加之慣性作用使進氣量比油減得快，導致混合氣濃度瞬時增大），與噴射式和改進型減速斷油化油器不同。

負荷：汽油機穩(wěn)定工況下：低、怠速HC、CO大，而NOx小，高負荷時反之。柴油機負荷變化的排放規(guī)律與圖8-11一致。

轉速：對汽、柴油機排放影響不大，規(guī)律性也不強，但提高怠速轉速（缸內擾動加強），CO及HC的排放減少，目前汽油機大約在800-1000r/min；柴油機轉速上升，碳煙和微粒增加。

柴油機NOX排放的影響因素

（自然吸氣直噴柴油機，6×102mm×118mm，）負荷與轉速EngineLoadandSpeed

碳煙的排放特性PMEmissionCharacteristics

柴油機排放的影響因素

4、發(fā)動機類型的影響◆汽油機與柴油機排放特性對比柴油機HC和CO排放僅為汽油機的1/5～1/10，NOx在中小負荷時遠低于汽油機，大負荷時與汽油機接近，汽油機基本無微粒排放。結論：汽油機主要控制HC、CO、NOx；柴油機主要控制NOx、微粒和碳煙。

◆不同柴油機燃燒室的排放特性對比

非直噴式柴油機（IDI）的氣體排放及噪聲均比直噴式柴油機（DI）低，但DI柴油機的燃油經濟性優(yōu)越，是目前的發(fā)展主流，為降低其NOx，現在試圖把IDI的濃稀兩段式燃燒方式引入。

第二節(jié)汽油機的排放控制有害排放物的控制方法總體分為燃燒前、燃燒中、燃燒后處理?？傉?/p>

一、汽油機的機內凈化技術◆推遲點火提前角◆廢氣再循環(huán)◆改進發(fā)動機設計◆提高點火能量◆電控汽油噴射技術◆提高燃油品質以機外技術為主，機內相對簡單，要求降低，機內仍以動力經濟性能最佳為主要優(yōu)化目標?！敉七t點火提前角就是推遲點火時間，簡單易行，普遍應用。在一定范圍內，推遲點火提前角，使燃燒溫度下降，存在后燃，NOx（減少10%～30%）、HC下降。因為有可能使動力性和燃油耗率惡化，故要綜合考慮，以確定最佳點火提前角。

減小點火提前角對降低HC及NOx均有利，但以犧牲動力性為代價。

◆廢氣再循環(huán)（EGR，exhaustgasrecirculation)，主要用于降低NOx（50%～70%），實質是燃燒前處理（另一種常用的前處理技術是燃料中加入添加劑，如乙醇）。一部分排氣流回進氣系統(tǒng)，使進氣的氧濃度下降，同時混合氣的比熱容提高，均使得燃燒溫度降低，抑制NOx。廢氣再循環(huán)圖９-３廢氣再循環(huán)系統(tǒng)工作原理

在本循環(huán)吸入的新鮮充量m1中，若其中一部分是來自發(fā)動機的排氣，以稀釋可燃混合氣的濃度，控制NOx的生成與排放，稱為廢氣再循環(huán)。廢氣再循環(huán)率的定義為參與再循環(huán)的廢氣量mEGR占新鮮充量m1的百分比，即廢氣再循（EGR）率(EGRRatio)但在全負荷時最大功率下降；中負荷時燃油耗率增大、HC上升；小負荷特別是怠速時燃燒不穩(wěn)定。

故大負荷、起動、暖機、怠速、小負荷時不使用EGR，其他工況EGR率＜20%。為了精確控制EGR率，采用電子控制EGR閥系統(tǒng)。為了增強降低NOx效果，采用中冷EGR。為了消除EGR對動力性和經濟性的負面影響，可同時采用快速燃燒和穩(wěn)定燃燒的措施。若增大殘余廢氣系數（排氣過程增加汽缸內滯留廢氣量），這就是內部EGR。EGRRatio

汽油機排放的影響因素排氣再循環(huán)

（充量系數0.5，轉速1600r/min，MBT）⑴冷啟動、暖機和怠速

采用進氣自動加熱系統(tǒng)；

機油冷卻器應有自動控制溫度的裝置；

冷卻系統(tǒng)除了用節(jié)溫器控制冷卻液的循環(huán)外，還廣泛應用溫控硅油離合器風扇或溫控電動風扇，改善冷卻系對溫度的適應性；

提高怠速轉速。⑵壓縮比

在汽油辛烷值允許的前提下盡可能用較高的壓縮比，以獲得較好的功率和油耗指標。用電控單元適當推遲點火消除爆燃。

◆改進發(fā)動機設計

（3）燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設計

理想的燃燒室形狀應是緊湊、表面積小，并帶有一定強度的進氣旋流。

火花塞布置在燃燒室中心位置，可使未燃的HC排放物較低。

1）緊湊的燃燒室形狀—燃燒快速和充分，淬熄效應減小，降低HC和CO。緊湊燃燒室圓盤形、浴盆形、楔形燃燒室越來越讓位于更加緊湊的半球形、帳篷形燃燒室。緊湊燃燒室快速燃燒，加上優(yōu)化的點火正時和EGR，給出動力性、經濟性、NOX排放之間的最佳折衷。較大的行程缸徑比S/D

多采用S/D=1.0－1.1的稍長行程結構。

2）改善缸內氣體流動—加強油氣混合；3）改善燃燒時的循環(huán)波動—減少HC，提高動力經濟性；4）減小不參與燃燒的縫隙容積（減小縫隙效應）—降低HC。如活塞組設計：要在工作可靠的前提下盡量縮小活塞頭部與氣缸的間隙，盡量縮小頂環(huán)到活塞頂的距離。圖９-６采用高位活塞環(huán)的降低ＨＣ效果⑷進氣系統(tǒng)：采用每缸3、4或5氣門（多氣門）；采用渦輪增壓代替自然進氣。理想的氣門正時，應根據發(fā)動機轉速和負荷而變化，采用可變配氣相位方法；將進氣道設計成與氣門正時協(xié)調，在進氣結束前瞬間，壓力波峰值到達進氣門。對排氣道的設計也類似。（5）分層稀薄燃燒分隔式燃燒室稀薄燃燒是當今發(fā)動機發(fā)展的方向之一。◆提高點火能量

提高著火的可靠性，減小循環(huán)波動，擴大混合氣的著火界限。采用無觸點的高能電子點火系統(tǒng)。低排放點火系統(tǒng)

適當提高點火能量，保證可靠點火

優(yōu)化開環(huán)控制MAP

閉環(huán)反饋控制

提高點火能量

提高點火能量可以提高著火的可靠性，減小循環(huán)波動率，擴大混合氣的著火界限。特別是伴隨著汽油機燃燒稀薄化，無觸點的高能電子點火系統(tǒng)得到了廣泛的應用。提高點火能量的措施有增大火花塞極間電壓(極間電壓一般為１０～２０ｋＶ，但最高的有３５ｋＶ)、增大火花塞間隙(如由０.８ｍｍ增大至１.１ｍｍ)以及延長放電時間等方法。電子燃油噴射系統(tǒng)EFI：小負荷時，提供濃混合氣；在常用的中等負荷時，提供略稀混合氣；在大負荷時，提供濃混合氣?！籼岣呷加推焚|提高燃油辛烷值；采用代用燃料?！綦娍仄蛧娚浼夹g

精確控制，實現排放特性、燃油經濟性和動力性的綜合優(yōu)化。此外，三效催化轉化器與電控噴射系統(tǒng)的組合，已成為當前和未來較長時期內汽油機排放控制的最有效和最主要技術。另外，可變進氣系統(tǒng)、可變配氣相位、可變排量、稀薄燃燒以及缸內直噴式燃燒方法等新技術，在改善汽油機動力性和經濟性的同時，也不同程度地改善了排放特性?？傊蜋C的機內凈化技術措施并不是很多、很復雜，這是由于汽油機目前主要采用以閉環(huán)電噴加三效催化劑為核心的排放控制技術，因而大大減輕了對機內凈化的要求，燃燒過程的組織仍可以動力性和經濟性指標作為優(yōu)化目標，而用燃燒以外的排氣后處理技術來降低已生成的有害成分排放。

非排氣污染物控制技術

前面說過非排氣HC占總量的40%，因此必須控制。二、汽油機機外凈化技術1.曲軸箱強制通風系統(tǒng)PCV新鮮空氣與曲軸箱竄氣混合后進入進氣管，被吸入汽缸燃燒；同時使曲軸箱內保持負壓，減緩潤滑油竄入燃燒室（竄機油）和通過密封面的滲漏。

新鮮空氣由空濾器進入曲軸箱，與竄氣混合后，經PCV閥進入進氣管，與空氣或油氣混合氣一起被吸入氣缸燃燒掉。曲軸箱通風有自然通風和強制通風兩種形式。自然通風是將曲軸箱直接與大氣相通。這種方式結構簡單，但浪費燃油，也污染空氣，所以現代汽車多采用強制通風。強制通風是用一根管子將曲軸箱與進氣系統(tǒng)連接起來，借助活塞將曲軸箱里的氣體吸入汽缸燒掉。通風管將曲軸箱與進氣管相連，從搖臂室罩上的小空濾器進入的新鮮空氣補充到曲軸箱里。為防止可燃混合氣倒流入曲軸箱，在通風管上設有單向閥。

2、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)汽油蒸發(fā)主要來自化油器和油箱，最常用的是活性炭罐式油蒸氣吸附裝置：油蒸氣流入炭罐被吸附，在進氣管真空度作用下，與空氣一起被吸進氣管，進入氣缸燃燒。活性炭罐式油蒸氣吸附裝置3、熱反應器在緊靠排氣總管出口處安裝，保持溫度，提供空間，同時加入二次空氣，使CO、HC在排氣過程中繼續(xù)氧化，減少HC、CO的排放?，F汽車少用，多用于摩托車。

4、催化轉換器目前應用最廣泛（1）結構由殼體、減振墊、載體及催化劑涂層四部分組成。一般把后二者成為催化劑，是核心部分，決定其主要性能指標，作用是催化氧化CO、HC的氧化反應，提高化學反應速度，降低反應的起始溫度，而本身不消耗。

起催化作用的活性材料是三種貴金屬鉑（Pt）、銠（Rh）、鈀（Pd），起助催化作用的是稀土材料：鈰（Ce）、鑭（La）、鐠（Pr）、釹（Nd）等。這些材料構成涂層，90%的車用載體為陶瓷。（2）催化劑的分類及工作原理◆氧化型催化劑（OC,oxidationcatalyst）：2CO＋O2＝2CO24HC＋5O2

＝4CO2

＋2H2O2H2

＋O2

＝2H2OCO和HC與氧氣進行氧化反應，生成CO2和H2O，但對NOx無凈化效果。氧化催化轉化器OC四沖程汽油機：早期，氧化HC+CO二沖程汽油機：催化氧化器&二次空氣噴射（HC）稀燃汽油機：催化氧化器（HC）汽油機的催化氧化器◆三效催化劑（TWC，threewaycatalyst）2CO＋2NO＝2CO2

＋N24HC＋10NO＝4CO2

＋2H2O＋5N22H2

＋2NO＝2H2O＋N2

當混合氣濃度正好為化學計量比時，CO和HC與NOx互為氧化劑和還原劑，生成CO2、H2O及N2，剩余的CO和HC則進行前述氧化型催化劑反應。三效催化轉化器（TWC）

三效催化轉化器的結構

在過量空氣系數=1附近，三效催化劑對CO、HC和NOX能同時達到較好的凈化效果

催化轉化器的起燃特性（Light-off）

起燃特性：起燃時間；起燃溫度

三效催化劑同時凈化CO、HC、NO，因此目前是汽油機最主要的排氣凈化技術。◆NOx吸附還原催化劑適用于稀燃汽油機，所以也叫稀燃催化劑。其活性成分是貴金屬和堿土金屬（或堿土金屬和稀土金屬）。稀燃時，排氣處于氧化氣氛：NO＋O2→NO2→MNO3（硝酸鹽）吸附在堿土金屬上；CO、HC→CO2、H2O

在化學計量比或濃混合氣狀態(tài)下，（發(fā)動機隔50～60秒空燃比短時間由稀變濃一次）MNO3分解析出NO2和NO，再與CO、HC反應→CO2、H2O、N2，同時M再生。

第三節(jié)柴油機的排放控制壓燃式內燃機的排放控制

ControlofCIEngineEmissions一、柴油機的排放特點

CO和HC相對均燃的汽油機來說要少得多。

碳煙/微粒排放高。

排放的NOX與汽油機在同一數量級。NOx與PM排放存在Trade–off關系。燃油與空氣的混合不均勻。,碳煙大量生成,同時生成大量的CO。,NOX大量生成。

外圍稀混合氣產生HC和CO。二、產生機理

如果后氧化不足，則形成PM、HC和CO排放。

柴油機排放控制難度大，以機內凈化技術為主，機外凈化技術還在研究發(fā)展階段。

由于燃燒過程復雜，控制有害生成物的燃燒特性參數多，故尋求綜合考慮排放、熱效率等各種性能的理想燒燃放熱規(guī)律是柴油機排放控制的核心。理想的噴油規(guī)律、理想的混合氣運動規(guī)律以及與之匹配的燃燒室形狀是必需的。

各項排放控制技術的指導思想：抑制預混合燃燒以降低NOx，促進擴散燃燒以降低微粒和改善熱效率，也就是燃燒過程控制，主要涉及燃燒改善和燃料改善。

燃燒改善技術：A降低NOx推遲噴油時間（減小噴油提前角）、EGR、改善噴油規(guī)律；B降低碳煙和微粒增壓技術、高壓噴射。

根據排放要求（排放法規(guī)），合理組合多種技術，以免造成單一技術過度使用而帶來其他負面影響，最經濟適用的達到降低污染的目的。一、柴油機的機內凈化技術◆減小噴油提前角◆EGR◆增壓及增壓中冷◆改善噴油特性◆改進燃燒方式和燃燒室◆改善燃料特性及采用新型清潔燃料◆降低機油消耗

◆推遲噴油時間（減小噴油提前角）

簡單易行有效地抑制NOx，但燃油耗率和微粒惡化。

機理與汽油機不完全相同：一是使燃燒過程避開上止點進行，燃燒等容度下降，因而燃燒溫度降低；二是越接近上止點噴油，缸內溫度越高，著火落后期縮短，燃燒初期的放熱速率降低，導致燃燒溫度降低。從而都抑制了NOx生成。柴油機延遲噴油是降低NOx

的主要措施之一。噴油提前角對油耗及排氣污染的影響圖4-3柴油機全負荷時動態(tài)噴油定時圖

非直噴式柴油機（IDI）在一定范圍內減小噴油提前角會出現NOx和微粒同時降低的現象。但燃油經濟性和HC惡化。

◆EGR因為排氣中的氧含量高、CO2濃度低，因此EGR率比汽油機大，直噴式＞40%，非直噴式＞25%。由于大量惰性氣體阻礙了燃燒的快速進行、混合氣的比熱容增大，導致燃燒溫度降低；EGR對進氣加熱和稀釋，導致實際過量空氣系數Φa下降（氧含量↓）。這都使NOx顯著下降，但碳煙和燃油耗率惡化，故采用冷卻EGR。

但大中負荷時，由于對發(fā)動機性能有所影響，故適量減少EGR量。

使用EGR會帶來H2SO4腐蝕及微粒異常磨損，主要對策是降低柴油中的硫含量。

◆增壓和增壓中冷增壓：通過增加進氣密度，使Φ

a↑，保證完全燃燒，碳煙和微粒被抑制，HC、CO進一步降低；功率增加30%～100%；燃油經濟性↑（燃燒完全＋泵氣過程做正功）。但缺點是NOx↑,故增加中冷以降低燃燒溫度→增壓中冷。

實用中，渦輪增壓型（TC），滿足歐1標準；增壓中冷型（TCi），滿足歐2標準；可變噴嘴渦輪增壓（VNTi），滿足歐3及以上標準。

增壓中冷柴油機參數選配得當，則柴油機大部分性能都會得到改善。

增壓中冷對排放的影響1－進氣溫度108℃，排氣煙度1.45FSN，EGR率0.022－進氣溫度76℃，排氣煙度1.04FSN，EGR率0.02

◆改善噴油特性（1）合理的噴油規(guī)律初期緩慢，中期急速，后期快斷。初期噴油速率不要過高，以抑制著火落后期內混合氣生成量降低初期燃燒速率，達到降低燃燒溫度抑制NOx生成及降低噪音的目的；中期應急速噴油，即采用高壓噴油和高噴油速率以加速擴散燃燒速度，防止微粒排放和熱效率惡化；后期迅速結束噴射，以避免低的噴油壓力和噴油速率使霧化質量變差，導致燃燒不完全和碳煙及微粒排放增加。134

合理的噴油規(guī)律理想的燃燒放熱規(guī)律實現方法：改變噴油泵凸輪型線或供油段（如采用凹弧凸輪，噴油速率初期低，中期高，可比切線凸輪降低NOx5%～10%，中小負荷微粒排放降低8%～13%）；預噴射（在主噴射前，少量的預先噴射，在著火落后期可燃混合氣體少，進而初期燃燒放熱較弱，可明顯降低NOx）；多段噴射（促進燃燒后期的混合氣形成及加速燃燒，導致燃燒壓力高，燃燒持續(xù)期縮短，碳煙降低）。（2）提高噴油壓力使燃油噴霧顆粒細化，燃油與空氣接觸表面積增大。現在高壓噴射技術達150～180MPa，噴霧索特直徑SMD達10μm。高壓噴射技術帶來高溫高速以及混合能量很大的燃燒過程，微粒（碳煙）排放降低，熱效率提高。但NOx會增加，因此可與推遲噴油時間或EGR配合使用，讓微粒與NOx同時降低。

高壓噴射

改善燃油霧化及其與空氣的混合;

推遲噴油，降低NOX的排放.電控高壓共軌噴油系統(tǒng)（CR）Pinj,max≤100~150MPa

泵―管―嘴式（P－L－N）Pinj,max≤100MPa

泵噴嘴（UI）Pinj,max≤180MPa改進噴油系統(tǒng)高壓噴射推遲噴油提前角減小噴孔直徑，增加噴孔數目高壓共軌電控燃油噴射標準壓力室噴嘴小壓力室噴嘴無壓力室噴嘴低排放噴油器

（3）柴油機電控噴油系統(tǒng)將傳統(tǒng)的機液噴油系統(tǒng)改造為電腦控制、機電一體化的噴油系統(tǒng)，達到更加精密的控制噴油定時、噴油率和噴油壓力的目的。該技術是柴油機的又一個里程碑，最終實現以控制噴油系為主的整機電腦綜合控制和管理。

◆改進燃燒方法和燃燒室合理的混合氣形成和燃燒過程：滯燃期內不形成過多的混合氣，合理組織渦流和湍流運動，加強燃燒后期的擾流等，尋求油、氣、燃燒室三者間的最佳匹配。

氣流組織和多氣門技術

可調進氣渦流。

重視擠流和湍流對燃燒的促進作用。

重載柴油機采用低渦流、無渦流設計。

四氣門技術，噴油器中央安裝。改進進氣系統(tǒng)：進氣組織：組織一定強度的缸內旋流或紊流。多氣門：多氣門能加大循環(huán)充氣量以改善動力、經濟性和排放性能。改進燃燒系統(tǒng)燃燒室容積比：燃燒室容積對氣缸余隙容積之比。燃燒室口徑比：

采用較大口徑比的淺平燃燒室，配合小孔徑的多噴孔噴嘴。燃燒室形狀縮口燃燒室已取代應用最廣的直邊不縮口燃燒室。用縮口燃燒室加強燃燒室口部的氣體湍流，促進擴散混合和燃燒。燃燒室底部中央的凸起適當加大，以進一步提高空氣的利用率。用帶圓角的方形或五瓣梅花形（分別配4孔和5孔噴嘴）代替圓形燃燒室，加強燃燒室中的微觀湍流，加速燃燒，減少碳煙生成。適當提高柴油機壓縮比可降低HC和CO排放，并結合推遲噴油獲得動力經濟性能與NOx排放之間較好的折中。

適當提高壓縮比

燃燒室設計

小型高速柴油機燃燒室

高速重載柴油機燃燒室重型車用柴油機各種燃燒系統(tǒng)燃料經濟性和排放性的比較（6缸，排量10L，每缸4氣門，增壓中冷）方案Ⅰ：縮口深坑燃燒室5孔噴嘴，有進氣渦流方案Ⅱ：縮口深坑燃燒室7孔噴嘴，進氣渦流減半方案Ⅲ：敞口淺平燃燒室8孔噴嘴，進氣渦流減半方案Ⅳ：敞口淺平燃燒室零渦流，因為減排NOx與減排微粒碳煙相矛盾，為了同時減排兩者，開發(fā)了新的燃燒方式，如低溫燃燒技術和均質壓燃技術。

◆燃料改善：改善燃料特性及新型清潔燃料

提高柴油的十六烷值至55以上，以減少噪聲及NOx（十六烷值過低，燃料的自燃性差，不易著火，著火延遲期增加，使得預混合燃燒的可燃混合氣量增加，工作粗暴，NOx增加；但十六烷值過高，在噴射過程初期噴射的燃料在噴嘴附近就著火，而后續(xù)噴射的燃料噴在已燃燒的火焰面上，容易造成高溫缺氧而冒黑煙。所以，要根據發(fā)動機的壓縮比等，合理選擇燃料的十六烷值）；

提高烷烴含量，降低芳香烴、炔烴含量，以減少碳煙的生成；降低含硫量，以減少微粒的生成,并提高催化劑的使用壽命；提高氧含量，以減少HC、CO、碳煙。含氧燃料是低排放燃料，是未來的發(fā)展方向，我國已正式推廣應用醇類燃料，生物柴油和二甲醚（DME）也已有應用?！艚档蜋C油消耗

隨著燃燒改善，微粒排放明顯下降后，為了降低微粒中由未燃潤滑油帶來的微粒成分，應嚴格控制潤滑油耗量。盡可能減少竄入燃燒室的機油量；減少機油從氣門桿的泄漏。

二、柴油機排氣后處理技術正在研究開發(fā)，將逐步進入使用1、氧化催化轉化器用于降低SOF、HC、CO2、微粒捕集器用于過濾和除去排氣微粒3、NOx還原催化轉化器用于降低NOx排放4、四元催化轉化器將前三種結合為一體，在類似汽油機三效催化轉化器的基礎上，同時降低HC、CO、NOx和微粒。氧化催化轉化器OC

降低CO、HC和SOF(PAH)inPM以及醛類排放,同時可減輕柴油機排氣臭味。主要目的是降低微粒中的可溶性有機物質SOF。但柴油中的硫含量即同時生成更多的硫酸鹽（抵消了SOF的減少，甚至反而使微粒排放增加），也會使催化劑中毒劣化。所以減少柴油中的硫含量成了氧化催化器實用化的前提條件。柴油機的催化氧化器柴油機排氣微粒捕集（DPF）一）、微粒過濾器(DPF)

采用過濾的方法對柴油機排氣中的微粒進行凈化。（物理方法）

1.DPF的熱再生

二）、DPF的再生DPFRegeneration定義：熱再生就是由外界提供熱量，提高濾芯的溫度，使沉積在濾芯中的PM燃燒，恢復濾芯的潔凈狀態(tài)。熱量可由燃燒器、電阻加熱器、微波發(fā)生器、紅外發(fā)射器等產生。（消耗外能）

DPF裝置本身增加了排氣阻力（尾部裝置都要注意），更為嚴重的是捕集的微粒積累增加了排氣阻力，使排氣背壓增加，導致發(fā)動機動力經濟性惡化。所以必須除去DPF中的微粒，這就是DPF再生。原理：氧化催化反應器把排氣中的NO氧化成NO2,利用NO2的氧化能力，氧化DPF中積聚的碳煙顆粒。燃油要求：柴油硫含量≤35ppm（歐4）2.連續(xù)再生捕集器（CRT）

1)氧化催化后處理（DieselOxidationCatalyst，簡稱為DOC）可以氧化微粒中大部分的SOF，使SOF下降40％～90％。2)微粒捕捉器(DieselParticulateFilter,DPF)與其上游

的特殊氧化催化反應器（DOC）組成催化連續(xù)再生

（CatalyticContinuousRegenerationTrap,簡稱CRT）。

在DOC催化器中：2NO＋O2＝2NO2

在DPF中：2NO2＋C＝CO2＋2NO

利用NO2的氧化能力，氧化DPF中積聚的碳煙顆粒。

DOCDPFHC，CO，NO，PM

連續(xù)再生捕集器實質是將柴油機的催化氧化器和微粒捕捉器相結合163NOx還原催化轉化器柴油機排氣中的CO和HC比汽油機少得多，又由于柴油機的過量空氣系數大，排氣中的氧含量也遠遠高于汽油機，所以柴油機尾氣中氧化量是還原量的30倍，在高度氧化氛圍中進行還原反應，對催化劑性能要求很高；柴油機排氣溫度明顯低于汽油機；柴油機中含有大量SOx和微粒，容易導致催化劑中毒劣化。故而NOx還原催化轉化器的實用遇到很大障礙。為了改善使用效果，不得不從外部補充還原劑，如HC、NH3（尿素）等（下圖中增加一個柴油噴射器）。研究開發(fā)的技術方案很多，但與稀燃汽油機差別在于難于營造吸附還原催化劑再生所需的還原氛圍。四元催化轉化器---已有實例，CO、HC、PM與NOx互為氧化劑和還原劑第四節(jié)排放法規(guī)及測試方法簡介REGULATION&TESTCYCLES

排放測試規(guī)范

取樣方法

測量技術

排放法規(guī)限值主要學習內容第五節(jié)發(fā)動機噪聲來源與控制內燃機的噪聲有三個主要來源：進排氣口和風扇等引起的氣體噪聲；由于往復運動和零部件間隙等引起的機械噪聲；由燃燒過程中壓力等參數的急劇變動引起的燃燒噪聲。由于柴油機燃燒的沖擊性和運動部件慣性質量明顯大于汽油機，因而其噪聲也高于汽油機，這使柴油機的用途受到限制，也是研究的主要對象。一、發(fā)動機噪聲的來源：1.燃燒噪聲燃燒噪聲經由兩條路徑傳播并輻射出來。一條是經過氣缸蓋及氣缸套經由氣缸體上部向外輻射；另一條是經過曲柄連桿機構，即活塞、連桿、曲軸和主軸承經由氣缸體下部向外輻射。轉速升高，負荷加大而噪聲增大，點火或噴油推遲噪聲減小，加速和不正常燃燒時噪聲增大。在功率相同的條件下，柴油機比汽油機燃燒噪聲大得多。2.機械噪聲1）活塞敲缸噪聲2）配氣機構噪聲3）正時齒輪噪聲4）不平衡慣性力引起的機械振動及噪聲5）噴油泵及其他機械噪聲3.進、排氣噪聲進排氣噪聲是由于發(fā)動機在進、排氣過程中，氣體壓力波和氣體流動所引起的振動而產生的噪聲。主要包括吸氣、排氣部位放射出的空氣聲和排氣系統(tǒng)的漏氣聲。進氣噪聲主要包括空氣在進氣管中的壓力脈動，產生低頻噪聲；空氣以高速通過氣門的流通截面，產生高頻的渦流噪聲；增壓內燃機增壓器中壓氣機的噪聲。排氣噪聲主要包括：排氣在排氣管中的壓力脈動，產生低、中頻噪聲；排氣門流通截面處的高頻渦流噪聲；進排氣噪聲都隨發(fā)動機的轉速及負荷增大而增大。合理選擇進、排氣管，減少壓力脈動及渦流強度，并避免發(fā)生共振；采用性能良好的進、排氣消聲器。4.風扇噪聲風扇噪聲由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。旋轉噪聲是由風扇葉片對空氣分子的周期性擾動而產生的，它的強弱與風扇轉速和葉片數成正比；而渦流噪聲是空氣在受葉片擾動后產生的渦流所形成，它的強弱主要與風扇氣流速度有關。對風扇型式、葉片形狀、布置及材料的改進，如采用葉片不均勻分布的風扇、用塑料風扇代替鋼板風扇、在車用內燃機上采用風扇自動離合器等措施可取得較好的降低噪聲效果。二、影響噪聲的主要因素(１)燃燒室發(fā)動機燃燒室的結構型式及整個燃燒系統(tǒng)的設計，對其壓力增長率、最高燃燒壓力和氣缸壓力頻譜曲線有明顯的影響，故對燃燒噪聲的影響很大，尤其對柴油機更是如此。

(２)噴油提前角當噴油提前角變化時，滯燃期、壓力升高比和最大燃燒壓力等都隨之發(fā)生變化，因而對發(fā)動機的低、中、高頻率燃燒噪聲都有影響。

(３)轉速發(fā)動機轉速主要影響機械噪聲的大小。

(４)負荷隨著負荷的增加，每循環(huán)的放熱量增加，最大燃燒壓力及壓力升高比(對柴油機)升高，這會使噪聲增大。(5)影響機械噪聲的主要因素:１).活塞敲擊噪聲２).配氣機構噪聲３).齒輪噪聲４).噴油泵的噪聲圖９-３３柴油機的噪聲及振動隨活塞冷態(tài)間隙的變化

ａ)噪聲ｂ)振動

１—１０５ｍｍ缸徑單缸機２—８５ｍｍ缸徑單缸機三、噪聲控制1.控制燃燒爆發(fā)力和減少不正常燃燒1）適當地推遲噴油或點火時間2）選用十六烷值較高的柴油和辛烷值較高的汽油3）改變燃燒室形式2.控制轉速及減小慣性力

合理設計發(fā)動機轉速，減輕活塞等往復運動零件的質量，采用平衡軸減小慣性力，盡量使發(fā)動機平衡，可達到降低噪聲的目的。3.減小配合零件的撞擊和震動

減少活塞與缸壁、氣門機構、軸與軸承、齒輪等些配合零件在運動時的撞擊和振動，可降低機械噪聲。

在柴油機供給系中，可通過提高泵體剛度、減小油泵壓力脈動、減小噴油泵凸輪與滾輪體之間的沖擊和摩擦等，降低