毕业设计（论文）-尾气分析仪对汽车燃油燃烧排放的分析检测.doc

尾气分析仪对汽车燃油燃烧排放的分析检测摘要汽车的燃油主要有两种，就是汽油和柴油 。随着现代汽车的发展，汽车越来越向节能减排的方向发展。减少汽车的尾气排放。要对汽车的尾气进行检测，就要用到尾气分析仪。废气分析仪采用不分光红外吸收法原理，测量机动车废气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和二氧化碳(CO2)成分，用电光学电池原理测量排气中的氮氧化合物(NOx)和氧气(O2)的成分，并可根据测得的COCO2、HC和O2的成分计算出过量空气系数。 关键词:尾气分析、燃料、二次燃烧、检测。目 录摘要1目 录2前 言3一、汽车燃油3（一） 汽车燃油的种类3（二）汽油的制取及特点3（三）柴油的制取及特点4（四）汽油与柴油的区别51.汽油52.柴油5二、劣质燃油对汽车尾气产生的影响5三、汽车尾气分析仪简介6（一）汽车尾气分析仪6（二）汽车尾气分析仪的用途6（三） 汽车尾气分析仪的类型71、两气尾气分析仪72、四气尾气分析仪73. 五气尾气分析仪7四、尾气分析仪对尾气的分析及检测过程8（一）采用尾气分析仪进入二次燃烧8（二）空燃比和点火正时对尾气成分的影响8（三）实验设备与实验方法实验设备91. 实验设备92. 实验方法9（四）尾气分析的基本结论9总结和体会10致谢词11参考文献11 前 言汽车的燃油主要有两种，就是汽油和柴油，飞机用的是航空煤油。 汽油的分类是按照它所含的辛烷值分类的，如90，97等，辛烷值越高，汽车产生的爆燃的几率越小，也就对发动机越 有好处。所以大部分高档车都选用标号较高的汽油。 柴油的分类是按照它的冰点算的，0代 表气温低于0摄氏度时，它会凝结成固体 。同理10代表10摄氏度时才凝结成固体，这就是北方冬天柴油车都采用标号较低的缘故，防止燃油被冻上。 19世纪中，人们还没有认识到汽油的重要性，当时大量使用的是点灯用煤油。那时的石油炼制依赖简单的蒸馏过程，将石油中沸点不同的成分分离出来。煤油组分的 沸点较高，点灯时使用安全，成为原油炼制的主要产品，而汽油和其他成分则往往被当作燃料烧掉。到了19世纪中后期，创制成功使用汽油的内燃机， 1886年汽油机作为汽车动力运行成功，由此，汽油的重要性与日俱增。但采用蒸馏法，仅能从原油中提炼出20%的汽油。1911年，美国标准石油公司解决了汽油收率低的问题，采用威廉姆伯顿和罗伯特哈姆福瑞斯发明的热裂化工艺，将重质的瓦斯油加热裂 化为轻质的汽油等馏分，从而整体提高了汽油收率，热裂化工艺在1913年获得了美国专利授权。 随后的催化裂化工艺比热裂化工艺进一步提高了汽油收率，而且辛烷值更高。 一、汽车燃油（一） 汽车燃油的种类 汽车的燃油主要有两种，就是汽油和柴油 。（二）汽油的制取及特点1. 直馏汽油的制取方式是:石油常压、分馏。 裂化汽油的制取方式是:重油裂化。直馏汽油与裂化汽油的比较成份，直馏汽油含C5C11的烷、环烷、 芳香烃裂化汽油含C5C11的烷、烯、二烯烃。2. 性质直馏汽油可作溴水的萃取剂，可与高锰酸钾溶液反应 裂化汽油可与溴水、高锰酸钾溶液反应，使之褪色。3. 特点:辛烷值高(其RON 可达96， MON可达 94，在内燃机中燃烧后，排气烟雾少，不引起爆震， 是清洁汽油理想的高辛烷值调合组分；不含烯烃、芳烃，硫含量也很低，将烷基化汽油调入汽油中通过稀释作用可以降低汽油中的烯烃、芳烃、硫等有害组分的含量；蒸气压较低。烷基化油几乎完全是由饱和的分支链烷烃所组成，因此还可以用烷基化油作成各种溶剂油使用。4. 鉴别:裂化汽油使用溴水（三）柴油的制取及特点1.柴油的制取方法柴油的制取方法归纳起来主要有物理法、化学法、高温裂解法。 在物理法生物柴油生产技术方面，主要利用了动植物具有高能量密度和可燃烧的特性用于柴油代用燃料。与物理方法不改变油脂组成和性质不同 ，化学法生物柴油技术就是将动植物油脂进行化学转化，改变其分子结构，使主要组成为脂肪酸甘油酯的油脂转化成分子量仅为其1/3的脂肪酸低碳烷基脂，使其从根本上改善流动性和粘度，适合作内燃机的燃料。酯化和酯交换是生物柴油的主要生产方法。物理方法生产的生物柴油因为是专门针对 某种柴油机来开发或者改变柴油内燃机结构使其适合于使用生物柴油，因此物理法生物柴油均是直接使用，其使用技术本身就包含在生产技术之中， 但因其物化性能指标难以控制 ，因此物理法生产柴油在生物柴油产业中所占比重很小。化学法生产的生物柴油完全改变了物理法生产生物柴油的物性状况，成为完全均匀的液态产品粘度也得到大幅度降低，而且能与石化柴油以任意比互溶，形成单一的均相体系 。 2. 柴油的特性汽沸点范围有180370 和 350 410 两类。对石油及其加工产品 ，习惯上对沸点或沸点范围低的称为轻，相反成为重。故上述前者称 为轻柴油，后者称为重柴油。商品柴油按凝固点分级，如 10 、 -20 等，表示低使用温度，柴油广泛用于大型车辆、船舰。由于高速柴油机（汽车用）比汽油机省油，柴油需求量增长速度大于汽油，一些小型汽车也改用柴油。对柴油质量要求是燃烧性能和流动性好。燃烧性能用十六烷值表示愈高愈好，大庆原油制成的柴油十六烷值可达68 。高速柴油机用的轻柴油十六烷值为 4255， 低速的在35以下。 不能用塑料桶装,否则会起火。（四）汽油与柴油的区别1.汽油汽油是物化性质油品的一大类，复杂烃类(碳原子数约412)的混合物。 无色至淡黄色的易流动液体。沸点范围约初馏点30至 205，空气中含量为74 123gm3时遇火爆炸。主要组分是四碳至十二碳烃类。易燃。汽油的热值约为44000kJ/kg。燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。 制备由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油，不单独作为发动机燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如抗爆剂四乙基铅）以制得商品汽油。 分类用途用量最大的轻质石油产品之一，是引擎的一种重要燃料。2.柴油柴油是轻质石油产品，复杂烃类(碳原子数约1022)混合物。 为柴油机燃料。主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取。分为轻柴油（沸点范围约180370）和重柴油（沸点范围约350 410）两大类。广泛用于大型车辆、铁路机车、船舰。柴油最重要的性能是着火性和流动性。 二、劣质燃油对汽车尾气产生的影响1.使用劣质汽油会给汽油机带来如下问题:因汽油胶质过多导致发动机进气门粘连，汽车轻则怠速抖动、则发生顶弯气门等严重故障； 因汽油胶质过多导致发动机燃烧室积炭过多、动力下降、油耗增加、排放变差；导致喷油器堵塞、发动机抖动、怠速不稳、加速不良；导致积炭堵塞 三元催化转化器，造成发动机动力不足；导致EGR阀因积炭而卡滞，发动机怠速容易熄火或氮氧化物排放大幅增加。因汽油超标使用MMT含锰抗爆剂， 导致锰沉积物沉积在进气门上 ，造成气门关闭不严，燃烧效率下降，排放超标；锰沉积物沉积在火花塞上，导致火花塞烧蚀，发动机工作不正常，碳氢排放超标；锰沉积物沉积在氧传感器和三元催化转化器上 ，会导致其失效，排放超标； 锰沉积物烧结堵塞三元催化转化器，会导致汽车不能正常行驶。因汽油硫含量超标，导致氧传感器中毒失效，汽车加速不畅，排气冒黑烟；导致三元催化转化器硫中毒失效，氮氧化物超标；导致硫磷化学络合物堵塞三元催化转化器，影响车辆动力性能和排放净化性能 。2.轻质石油产品，复杂烃类(碳原子数约10 22)混合物。为柴油机燃料。主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取。3.但是比起汽油来，柴油含更多的杂质，它 燃烧时也更容易产生烟尘，造成空气污染 。但柴油不像汽油般会产生有毒气体，因此，比汽油更环保和健康。为了减少因为 烟尘所造成的污染，而其硫氧化合物（SO x）污染也是一个问题。三、汽车尾气分析仪简介（一）汽车尾气分析仪尾气分析仪是现代汽车重要的检测仪器之一。利用尾气分析仪对发动机在不同工况下尾气中不同成分气体含量的检测和分析，作为一种辅助诊断设备，进行故障诊断，利用尾气分析仪对发动机各系统进行故障诊断的方法。 （二）汽车尾气分析仪的用途 1. 对机动车的排放情况 进行检测，监测其污染物的排放水平，判断排放污染物是否合格或超标。 2.对化油器式车辆进行检测、调整并使之空燃比处于合理水平，提高燃烧效率，降低污染物排放。 3. 对电喷车、装有三元催化器的电喷车通过检测诊断 ，可以监测其电控系统、燃烧系统、催化转化系工作是否正常，达到发现问题相应找出解决问题的目的。 4. 检测汽车排放系统是否存在泄漏、破损。 5. 可以检查包括燃烧情况、点火能量、进气效果、供油情况、机械情况等诸多发动机故障。 6. 其它涉及的诊断用途 ，如采用OBD接口技术，进行系统故障代码的诊断，判断其空燃比、氧传感器等是否正常等。（3） 汽车尾气分析仪的类型汽车尾气分析仪有两气、 四气和五气等多种类型。 1、两气尾气分析仪 两气尾气分析仪是用来测汽车尾气排放中CO和HC的体积分数的。目前国内所用的两气尾气分析仪大多都不具有自检泄漏的功能，因此采集数据的真实性很难保证。 2、四气尾气分析仪四气尾气分析仪具备两气尾气分析仪的所有功能，而且还能进行故障诊断和分析，它除了能测CO和HC外，还能测录CO2和O2，发动机油温、转速等，以及计算过量空气系数和 空燃比。所以四气尾气分析仪不仅可作为环保检测仪器使用，还可以作为诊断工具。 3. 五气尾气分析仪五气尾气分析仪当CO和HC降低时，可能会引起尾气中的NOx浓度升高，而且NOx常常是在高温大负荷的情况下产生的，五气尾气分析仪就能监测NOx的浓度。 汽车尾气分析仪的分析方法汽车尾气成分与发动机的工况有着密切联系，所以通过汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏。 更为重要的是，当发动机各系统出现故障时，尾气中某种成分必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成分的含量，可判断发动机故障所在的部位。在多种排放成分中HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。CO主要来自在空气 不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。尾气分 析法就是通过对汽车尾气中的CO，HC，CO2和O2等排放成分作为主要分析参数来对发动机故障进行诊断的一种方法。四、尾气分析仪对尾气的分析及检测过程（一）采用尾气分析仪进入二次燃烧 中国汽车工程院汽车尾气分析HC、CO、NOX等有汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中会产生害气体和CO2、H20、O2等无害气体。 由于尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，所以通过汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏，可以检查包括燃烧情况、点火能量、进气效果、供油情况、机械情况等诸多方面。 更为重要的是，当发动机各系统出现故障时，尾气中某种成分必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成分的含量， 可判断发动机故障所在的部位。 尾气分析主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有CO、 HC、CO2和氧（O2），还有空燃比（A/F）或相对空燃比 （）。NOX常常发生在高温大负荷的情况下，在没有底盘测功机时只能靠路试去测量，在此不作分析。（二）空燃比和点火正时对尾气成分的影响 HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。CO主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。 CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。 随着空燃比的增加，CO的排放浓度逐渐下降，HC的排放浓度两头高、中间低，CO2的排放浓度中间高、 两头低。 当空燃比小于14.7:1时（混合气变浓），由于空气量不足引起不完全燃烧，CO、HC的排放量增大。 空燃比越接近理论空燃比14.7:1，燃烧越完全，HC、CO的值越低，O2越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%14.8%之间）。而当混合气空燃比超过16.2:1时 （混合气变稀），由于燃料成分过少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃 HC大量排出。混合气过浓将产生大量的CO、HC，混合气过稀将引起失火而生成过多的HC。 如图2所示，点火提前角对 CO的排放没有太大影响，过分 推迟点火会使CO没有时间完全氧化而引起CO排放量增加，但适度推迟点火可减小CO排放。 实际上当点火时间推迟时，为了维持输出功率不变需要开大节气门，这时CO排放明显增加。 随着点火提前角的推迟，HC的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了CO和 HC的氧化，也由于减小了燃烧室内的激冷面积。 发动机在不同工况下尾气排放浓度值正常范围。（三）实验设备与实验方法实验设备 1. 实验设备大众桑塔纳2000GSi AJR发动机故障实验台，美国SPX OTC3995发动机综合分析仪，美国SPX OTC3995-2五气体分析模块（与发动机综合分析仪配套）。AJR发动机是直列式4冲程4缸8 气门电喷发动机，采用了德国博世（Bosch）公司先进的M3.8.2电子控制顺序多点燃油喷射系统。点火系统采用两个点火线圈，为双火花点火系统。 OTC3995发动机分析仪功能强大，可对发动机电器系统、燃油系统、点火系统和机械部分进行全方位的诊断测试。 发动机高速运转时，高精度示波器可随时获取错误信号，同时进行蓄电池电压与电流、初级和次级点火信号、一缸同步信号、正时信号和真空度的检测。 2. 实验方法（1）设置空气供给系统、燃油供给系统、电子点火系统和控制系统的模拟故障，检测不同系统、不同故障的尾气成分。根据尾气检测结果，分析研究发动机各部分故障与尾气成分变化间的关系。进行故障模拟的方法主要有以下几种：阻塞空气供给系统模拟混合气过浓的故障； 断开某缸喷油器控制线路模拟喷油器不喷油的故障； 阻塞某缸喷油器模拟喷油器喷油不畅的故障； 使用间隙过大、过小的火花塞或漏电的高压线模拟点火系统故障； 使用已损坏失效的传感器、执行器模拟控制系统的故障； 拔去某缸火花塞模拟某缸不工作的故障等。（2）实验时，为反映发动机排放的真实情况，将五气体分析仪的取样探头插入三元催化器前面排气管上的一个专用废气检测插头中，插入深度为400mm。 为了防止气流滞后效应对测量结果的影响，在启动发动机10s后开始读数，读取30s内尾气排放的平均值。 若将三元催化器前后的测量值进行比较，还可以判断三元催化器的转化效率是否正常。（四）尾气分析的基本结论发动机各部分技术状况与尾气成分间的关系进排气门、汽缸衬垫的密封性，活塞、活塞环、缸套的磨损与密封性等因素，与之有关的尾气成分有HC、CO。 相关的检测项目有汽缸压力、汽缸漏气率和进气真空度。 空气流量、温度、节气门位臵、转速传感器信号及ECU等影响喷油压力和喷油时间的因素，喷油器、进气温度、进气管内壁状况 等影响喷油雾化质量的因素，与之有关的尾气成分有HC、CO。 尾气成分异常的原因分析: HC的读数高，说明燃油没有充分燃烧。汽缸压力不足、发动机温度过低、油箱中油气蒸发、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、混合气过浓或过稀、点火正时不准确、点火间歇性不跳火、 温度传感器不良、喷油嘴漏油或堵塞、油压过高或过低等因素都将导致HC读数过高。 CO的读数是零或接近零，则说明混合气充分燃烧。 C0的含量过高，表明燃油供给过多、 空气供给过少，燃油供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。 其它问题，如活塞环结阻塞、曲轴箱强制通风系统受阻、点火提前角过大或水温传感器有故障等。 C0的含量过低，则表明混合气过稀，故障原因有：燃油油压过低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、EGR阀泄漏等。 CO2是可燃混合气燃烧的产物，其高低反映出混合气燃烧的好坏，即燃烧效率。可燃混合气燃烧越完全，CO2的读数就越高，混合气充分燃烧时尾气中CO2的含量达到峰值1316%。 当发动机混合气出现过浓或过稀时，CO2的含量都将降低。当排气管尾部的CO2低于12%时，要根据其他排放物的浓度来确定发动机混气的浓或稀。 燃油滤芯太 脏、燃油油压低、喷油嘴堵塞、 真空泄漏、EGR阀泄漏等将造成混合气过稀。而空气滤清器阻塞、燃油压力过高，都可能导致混合气过浓。 O2的含量是反映混合气空燃比的最好指标，是最有用的诊断数据之一。 可燃混合气燃烧越完全，CO2的读数就越高；与此相反，燃烧正常时，只有少量未燃烧的O2通过汽缸，尾气中O2 的含量应为12%。O2的读数小于1%，说明混合气过浓；O2的读数大于2%，表示混合气太稀。 导致混合气过稀的原因有很多，如燃油滤芯太脏、燃油油压低、喷油嘴堵塞、真空泄漏、 EGR阀泄漏等。 而空气滤清器阻塞、燃油压力过高等都可能导致混合气过浓。总结和体会通过对相关资料，然后数据分析归纳得出发动机尾气处理规律并且制定相应的处理方法。汽车随着行驶里程的增加，各零部件及总成由于自然磨损和其他损伤而逐渐必表示工作能力，特别是发动机尾气排放处理，当发动机尾气程度达到一定值时将直接影响到发动机的动力性和经济性。发动机尾气的判断主要依据是发动机的燃烧不充分和点火正时的时刻不准确。为了提高发动机尾气处理的