废气污染物.doc

废气污染物的主要成分及其危害目前，大气污染已不仅仅是在几个工业化国家中，他已逐渐发展成为世界性的问题，尤其是在一些大中城市。随着汽车保有量的增加（年递增率达到10%以上），汽车排气污染物造成的环境污染情况将日趋严重。所以对汽车排气污染物的监控预防治，已处于刻不容缓的地步。要搞好汽车排气污染物的监控与防治，首先必须做好防治工作。用废气分析仪和烟度计测定排气污染物的浓度，目的是控制排气污染物的扩散，使其限定在被允许的范围内，已达到保护生态环境和自然界生态平衡的目的。 一、废气污染物的主要成分 汽车排放的主要污染物是：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）硫化物和微粒物（又碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成）。 就CO来说，如果把汽油发动机CO排放量当作1的话，则液化气发动机的CO排放量为1/2，而柴油发动机的CO排放量为1/100。可以看出，柴油发动机与其有发动机相比，其CO排出量要小得多。而且，柴油发动机的HC排出量也较少，但NOx排出量则和汽油机差不多，且会排出令人讨厌的黑烟。 汽车有害气体主要从下述途径排入大气： 以HC为主要成分（约占HC总排量的25%），并含有CO等其他成分的窜气，从曲轴箱排出； 1. 在不同运行工况，从发动机废气排出不同成分的CO、HC（约占HC总排量的55%）及NOx等有害气体； 2. 汽油从油箱、化油器浮子室及油泵接头处蒸发，散发出HC（约占HC总排量的20%）。二、废气污染物的危害 1. 一氧化碳（CO） 在内然发动机中，CO是空气不足或其他原因造成不完全燃烧时，所产生的一种无色、无味的气体。CO吸入人体后，非常容易和血液中的血红蛋白结合，它的亲和力是氧的300倍。因此，肺里的血红蛋白不与氧结合而与CO结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，严重者造成死亡。 CO的容许限度规定为8h内100ppm。如1h内吸入500ppm的CO，就会出现中毒症状，并危害中枢神经系统，造成感觉、反应、理解、记忆等机能障碍，严重时引起神经麻痹。如1h内吸入1000ppm的CO，就会发生死亡。2. 碳氢化合物（HC） HC是指发动机废气中的未燃部分，还包括供油系中燃料的蒸发和滴漏。单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，一般情况下作用不大，但它却是产生光化学烟雾的重要成分。3. 氮氧化合物（NOx） NOx是发动机大负荷工作时大量产生的一种褐色的有臭味的废气。发动机废气刚一排出时，气内存在的NO毒性较小，但NO很快氧化成毒性较大的NO2等其他氮氧化合物。这些氮氧化合物，我们统称为NOx。NOx进入肺泡后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用。亚硝酸盐则能与人体内的血红蛋白结合，形成变性血红蛋白，可在一定程度上导致组织缺氧。3.5ppm的NO2作用1h即可对人产生有害影响，而0.5ppm的NO2作用1h可对自然界中的某些敏感植物产生毒害作用。 NOx与HC受阳光中紫外线照射后发生化学反应，形成光化学烟雾。当光化学烟雾种的光化学氧化剂超过一定浓度时，具有明显的刺激性。它能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉、器官积肥不均有刺激作用，能引起急性喘息症。光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。4. 铅化合物 发动机废气中的铅化合物是为了改善汽油的抗暴性而加入的，他们以颗粒装排入大气中，是污染大气的有害物质。当人们吸入含有铅微粒的空气时，铅逐渐在人体内积累。当积累量达到一定程度时，铅将阻碍血液中红血球的生长，使心、肺等处发生病变；侵入大脑时则引起头痛，出现一种精神病的症状。5. 炭烟 炭烟是柴油发动机燃料燃烧不完全的产物，其内含有大量的黑色炭颗粒。炭烟能影响道路上的能见度，并因含有少量的带有特殊臭味的乙醛，往往引起人们恶心和头晕。为此，包括我国在内的不少国家都规定了最大允许的烟度值，并规定了测量方法。6. 硫氧化物 汽车内燃机尾气中硫氧化物的主要成分为二氧化硫（SO2）。当汽车使用催化净化装置时，就算很少量的SO2也会逐渐在催化剂表面堆积，造成所谓催化剂中毒，不但危害催化剂的使用寿命，还危害身体健康，而且SO2还是造成酸雨的主要物质。7. 二氧化碳 世界工业化进程引起的能源大量消耗，导致大气CO2的剧增。其中30%约来自汽车排气。CO2为无色无毒气 体，对人体无直接危害，但大气中的CO2大幅度增加，因其对红外热辐射的吸收而形成的温室效应，会使全球气温上升、南北极冰层溶化；海平面上升；大陆腹地沙漠趋势加剧，是人类和动植物赖以生存的生态环境遭到破坏。因此近年来对CO2的控制也已上升为汽车排放研究的重要课题。 除以上几种物质外，还有臭气。它由多种成分组成，除了、有臭味外，主要就是燃料的不完全燃烧产物，如甲醛、丙烯醛等。当汽车停留在街道路口时，产生这些物质较多，它能刺激眼睛的粘膜。除了燃烧条件有关外，臭气的产生还与燃料的组成有关。随着燃料中芳香烃的增加，排气种的甲醛略有减小，而芳醛少许增加，从而可以适当减少臭气，但却增加了更容易产生光化学烟雾的芳烃。废气污染物的生成及其影响因素汽车内燃机排气所造成的公害，对汽油机而言，CO、HC和NOX是主要的有害成分，而光化学烟雾是由HC和NOX转化而成的；对柴油机而言，CO和HC比汽油机少得多，NOX约为汽油机的，而炭烟却比汽油机大得多，是主要的有害成分。 空燃比(AF)：是指可燃混合气中空气与燃料的质量比。理论上，1kg汽油完全燃烧需要空气14.7kg。故对于汽油机而言，空燃比为14.7的可燃混合气可成为理论混合气。若可燃混合气的空燃比小于14.7，则意味着其中汽油含量有余（亦即空气量不足），可称之为浓混合气。同理，空燃比大于14.7的可燃混合气则可称为稀混合气，应当指出，对于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。 过量空气系数（）：=燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量 由此定义表达式可知：无论使用何种燃料，凡过量空气系数=1的可燃混合气即为理论混合气；1的为浓混合气；1的则为稀混合气。一、一氧化碳（CO） 对于汽油机，根据燃烧化学反应，在不同空燃比AF下，燃烧产物各成分的计算值如图1所示。 理论上当过量空气系数=1（AF14.8）时，燃料完全燃烧，其产物为CO2和H2O。 当空气不足，AF14.8时，则有部分燃料不能完全燃烧，生成CO。 所以，CO的排出浓度基本上受空燃比所支配，图2为汽油机空燃比与排气浓度变化关系，与图1是一致的。 理论上当=1以上时，排气中不存在CO，而代之产生O2。实际上由于混合、分配不均匀，在排气中还含有少量CO。即使混合气混合的很均匀，由于燃烧后的温度很高，已经生成的CO2也会由于一小部分被分解成CO和O2，H2O也会部分被分解成O2和H2，生成的H2也会使CO2还原成CO，所以，排气中总会有少量CO存在。 可见，凡是影响混合比的因素，即为影响CO的因素。1进气空气温度T。的影响 一般情况下，冬天气温可达-20以下，夏天在30以上，爬坡时发动机罩内To80。随着环境温度的上升，空气密度变小，而汽油的密度几乎可认为不变,因此使化油器供给的混合比R（即AF）随吸入空气温度的上升而变浓，图3为一定运转条件下，进气空气温度与混合比的关系，大致和绝对温度的方根成反比的理论相一致。 2大气压力p的影响 大气压力随海拔高度而变化，由经验公式 P=P0（1-0.02257h）5。256（kPa） 式中 h一海拔高度（km）。 当海平面p0=100kpa时，可作出海拔高度和大气压力变化关系的曲线，见图4。 当忽略空气中饱和水蒸气压时，空气密度可用下式表示： =1.293273p/(273+T)750(kg/m3) 可以认为空气密度和P成正比，从简单化油器理论可知，混合比和空气密度的平方根成正比，即混合比 R=R0 这样，可求得进气空气压力变化时，引起混合比的变化，见图5。由图示出，当进气管压力降低时，空气密度下降，使混合比R(AF)下降，从而使混合气过浓百分率提高，这将影响CO的排放。图中实验值稍高于理论值。 3. 进气管真空度的影响 当汽车急剧减速时，发动机真空度大于负68kpa以上时，停留在进气系统中的燃料，在高真空度下急剧蒸发而进入燃烧室，造成混合气瞬时过浓，致使燃烧状况恶化。CO浓度将显著增加到怠速时的浓度。4怠速转速的影响 图6表示了怠速转速和排气中CO和HC浓度的关系。怠速转速600r/min时，CO浓度为1.4%，700r/min时，降为1%左右，这说明提高怠速转速，可有效地降低排气中CO浓度，但是，怠速过高会加大挺杆响声，对液力变扭汽车，还可能发生溜车的危险。如果这些问题得到解决，一般从净化的观点，希望怠速转速规定高一点较好。 5发动机工况的影响 图7为解放牌汽车负荷一定时，等速工况下排气成分实测结果由图可见。当车速增加时，CO很快降低，至中速后变化不大，这是由于化油器供给发动机的空燃比，随流量增加接近于理论混合比的结果。图中也给出了HC和NOx的变化关系。 图8为CA1OB汽油机在n=2000r/min时负荷特性下的排气成分。CO值随负荷的增加（进气管真空度p减小）而逐渐降低，由于供给混合气的空燃比逐渐变稀之故。当负荷加大到进气管真空度低于26.7kpa后，CO值开始升高是由于化油器加浓装置起作用的结果。二、碳氢化合物（HC） 汽油是由多种成分HC所组成，如果完全燃烧将生成CO2和H20。但是汽油的燃烧很复杂，任何发动机都可能发生不完全燃烧，在排气中都会有少量HC存在。因为 1. 为了提高发动机的最大功率，常使发动机在1（AF=12.5-13.0）浓棍合气情况下工作。在低负荷时，由于气缸内残余废气较多，为了不使燃烧速度过低，也在1情况下工作。由于1是空气量不足，所以要发生不完全燃烧。 2. 在汽油机中用电火花点火，由火焰传播把混合气烧掉，但紧靠燃烧室壁面附近的混合气层，由于缸壁得冷却形成激冷层，使火焰传播终止而熄灭，因此激冷层的混和气不能完全氧化燃烧，从而有许多未燃的HC也要排出来。 3. 从燃烧化学考虑，汽油的氧化燃烧是很复杂的，不是一下子就能反应成CO2和H2O的，以辛烷C8H18为例： C8H18+12.5O28 CO2+9 H2O 一个气态的汽油分子C8H18，完全氧化需要12.5个O2分子，此外还夹着47个N2分子来干扰C8H18与O2的反应。不可能想象一个C8H18分子同时碰到12.5个O2分子而一下子生成CO2和H2O。一般气态反应，两个分子互相碰撞的机会较多，三个分子同时碰撞在一起的机会已很少。所以汽油分子的反应过程必须是经过一连串的反应而达到最终生成物CO2和H2O，在反应的不同阶段，存在着不同的中间生成物。这些中间生成物，若进一步氧化的条件不适宜，就可能生成为部分氧化物而排出。由此可以理解，为什末在排气中总有少量的过氧化物：醛、酮等。 总之，排气中的HC是燃料不完全燃烧或部分被分解的产物。含有饱和烃、不饱和烃、芳烃及部分含氧化合物（如醛、酮、酸等），成分复杂，组成变化也很大。有人曾从排气的HC中分析出200多种不同成分的碳氢化合物。 在燃烧室形状不变的情况下，排气中HC的浓度及各种成分的生成，随着发动机工况、混合比、燃烧条件及燃料性质的改变而变化很大，下面简单分析这些因素的影响。 1. 混合比 从图2可见混合比对排气中HC浓度的影响，在浓混合气时，和CO有类似的倾向。但是当=1.2时（AF18），某排气浓度又开始增加，这是因为这样稀薄的混合气在一般发动机中产生丢火所致。 因此，与CO一样，影响混合比的因素（进气温度、压力等）同样影响HC的浓度，提高怠速转速（见图6）也可降低HC的排放浓度。2. 进气管真空度（图9） 也和CO类似，在转速一定，改变负荷时，当进气管真空度达到-66.5?79.8kPa的范围，HC浓度明显升高（见图9），在下坡使用发动机制动时，就出现这种情况。3. 燃料性质的影响4. HC是光化学烟雾的起因物质之一，但并不是排气中所有HC和NOx均产生光化学反应。在日本，有人认为和光化学烟雾有关的是芳烃和烯烃。因此，有人提出改善汽油性质来降低污物。在美国，就汽油的挥发性、组成及添加剂对排放影响作了大量研究，但目前收效不大。 （1）挥发性 如果降低汽油的蒸气压，可以减少从化油器和燃料箱的蒸发损失。如对排气也有效果，可以减少总HC排出量，因而可减少10%-20%光化学反应。 同时若以饱和烃代替同沸点的轻稀烃作燃料，在总HC排出量不变的情况下，可以减少光化学反应20%-30%。 (2)汽油组成 汽油组成对HC总排量的影响不显著，而对排气中HC的组成则影响很大。 如图10所示，如果汽油中的芳烃增加，排气中的多环芳烃、酚类、芳醛呈直线增加，而总醛类（主要是甲醛）则略有减少。稀烃（C2-C4）也减少。 至于汽油中稀烃含量的变化，对排气中任何类型的HC对没有显著影响。 4.发动机工况的影响 由图7显示在负荷一定时，随转速升高HC排放很快下降，除混合气随流量增加接近理论混合比外，发动机的温度增加，也加快了燃烧反应。图8显示随负荷增高，HC排放降低，这是由于燃烧温度升高，同时燃烧室壁面激冷层逐渐减薄所致。三、氮氧化合物（NOx） 关于NOx的生成机理，国外已进行大量研究，其研究结果不仅对汽油机而且对柴油机也很有用，摘要地介绍如下。 在较低的温度下，N2和O2生成NO的机理可以认为是简单的双分子反应，即 N2+O2-2 NO 但是在高温时，NO的生成机理按泽尔多维奇(Zeldovich)反应所至配，有以下两个反应： N2+O2- NO+N（K1、K-1） N+ O2- NO+O（K2、K-2） 式中 K1、K-1、K2、K-2-分别为正逆反应的速度常数，其数值示于表1。 这些反应是连锁反应，分子状态的氮和原子状态的氧碰撞，或者氧份子和氮原子碰撞而生成NO。反应是（1）左边的O一部分由反应式（2）右边生成的O供给，但是大部分是依靠以下离解反应生成的。 表1 反应速度常数速度常数单位（cm3/gmol）K171018exp(-75500/RT)K-11.551018K213.3109Texp(-7080/RT)K-23.2109 Texp(-39100/RT)注：表内温度T以K为单位，R=1.986cal/gmolK 反应式（2）的N，主耍靠反应式（1）右边生成的N供给。式（1）和式（2）生成的NO是同数量级的。由表1可知，反应式（1）的正反应速度K1，显然在很大程度上取决于温度。式（2）K2的与温度关系很小，但是反应式（2）的N主要由反应式（1）生成，所以NO的生成量在很大程度上取决于温度，并与温度成指数关系。 另外，作为氮原子的生成机理，也提出了HC燃烧生成碳氢化合物自由基时产生N的可能性，例如：HC+N2一CHN+N，但多数不予考虑。至于生成NO的其它机理还有蓝沃埃（Lavoie）等提出更复杂的经过OH自由基反应生成。但这些反应不是主要反应。 生成NO的因素有以下三点： 1. 温度：随着高温的形成，NO平衡浓度也高，而且生成速度也加快了，特别有氧存在时温度是重要的。 2. 氧的浓度：在氧气不足的条件下，即使温度高，NO也被抑制了。 3. 滞留时间：因为NO的生成反应比燃烧反应缓慢，所以即使在高温条件下，如果停留时间短的话，NO的生成量也可被抑制。 这些结论对于汽油机和柴油机都是适用的，这些结论可以从实践得到的图2得到证明，当AF稍大于理论混合比时，燃烧室温度最高，并且还有过剩的O2，所以生成NO浓度最大，当AF小于理论混合比时，由于缺氧，NO的生成量随着AF减小而下降。相反当AF大于理论混合比时，因燃烧室温度降低，所以NO生成量很快下降。 综上所述，在内燃机中为了降低NO的生成量，就必须降低燃烧室火焰高峰温度；在产生NO阶段，使O2处于低浓度；缩短燃烧气体在高温下停留的时间。 凡是影响这三个方面的因素，都改变NO的生成量。其中，燃烧室温度可以衡量燃烧状态的好坏，也是影响NO生成量的支配因素。下面讨论其影响因素。 1. 空燃比A F和点火提前角Q的影响 A F和Q对于NO的生成影响最大。从图11中的实验结果看出，通过减小点火提前角Q和使混合气比理论混合气过浓或过稀的办法可以降低NO排出浓度，但是，如果这些条 件选择不当，会大幅度降低功率、经济性和运转的稳定性。2. 大气湿度的影响 空气中的水分对NO2排出量的影响不小，所以美国的试验方法在一定湿度条件下评价NO2的排出量。它以绝对湿度（75格林/每磅干空气）为基准（注：21格林/磅=0.143g/kg），用下式校正湿度： KH =1/1-0.0047（H-75） 式中 H一一进气中每磅干空气的含水量（格林水/1磅干空气）所表示的湿度。 图12给出大气湿度对NOx排出量的影响，图中实线为实验所得，虚线是根据式NOx=NO75/KH的计算结果所作。NO75为H=75格林/每磅干空气时NOx值。1、燃料组成的影响 燃料组成也是对NOx排出量影响较大的因素之一。从图13可见，随燃料中芳 烃的增加，NOx排出量也增加，这是由于芳烃燃烧温度较高所致。2、行驶工况的影响 对17种车，用7工况冷启动循环按CVS分析的累计平均值，绘于图14中。可以看出，从启动后慢慢暖机一直到完全暖机需要相当长的时间。在暖机过程中，NOx排放量与CO和HC相反，是逐步增加的。图7也指出，随发动机转速升高，供给混合气逐渐加浓，缸内温度升高，NOx排放也增加。四、碳烟 柴油机排烟可分为自烟、蓝烟和黑烟三种。不同的烟色形成的原因不同，有的研究认为起决定作用的是温度；在250以下形成的烟通常是白色的；从250到着火温度形成蓝烟；黑烟只在着火后才出现。 1白烟 适合在低温起动不久及怠速工况时发生。此时，气缸中温度较低，着火不好，未经燃烧的燃料和润滑油呈液滴状态，直径在1.3m左右，随废气排出而形成白烟。当气缸磨损加大，窜气、窜油时，使白烟增多。 正常的发动机在暖车后，一般就不再形成白烟。改善起动性可减少白烟。 2蓝烟（青烟） 通常在柴油机尚未完全预热或低负荷运转时发生。此时，燃烧室温度较低，约600以下，燃烧着火性能不好，部分燃料和窜入燃烧室的润滑油未能完全燃烧，其中大部分是已蒸发的油，再凝结而成微粒状态，直径比白烟小，在0.4m以下，随废气排出而成蓝烟。这种烟的蓝色是此种大小微粒由蓝色光折射而成的。排出蓝烟时，同时有燃烧不完全的中间产物（如甲醛等）排出，因而蓝烟常常带有刺激性臭味。 减少蓝烟方法：提高燃烧室和室内空气温度，减少室内空气运动，以免燃料很快被吹散形成过稀混合气，减少喷注贯穿力，以免燃料碰到冷的室壁等措施，都可减少蓝烟。但是，上述措施大部分对减少黑烟的措施是矛盾的，因此在新机调试时，要妥善处理。 3黑烟 通常在柴油机大负荷时发生，例如当汽车加速，爬坡及超负荷时排气就冒黑烟。在柴油机发展初期到高速强化地今天，柴油机黑烟的排出，仍然是一个限制功率的突出问题，而且黑烟带有的臭味及烟雾给人以直接的不愉快的厌恶感。因此对黑烟的形成，各国早已作了大量的工作，但对其生成机理说法不一。一般认为，黑烟也是不完全燃烧的产物，是燃料的氢先燃烧完了的中间产物。当柴油机高负荷时，喷如燃烧室的燃料增多，由于柴油机混合气形成不均匀，即使平均过量空气系数1，仍不可避免产生局部地区空气不足，此时燃烧室温度又较高，燃料在高温缺氧情况下，由裂解过程释出并经聚合过程形成碳烟。 碳烟不是纯碎的碳，而是一种聚合体，其主要成分随柴油机负荷不同稍有改变，一般含C85%-95%，O24%-8%及少量的H2和灰粉。也有人认为碳烟是石墨结晶，由直径0.05m左右微粒附聚成0.1-10m的多孔性碳粒构成。 柴油机中燃料的高温裂解反应是不可避免的，特别在空间混合燃烧的柴油机中，高温的气体包围着液态的油滴，造成了进行裂解反应最有利的条件。对燃烧过程的高速摄影已证实，在燃烧初期上止点附近（燃料着火后5-10CA）都会出现大量黑烟。但是在一般情况下，含碳燃气与空气混合时又在燃烧过程后期完全燃烧，而使排气无烟。如果气缸中空气不足，混合不佳或由于燃气膨胀而使气缸内局部温度下降到碳反应温度（约1000C）以下，则碳不能进一步燃烧而保持其固体状态排出气缸外。因此研究指出：废气中是否出现碳烟，取决于膨胀期间温度过分下降以前燃料是否能足够快地与空气混合和燃烧。内燃机排放污染物的测定 为了控制汽车排气污染物对生态环境的危害，世界各国政府相继制定了汽车排气污染物的限制标准。我国汽车综合性能检测占根据中华人民共和国国家标准GB14761.51993汽油车怠速污染物排放标准，GB14761.61993柴油车自由加速烟度排放标准来检测汽车的排放污染物。 这些标准适用于装有汽油发动机或柴油发动机、最大总质量大于400kg、最大设计车速大于或等于50km/h的汽车，标准中所涉及的术语解释如下： 最大总质量：指汽车制造厂规定的技术上允许的最大总质量； 轻型汽车：指最大总质量小于或等于3500kg的汽车； 重型汽车：指最大总质量大于3500kg的汽车； 定型汽车（或发动机）：指其发动机及燃油系统为新引进，新设计的汽车样车（或发动机样机）； 新生产汽车：指制造厂合格入库或出厂的汽车（或发动机）； 在用汽车：指上牌照以后的汽车； 排放标准值分别见表1、表2。 表1 汽油车怠速污染物排放标准值 项目CO(%)HC(10-6)四冲程二冲程车型 车别轻型重型轻型重型轻型重型车1995年7月1日以前的定型汽车3.54.09001200650070001995年7月1日以前新生产汽车4.04.510001500700078001995年7月1日以前生产在用汽车4.55.012002000800090001995年7月1日起的定型车3.03.5600900600065001995年7月1日起的新生产汽车3.54.07001000650070001995年7月1日起生产的在用汽车4.54.5900120075008000表2 柴油车自由加速烟度排放标准值 车别烟度值FSN1995年7月1日以前的定型汽车4.01995年7月1日以前新生产汽车4.51995年7月1日以前生产的在用汽车5.01995年7月1日起的定型车3.51995年7月1日起的新生产汽车4.01995年7月1日起生产的在用汽车4.5一、汽油车怠速排气污染物的检测 （一）非分散型红外线气体分析仪的结构与原理 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和HC的浓度进行连续测定。它主要由尾气采收部分，尾气分析部分，尾气指示部分和校正装置等构成。 1尾气采集部分 如图15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。 2尾气污染物的分析部分 这种分析仪的测量原理是建立在一种气体只能吸收其独特波长的红外线特性基础上的，即是基于大多数非对称分子对红外线波段中一定波长具有吸收功能，而且其吸收程度与被测气体的浓度有关。如CO能够吸收4.5-5m波长的红外光线，CH4能吸收2.3m、3.4m、7.6m红外线。该分析仪是由红外线光源，测量室(测定室、比较室)，回转扇和检测器构成。从采收部分输送来的多种气体共存在尾气中通过非分散型红外线分析部分分析测定气体(C0，HC)的浓度，用电信号将其输送到浓度指示部分。工作原理如图16所示，它由两个红外线光源发出两组分开的射线，这些射线被两旋转扇片同相地遮断，从而形成射线脉冲，射线脉冲经滤清室，测量室而进入检测室，测量室由两个腔室组成，一个是比较室，另一个是测定室。比较室中充有不吸收红外线的氮气，使射线能顺利通过。测定室中连续填充被测试的尾气，尾气中CO含量越高，被吸收的红外线就越多。检测室由容积相等的左右两个腔室组成，其间用一金属膜片隔开，两室中充有同摩尔数的CO。由于射到检测室左室的红外线在通过测定室时一部分射线已被排气中的CO吸收，而通过比较室到达检测室右室的红外线并未减少，这样检测室左右两室吸收的红外线能量不同，从而产生了温差，温度的差异导致了压力差的存在，使作为电容器一个表面的金属膜片弯曲。弯曲振动的频率与旋转扇片的旋转频率相符。排气中的CO浓度越大，振幅就越大。膜片振动使电容改变，电容的改变引起电压的变化，从而产生交变电压。交变电压经放大，整流成直流信号，变为被测成分浓度的函数，因此可用仪表测量。而HC由于受到其他共存气体的影响，所以使用固体滤光片，巧妙地利用了正已烧红外线吸收光谱。因此，样品室内共存的CO、C02、H20等HC以外的气体所产生的红外线被吸收，再经检测器窗口的选择和除去，仅让具有HC(正己烧)3.5m附近的波长到达检测室内。HC(正己烧)被封入检测器，样品室中的HC(正己烷)吸收量也就能被检测器检测出来。 （二）汽油车废气分析仪(非分散型红外线气体分析仪)的使用方法 汽油车的排气测定方法分工况法、等速工况法和怠速法。怠速法中包括了单怠速法和双怠速法，检测站主要以单怠速法测量汽油车的排气污染物，其实怠速法并不能具体反应车辆的实际情况，但是由于其操作简单，并且限制条件较少，故在检测站广泛采用。 1. 测定前的准备工作 在进行汽车排放污染物检测时必须做好测定前的准备工作，包括测量仪器的准备和被测车辆的准备。 （1）仪器的准备 仪器使用前，先接通电源，预热30min以上，然后按表2规定的部位进行检查。 接着从仪器上取出采祥导管按图18所示进行校正：吸进清洁空气，用零点调整旋钮去调整零位，再把测定器附属的标准气体从标准气体注入口注入，用标准气体校正旋钮，使指示值符合校正基准值。(注意：当注入标准气体时，应关闭仪器上的泵开关)。 表 2 汽油车排气检测前的仪器检查 时间检查部位检查要领备注使用前指示计在不输入电源的状态下，检查指针的机械零点偏离时，调节零点校准螺钉，直至合格流量计从气体入口取下导管，右手遮住进气口，检查动作状态当发现不能正常动作时，应由专业厂家修理探测器和导管检查有否压扁，割坏，堵塞，污染等情况当发现已压扁，割坏时应更换新件，如有污染和堵塞时，用布和压缩空气清扫滤清器检查赃污程度脏时应更换水分离器检查存水量发现有存水时取下排尽清扫校正装置 1. 标准气体校正 2. 简易校正装置接通电源进行必要的预热，吸进清净空气，检查零点调整能否进行。关闭泵开关（校正，测定转换开关，放在校正侧）注入标准气体，检查能否进行标准（调整频率根据制造厂的规定）打开简易校正开关。检查动作状态和指示针的指针位置，即刻度板的调整位置不能调整时，应有专业厂家修理。HC测定器的标准气体是丙烷，所以应通过下式求校正的基准值=标准气体浓度换算系数 当发现不能调整时，应送专业厂家修理接线加查有无损伤和接触不良的地方如发现有接触不良和断线处，应更换新线一氧化碳测定器是以标准气体储气瓶里的一氧化碳浓度作为校正基准值，而碳氢化合物测定器由于在标准气体里采用丙烷(C3H8)气体，所以须通过下式求出正己烷(C3H14)换算值来作为校正基准： 校正基准值=标准气体(丙烷)浓度换算系数(正已烷换算值) 例：换算系数0.530，标准气体丙烷浓度70010-6。 校正基准值=70010-60.530=37110-6 接通图19所示的简易校正开关对于有校正位置刻度线的仪器，可用标准调整旋钮把仪表指针调到标准刻度线位置。对于没有标准刻度线的仪器，要在标准气校正后立即进行简易校正，使仪器指针与标准气校正后的指示值重合。检查采样探头和导管内是否有残留HC。如果管内壁吸附残留HC过多，仪表指针偏离零点太多，要用压缩空气或布条等清洁采样探头和导管。 （2）车辆准备 A排气系统不得有泄漏。 B应保证取样探头插入排气关的深度不小于300mm，否则排气管应加接管，但应保证接口不漏气。 D发动机应达到规定的热状态。 E按汽车制造厂使用说明书规定的调整法，调至规定的怠速和点火正时。 2检测方法 A发动机由怠速加速到中等转速，维持5s以上，在降至怠速状态。 B把指示仪表的读数转换开关打到最高量程档位。 C将取样探头插入汽车排气管中，深度不小于300mm。 D一边观看指示仪表，一边用读数转换开关选择适于废气浓度的量程档位，待指针稳定后，读数取最大值。若为多排气管时，则取各管测量值的算术平均值。 E检测工作结束后，把取样探头从排气管里取出来，让他吸入新鲜空气工作5分钟，待仪器指针回到零点后再关掉电源。如图21所示。 3测试注意事项 A汽油车怠速污染物的检测一定要把发动机怠速和温度控制在规定范围之内。 B取样探头、导管分为低浓度用和高浓度用两种，两者要分别使用。 C检测时导管不要发生弯折现象。 D多部车辆连续检测时，一定要把取样探头从排气管里抽出并待仪表指针回到零点后，在进行下一部车的测量。 E不要在有油或有有机溶剂的地方进行检测。 F要注意检测地点室内通风换气，以防人员中毒。 G检测结束后，要立即把取样探头从排气管理抽出来。 H取样探头不用时要垂直吊挂，不要平放，以防管内的积水腐蚀取样探头。 I分析仪不要放置在湿度大、温度变化大、震动大或有倾斜的地方。 J分析医药定时保养，以确保使用精度。 K校准用的校准气样是有毒的，要注意保管。二、柴油车自由加速烟度的检测 （一）滤纸式烟度计的结构与原理 烟度计主要是测量柴油机排烟的仪器，我国汽车行业规定，滤纸式烟度计为测量柴油机排烟的标准仪器。滤纸式烟度计其结构如图22所示，由采样器和检测器两部分组成。采样器为一个弹簧泵，前端带有采样探头，插入排气管中央吸取一定容积的尾气，使其通过一张一定面积的洁白滤纸，排气中的碳烟积聚在滤纸表面，使滤纸污染。用检测器测定滤纸的污染度。该污染度即定义为滤纸烟度，单位为FSN。规定全白滤纸的FSM值为0，全黑滤纸的FSM值为10，并从0-10均匀分度。 滤纸式烟度计结构简单、调整方便、测定值可靠性高、价格低廉；滤纸试样直观性好，便于保存，适宜于稳态工况的测定；但缺点是只能测排气中黑色的碳烟，当柴油机在怠速及低负荷运转时，因排温低及其他原因排出的油雾及水蒸气形成的蓝烟和白烟却不能测出。其具体结构如下： 1. 排烟收取部分 排烟收取部分是由探头、导管、吸人泵等构成，由于采用脚踏开关，因此排烟的收取和发动机加速动作相同步。将探头插入排气管内，在加速踏板上安装脚踏开关，踩下踏板使发动机作急加速运转，同时使吸入泵动作，在固定的1.4s时间内，吸进定量为300ml的排烟，由于滤纸设置于排烟吸入通路中，所以排烟中的碳粒子就被吸附到滤纸上。如图23所示为排烟的吸入路径，图中所示的清扫机构采用压缩空气，目的是在收取排烟前先清除探测头和导管内所残留的烟气，以确保其检测精度。 2. 检测指示部分 检测指示部分由光电传感器、指示仪表等组成。光电传感器由光源(白炽灯泡)、光电元件(环形硒光电池)和电位器等组成。 这部分将已经收取到黑烟的滤纸对着检测部分的光电传感器，从灯泡发出的光被滤纸反射，用环状的光电元件接受其反射光，产生电流并使指示针动作，当滤纸的污染较重时，反射的光量就少，指针向满刻度“10”偏移，滤纸的污染度较低时，指针就向“0”偏移。3. 校正装置滤纸式烟度计还具有校正染黑度(满刻度一半，为5左右)用的标准纸，当将校正用标准纸正对着检测部分，再用指示调整旋钮根据校正用标准纸的染黑度调节指示值，就能方便地实施指示部分的校正，从而维持测定的精密度，使测定值保持正确。1检测方法 A发动机由怠速加速到中等转速，维持5s以上，在降至怠速状态。 B把指示仪表的读数转换开关打到最高量程档位。 C将取样探头插入汽车排气管中，深度不小于300mm。 D一边观看指示仪表，一边用读数转换开关选择适于废气浓度的量程档位，待指针稳定后，读数取最大值。若为多排气管时，则取各管测量值的算术平均值。 E检测工作结束后，把取样探头从排气管里取出来，让他吸入新鲜空气工作5分钟，待仪器指针回到零点后再关掉电源。如图21所示。 2测试注意事项 A汽油车怠速污染物的检测一定要把发动机怠速和温度控制在规定范围之内。 B取样探头、导管分为低浓度用和高浓度用两种，两者要分别使用。 C检测时导管不要发生弯折现象。 D多部车辆连续检测时，一定要把取样探头从排气管里抽出并待仪表指针回到零点后，在进行下一部车的测量。 E不要在有油或有有机溶剂的地方进行检测。 F要注意检测地点室内通风换气，以防人员中毒。 G检测结束后，要立即把取样探头从排气管理抽出来。 H取样探头不用时要垂直吊挂，不要平放，以防管内的积水腐蚀取样探头。 I分析仪不要放置在湿度大、温度变化大、震动大或有倾斜的地方。 J分析医药定时保养，以确保使用精度。 K校准用的校准气样是有毒的，要注意保管。二、柴油车自由加速烟度的检测 （一）滤纸式烟度计的结构与原理 烟度计主要是测量柴油机排烟的仪器，我国汽车行业规定，滤纸式烟度计为测量柴油机排烟的标准仪器。滤纸式烟度计其结构如图22所示，由采样器和检测器两部分组成。采样器为一个弹簧泵，前端带有采样探头，插入排气管中央吸取一定容积的尾气，使其通过一张一定面积的洁白滤纸，排气中的碳烟积聚在滤纸表面，使滤纸污染。用检测器测定滤纸的污染度。该污染度即定义为滤纸烟度，单位为FSN。规定全白滤纸的FSM值为0，全黑滤纸的FSM值为10，并从0-10均匀分度。 滤纸式烟度计结构简单、调整方便、测定值可靠性高、价格低廉；滤纸试样直观性好，便于保存，适宜于稳态工况的测定；但缺点是只能测排气中黑色的碳烟，当柴油机在怠速及低负荷运转时，因排温低及其他原因排出的油雾及水蒸气形成的蓝烟和白烟却不能测出。其具体结构如下： 3、排烟收取部分 排烟收取部分是由探头、导管、吸人泵等构成，由于采用脚踏开关，因此排烟的收取和发动机加速动作相同步。将探头插入排气管内，在加速踏板上安装脚踏开关，踩下踏板使发动机作急加速运转，同时使吸入泵动作，在固定的1.4s时间内，吸进定量为300ml的排烟，由于滤纸设置于排烟吸入通路中，所以排烟中的碳粒子就被吸附到滤纸上。如图23所示为排烟的吸入路径，图中所示的清扫机构采用压缩空气，目的是在收取排烟前先清除探测头和导管内所残留的烟气，以确保其检测精度。 4、 检测指示部分 检测指示部分由光电传感器、指示仪表等组成。光电传感器由光源(白炽灯泡)、光电元件(环形硒光电池)和电位器等组成。 这部分将已经收取到黑烟的滤纸对着检测部分的光电传感器，从灯泡发出的光被滤纸反射，用环状的光电元件接受其反射光，产生电流并使指示针动作，当滤纸的污染较重时，反射的光量就少，指针向满刻度“10”偏移，滤纸的污染度较低时，指针就向“0”偏移。5、校正装置滤纸式烟度计还具有校正染黑度(满刻度一半，为5左右)用的标准纸，当将校正用标准纸正对着检测部分，再用指示调整旋钮根据校正用标准纸的染黑度调节指示值，就能方便地实施指示部分的校正，从而维持测定的精密度，使测定值保持正确。（二）柴油车烟度计的使用方法 1. 测定前的准备工作其中包括仪器的准备和被测车辆的准备。 （1）仪器的准备认真阅读烟度计的使用说明书，在仪器使用前做好以下准备工作。 A在未接通电源时，先检查指示电表指针是否在机械零点上。若指针失准，可用零点调整螺钉使指针与“10”的刻度重合。 B接通电源，进行必要的预热，打开测量开关，在光电传感器垂直方向下面垫上10张洁白的滤纸，然后调节电位器旋钮使表头指针与“0”的刻线重合。 C再在10张洁白滤纸上放上1张标准烟样，光电传感器对准烟样中心垂直放置在其上。此时表头指针应指在标准烟样所代表的染黑度数值上，否则须调节小型电位器旋钮。 D检查取样装置和控制装置中各部机件的工作性能，特别要注意脚和手控制的抽气泵开关与抽气泵动作是否同步。 E检查控制用压缩空气源的压力和清洗用压缩空气的压力是否符合要求。 F检查滤纸是否合格，洁白无污。 （2）车辆准备 A排气系统不得有泄漏。 B排气管应能保证取样探头插入深度不小于300mm。否则排气管应加接管，并保证接口不漏气。 C必须采用生产厂规定的柴油机油和未添加消烟剂的柴油。 D柴油机应预热到说明书规定之热状态。 2柴油车排气烟度测试方法 A取样探头逆气流固定于排气管内，并使其中心线与排气管轴线平行。 B将踏板开关引入汽车驾驶室或将手动橡皮球通过远控软管引入汽车驾驶室。 C把抽气泵活塞推到最前端锁止，并装入滤纸。 D按图24所示的测量规程进行检测。先由怠速工况将加速踏板踩到底，约4s迅即松开，如此重复三次以便把排气管内的碳渣吹掉。 E然后待速运转约11s。在此期间内要用压缩空气清洗机构对取样软管和取样探头吹洗3-4s在把踏板开关固定在加速踏板上或将手动橡皮球拿在手中，按下述方法开始检测。 F将加速踏板与踏板开关一并迅速踩到底，或在踩下加速踏板的同时急速捏压手动橡皮球，至4s时迅即松开加速踏板，手动要松开橡皮球。 G维持11s。在此期间，用压缩空气清洗机构对取样软管和取样探头吹洗3-4s，并把抽气泵的活塞压至吸气开始位置。 H下一次重新踩下加速踏板与踏板开关时，距前一次的时间间隔为15s，如此重复三次。 I是用园片式滤纸的烟度计，要把已染