汽车排放污染物的检测.ppt

模块四汽车公害检测 课题一汽车排放污染物检测 汽车排放污染物与环境 光化学烟雾洛杉矶化学烟雾事件 1943 伦敦烟雾 1952 酸雨我国70 地区出现过温室效应全球问题 1943年美国洛杉矶市的250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油 汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应 形成浅蓝色烟雾 使该市大多市民患了眼红 头疼病 后来人们称这种污染为光化学烟雾 1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学元素烟雾事件 前者有400多人因五官中毒 呼吸衰竭而死 后者使全市四分之三的人患病 1952年伦敦烟雾事件是1952年12月5日 9日发生在伦敦的一次严重大气污染事件 这次事件造成多达12000人因为空气污染而丧生 并推动了英国环境保护立法的进程 被酸雨腐蚀的树林 发动机的三种污染源 发动机废气 55 曲轴箱窜气 20 25 燃油汽蒸发 20 一 汽车排放污染物及其危害 1 一氧化碳 CO 气体成因 是燃料不完全燃烧的产物 即混合气太浓或燃烧质量不佳 碳氢燃料的高温氧化生成危害 浓度 0 001 引起慢性中毒浓度 0 012 1小时后死亡 与血液中的血红蛋白结合 2 碳氢化合物 HC 成因 发动机未燃尽的燃料分解或供油系中燃料蒸发所产生 壁面激冷效应 缝隙效应 缸壁润滑油膜的吸收和蒸发危害 形成光化学烟雾 3 氮氧化合物 NOX 成因 在高温 1800 和高浓度氧气的条件下氮和氧才能发生反应 生成NOX 主要是NO和NO2 危害 产生与CO相似的严重后果 引起肺水肿 同时刺激眼 鼻粘膜 4 硫化物 SO2 成因 燃料中的硫和空气中的氧气反应生成 危害 形成酸雨5 碳烟 微粒 成因 不完全燃烧的产物危害 影响呼吸系统 引起恶心头晕 6 二氧化碳成因 燃烧产生危害 温室效应 在欧洲温室气体排放总量中 交通污染约占21 是欧洲空气质量恶化和导致癌症 呼吸与心血管系统疾病死亡率上升的主要元凶 尾气成分与空燃比的关系 汽车排放污染物的表示方法 浓度排放量CO CO2和O2 HC和NOxppm1ppm 1mg kg 1mg L 1 10 6质量排放量g h或g 测试比排放量g Km 二 内燃机排放法规 分为轻型车和重型车排放法规 国外排放法规美国法规欧洲法规日本法规 美国法规最早的加利福尼亚标准测试循环 年诞生 70年代 美国EPA制定了新的排放测试循环 轻型车的排放测试循环 循环 001年后 由 0 06三个循环组成重型车 稳态 工况 年 采用瞬态测试循环加州排放法规 世界上最严厉的排放法规 欧洲法规最早的 七十年代 轻型车的 十五工况循环 重型车 采用 稳态 工况 000年 欧 排放采用新的 工况 稳态 工况测试循环 确定 三个转速瞬态 同时要进行 快速烟度测试 要在瞬态测功机上进行 欧洲瞬态测试 循环 欧盟指令70 220 EEC详细描述了针对轻型机动车 乘用车和轻型车 的排放法规随着机动车排放控制技术的不断发展 对环境保护的要求日益提高 该指令历经多次修改 即所谓的欧1 欧2 欧3和欧4 欧5等机动车排放法规 对有害排放物的限制不断提出了更高的要求欧洲机动车排放法规对柴油车和汽油车的CO HC NOx以及颗粒排放分别制定了相应的排放限值欧洲排放法规的实施 一般自实施之日起 要求新认证车型即必须满足新的排放限值要求 而对于目前正在生产的车型 则要求一年以后必须满足新的排放限值中国目前有关轻型机动车辆排放控制的国家标准基本上是参照相应的欧盟指令来制定的 也就是我们经常提到的国1 国2 国3 国4 欧洲机动车排放法规综述 适用车型 M1类乘员不多于6人且总重不大于2 5吨的乘用车 M1 M2及N1类 总车重不超过3 5吨的轻型车 中国机动车排放法规的实施 全国范围 国4 柴油车 新上牌车辆 中国机动车排放法规的实施 北京 适用车型 M1类乘员不多于6人且总重不大于2 5吨的乘用车 M1 M2及N1类 总车重不超过3 5吨的轻型车 中国机动车排放法规的实施 其他城市 适用车型 M1类乘员不多于6人且总重不大于2 5吨的乘用车 M1 M2及N1类 总车重不超过3 5吨的轻型车 欧3 国3 排放法规对燃油品质的要求 汽油 参数欧2欧3主要影响蒸汽压 夏季 kPa 70max 60max 蒸发排放硫含量 mg kg 500max 150max 排放控制系统失效苯含量 v v 5 0max 1 0max 空气质量 公众健康芳烃含量 v v n a42燃烧室沉积物 苯排放烯烃含量 v v n a18沉积物的生成MMT mg kg 无无排放控制系统失效 参数欧2欧3主要影响密度 kg m 860max 845max PM NOx排放硫含量 mg kg 500max 350max PM排放 除NOx催化剂失效多环芳烃含量 m m n a11PM排放 NOx生成十六烷值49 min 51 min 发动机工作性能 HC排放润滑性 m 460 max 460 max 发动机运转 欧3 国3 排放法规对燃油品质的要求 柴油 我国的排放法规 我国从 0年代开始着手制定排放法规 0世纪末 参照欧盟排放法规 制定自己的排放法规制定的主要排放法规 车用汽油机怠速污染物排放法规车用柴油机排气烟度和可见排气污染物排放法规 包括全负荷烟度排放法规 自由加速度烟度排放法规 排气可见污染物排放法规轻型车用内燃机污染物排放法规重型车用内燃机污染物排放法规 我国的排放法规 重型车用内燃机污染物排放法规 压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法 2001 车用压燃式发动机排气污染物限值及测量方法 我国的排放法规 最新颁布了 200 车用压燃式 气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法 中国 阶段 005 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法 1835 2 001轻型汽车污染物排放限值及测量方法 中国 阶段 二 汽车排放污染物的检测技术 一 排气成分分析方法 1 不分光红外分析法 NDIR NDIR根据不同气体对红外线的选择性吸收原理来实现 如CO能够吸收4 7 m波长的红外光线 主要测量CO和CO2对NO和HC测量精度较低 2 氢火焰离子法 FID 利用某些气体在高温火焰中的电离现象 通过检测电极间的离子电流来测定气体浓度 HC的标准测量方法 灵敏度高 可用于稳态工况或瞬态工况 3 化学发光法 CLD CLD是测量NOX浓度的标准方法 被测气体中的NO与O3反应产生化学发光现象 这种化学发光的强度与NO浓度成正比 NO2转换为NO后 转化器 再进入化学发光室 转化效率应大于90 4 综合分析法 尾气分析仪 尾气分析仪的构造 该分析仪是从汽车排气管内收集取出汽车的尾气 并对气体中所含有的CO HC CO2 NOX O2的浓度进行连续测定 它主要由尾气采集部分 尾气分析部分 尾气指示部分和校正装置等构成 废气取样装置 如图所示 由探测头 过滤器 导管 水分离器和泵等构成 用探头 导管 泵从排气管采集尾气 排气中的粉尘和碳粒用过滤器滤除 水分用水分离器分离出去 最后 将气体成分输送到分析部分 废气分析装置 不分光红外分析法CO CO2氢火焰离子法CH化学发光法NOX氧传感器O2 校正装置是为了维持测定器的指示精度 保持准确的测定值而设置的 校正装置有用标准气体进行校准的校准装置和机械的简易校正装置两种 1 标准气体校正装置标准气体校正装置是用标准气从专用注入口直接注入分析部分 通过标准气体浓度和仪表指示值的比较 进行校正 2 简易校正装置简易校正装置是用遮光板来改变通过分析部分测定室侧的红外线数量 来进行指示针的简易校正 校正装置 显示装置尾气的浓度指示部分根据分析部分传来的电信号 在CO指示表上CO浓度以容积百分数 为单位 在HC指示表上HC浓度以正己烷当量容积百万分数 10 6或ppm 为单位直接指示出来 二 烟度的测量 1 滤纸式烟度计使排气通过白色滤纸 碳烟沉积 灯光照射滤纸表面 用反射率表示 范围0 10 0表示洁净滤纸 10表示完全染黑 简单便宜 适于人工检测 不适于测量白烟和蓝烟 2 不透光法利用碳烟对光的吸收作用 测定透过碳烟后光的衰减程度来测定排气烟度 表示方法用0 100 0 表示被测废气不吸光 100 表示光线完全被废气吸收 可以连续测量 稳态和非稳态 低烟度时有较高的分辨率 不透光烟度计 为控制在用汽车排气污染物的排放 改善环境空气质量 国家质量技术监督局于2000年12月28日发布了GB18285 2000 在用汽车排气污染物限值及测试方法 该标准规定对 装配点燃式发动机的车辆 进行怠速试验 双怠速试验和加速模拟工况 ASM 试验 其中按GBl4761通过B类认证 设计乘员数不超过6人 且最大总质量不超过2500kg的M1类车辆和按GBl4761通过B类认证 设计乘员数超过6人 或最大总质量超过2500kg但不超过3500kg的M类车辆和N1类车辆 进行双怠速试验或加速模拟工况 ASM 试验 其他的M N类装配点燃式发动机的车辆进行怠速试验 三 汽油排放污染物的检测方法 三 汽油机排放污染物的检测方法 一 双怠速检测法检测条件 1 发动机处于怠速运转状态 离合器处于结合位置 油门处于松开位置 变速杆位于空挡位置 阻风门 化油器式发动机 全开 2 进气系统装有空气滤清器 排气系统装有排气消音器 并不得有泄漏 汽油符合GB484的规定 3 使发动机冷却液和润滑油温度达到汽车使用说明书所规定的热机状态 测量步骤 1 必要时要在发动机上安装转速计 点火正时仪 冷却液和润滑油测温计等测试仪器 2 发动机由怠速工况加速至0 7倍的额定转速 维持60秒 以清除燃烧室中的各种残留气体 后降至怠速状态 3 在稳定怠速状态下 将尾气分析仪的取样管插入排气管中 插入深度等于400mm 并固定于排气管上 4 加速至高怠速状态下维持15s后开始读数 读取30s内CO和HC的最高值和最低值 取其平均值为高怠速排放测量结果 5 发动机从高怠速降至怠速状态维持15s后开始读数 读取30s内CO和HC的最高值和最低值 取其平均值为怠速排放测量结果 6 若为多排放管时 取各排放管测量结果的算术平均值 二 工况法 加速模拟工况试验 ASM 特点 底盘测功机加载 可全面反映车辆尾气排放状况 检测标准及检测结果分析 国家标准GB18285 2000 在用汽车排气污染物限值及测试方法 中规定 对于装配点燃式四冲程发动机 最大总质量大于400kg 最大设计车速等于或大于50km h的在用汽车 排放污染物限值见下表 何为 欧I 欧II 标准 欧I 欧II 是欧洲I号标准和欧洲II号标准的简称 欧洲标准属于一个专业的技术范畴 它是欧洲经济共同体委员会制订的统一指令 涵盖了不同类型汽车排放的有关规定 现以设计乘员数不超过6人 含驾驶员 总质量不超过2 5吨的汽车为例 在1999年1月1日到2003 12月31日期间 必须达到的排放极限值为 一氧化碳不超过3 16克 公里 碳氢化合物不超过1 13克 公里 另外 柴油车排放的颗粒物不超过0 18克 公里 耐久性为5万公里 这就是欧洲I号标准中的有关规定 尾气分析是在发动机不同工作状况下 通过检测废气中不同成分气体的含量来判断发动机各系统故障的方法其目的是对发动机的燃烧状况进行综合评价 检测结果分析 尾气分析主要分析内容有混合气空燃比 点火正时及催化转化器转化效率等尾气分析主要分析的参数一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 二氧化碳 CO2 氧 02 空燃比 A F 或过量空气系数 尾气分析仪在故障检测诊断中的应用 汽车尾气分析仪有两气 四气和五气等多种类型两气尾气分析仪两气尾气分析仪是用来测量汽车尾气排放中CO和HC 但是如果一辆车的排气管或尾气分析仪的测量管路有泄漏那么所检测的就是被外部空气稀释的尾气 CO和HC的测量值将降低 自然就不能反映尾气的真实浓度 四气尾气分析仪 随着装有三效催化转化器和电子控制系统的汽车的增多 汽车的排放标准也更加严格因此需要更精确地测量排气和诊断排放超标的原因 四气尾气分析仪不仅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四气尾气分析仪除了测量CO和HC外 还能测最CO2和02 以及计算过量空气系数 和空燃比A F 通过对汽车排气中的HC CO CO2和O2成分的深入了解可以帮助我们熟练使用尾气分析仪分析故障 CO2 当混合气充分燃烧时 CO2的浓度将达到峰值 不管是否装有三效催化转化器 峰值均为13 8 15 在点火失灵或发动机故障被排除之后 通过C02的读数 便可以检测出混合气燃烧的好坏 当混合气变浓或变稀时 CO2值均会降低 尾气中CO2的浓度可反映出燃烧的效率 O2 燃烧正常排气中应含有1 2 的O2O2的读数小于l 说明混合气太浓O2的读数大于2 表示混合气太稀造成这种现象的原因很多 燃油滤芯太脏 燃油油压低 喷油器堵塞 真空泄漏 EGR阀泄漏等 都可能导致混合气过稀 O2是反映空燃比的最好指标 如果混合气浓 02的读数就低 CO的读数就高反之混合气稀 02的读数就高 CO的读数就低若混合气偏向失火点 02的读数就会上升得很快 同时 CO值低 HC值高而且不稳定 HC HC主要由燃烧不完全而形成 HC的读数高则说明燃油没有充分燃烧 导致HC读数过高的因素 气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不正时点火间歇性不跳火温度传感器不良喷油器漏油或堵塞油压过高或过低等 CO 混合气过浓将产生大量的CO 混合气过稀引起失火将生成过多HC高CO表示燃油系统有故障 如混合气不洁净 活塞环胶结阻塞 燃油供应太多 空气太少 点火太早等如果电喷发动机的CO过高 很可能是喷油器漏油 油压过高或电控系统产生了故障 CO是因燃烧引起的 为0 97 1 04 可以看成是理想的匹配大于该值 说明空燃比过大 混合气过稀小于该值 则为空燃比过小 混合气过浓理想的空燃比为14 7 过量空气系数 可以直观地告诉我们空燃比的情况 电控汽车尾气排放量的正常值 HC大约55ppmCo低于0 5 O21 2 CO213 8 15 10 的水 其余为N2 尾气测试值与系统故障的判断分析 五气尾气分析仪 当CO和HC降低时可能会引起尾气中氮氧化物 NOx 浓度的升高为了监测Nox就得有五分气尾气分析仪 在四气尾气分析仪的基础上升级到五分气尾气分析仪比较容易四气尾气分析仪中的02传感器和五气尾气分析仪中的NOx传感器都是单纯的电化学传感器因此只要在四气尾气分析仪中加上一个NOx传感器就可以方便地将四气尾气分析仪升级为五分气尾气分析仪而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 五气尾气分析仪 尾气分析在汽车故障检测诊断中的应用实例 故障现象 丰田佳美5S FE轿车怠速不稳四气尾气分析仪检测结果 检测结果分析 HC和02都较高 这是空燃比失衡的一个重要特征CO值较低 而CO2在峰值 这说明可燃混合气已充分燃烧 点火系统应该不会有什么问题 较高综合分析表明 该车发动机工作时的混合气偏稀因此 应从进气系统和供油系统着手故障检查 故障检修 检测发现真空管无漏气 错插现象 PCV阀密封良好 机油尺插口良好起动发动机 用化油器清洗剂在进气管垫和EGR阀周围喷洒 检查EGR阀时 发现随着转速上升 怠速逐渐均匀 取下EGR阀 发现针阀周围有少量积炭 EGR阀通道上有很多积炭 使针阀不能落入阀座 致使进气歧管的混合气被废气稀释 从而怠速不稳 发动机容易熄火经对EGR阀进行彻底清洗 并换上新垫 起动发动机 一切恢复正常 故障排除后的尾气检测结果 所有数据都在标准之内 故障排除 从这个故障检测诊断实例可以看出 在对有故障的车辆做完必要的常规检查之后 使用尾气分析仪可以很快发现故障的本质原因 缩小检修范围 特别提醒 今后随着排放法规的日益严格 安装催化转化器的车型会越来越多 故在进行尾气测量时 应尽可能在催化转化器前方测量 这样更可能真实反映发动机的排放情况同时还应将催化转化器前和后的测量结果加以比较 以便判断催化转化器的转化效率是否正常 废气分析的基本规则 1 碳氢化合物 HC 和氧 02 的读数高 是由点火系统不良和过稀的混合气失火而引起 2 一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 高 二氧化碳 C02 氧 02 低 表明发动机工作混合气很浓 3 通常情况下 C02的读数和CO 02的读数相反 燃烧越完全 C02的读数就越高 其最大值在13 8 15 之间 此时CO的读数应该是或接近0 4 O2的读数是最有用的诊断数据之一 O2的读数和其他3个读数一起 能帮助找出诊断问题的难点通常 装有催化转换器的汽车的02的读数应该是1 0 2 0 说明发动机燃烧很好 只有少量末燃烧的O2进入排气管 如果02的读数小于1 0 则说明混合气太浓 不利于很好的燃烧如果02的读数超过2 则说明混合气太稀燃油滤清器堵塞 燃油压力低 喷油器阻塞 真空系统漏气 废