1、 目 录p第一章 发动机的性能p第二章 发动机的换气过程p第三章 燃料与燃烧p第四章 汽油机混合气的形成和燃烧p第五章 柴油机混合气的形成和燃烧p第六章 汽车发动机特性p第七章 车用发动机废气涡轮增压p第八章 发动机排气污染与噪声控制p第九章 新型汽车动力装置p第十章 发动机动力学第八章 发动机排气污染与噪声控制 p 以发动机为动力的汽车是城市大气污染和噪声的主要来源，其中汽车排气污染物主要包括CO、HC、NOx和颗粒物，这些污染物对环境和人体危害较大。p 发动机噪声是汽车的主要噪声源之一。尤其是在怠速、低速行驶和车辆启动加速过程中，发动机及动力总成噪声愈发明显。为了降低汽车噪声，首先应控制发
2、动机噪声。第一节 概述一、排气污染物 汽车排气污染物主要包括CO、HC、NOx和颗粒物。1.CO CO主要是在缺氧环境下的不完全燃烧产物，是一种无色无臭无味的气体。人体吸入微量，将破坏造血功能，呈中毒症状；吸入含体积浓度0.3%的CO气体，则可在30min内使人致命。2.NOx NOx主要是指NO和NO2，发生在与燃料燃烧反应相伴的高温与富氧的环境中，NO的毒性比NO2小，但NO在大气中缓慢氧化形成NO2。3.HC HC包括未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物，如多环芳香烃、醛、酮、酸等在内的多种成分。HC中的大部分对人体健康不产生直接影响，但其中的某些醛类和多环芳香烃对人
3、体有严重危害。4.颗粒物 排气中的颗粒物（PM）是指经空气稀释后的排气，它是在低于52温度下，在涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维滤纸上沉积的除水以外的物质，如柴油机的碳烟粒子，汽油机的铅及硫酸盐等。二、排放指标 为了评定发动机的排放特性，掌握排放法规中的有关内容，将用到下列排放指标。1、排放物的浓度C 在一定排气容积中，有害排放物所占的容积（或质量）比 例，称为排放物的浓度。通常表示浓度的方法有：ppm、%、或mg/m3等，浓度较大时用%，而浓度较小时用ppm（1ppm=0.0001%）。规定的有害排放物的限制浓度，称为有害排放物的容许浓 度C。各国排放法规对有害排放物的容许浓度都作了规定2、排放物的
4、质量排放量G 只用排气中有害排放物的浓度，还不能表示其对空气污染 的严重程度，例如发动机空转时，虽然排出CO的浓度很 大，但由于排气总量不大，所以有害排放物的总量也不大，因此需要用单位时间内（或一次试验）有害排放物的质量 排放量G来衡量，单位是g/h（或g/试验）G=CQr 式中 C排气中的排放物浓度（g/m3）；Qr发动机排出的废气量m3/h(或m3/test)第二节 有害排放物的生成一、氮氧化物 发动机排出的氮氧化物（NOx）主要是NO，NO2排出量 较少。NO的产生：可以认为，氮的氧化反应发生在燃料燃烧反 应所形成的环境中，其主导反应过程是 促使反应正向进行而生成NO的因素有三个：1.温
5、度温度 高温时，NO的平衡浓度高，生成速率也大。在氧充足时，温度是生成NO的重要因素。2.氧的浓度氧的浓度 在高温条件下，氧的浓度是生成NO的重要因素。在氧浓 度低时，即使温度高，NO的生成也受到抑制。3.反应滞留时间反应滞留时间 由于NO的生成反应比燃烧反应慢，所以即使在高温下，如果反应停留的时间短，则NO的生成量也受到限制。二、一氧化碳 一氧化碳（CO）是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的 中间产物。CO生成的机理比较复杂，但一般认为，燃料 分子（RH）经高温氧化生成CO要经历如下步骤：RHRRO2RCHORCOCO 这里R代表碳氢根。CO在火焰中及火焰后，以缓慢的速率 氧化成CO2。从化学
6、当量的角度看，CO的生成率主要受混合气浓度的 影响。三、未燃碳氢化合物三、未燃碳氢化合物 未燃碳氢化合物（HC）的生成与排出有三个渠道：其中 HC总量的60%以上由废气（尾气）排出，另外的25%左 右由曲轴箱窜气，从供油系统及其管路等处油蒸气漏泄占 15%左右。在燃烧过程中HC的生成，主要有以下途径：1）在压缩与燃烧过程中，气缸内压力升高，把一部分未 燃混合气压入与燃烧室相通的狭缝（例如：活塞顶环上面 和气缸壁形成的狭缝）。由于燃烧时火焰不能进入狭缝，因此不能完全燃烧，在膨胀和排气行程中，在气缸压力降 低后，以未燃HC的形式进入排气。这是生成HC的主要来 源，被称为缝隙效应。2）相对冷态的气缸
7、壁对火焰产生的热与活化基物质起着 吸收的作用，火焰在气缸壁表面产生激冷与淬熄现象，于 是在离气缸壁小于0.l mm的薄层内留下末燃HC。3）存在于气缸璧、活塞顶以及气缸盖底面上的一层润滑 油膜，有可能在燃烧前、后吸收或放出燃料中的HC成分。4）在发动机作加、减速等瞬态工况运行时，点火定时、空燃比以及排气再循环值均不处于最佳状态，有可能使燃 烧品质恶化，使HC排放增加。特别是在减速及怠速工况，HC排放量高。四、颗粒物四、颗粒物1、颗粒物的主要成分表表8-1 8-1 柴油机颗粒物的组成柴油机颗粒物的组成成 分质量分数干碳烟（DS）可溶性有机成分（SOF）硫酸盐40%-50%35%-45%5%-10
8、%四、颗粒物四、颗粒物2、碳烟粒子的形成过程图图8-1 8-1 燃烧系统中碳烟粒子的形成过程燃烧系统中碳烟粒子的形成过程碳烟粒子是燃料在燃烧过程中经历了一系列物理化学变化后形成的。发动机排出的碳烟浓度是碳烟生成和氧化相竞争的结果。第三节 影响汽油机有害排放物生成的主要因素 影响汽油机有害排放物生成的因素很多，其中与发动机运转有关的主要因素如下所述。一、混合气成分 二、点火正时 三、吸人废气量的影响 四、工况混合气成分 正如前面章节所述，汽油机是一种预混燃烧，靠电火花进行外源点火，火核形成以后，以火焰传播为特征，其可燃混合气浓度范围比较窄，而且在一些工况下（如怠速、满负荷等）处于浓混合气工作，因
9、而混合气成分是影响排放的最主要的因素。从图8-2可以看到，由于CO是缺氧条件下的不完全燃烧产物，随着空燃比A/F增加，CO浓度逐渐下降；在大于理论A/F以后，CO浓度已经很低了。同时看到，NOx浓度两头低，中间高，NO浓度峰值出现在理论A/F靠稀的一侧，反映出高的NO生成率必须兼具高温、富氧两个条件，缺一不可。处于最佳燃烧的A/F范围内，HC及油耗均为最低。但当混合气过稀，燃烧因不能稳定运行而失火，致使HC及油耗又重新回升。图8-2 汽油机有害排放物浓度与A/F的关系从图8-2中的虚线看出，为了兼顾降低排放（减少CO、HC、NO）与节能（减少油耗），最有效的措施是组织好汽油机在较大A/F（例如
10、A/F20）下的稀薄燃烧。组织稀薄燃烧还有些特定的困难，但这是当代汽油机燃烧组织的重要方向。点火正时 减少点火提前角对降低NO及HC均有利（图8-3及图8-4），但以牺牲动力性为代价。从示功图上看出（图8-5），减小点火提前角，不仅降低燃烧最高温度、减少燃烧反应滞留时间，对降低NO十分有利；而且由于点火推迟，膨胀时的温度及排气温度均上升，这对降低HC也很有利。图8-3 点火提前角与NO的关系图8-4 点火提前角与HC的关系吸人废气量的影响图8-5 不同点火提前角的示功图 图8-6 吸入废气量对NO生成及动力性的影响为了抑制燃烧的最高温度，将一部分排气回送至燃烧室，将有利于抑制NO的生成。由图8
11、-6看出，随着吸入废气量的增大，NO浓度逐渐下降，但燃烧效率降低，动力性变差。工况从表8-2看出，对于不同的运行工况，各种有害排放物的差异很大。表8-2 不同工况下的排气成分排气成分怠 速加 速定 速减 速HC(ppm)（以正己烷计算）NOX（ppm）（以NOX计算）CO（%）CO2（%）800 3000-10000 23 8-50 4.9 10.2540 300-800 1543 1000-4000 1.8 12.1485 250-550 1270 1000-3000 1.7 12.45000 3000-12000 6 5-50 3.4 6.0第四节 影响柴油机有害排放物生成的主要因素影响柴
12、油机有害排放物生成的因素包括多个方面，主要有以下三个因素：一、柴油机燃烧及排放物生成的特点二、混合气成分三、喷油时刻四、燃烧室类型柴油机燃烧及排放物生成的特点p 柴油机燃烧是一种多相非均匀混合物的不稳定的燃烧过程，从喷雾过程、油束形成、混合气的浓度与分布以及燃烧室形式等，对排放物生成均有复杂的影响。p 如图8-7所示，当油束喷入有进气涡流的燃烧室中时，由于喷雾及油蒸气在空间浓度分布不同，可大致分为稀燃火焰熄灭区、稀燃火焰区、油束心部，油束尾部和后喷部以及壁面油膜，从油束边缘到油束核心部分，局部空燃比可从无穷大变到零。发动机工况不同，各区排放物生成的特征也不一样。图8-7 油束各区的燃烧情况1稀
13、燃火焰熄灭区 2稀燃火焰区 3油束心部 4油束尾部和后喷区NOx：在燃烧完全、供氧充分及温度较高的稀燃火焰区及油束心部产生较多。p 未燃HC：在低负荷时，由干喷油量少，混合气稀，缸内温度低，HC主要产生在稀燃火焰熄灭区；在高负荷时，混合气浓，HC主要产生在油束心部、油束尾部和后喷部及壁面油膜处。p CO：低负荷时，缸内温度低，部分燃油难以氧化形成CO2，主要在稀燃火焰熄灭区及稀燃火焰区的交界面上生成CO；高负荷时，在油束心部、油束尾部及后喷部，因局部缺氧而产生CO。p 颗粒物：高负荷时，在油束心部、油柬尾部和后喷部的氧浓度低，气体温度高，燃油分子容易发生高温裂解而形成颗粒物。混合气成分p 柴油
14、机的HC及CO排放浓度一般比汽油机低得多（图8-8）p 与汽油机不同的是，柴油机NO的生成浓度较高，NO生成率最高处仍出现在油量较大的高负荷工况，之后NO浓度随A/F增加而减少。p 柴油机排气中有碳烟排出，随着混合气变浓，排烟浓度增多。图8-8 柴油机混合气成分与排放的关系喷油时刻p 延迟喷油是降低NOx的主要措施之一。如图8-9所示，延迟喷油可减少NO的生成，但减小喷油提前角将导致燃烧效率下降，最高爆发压力降低，因而使油耗及排气烟度增加。在各种工况下，NO排放浓度都随喷油速率的增加而降低，CO浓度亦随喷油率的增加而降低，HC的生成量则变化不大。图8-9 喷油定时对排放的影响燃烧室类型p 表8
15、-3 两类燃烧室污染物排放量的比较 g/(kWh)p 两类燃烧室污染物排放量如表8-3所示：分隔式燃烧室生成的NOx、CO、HC的排放浓度均低于直喷式的，特别是NOx排放浓度一般比直喷式燃烧室的低50%左右。分隔式燃烧室排放低的原因是在喷油开始和燃烧初期，副燃烧室的空燃比较小，氧浓度较低，燃料不可能燃烧完全，副燃烧室在着火后温度较高，但氧浓度低，对生成NOx仍有不利的影响。主燃烧室内有充足的新鲜空气，使来自副燃烧室的CO及HC进一步氧化。燃烧室类型NOXCOHC直喷式分隔式5.2936261.541.130.41.5第五节第五节 发动机排放污染物的控制发动机排放污染物的控制一、排气的后处理排气
16、的后处理 排气的后处理是指气体排出发动机气缸以后，在排气系统中进一步减少有害成分的措施，主要指催化转换器。它包括用来减少HC和CO和颗粒物排放的氧化催化转换器，减少NOx排放的还原催化转换器和同时减少HC、CO及NOx排放的三元催化转换器、柴油机的颗粒物净化装置（颗粒物过滤与捕集器）等，各种发动机排气后处理装置。1氧化型催化转化器氧化型催化转化器 催化转化器一般结构如图8-10所示，一般由载体、减震密 p 氧化型催化转化器主要用于氧化排气污染物的中的HC、CO和颗粒物。早期汽油机曾采用氧化型催化转化器，现代汽油机基本采用三元催化转化器。柴油机排气后处理采用两类氧化催化转化器，净化CO、HC的一
17、般称为DOC（Diesel Oxidation Catalyst），净化颗粒物的一般称为POC（Particulate Oxidation Catalyst）。图图8-10 催化转化器结构催化转化器结构封垫、外壳等组成。载体有金属载体和整体式多孔性陶瓷蜂窝载体两类。催化剂活性材料涂敷在载体表面图图8-11 氧化催化转化器中氧化催化转化器中CO、HC的转化效率和温度的关系的转化效率和温度的关系氧化催化转换器的作用是把排气中的CO、HC和PM中的可溶性有机物（SOF）氧化成CO2和H2O。由于贵金属活性高，低温时的活性损失小，同时抗高温和燃料中硫污染的能力强，因此最适合于用作催化材料。目前应用最广
18、泛的氧化催化材料是铂（Pt）、钯（Pd）或二者的混合物。这些氧化催化剂的转换效率随温度而变化，如图8-11所示。在温度足够高时使用新的催化剂，对CO的转换效率可达98%99%，对HC的转换效率可达95%，但在温度低于250300时，其转换效率急剧下降。柴油机POC的结构原理如图8-12所示，一般有前级DOC加后级半通式过滤器的结构形式。前级DOC将HC、CO和PM中的部分有机物进行氧化，后级捕集部分PM。后级半通式过滤器是一个皱褶但不堵塞的通道，便于捕集PM。图图8-12 柴油机柴油机POC的结构原理的结构原理2.2.三元催化转化器三元催化转化器三元催化剂包含铂（Pt）和铑（Rh）、钯（Pd）
19、，此外还图图8-13 三元催化转化器的转化效率三元催化转化器的转化效率含稀土氧化物等材料。使用三元催化剂时，应将混合气成分严格控制在理论空燃比附近，这样催化剂才能促使CO及HC的氧化反应和NOx的还原反应同时进行，生成CO2、H2O及N2。而且，只有在接近理论空燃比的窄狭范围内（见图8-13），对这三种有害成分才有高的转换效率。这是目前车用汽油机上应用最广泛的机外净化措施。如何控制空燃比？可使用了电子空燃比反馈控制系统，使空燃比保持在理论空燃比附近的狭窄空燃比范围内。由排气系统安装的氧传感器，检出排出系统中的氧浓度，与同时得到的吸入空气量、冷却液温度等信息一起被送到控制单元处理，并同上述狭窄空
20、燃比范围内的空燃比进行比较。通过电子控制的燃料供给系统向气缸喷入适当的燃料量。3.NOx还原催化转化器还原催化转化器 柴油机NOx净化技术方案有氨类选择性催化还原NOx(NH3-SCR)、碳氢化合物选择性催化还原NOx(HC-SCR)、贮存一还原技术(NSR)、NOx和PM组合净化技术和四效催化技术等。（1）氨类选择性催化还原）氨类选择性催化还原NOx(NH3-SCR)NOx的NH3-SCR技术的原理是利用V2O5TiO2催化剂，在氧气大大过量的条件下让NH3选择性地还原NOx到N2，使用了以TiO2为基础的催化剂保证了催化转化器对SO2有很强的耐受性。目前，NH3-SCR已经实际应用于重型柴
21、油机尾气NOx。在不同的测试工况下，Urea-SCR体系的NOx净化效率达85%90%，目前Urea-SCR体系已成为满足欧V与US2007的重型柴油车NOx净化首选技术，得到实际应用。Urea-SCR系统如图8-14所示。尿素溶液通过尿素泵到达喷射模块，在压缩空气辅助作用下通过喷射模块喷入排气系统，在催化剂的作用下，将排气中的NOx还原成为N2。考虑到氨的强刺激性与毒性为公众难以接受，并且氨的碱性对设备有较强的腐蚀性，实际使用时采用尿素（32.5%的尿素水溶液，业内称为Addblue或添蓝）代替氨选择性催化还原柴油机尾气中的氮氧化物(Urea-SCR)。图8-14 Urea-SCR系统（2）
22、HC选择性催化还原选择性催化还原NOx(HC-SCR)p NOx的HC-SCR技术是当今NOx催化净化的研究热点之一。其原理和NOx的NH3-SCR技术类似，在催化剂的作用下HC选择性地将NOx还原成N2，众多的催化剂均能催化HC选择性还原NOx，其中，银氧化铝-乙醇的组合体系活性最佳，同时具备了良好的抗水耐硫性能，是具应用前景的消除重型柴油机尾气NOx的技术方案之一。p 与Urea-SCR相比，银氧化铝-乙醇体系还原NOx具有不会产生氨的泄漏和设备的腐蚀、单位体积催化剂的活性较高等优点。p 鉴于我国已经推广使用乙醇汽油，今后也有可能推广使用乙醇柴油燃料，届时可以通过乙醇柴油的加热分离，获取S
23、CR所需的乙醇还原剂，因而有可能无需在车辆上装载燃料以外的还原添加剂，也不需要另行布建类似于尿素水溶液的添加设施，从而大大节约基本建设的投资成本。（3）NOx贮存贮存-还原技术还原技术(NOx Storage-ReductionNSR)p NSR技术立足于三效催化剂优异的HC和NOx同时去除能力，配合以NOx吸附剂，在发动机稀燃状态下将NOx吸附下来；周期性调整发动机成为浓燃状态，利用尾气中的HC还原NOx，达到同时去除的目的。要使该技术付诸实施，必须精确控制发动机的工况，周期性地营造稀燃、浓燃的氛围以最大限度地发挥该催化剂的NOx净化效率，这样就增加了发动机控制的难度；同时，浓燃气氛的营造增
24、大了燃油的消耗，降低了柴油机的燃油经济性。Ford公司的NSR净化重型柴油机排气NOx时，满足欧和欧V的燃油经济性损失分别为5%与7%，按USHD工况测试时，NOx转化率高于90%的燃油经济性损失约为7%。（4）NOx和和PM组合净化技术与四效催化剂组合净化技术与四效催化剂p 四效催化剂系统即是将现有成功的单项技术进行优化整合，能同时消除柴油机主要污染物NOx、PM以及HC、CO的多功能后处理技术的一种具有综合性能的单一技术装置。p 为满足不同时期的排放法规，研究者们设计了不同的组合方式，而DPF-SCR、DPF-NSR已成为满足未来排放标准的优势组合，前者倾向于对重型柴油车PM和NOx的同时
25、消除，而后者因具备了良好的低温活性更适用于轻型柴油车PM和NOx的同时消除。p 部分企业在这方面已有所突破，例如，Johnson等公司开发出SCRT系统，该系统是连续催化再生的DPF与选择性催化还原的整合(CR-DPF+SCR)。丰田公司开发出的DPNR技术，该技术可视为DPF与NSR组合技术的典型。4.颗粒物过滤与捕集器颗粒物过滤与捕集器颗粒物是柴油机排放的突出问题，对车用柴油机排气颗粒物处理，主要采用过滤法，典型的蜂窝状陶瓷颗粒捕集器如图8-15所示。图8-15 蜂窝状陶瓷颗粒捕集器过滤器再生的原理是将颗粒物尽可能烧掉，变成CO2随排气一起排入大气。DPF的的应用主要集中在过滤材料和应用主
26、要集中在过滤材料和过滤体再生这两个关键技术过滤体再生这两个关键技术上，目前这两大关键技术都上，目前这两大关键技术都有突破：有突破：碳化硅壁流式过滤碳化硅壁流式过滤体在国外已经广泛使用体在国外已经广泛使用，与，与此同时，此同时，新型的金属型过滤新型的金属型过滤体以及性能更佳的钛酸铝材体以及性能更佳的钛酸铝材料也已经被开发出来料也已经被开发出来。p 柴油机颗粒捕集器的再生技术分为主动再生和被动再生两种结构形式。在主动再生方面，依靠柴油机控制为基础的催化再生和燃油添加剂催化再生已经有相当的使用经验和很好的应用前景。在被动再生方面，有喷油助燃再生、电加热再生、逆向喷气再生等形式。p 图8-16为燃油喷
27、射式再生系统，即在颗粒物捕集器的前方喷射燃油点燃，提高温度，将捕集器中的颗粒物燃烧。1234567891 01 11 21 31 41 51 6E C U1 81 91 7图图8-16 燃油喷射式再生系统示意图燃油喷射式再生系统示意图1发动机 2消声器 3气体入口 4过滤器 5出口 6燃油泵 7燃油罐 8燃油及空气 9点火线圈 10空气罐 11空气泵 12燃烧器温度信号 13电池 14入口温度传感器 15放大图 16出口温度传感器 17压力传感器 18发动机负荷信号 19发动机转速信号p 图8-17为带电加热的颗粒物捕集器，其特点是对捕集的颗粒物从捕集器的出口侧到入口侧进行燃烧的逆向再生方式。
28、发动机转速信号发动机负荷信号M 10 U消声器排气背压信号电子控制器蓄电池电动鼓风机二次空气电磁阀空气箱0.60.8MPa电加热器排气阀排气旁通管壁滤式过滤器型发动机图图8-17 带电加热器颗粒过滤装置示意图带电加热器颗粒过滤装置示意图二、发动机的前处理二、发动机的前处理 发动机的前处理应包括曲轴箱强制通风系统，油蒸气吸附 装置，以及为降低NOx生成而采取的废气再循环的措施。1.曲轴箱强制通风系统（PCV系统）如图8-18所示，从空气滤清器引出一股新鲜空气进入曲轴箱，再经流量调节阀（PCV阀）把窜入曲轴箱的气体和空气的混合气一起吸入气缸烧掉。PCV阀是用真空操作和一个可变喷嘴控制的阀。其作用是
29、在怠速、低速小负荷时减少送入气缸的抽气量，避免混合气过稀而造成失火。在节气门全开时，即进气管真空度低，气缸窜气量大时，提供足够的流量。进气管测低负荷时高负荷时停机时P C V阀P C V系统P C V阀高负荷运转时窜气新气图图8-18 曲轴箱前置通风系统曲轴箱前置通风系统2.油蒸气吸附装置油蒸气吸附装置是将从油箱蒸发出来的油蒸气流入炭罐内被活性炭所吸附的一种装置。当发动机工作时，由进气负压控制（或电子控制）开启净化控制阀，在炭罐内被吸附的油蒸气与从炭罐下部流入的空气一起被吸入进气管。图8-19为一种常用的活性炭罐式油蒸气吸附装置。132456油 蒸 气空 气图图8-19 活性炭罐式油蒸气吸附装
30、置活性炭罐式油蒸气吸附装置1空气滤清器 2控制阀 3储气罐 4油箱 5炭罐 6进气管3.废气再循环装置废气再循环装置（EGR）p 使少量废气（5%20%）再次循环进入气缸，降低燃烧温度，可抑制NOx生成，如图8-20。对废气再循环量的控制方法有进气负压控制式、排气压力控制式、负荷比例式及电子控制式。应根据不同工况决定是否采用废气再循环，或确定废气再循环量的多少。12345687图图8-20 废气再循环系统废气再循环系统（EGR）1冷却液温度传感器 2负荷传感器 3转速传感器 4怠速开关 5节气门位置传感器 6ECU 7电磁阀 8EGR阀第六节第六节 排放法规与试验方法排放法规与试验方法一、各国
31、排放法规简介一、各国排放法规简介 1.美国排放标准美国排放标准 美国排放法规分为联邦排放法规（环境保护局（EPA）排放法规）和加利福尼亚州空气资源局（CARB）排放法规。加州排放法规比联邦排放法规严格。美国的轻型汽车标准分为Tier1和Tier2两个标准。排放标准中规定的污染物为NMOG、CO、PM、HCHO、NOX共5种，与我国标准相比对污染物的控制更加严格。p 美国的轻型汽车油耗及排放评定标准采用的是CAFE（Corporate Average Fuel Economy）标准，CAFE包括城市行驶循环（FTP，Federal Test Procedure）以及公路行驶循环（SFTP，Sup
32、plemental Federal Test Procedure）两部分，其中FTP所占比例分子为0.55，而SFTP则是0.45，经过运算能够得到综合燃油经济性。p 为模拟城市道路情况，目前美国采用试验工况的是FTP-75工况，如图8-21所示。FTP城市行驶循环总测试时间为1877s，包括505s冷启动(发动机周围平均温度2030)、867s稳定状态以及505s热启动三个阶段。通过测算每个阶段的碳排放量从而得到城市行驶燃油经济性，其中冷启动占有0.43比重因子，稳定状态占1个比重因子，而热启动则占0.57比重因子。FTP测试总行程17.77公里，平均车速34.12km/h，最高91.25k
33、m/h。p 配合CVS-3进行三次取样，并按照下式计算废弃成分排放率 。式中 冷启动最初505s间排放率（）；热启动最初505s间排放率（）；冷启动最初505s-1372s间排放率（）；wmYwmcthts=0.43+0.57+g/mileYYYY（）（）ctYg/milehtYg/mileg/milesY 相对FTP，SFTP（如图8-22所示）的曲线轮廓也更加地平缓，震荡幅度与频次都明显小过FTP。SFTP总测试时间为1545s，包括765s正式测试时间、15s怠速时间以及765s取样时间，测试总行程33km，平均车速77.4 km/h，最高车速96.4 km/h。图8-21 FTP75试
34、验工况图8-22 SFTP试验工况 美国联邦排放法规对于重型发动机排放标准如表8-4所示，生效时间为2007年，要求2010年全部达标，重型发动机的认证试验为瞬态联邦发动机台架循环试验。表8-4 重型发动机排放标准（联邦法规）单位：g/（hph）NMHCNOXPM0.140.200.012.欧洲排放标准欧洲排放标准p 欧洲标准是由欧洲经济委员会（ECE，Economic Commission of Europe）的排放法规和欧共体（EEC，European Economic Community）的排放指令共同加以实现的，ECE从1972年开始以ECE-R15法规形式对轻型汽油车排放污染物和曲轴
35、箱污染物排放进行控制，1989年起ECE开始使用无铅汽油，1992年以后，EU轻型汽车开始实行的标准为Euro1、Euro2、Euro3、Euro4、Euro5、Euro6，也就是欧I、欧II、欧III、欧IV、欧V、欧VI。目前已实施欧VI标准，排放限值如表8-5所示。基准质量RM（kg）限值COTHCNMHCNOXTHC+NOX颗粒物质量PM颗粒数量PNL1（g/km）L2g/kmL3g/kmL4g/kmL2+L4g/kmL5g/kmL6#/km类别级别 PICIPICIPICIPICIPICIPICIPICI第一类车-全部10.50.1-0.068-0.060.08-0.170.0045
36、0.0045-6.01011第二类车I130510.50.1-0.068-0.060.08-0.170.00450.0045-6.01011II1305-17601.810.630.13-0.09-0.0750.105-0.1950.00450.0045-6.01011III17602.270.740.16-0.108-0.0820.125-0.2150.00450.0045-6.01011注：PI=点燃式；CI=压燃式表表8-5 欧欧VI标准排放限值标准排放限值p 欧洲轻型车辆测试循环从1992年开始采用，试验规范定为ECE15（市区）工况+EUDC（市郊）工况试验循环，其中市区运转循环又是
37、由四个小的市区运转循环单元组成。p 每个循环单元测试时间为195s，包括怠速，启动，加速以及减速停车等几个阶段，最高车速50km/h，平均车速18.35km/h，最大加速度1.042m/s，平均加速度0.599m/s。市郊运转循环时间为400s，最高车速120km/h，平均车速62km/h，最大加速度0.833m/s，平均加速度0.354 m/s2。测试循环工况如图8-23所示。图8-23 欧洲排放测试工况欧洲对于柴油机和重型汽油机、气体发动机在1992年也制定了相应的排放标准。p 自2002年10月，普通车辆开始采用欧洲固定循环试验（European Stationary Cycle，ESC
38、）、欧洲瞬态循环试验（European Transient Cycle，ETC）。环境友好车辆EEV（Enhanced environmentally friendly vehicle）于1999年10月开始使用ESC、ETC、ELR（The European Load Response）试验循环。p 从欧VI开始，重型车辆排放限值的测试采用世界统一的稳态测试循环（World Harmonized Stationary Cycle，WHSC）和瞬态测试循环（World Harmonized Transient Cycle，WHTC）。p 从欧III开始，要求车辆必须装备OBD系统，规定：当车辆
39、出现故障、排放系统损坏或排放超标时，车辆必须显示告知驾驶员。通常欧洲的OBD称为EOBD以区分于美国的OBD。3.日本排放标准日本排放标准p 日本在1966年起实施汽车排放法规，采用4工况法控制CO的体积百分比。期间进行了多次修订，到2005年日本引入了更接近于实际行车情况的JCO8工况。图8-24为日本各测试工况。p 目前，日本排放标准中限定的污染物为NMHC、CO、NOX、PM共4种。乘用车采用一样的限值要求；货车及客车则根据GVW（Gross Vehicle Weight 车辆总重量）的不同划分为：轻型车、微型车（GVW1.7t）、中型车（1.7tGVW3.5t）、重型车（GVW3.5t
40、）分别执行不同的排放限值。a)10工况b)10-15工况c)JCO8工况图图 8-24 日本各测试工况日本各测试工况二、我国汽车的排放法规二、我国汽车的排放法规p 我国汽车污染排放控制工作始于1979年，在1983年颁布了首个国家排放标准GB3842-19。标准中国实施年份欧洲实施年份相差时间（年）国I（欧1）200019928国II（欧2）200419968国III（欧3）200720007国IV（欧4）201020055京V（欧5）201320085国VI（欧6）-2013-备注：2016年4月1日起，我国在东部11省实施国五标准。表表8-6 中国与欧洲汽车排放标准实施时间中国与欧洲汽车排
41、放标准实施时间在1983年颁布了首个国家排放标准GB3842-19。世界三大排放体系中，欧洲法规在标准的宽严程度、道路交通情况等方面都相对适用于我国实际情况，我国在充分吸收欧美的经验后，形成了中国排放法规体系。我国与欧洲排放标准实施时间如表8-6所示。1.排放标准中的相关术语 根据GB/T 15089-2001机动车及挂车分类、GB14762-2008重型车用汽油发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国III、IV阶段）、GB18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法、GB/T3730.2-1996道路车辆 质量 词汇和代码中的相关术语规定：1）M类车辆：至少有四个车轮并且
42、用于载客的机动车辆。M1类车辆：包括驾驶员座位在内，座位数不超过九座的载客车辆。M2类车辆：包括驾驶员座位在内座位数超过九个，且最大设计总质量不超过5000 kg载客车辆。M3类车辆：包括驾驶员座位在内座位数超过九个，且最大设计总质量超过5000 kg的载客车辆。2）N类车辆：至少有四个车轮且用于载货的机动车辆。N1类车辆：最大设计总质量不超过3500 kg的载货车辆。N2类车辆：最大设计总质量超过3500 kg，但不超过12000 kg的载货车辆。N3类车辆：最大设计总质量超过12000 kg的载货车辆。3）重型汽车：最大总质量大于3500kg的M类和N类车辆。4）轻型汽车：最大总质量不超过
43、3500kg的M1类、M2类和N1类车辆。5）第一类车：包括驾驶员座位在内，座位数不超过六座，且最大总质量不超过2500kg的M1类汽车。6）第二类车：除第一类车以外的其他所有汽车。7）整备质量：汽车的净重，通常指空车，不包括货物、驾驶员及乘客的重量，但是包括车本身的邮箱（含汽油）、机油、冷却液及汽车本身自有装备及内饰、备胎工具。8）基准质量：汽车的“整备质量”加100kg。9）最大总质量：汽车制造厂提出的技术上允许的最大质量。2.我国轻型汽车排放法规我国轻型汽车排放法规2013年9月17日，我国东部11个省市（北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、海南）全面实行汽车国五
44、排放标准；从2017年1月1日开始，全国范围内将全部执行国五标准。表8-7为国V型式核准试验项目。型式认证试验类型装点燃式发动机的轻型汽车（包括HEV）装压燃式发动机的轻型汽车（包括HEV）汽油车两用燃料车单一气体燃料车I型-汽态污染物进行进行（验证两种燃料）进行进行I型-颗粒物质量1进行进行（只验汽油）不进行进行I型-粒子数量不进行不进行不进行进行II型-双怠速进行进行（验证两种燃料）进行不进行II型-自由加速烟度不进行不进行不进行进行III型进行进行（只验汽油）进行不进行IV型2进行进行（只验汽油）不进行不进行V型3进行进行（只验汽油）进行进行VI型进行进行（只验汽油）不进行不进行OBD系
45、统进行进行进行进行注：1对于装点燃式发动机的轻型汽车，颗粒物质量测量仅适用于装缸内直喷发动机的汽车。2IV型试验前，还应按规定对炭罐进行检测。3V型试验前，还应按规定对催化转换器进行检测。表表8-7 国国V型式核准试验项目型式核准试验项目 表中：p I型试验指汽车冷启动后的排气试验；p II型试验指双怠速下的CO、HC和高怠速过量空气系数值得测量试验，该项试验在国II标准中已经开始执行；p III型试验是指曲轴箱排放试验；p IV型试验值蒸发排放试验；p V型试验指污染控制装置耐久性试验；p VI型试验指低温下排气中CO和THC排放试验。我国排放法规规定所有汽车必须进行I型试验，汽车放置在 带
46、有负荷和惯性模拟的底盘测功机上，按照相关规定进行试验。在试验工况的选择上，采用的是用欧盟的NEDC （New European Driving Cycle）循环，如图8-23所示。p 运转循环是由1部（市区运转循环）和2部（市郊运转循环）组成，工况分解后如图8-25所示：a）市区运转循环 b）市郊运转循环图8-25 NEDC运转循环分解p 在排气取样方法上，采用的是1978年欧洲经济委员会采用的定容取样法。这是一种接近于汽车排气扩散到大气中实际状态的取样方法，又称为变稀薄度取样法。分析对象要求CO+CO2分析仪采用不分光红外线吸收（NDIR）型THC（点燃式发动机）分析仪采用氢火焰离子化（FI
47、D）型。用丙烷气体标定，以碳原子当量表示THC（压燃式发动机）分析仪采用加热式氢火焰离子化（HFID）型。用丙烷气体标定，以碳原子当量表示CH4分析仪采用气象色谱（GC）+氢火焰离子化（FID）型，或非甲烷截止器（NMC）+氢火焰离子化（FID）型。用丙烷气体标定，以碳原子当量表示NOX分析仪采用化学发光（CLD）型或非扩散紫外线谐振吸收（NDUVR）表8-8 气体分析要求p I型试验排放限值标准见表8-9。基准质量RM（kg）限值COTHCNMHCNOXTHC+NOX颗粒物质量PM颗粒数量PNL1g/kmL2g/kmL3g/kmL4g/kmL2+L4g/kmL5g/kmL6#/km类别级别
48、PICIPICIPICIPICIPICIPICIPICI第一类车-全部10.50.1-0.068-0.060.018-0.230.00450.0045-6.01011第二类车I130510.50.1-0.068-0.060.018-0.230.00450.0045-6.01011II1305-17601.810.630.13-0.09-0.0750.235-0.2950.00450.0045-6.01011III17602.270.740.16-0.108-0.0820.28-0.350.00450.0045-6.01011注：PI=点燃式；CI=压燃式p V型试验中劣化系数限值如表8-10所
49、示；VI型试验排放限值标准见表8-11。车辆种类COHCNOXHC+NOXPM点燃式发动机车辆1.21.21.2压燃式发动机车辆1.11.01.01.2表8-10 劣化系数试验温度266K（-7）类别级别基准质量（RM）（kg）CO（g/km）THC（g/km）第一类车-全部151.8第二类车IRM 1305151.8II1305RM 1760242.7III17602 kHz4 kHz 表8-15 发动机机械噪声分类（1）活塞敲缸噪声）活塞敲缸噪声。活塞对汽缸壁的敲击往往是内燃机最强的机械噪声源。由于活塞与缸壁之间有间隙，在燃烧时气体压力及运动惯性力的作用下，使活塞对缸壁的侧向推力在上下止点
50、处改变方向，且呈现周期性变化（见图8-30），TTFPPFP压缩过程 膨胀过程图8-30压缩、膨胀过程中侧向力的变化所产生的侧压力敲击不但在上止点和下止点附近发生，而且也发生在活塞行程的其他位置上，从而形成活塞对缸壁的强烈敲击声。当汽缸内的最大压力及缸壁间隙增大、转速及负荷提高、缸壁润滑条件变差，则敲击声随之增大。此外，活塞对汽缸壁的敲击还能引起汽缸壁的高频振动。p 活塞的敲击声主要取决于气缸的最大爆发压力和活塞与缸壁之间的间隙，所以这种噪声既与燃烧有关，又与发动机的具体结构有关。在使用过程中，活塞与缸壁的间隙、发动机转速、负荷以及气缸的润滑条件是主要的影响因素。p 活塞敲击声随转速的增高而增
