燃烧噪声和机械噪声

第五章汽车的公害§5-1汽车排气污染物的形成及影响因素CO、HC是燃料不完全的产物，NOx是高温下燃料不完全的产物。汽油机燃烧有两个条件：1、火花能量：40~100mJ，点着混合气。2、混合气成分：在火焰传播界限内。所以当燃烧室结构一定，火花能量充分时，汽油机的排放性能主要取决于混合气浓度。一、发动机排气污染物的形成1、一氧化碳COCO是烃燃料燃烧的中间产物。当空气充足时2H2+O2=2H2O2CO+O2=2CO2同时，CO与水蒸气H2O作：故空气充足时，理论上CO=0，并且实际燃烧与理论分析有区别：⑴分布不均匀⑵高温分解⑶燃烧时间短，达不到平衡浓度2、碳氢化合物其来源有三部分：排气管——55~65%；曲轴箱通风——20~25%；化油器、油箱蒸发——15~20%。2222HmnCOOnHCmn222COHCOOH原因：⑴气缸激冷面。混合气燃烧是靠火焰传播进行的，当传到缸壁0.05~0.5mm那层气体不能燃烧，在1.0mm缝中也不能燃烧。⑵燃料不完全燃烧。混合气过浓过稀，残余气体稀释，使火焰传播不完全，甚至断火。例如在怠速、小负荷、过度工况的时候，此外点火系不好，充气温度低和充量均匀性差，残余气体多。⑶二冲程扫气。由于扫气作用，一部分可燃混合气不经气缸就排到排气管。根据对废气的分析，除饱和烃，不饱合烃和芳香烃外，还有中间氧化物所以，HC3、NO形成机理NO的形成机理尚不清楚，过去认为低温下：但这种过程太慢，计算值比实测值小得多。现在认为高温下：O22O（1）O+N2NO+N（2）N+O2NO+O（3）部分被离解产物燃烧不完全未燃烃酸酮醛NOON222⑴式是在高温下氧氮分解。⑵式链反应从其氧O开始碰撞N2生成NO。此氧O由1式供给大部分由3式供给小部分(3)式中的N由此及彼式供给，因此2、3式生成的NO为同一数量级。※NO的平衡浓度与非平衡浓度定义：NO平衡浓度指在高温始终保持一定时，反应式2、3中正向反应与逆向反应达到平衡的浓度。φ=1理论混合气φ＞1浓混合气φ＜1稀混合气在稀区，温度起主要作用。在浓区，氧浓度起主要作用。压力影响：在稀区，空气过量，N2、O2占大部分。在浓区，NO总分子数与压力无关。NO的平衡浓度随压力升高而升高。压力下降促进热分解，O升高。虚线：绝热火焰温度下的NO平衡浓度。绝热温度——混合气燃烧后放出能量减去自身膨胀+组成变化，它是燃烧过程可能达到最高温度。※在接近φ=1，达到最大值。※在稀区，因空气热容量小，火焰温度下降。上述只是定性分析，用它来定量分析是不够的，原因是达到平衡浓度时间太长。用反应速度论进行探讨。※SCO2、H2O、N2、O2已平衡。SNO比平衡浓度还低很多。∴NO不可能直接在燃烧区内形成，只能在已燃的气体中形成，NO此时处于非平衡状况。4、柴油机的碳烟柴油机排烟白烟：φ＜1μm微粒，汽车怠速排出的液滴颗粒。蓝烟：φ＜0.4μm微粒，液态微粒，燃油+润滑油。黑烟：高温缺氧，易于裂解，聚合成碳烟C，还有O2、H2。白、蓝烟无本质差别，只是直径不同对光线反射不同而已。※碳烟对人体直接影响不大，但附着有SO2及致癌的多环芳香烃，苯并芘可致癌。碳烟形成的三种说法：⑴燃料分子脱氢发生分解，再凝集成固体碳。⑵火焰之初，多个燃料分子聚合成大分子式液滴，再脱氢成粒。⑶产生引起部分分解及脱氢中间物，再一边聚合一边脱氢逐渐变成固体碳粒。210410二、使用因素对排气中有害气体浓度的影响1、负荷的影响负荷——空燃比——影响有害气体1）怠速——全闭，α=0.60~0.88HC↑CO↑2）小负荷——0~25%开度，α=0.8~0.9HC↑CO↑3）中负荷——25~80%开度，α=0.9~1.1HC↓CO↓NOx↑4）接近满负荷——80~100%，α=0.8~0.9CO↑HC↑NOx↓2、发动机转速的影响转速——进气，混合气形成、燃烧——排放转速↑CO↓HC↓NOx↑3、不稳定工况强制怠速CO↑↑HC↑↑但柴油机已停止供油，无排放。4、发动机热工况冷却水温度提高——缸壁温度↑——HC↓30℃~80℃——NO↑供油泵温度提高——气阻——HC↑罩下温度提高——充气系数↓——HC↑CO↑气温低——起动困难——HC↑随温度↑——NOx↑CO↓5、汽车技术状况的影响车龄↑HC↑CO↑⑴供油系故障化油器怠速产生变化，HC↑CO↑加速泵空滤器堵塞，CO↑HC↑供油提前角↓，HC↓NOx↓⑵点火系故障点火提前角↑，PT↑NOx↑点火提前角↓，NOx↓点火提前角↓↓，HC↓⑶配气相位⑷积炭§5-2汽车的噪声一、发动机噪声噪声源：燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声、风扇噪声。1.燃烧噪声和机械噪声燃烧噪声——燃料燃烧而引起的声音。机械噪声——发动机运转而引起的敲击声。⑴燃烧噪声燃烧时压力升高而造成的气体冲击，汽油机较小，柴油机较大。柴油机，速燃期大，缓燃期小。评价指标为压力增长率和最高压力。汽油机爆震：36KHz表面点火：0.5~2KHz运转不平稳：燃烧室形状气压压力频谱曲线——燃烧噪声的大小表示。影响因素：转速、负荷、点火喷油时间、加速。※n↑漏气损失与散热损失↓PT↑空气扰动↑着火延迟期↓噪声↓但着火延迟期内的混合气数量↑，压力增长率↑※负荷↑无负荷时，喷油量↓压力增长率↓噪声↓※喷油提前角着火延迟期↑压力↑压力增长率↑噪声↑※加速由于加速前n↓缸壁温度↓热损失↑着火落后期↑噪声↑⑵机械噪声机械噪声的分类①活塞与缸壁敲击声——最大机械声源原因：活塞与缸壁之间有间隙。影响：n、N（负荷）、润滑条件n↑dB↑N↑dB↑汽油机，进气量小（怠）气缸压力↓柴油机，喷油量小（怠）气缸压力↓润滑，传递介质，起阻尼、吸声作用②配气机构噪声原因：气门开启时撞击及系统振动。高速，“正脱”“反跳”及弹簧振动。低速，开闭撞声及摩擦声。影响：n↑噪声↑③正时齿轮噪声原因：内因，刚度周期变化，制造误差。外因，曲轴扭转振动，驱动载荷周期变化。④喷油系统噪声原因：喷油泵、喷油器、高压油管振动。液体性噪声：压力脉动、空穴现象、管道共振。机械性噪声：齿轮冲击声、齿轮轴轴承振动等。2.进排气噪声空气动力性噪声,仅次于本体噪声与风扇噪声。原因：A空气声（脉动声）、涡流声基频噪声，气栓共振声、废气喷柱、冲击。涡流声，气体通过气门产生的涡流。B幅射声（扩散声）、进排气零件表面辐射振动引起压力波、机械振动。影响：消声器、密封、接头紧固。3.风扇噪声——最大噪声源之一空气动力性噪声。原因：旋转噪声；涡流噪声；机械噪声。二、传动系噪声声源：变速器噪声、传动轴、驱动桥噪声。变速器噪声原因：1、齿轮振动2、发动机振动传到变速箱3、轴承声4、搅油声影响因素：nn↑dB↑共振时达到最大值pp↑dB↑结构变速器形式、档位、制造精度、调整ZnfonDVSft三、轮胎噪声声源：花纹噪声、道路噪声、弹性振动、风噪声。1、花纹噪声2、道路噪声，路面凹凸不平产生的。3、弹性振动4、风噪声，Va小时可以忽略。影响因素：轮胎花纹、Va、P、Pa。Rnvf26.3