汽车排放污染物检测与评价.ppt

第七章汽车排放污染物检测与评价多媒体课件 7 1汽车排放污染物的种类与危害 汽车在道路上行驶而产生的损害人体健康和人类生活的污染现象称为汽车公害 汽车公害 汽车排气对大气的污染 排放公害 噪声对环境的危害 噪声公害 汽车电气设备对无线电通讯及电视广播等信号的电波干扰 电波公害 制动蹄片 离合器摩擦片 轮胎的磨损物和车轮扬起的粉尘对环境的危害 粉尘公害 汽车排放已成为城市大气污染的主要污染源汽车排放对大气的污染已成为主要公害 我国在大城市 汽车排放的CO量占CO总排放量的63 排放的NOx和HC分别占22 和73 美国大气污染物排放中CO的66 NOx的43 HC的31 微粒的21 均来源于汽车排放 发动机排气管曲轴箱窜气燃油蒸发渗漏 汽车排放的气体进入大气的途径 汽车排放的气体进入大气的途径 发动机排气管曲轴箱窜气燃油蒸发渗漏 汽车排放的气体进入大气的途径 7 1 1汽车排放物的种类 汽车排放的气体进入大气的途径 发动机排气管曲轴箱窜气燃油蒸发渗漏 汽车排放的气体进入大气的途径 汽车排放的气体进入大气的途径 发动机排气管曲轴箱窜气燃油蒸发渗漏 汽车排放的气体进入大气的途径 排气管排气是汽车最主要的污染源 所排出的废气主要是发动机的燃烧产物 排气污染占汽油机总污染量的65 85 若燃油与空气的混合气完全燃烧时 发动机燃烧废气的基本成分是二氧化碳 CO2 水蒸气 H2O 过剩的氧 O2 及残余的氮 N2 等 发动机实际工作时 排气的成分与之不同 除上述外 还包括一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 氮氧化物 NOX 微粒 碳烟 油雾等 二氧化硫 SO2 以及甲醛 丙稀醛等有害气体 在发动机的压缩行程和做功行程 燃烧室中的混合气通过活塞与气缸间的间隙窜入曲轴箱 若曲轴箱窜气从加机油管口盖处逸出 就会造成污染 其主要污染物是HC 也有部分CO NOX等 温度变化使燃油箱中燃油的蒸发量发生变化 导致内部压力变化 温度升高时 蒸发量增大 燃油箱压力大 使燃油箱中的油蒸气向大气排放 另外 油管接头渗漏的燃油蒸发也排向大气 其污染物主要是HC 汽车发动机排出的废气也不都是对人体有害的N2 CO2 O2 H2和水蒸气等对人体和生物没有直接危害CO2仅对全球气候变暖有影响 主要的污染物 COHCNOxSO2铅化合物微粒炭烟油雾 有害成分 在额定负荷下 发动机每做1kW h的功所排出的有害气体的量 7 1 2汽车排放物的危害 汽车排放的有害物质呼吸进入人体后 将使人的神经系统 消化系统和呼吸系统受到损害 CO进入人体后 人会因缺氧而出现各种中毒症状 如头晕 恶心 四肢无力 严重时甚至昏迷不醒 直至死亡 高浓度的HC对人体有一定麻醉作用 HC对大气的严重污染 主要在于HC与NOX在阳光下形成的光化学烟雾 发动机排出的NOX主要由NO和NO2组成 NO毒性不大 但浓度过高时会引起中枢神经障碍 NO2有刺激性气味 吸入肺部后与肺部的水可形成可溶性硝酸 严重时会引起肺气肿 NOX与HC在太阳光紫外线作用下 经一系列光化学反应可形成一种毒性较大的浅蓝色烟雾 其主要成分是臭氧 醛等烟雾状物质 光化学烟雾滞留在大气中时 会使人感到呼吸困难 头昏目眩 眼红咽痛 甚至引起中枢神经的瘫痪 痉挛 排入大气的铅化物 如被吸入人的肺部会影响造血功能 对消化系统和神经系统也有影响 碳烟是柴油机排放的主要有害成分 碳烟本身对人体健康的直接影响不大 对人体危害大的是碳烟颗粒夹附着的SO2和多环芳香烃 苯并笓等有害物质 它们不仅对人的呼吸系统有害 严重的还会使人致癌 7 1 3汽油车排放污染物的形成和主要影响因素 一 汽油车排放污染物的形成 汽车排出的污染物质主要指发动机排气管排出的废气和其他部位漏出的燃料蒸气以及从曲轴箱窜出的气体 其中大部分是由排气管排出的 有害物质的排出量取决于燃烧前混合气的形成条件 燃烧室的燃烧条件和排气系统的反应条件 排气中的CO HC和NOx的生成条件各不相同CO和HC是燃料不完全燃烧的产物NOx在燃烧温度高且氧气充足的条件下形成较多 理论上 如果空气量充分 汽油机不会产生CO 过量空气系数 a a 1混合气称为理论混合气 空燃比 汽油机工作过程中 排气中存在0 01 0 5 的CO 原因在汽油机燃烧室内的局部区域存在的过浓区 1 部分未燃碳氢化合物在排气过程中发生不完全燃烧 气温低或者滞留时间短暂等 燃烧不能完全进行 也会产生CO 1 一氧化碳 CO 的形成 汽油机HC排放量远大于柴油机 汽油机向大气排出的HC中 由排气管排出的燃料不完全燃烧的产物占大多数 55 65 从曲轴箱通风口逸出的量占20 25 由燃油供给系和油箱蒸发的量占15 20 不论在任何工况下运转 发动机排气中总含有一定量的HC 2 碳氢化合物 HC 的形成 HC是未燃燃料 未完全燃烧的中间产物和部分被分解产物的混合物 发动机工作过程中 燃料不完全燃烧与着火前的混合气形成条件 燃烧室内的燃烧条件 膨胀行程的温度条件及排气系统的化学反应条件均有密切的关系 一切妨碍燃料燃烧的因素都是HC形成的原因 发动机燃用的混合气过浓 过稀或雾化不良 点火能量不足或点火过迟 火焰难以传播到的低温缸壁的激冷作用 都是影响HC形成的重要因素 发动机气缸内的混合气通过火焰传播而燃烧 但是紧靠缸壁的气体层 0 05 0 5mm 因低温缸壁的冷却作用 温度低而不能燃烧 火焰也不能在激冷缝隙内传播 其结果是 在小于1mm的缝隙内 如活塞顶部与第一道气环之间的空隙 混合气不可能完全燃烧 紧靠缸壁的混合气中的HC随废气排出 为了提高最大功率 发动机常在过量空气系数小于1的情况下工作 在低负荷时 气缸内残余气体较多 为了不使燃烧速度过低 也要供给浓混合气 这都会因空气不足以致不能完全燃烧 此外 混合气过浓 过稀 燃料雾化不良或混入废气过多时 可能产生燃烧火焰熄灭或半熄灭状态 而使部分未燃燃料 HC 从排放至大气中 二冲程汽油机中的扫气作用使部分混合气经气缸直接排放 这种汽油机的HC排放量可能比四冲程汽油机大几倍 氮氧化物 NOx 是 3 氮氧化物的形成 在发动机排出的废气中NO占绝大部分 约占99 NO2的含量较少 约占1 NO排入大气后 进一步氧化成NO2 NONO2N2ON2O3N2O4N2O5 氮氧化物的总称 NOX是在高温条件下 N2和O2反应生成的 其形成机理比较复杂 目前普遍认为 除燃烧气体的温度和氧的浓度外 在高温条件下的停留时间是NOX生成的重要影响因素 二 汽油车排放污染物的主要影响因素 发动机运行工况一般指负荷与速度工况 即发动机怠速和在各种转速下的小负荷 中负荷和满负荷工作状况 发动机不同负荷时所要求的空气与燃料的混合比不同 因此负荷对排气中有害气体的影响实质上是空燃比的影响 1 负荷的影响 过量空气系数与负荷的关系1 汽油机 2 柴油机 负荷与混合气浓度的关系 汽油机在正常火焰传播与燃烧时 混合气的空燃比 A F 通常在10 1 18 1的范围内 燃料完全燃烧时所需要的空燃比或是燃烧效率最高时的理论空燃比为14 8 1 汽油机 火焰温度Tf 输出功率Pe和燃料消耗率ge与空燃比的关系图 汽油机工作时 火焰温度Tf 输出功率Ne和燃料消耗率ge与空燃比的关系 CO HC NOX排放浓度与空燃比的关系 供给浓混合气时 N0 x减少而CO HC增多供给略稀的混合气时 经济混合比附近 CO HC减少而NOx增多供给稀混合气时 NOx CO减少而HC增多 汽油机怠速时 由于转速低 进气系统内空气流速低 汽油雾化不良 汽油与空气混合不均匀 混合气在各缸内的分配也不均匀 同时缸内压力 温度低 汽油气化不良 为避免缺火 在怠速工况下 发动机燃用较浓混合气 从而使所排出废气中的CO和HC浓度大大增加 小负荷工况下 节气门开度25 以下 进入气缸的可燃混合气较少 缸内残余废气比例相对较大 不利于燃烧 发动机在小负荷工况下须燃用较浓混合气 使排出的废气中的CO HC浓度较大 中等负荷 节气门开度25 80 工况下 发动机燃用较稀的经济混合气 废气中的CO和HC的浓度均较小 大负荷 节气门开度80 以上 工况下 发动机燃用较浓的功率混合气 废气中的CO和HC浓度增大 而NOX浓度有所减小 市内行驶的汽车 由于混合交通或交通堵塞现象 汽车不得不频繁起步 停车 并长时间低速行驶 发动机经常处于怠速及小负荷的运行状态 这是造成城市大气污染严重的重要原因之一 2 发动机转速的影响 发动机转速不直接对燃烧产物中的有害成分产生影响 而是通过对进气过程和混合气形成及燃烧过程的作用影响有害气体的形成及浓度 发动机转速增大时 燃烧室内混合气的紊流加强 改善了混合气的混合和燃烧 使排气中的HC CO含量减少 在过量空气系数一定的条件下 汽油机废气中的CO随曲轴转速提高而下降 汽油机曲轴转速对排气有害成分的影响 在高速时 由于燃烧时间短 燃烧不完全 HC排放量略有增加 若气门重叠角较大 低速时吸入气缸的少量未燃混合气会直接排出使HC排放略有增加 提高怠速可使CO HC排放浓度下降 这是由于进气节流减小 充气量增多 残余气体稀释程度有所减少 使燃烧得到改善的缘故 当用较浓混合气时 由于散热时间短 燃烧室内温度升高 NOX生成量增加 反之 当用稀混合气时 由于燃烧过程相对的曲轴转角增大 燃烧峰值温度反而下降 NOX生成量减少 在某一混合气浓度下 当转速达到最大转速的65 75 时 废气中的NOX达到最大值 汽油机在怠速 减速和低转速工况下 由于混合气较浓且不均匀 废气中不完全燃烧的物质较多 HC和CO排放浓度大 而柴油机由于混合气中的空气充足 HC的浓度很小 CO含量甚微 3 不稳定工况的影响 在使用过程中 汽车发动机的负荷和转速是随时间不断变化的 统计资料表明 一般市区行驶的汽车 发动机怠速和中等转速占总工作时间的35 加速占22 匀速占29 减速占14 在加速和高转速时NOX浓度明显增大 发动机加速运行时 由于要求发出较大功率 须将气缸内燃气的温度提高 由于在短时间内供应了过量的燃料 混合气过浓 因此既会产生大量的NOX 又会引起燃料的不完全燃烧 导致CO和HC排放量增大 发动机工况对排气有害成分的影响其中 减速行驶时 HC排放浓度明显增加 加速行驶阶段 NOx排放浓度相对较高 汽车总成的热工况是汽车技术状况变化的主要因素之一发动机的热工况对废气有害成分的排放量有直接影响 发动机冷却液的温度一般在85 95 之间 4 发动机热工况的影响 在使用过程中 汽车运行的环境温度变化很大 40 40 汽车载荷 车速及发动机负荷 转速变化很大 若发动机吸热与散热的热平衡关系受到破坏 就会产生过热或过冷现象 而热工况对发动机排出的废气中有害成分浓度有直接影响 冷却液温度提高时 缸壁温度也提高 在气缸壁区域内的氧化反应的条件得到改善 排出的HC减少 特别是使用浓混合气时更为显著 供油系过热 发动机会产生气阻现象 此时由于混合气过稀而熄火 废气中的HC浓度增加 HC排放量与冷却液温度的关系 NOX的排放量与燃烧的最高温度有关当缸壁温度提高时 NOX的排放量也增加 汽油机冷却液温度从30 提高到80 时 NOX排放量增加 500 700 10 6 进气温度与废气中有害成分浓度的关系随着空气温度的提高 NOX CO的排放量增加 HC排放减少 在HC排放最低处NOX排放达到最大值 进气温度与废气有害成分浓度的关系 HC和CO排放浓度与汽车行驶里程的关系 随着行驶里程的增加 汽车技术状况逐渐变坏 在燃料经济性 动力性及可靠性下降的同时 汽车的排气污染也随之增大 HC和CO排放浓度与行驶里程的关系 5 汽车技术状态的影响 技术状况变化引起排气污染增大的原因 供油系的故障 汽油机点火系的故障 气门间隙失常导致配气相位变化 燃烧室内有积碳等 1 供油系技术状况 供油系调整不当或在使用中发生变化 电控汽油喷射系统的喷油压力和喷油持续时间不正确或柴油机的循环供油量调整不当 使实际喷油量过大或过小 所提供可燃混合气的实际空燃比偏离最优空燃比 对发动机排放特性有很大影响 点火提前角增大时 气缸内工作循环压力和温度提高 废气中NOX的浓度随之增大 反之 NOX浓度降低 点火时刻对NOX排放浓度的影响 2 点火 喷油 系技术状况 点火提前角对CO排放浓度的影响较小 但对HC的排放浓度有显著影响 点火滞后时 因补燃增多 排气系统温度升高 废气中的HC浓度有所减小 若点火过迟 因燃烧速度慢 HC的浓度又有所提高 点火滞后将会引起发动机功率下降 油耗增加 点火时刻对CO 排放浓度的影响点火系技术状况不良 点火能量不足时 由于燃烧缺火现象使HC的排放浓度增大 发动机气门间隙调整不当或在使用过程中发生变化 会使发动机配气相位发生变化 而发动机配气相位是否正确对废气中有害气体的浓度有较大影响 进气门早开 会使残余在气缸中的废气量增加 新鲜混合气被废气稀释 降低了燃烧温度 从而NOX排放量减少 进气门早开还会使废气流入进气管 从而减少了HC的排放量 但开的过早反而会增加HC的排放量 6 配气相位 排气门早关 废气排放不完全 NOX的排放最减少 排气门早关对HC的影响较难观察 首先因含HC多的废气被保留在缸内而减少了HC的排放 而后将因混合气变稀使燃烧情况恶化 若排气门关闭较晚时 没有排出的废气被回吸 使HC的排出量又略有增加 新款汽车发动机的配气相位一般采用可变气门定时 VVTi 的配气定位 使得发动机在不同工况运行下都能获得良好的燃料经济性和动力性 积碳是燃料和润滑油不完全燃烧的产物 多发生在燃烧室内的气缸盖 气缸壁 活塞顶部 气环及气门等部位 在汽车发动机使用过程中 发动机燃烧室及相关零件上形成的积碳同样会加剧废气污染严重 积碳严重时 会使活塞环卡住而失去密封作用 增加了曲轴箱窜气量 火花塞积碳 气门积碳或烧蚀会使发动机某缸工作不正常 排气中的HC浓度会明显增大 7 缸内积碳 7 1 4柴油车排放污染物的形成和主要影响因素 技术状况良好的柴油机 在常用工况下排气管排出的废气 是无色透明或接近无色透明的气体 如果在常用工况下排气具有了某种颜色 是故障的反映 不正常的烟色一般分为三种 即黑烟 白烟和蓝烟 1 排黑烟 1 现象 柴油车排气呈黑色烟雾 尤其是加速行驶 爬越坡度或柴油机起动时 排黑色烟雾更为严重 2 原因 燃油的主要化学元素是碳和氢 如果气缸内在缺氧的条件下燃烧 会造成燃烧不完全 使一部分未燃烧的碳元素形成游离碳 随废气一起排出成为黑色烟雾 柴油机排黑烟的主要原因如下 空气滤清器严重堵塞 造成进气量不足 喷油泵循环供油量调整过大或各缸供油不均匀度太大 喷油器喷雾质量不佳或喷油器滴油 供油时间过晚 气缸工作温度太低或压缩压力不足 柴油质量低劣 经常在超负荷下运行 机油进入燃烧室过多 校正加浓供油量调整太大 当柴油机循环供油量太大时 如果是怠速时排黑烟 说明怠速循环供油量太大 如果是额定转速时排黑烟 说明额定循环供油量太大 如果是超负荷运转时排黑烟 说明校正加浓供油量太大 循环供油量的检测与调试 必须拆下喷油泵 附调速器 总成在喷油泵试验台上按原厂规定进行 柴油机短时间超负荷运转 其排气烟色为灰黑色属于正常现象 气缸密封性不良时 不仅使压缩终了的气缸温度 气缸压力和涡流强度降低 而且漏掉的空气量增多 燃烧时氧气量不足 造成燃烧不完全 致使排气冒黑烟 质量低劣的柴油 雾化性能差 着火性能差 造成燃烧不完全 致使排气冒黑烟 机油过多地进入燃烧室 其油雾不易燃烧完全 因而加剧了排黑烟倾向 2 排白烟 1 现象 柴油车排气呈白色烟雾 2 原因 柴油车排白烟 是柴油机气缸内柴油蒸汽未着火燃烧或柴油中有水造成的 当气缸内的柴油经过雾化 蒸发与空气形成可燃混合气而未能着火燃烧时 可燃混合呈白色烟雾状 水在气缸内形成的水蒸汽也呈白色烟雾状 柴油机排白烟的主要原因如下 柴油中有水 或因气缸衬垫烧蚀 缸盖或湿式缸套裂纹漏水等原因造成气缸进水 气缸工作温度太低或气缸压缩压力不足 喷油器喷雾质量不佳 喷油泵供油时间太晚 柴油质量低劣或选用牌号不符合要求 冬季的早晨 柴油机冷起动后往往冒白烟 但当发动机热起后白烟能自行消失 这是正常现象 不属于故障 3 排蓝烟 1 现象 柴油车排气呈蓝色烟雾 2 原因 柴油车排蓝烟 是柴油机机油进入燃烧室形成蓝色油雾所致 排蓝烟的主要原因如下 柴油机机油池内机油油面太高 油浴式空气滤清器内机油油面太高 由于气缸间隙太大 气缸漏光度太大 活塞环磨损过甚 活塞环弹力太小 活塞环对口或活塞环装反等原因造成气缸上机油严重 进气门与其导管松旷 机油黏度太小 3 诊断方法 按诊断流程图所示方法诊断 如图所示 机油池和油浴式空气滤清器油面太高时 仅造成一度排蓝烟 机油油面降低后排蓝烟现象消失 进气门与其导管松旷后排蓝烟 较为轻微 气缸上机油是排蓝烟的主要原因 可用来评价气缸活塞组的密封性 进而判断发动机的技术状况 影响柴油机碳烟排放量的因素 燃料喷油转速负荷 7 2汽车排放污染物的排放标准 1 新生产汽车排气污染物排放限值装用点燃式发动机的新生产汽车 型式核准和生产一致性检查的排气污染物排放限值见表所列 新生产汽车是指制造厂合格入库或出厂的汽车 新生产汽车排气污染物排放限值 单位 体积分数 在表中 轻型汽车 指最大总质量不超过3500kg的M1类 M2类和N1类车辆 第一类轻型汽车 设计乘员数不超过6人 包括司机 且最大总质量 2500kg的M1类车 第二类轻型汽车 GB18285 2005标准适用范围内除第一类车以外的其他所有轻型汽车 重型汽车 指最大总质量超过3500kg的车辆 M1类车辆 指至少有四个车轮 或有三个车轮且厂定最大总质量超过1000kg 除驾驶员座位外 乘客座位不超过8个的载客车辆 M2类车辆 指至少有四个车轮 或有三个车轮且厂定最大总质量超过1000kg 除驾驶员座位外 乘客座位超过8个 且厂定最大总质量不超过5000kg的载客车辆 N1类车辆 指至少有四个车轮 或有三个车轮且厂定最大总质量超过1000kg 厂定最大总质量不超过3500kg的载货车辆 2 在用汽车排气污染物排放限值装用点燃式发动机的在用汽车 排气污染物排放限值见表所列 在用汽车是指已经登记注册并取得号牌的汽车 注 1 对于2001年5月31日以前生产的5座以下 含5座 的微型面包车 执行1995年7月1日起生产的轻型汽车的排放限值 在用汽车排气污染物排放限值 单位 体积分数 3 过量空气系数 的要求对于使用闭环控制电子燃油喷射系统和三元催化转化器技术的汽车进行过量空气系数 的测定 发动机转速为高怠速转速时 应在1 00 0 03或制造厂规定的范围内 进行 测试前 应按照制造厂使用说明书的规定预热发动机 过量空气系数 是指燃烧1kg燃料的实际空气量与理论上所需空气量之质量比 三 双怠速法测量方法已如前述 自GB18285 2005实施之日起 全国点燃式发动机在用汽车排放监控 采用该标准规定的双怠速法排放污染物排放限值及测量方法 规定如下 1 测量仪器 1 对于按照 轻型汽车排气污染物排放标准 GB14761 1 1993 的要求生产制造的点燃式发动机汽车和装用符合 车用汽油机排气污染物排放标准 GB14761 2 1993 点燃式发动机汽车 使用的排放测量仪器应符合 汽油机动车怠速排放监测仪技术条件 HJ T3 1993 的规定 基本技术要求a 能够测量汽车排气污染物CO CO2 HC 用正己烷当量表示 和O2四种成分的体积分数 或浓度 并能按规定计算过量空气系数 值 b CO CO2 HC的测量采用不分光红外线法 NDIR O2采用电化学电池法 也可采用等效方法 但需要证明其等效性 c 具有内置发动机转速和机油温度测量功能或转速和机油温度信号输入端口 d 气体处理系统的所有部件均由耐腐蚀材料做成 并且此材料对气体取样成分无影响 取样探头应能经受排气高温 并具有限位和固定装置 2020 3 17 69 可编辑 e 仪器应具有符合GB18285 2005要求的怠速和高怠速测量程序 该测量程序如图所示 结构要求测试仪器通过采样 经过泵将样气传输至气体处理系统和检测器进行分析 发出被测组分的体积分数相关信号 测定汽车排气污染物体积分数 或浓度 和过量空气系数 值 仪器主要部件 a 取样管 取样探头应能插入机动车排气管至少400mm 并有插深定位装置 b 软管 同取样探头连接 作为测量系统样气进入通道 c 泵 将气体传输至仪器 d 水分离器 分离样气中的水分 是防止冷凝水在仪器中积聚的装置 水蒸气达到饱和时 应能保证自动脱离或自动停止测量操作 e 过滤器 除去导致仪器各种敏感部件污染的颗粒物 过滤器应能除去直径大于5 m的颗粒 不需取出即能观察其污染程度 并易于更换 当测量HC体积分数约为800 10 6的气体时 能保证使用时间不少于30min f 零气端口和校准端口 位于水分离器及过滤器下游位置 包括用于引入作测量仪器零点调节的纯净环境气体端口和校准气体端口 g 探测元件 按体积分数分析气体样品中的组分 h 数据系统和显示器件 数据系统处理信号 显示器件显示测量结果 i 控制调整装置 完成仪器初始化及开机检查 通过手动 半自动或全自动调节装置将仪器参数调整于设定的范围内 2 测量程序 1 应保证被检测车辆处于制造厂规定的正常状态 发动机进气系统应装有空气滤清器 排气系统应装有排气消声器 并不得有泄漏 2 应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量仪器 测量时 发动机冷却液和润滑油温度应不低于80 或者达到汽车使用说明书规定的热车状态 3 发动机从怠速状态加速到70 额定转速 运转30s后降至高怠速状态 将测量仪器取样探头插入汽车排气管中 深度不小于400mm 并固定在排气管上 维持15s后 由具有平均值功能的仪器读取30s内的平均值 或者人工读取30s内的最高值和最低值 其平均值即为高怠速污染物测量结果 对于使用闭环控制电子燃油喷射系统和三元催化转化器技术的汽车 还应同时读取过量空气系数 的数值 4 发动机从高怠速降至怠速状态15s后 由具有平均值功能的仪器读取30s内的平均值 或者人工读取30s内的最高值和最低值 其平均值即为怠速污染物测量结果 5 若为多排气管时 取各排气管测量结果的算术平均值作为测量结构 6 若排气管长度小于测量深度时 应使用排气加长管 7 3汽油车排放污染物检测原理与设备 1不分光红外线排气分析仪 一 不分光红外线法检测原理汽车排气中的CO CO2 HC和NO等气体 都分别具有吸收一定波长范围红外线的性质 如图所示 而且 红外线被吸收的程度与排气浓度之间有一个大致一定的关系 图四种气体吸收红外线的情况 不分光红外线法就是利用这一原理 即根据检测红外线被汽车排气吸收一定波长范围红外线后能量的变化 来检测排气中各种污染物的含量 在各种气体混杂一起的情况下 这种检测方法具有测量值不受影响的特点 利用不分光红外线法制成的分析仪 或称为监测仪 检测仪 测量仪等 根据检测的气体数目分类 可分为单气体分析仪 二气体分析仪 四气体分析仪和五气体分析仪等多种类型 单气体分析仪仅能检测CO或HC或其他一种气体的含量 二气体分析仪能检测CO和HC这两种气体或其他两种气体的含量 四气体分析仪可检测CO CO2 HC O2四种气体的含量和过量空气系 五气体分析仪可检测CO CO2 HC O2 NO五种气体的含量和过量空气系数 不论哪种类型的气体分析仪 在检测HC含量时 由于排气中HC成分非常复杂 因此要把各种HC成分的含量换算成正己烷 n C6H14 的当量作为HC含量的测量值 二 二气体分析仪结构 工作原理和使用方法二气体分析仪最常见的是CO和HC气体分析仪 是一种能够从汽车排气管中采集气样 对其中CO和HC含量连续进行分析的仪器 在国内使用比较普遍 图QFY 2型汽车排气分析仪a 分析仪前视图 b 分析仪后视图l CO显示器 2 CO标定旋钮 3 HC显示器 4 HC标定旋钮 5 电源开关 6 风扇开关 7 取样泵开关 8 CO量程切换开关 9 CO调零旋钮 10 HC调零旋钮 11 HC量程切换开关 12 流量计 13 标淮气样入口 14 拉手 15 上盖板 16 过滤器 17 水分离器 18 熔丝座 19 电源线插座 20 进气口 21 出气口 22 前置过滤器 23 取样管 国产的两种二气体分析仪的外形图如图所示 图MEXA 324F型汽车排气分析仪1 导管 2 滤清器 3 低含量取样探头 4 高含量取样探头 5 CO指示仪表 6 HC指示仪表 7 标准HC气样瓶 8 标准CO气样瓶 1 二气体分析仪结构和工作原理二气体分析仪由排气取样装置 排气分析装置 含量指示装置和校准装置等组成 汽车排气在二气体分析仪内的流动路线如图所示 汽车排气在二气体分析仪内的流动路线1 取样探头 2 5 滤清器 3 导管 4 排气取样装置 6 11 泵 7 换向阀 8 排气分析装置 9 流量计 10 浓度指示装置 12 水分离器 1 排气取样装置排气取样装置由取样探头 滤清器 导管 水分离器和泵等组成 它通过取样探头 导管和泵从车辆排气管里采集排气 再用滤清器和水分离器把排气中的炭渣 灰尘和水分等除掉 只把排气送入分析装置 汽车排气在二气体分析仪内的流动路线1 取样探头 2 5 滤清器 3 导管 4 排气取样装置 6 11 泵 7 换向阀 8 排气分析装置 9 流量计 10 浓度指示装置 12 水分离器 为了使取样探头具有耐热性和防止导管吸附HC气体 它们是用特殊材料制成的 汽车排气在二气体分析仪内的流动路线1 取样探头 2 5 滤清器 3 导管 4 排气取样装置 6 11 泵 7 换向阀 8 排气分析装置 9 流量计 10 浓度指示装置 12 水分离器 2 排气分析装置排气分析装置由红外线光源 气样室 旋转扇轮 测量室和传感器等组成 该装置按照不分光红外线法 从来自取样装置的混有多种成分的排气中 分析CO和HC的含量 并将含量转变成电信号输送给含量指示装置 汽车排气在二气体分析仪内的流动路线1 取样探头 2 5 滤清器 3 导管 4 排气取样装置 6 11 泵 7 换向阀 8 排气分析装置 9 流量计 10 浓度指示装置 12 水分离器 1 电容微音器式分析装置 如图所示 从两个红外线光源发出的红外线 分别通过标准气样室和测量气样室后到达测量室 在标准气样室内充有不吸收红外线的N2气 在测量气样室内充有被测量的发动机排气 电容微音器式分析装置1 红外线光源 2 标准气样室 3 旋转扇轮 4 测量室 5 电容微音器 6 前置放大器 7 主放大器 8 指示仪表 9 排气入口 l0 测量气样室 l1 排气出口 测量室由两个分室组成 二者之间留有通道 并在通道上装有金属膜式电容微音器以作为传感器 为了能够从排气中选择需要测量的成分 在测量室的两个分室内 充入适当含量的与被测气体相同的气体 电容微音器式分析装置1 红外线光源 2 标准气样室 3 旋转扇轮 4 测量室 5 电容微音器 6 前置放大器 7 主放大器 8 指示仪表 9 排气入口 l0 测量气样室 l1 排气出口 即在测量CO浓度分析装置里的测量室内充入CO气体 在测量HC含量分析装置里的测量室内充入正己烷气体 电容微音器式分析装置1 红外线光源 2 标准气样室 3 旋转扇轮 4 测量室 5 电容微音器 6 前置放大器 7 主放大器 8 指示仪表 9 排气入口 l0 测量气样室 l1 排气出口 旋转扇轮也称为截光器 能连续地导通 截止两个红外线光源 从而形成射线脉冲 当红外线通过旋转扇轮断续地到达测量室时 由于通过测量气样室被所测气体按浓度大小吸收掉一部分一定波长范围的红外线 而通过标准气样室的红外线完全没有被吸收 因此在测量室的两个分室内 因红外线能量的差别出现了温度差别 温度差别又导致了测量室内压力差别 致使金属膜片弯曲变形 电容微音器式分析装置1 红外线光源 2 标准气样室 3 旋转扇轮 4 测量室 5 电容微音器 6 前置放大器 7 主放大器 8 指示仪表 9 排气入口 l0 测量气样室 l1 排气出口 发动机排气中被测气体含量越大 金属膜片弯曲变形也越大 膜片弯曲变形致使电容微音器输出电压改变 该电压信号经放大器放大后送往含量指示装置 电容微音器式分析装置1 红外线光源 2 标准气样室 3 旋转扇轮 4 测量室 5 电容微音器 6 前置放大器 7 主放大器 8 指示仪表 9 排气入口 l0 测量气样室 l1 排气出口 2 半导体式分析装置 如图所示 从两个红外线光源发出的红外线 分别通过标准气样室和测量气样室后用聚光管聚光 然后输送到测量室 同样 在标准气样室里充有不吸收红外线的N2气 在测量气样室里充有被测量的发动机排气 半导体式分析装置1 指示仪表 2 主放大器 3 前置放大器 4 半导体传感器 5 光学滤色片 6 聚光管 7 标准气样室 8 红外线光源 9 旋转扇轮 10 排气入口 11 测量气样室 12 排气出口 传感器采用的是一种能按照红外线能量强度的变化改变电信号大小的半导体元件 由于该半导体元件本身不具有对被测气体吸收一定波长范围红外线的选择性 因此在半导体元件前面放置了一片光学滤色片 仅让被测气体吸收的一定波长范围内的红外线通过 半导体式分析装置1 指示仪表 2 主放大器 3 前置放大器 4 半导体传感器 5 光学滤色片 6 聚光管 7 标准气样室 8 红外线光源 9 旋转扇轮 10 排气入口 11 测量气样室 12 排气出口 红外线穿过旋转扇轮后 断续地通过标准气样室和测量气样室 经过聚光管和光学滤色片后到达半导体传感器 通过标准气样室的红外线由于未被吸收 因此能量保持不变 通过测量气样室的红外线由于被所测气体吸收掉一部分一定波长范围的红外线 因此分别通过两气样室的红外线的能量形成差别后到达传感器 半导体式分析装置1 指示仪表 2 主放大器 3 前置放大器 4 半导体传感器 5 光学滤色片 6 聚光管 7 标准气样室 8 红外线光源 9 旋转扇轮 10 排气入口 11 测量气样室 12 排气出口 半导体传感器能把红外线能量差别转变成电信号差别 经放大器放大后输送给含量指示装置 半导体式分析装置1 指示仪表 2 主放大器 3 前置放大器 4 半导体传感器 5 光学滤色片 6 聚光管 7 标准气样室 8 红外线光源 9 旋转扇轮 10 排气入口 11 测量气样室 12 排气出口 QFY 2型汽车排气分析仪a 分析仪前视图 b 分析仪后视图l CO显示器 2 CO标定旋钮 3 HC显示器 4 HC标定旋钮 5 电源开关 6 风扇开关 7 取样泵开关 8 CO量程切换开关 9 CO调零旋钮 10 HC调零旋钮 11 HC量程切换开关 12 流量计 13 标淮气样入口 14 拉手 15 上盖板 16 过滤器 17 水分离器 18 熔丝座 19 电源线插座 20 进气口 21 出气口 22 前置过滤器 23 取样管 3 含量指示装置CO和HC综合式气体分析仪的含量指示装置 主要由CO指示装置和HC指示装置组成 有指针式仪表和数字式显示器两种类型 MEXA 324F型汽车排气分析仪1 导管 2 滤清器 3 低含量取样探头 4 高含量取样探头 5 CO指示仪表 6 HC指示仪表 7 标准HC气样瓶 8 标准CO气样瓶 从排气分析装置送来的电信号 在CO指示仪表上 CO的体积分数以百分数 表示 在HC指示仪表上 HC的体积分数以正己烷当量的百万分数 10 6 或以百分数 表示 MEXA 324F型汽车排气分析仪1 导管 2 滤清器 3 低含量取样探头 4 高含量取样探头 5 CO指示仪表 6 HC指示仪表 7 标准HC气样瓶 8 标准CO气样瓶 指针式仪表的指示 可利用零点调整旋钮 标准调整旋钮和读数转换开关等进行控制 MEXA 324F型汽车排气分析仪1 导管 2 滤清器 3 低含量取样探头 4 高含量取样探头 5 CO指示仪表 6 HC指示仪表 7 标准HC气样瓶 8 标准CO气样瓶 二气体分析仪内的滤清器脏污时 对测量值有影响 因此要经常观察流量计的指示情况 发现指针进入红区应及时更换滤清器滤芯 4 校准装置校准装置是一种为了保持二气体分析仪的指示精度 使之能准确指示测量值的装置 在此装置中 往往既设有用加入标准气样进行校准的装置 也设有用机械方式简易校准的装置 1 标准气样校准装置 是把标准气样从二气体分析仪上单设的一个专用注入口直接送到排气分析装置 再通过比较标准气样浓度值和仪表指示值的方法来进行校准的装置 2 简易校准装置 通常是用遮光板把排气分析装置中通过测量气样室的红外线遮挡住一部分 用减少一定量红外线能量的方法进行简单校准的装置 2 二气体分析仪的使用方法1 仪器准备按二气体分析仪使用说明书要求做好以下各项准备工作 1 接通电源 对二气体分析仪预热30min以上 2 仪器校准 用标准气样校准 先让二气体分析仪吸入清洁空气 用零点调整旋钮把仪表指针调整到零点 然后 把仪器附带的标准气样从标准气样注入口 图6 45中12 灌入 再用标准调整旋钮把仪表指针调到标准指示值 在灌注标准气样时 要关掉二气体分析仪上的泵开关 图6 45MEXA 324F型汽车排气分析仪面板图1 HC标准调整旋钮 2 HC零点调整旋钮 3 HC读数转换开关 4 CO读数转换开关 5 简易校准开关 6 CO标准调整旋钮 7 CO零点调整旋钮 8 电源开关 9 泵开关 10 流量计 l1 电源指示灯 12 标准气样注入口 13 CO指示仪表 14 HC指示仪表 CO和HC两种气体的标准指示值是多大呢 对于CO气体分析仪 可把标准气样瓶上标明的CO浓度值作为校准的标准值 对于HC气体分析仪 由于是用丙烷作为标准气样 因而要按下式求出正己烷的换算值 再用正己烷的换算值作为校准的标准值 校准的标准值 即正己烷换算值 标准气样 丙烷 含量 换算系数式中 标准气样 丙烷 含量即HC标准气样瓶上标明的含量值 换算系数是气体分析仪的给出值 标注在气体分析仪壳体一侧 一般为0 472 0 578 简易校准 先打开简易校准开关 图中3 对于有校准位置刻度线的仪器 可用标准调整旋钮 图中l 2 把仪表指针调整到正对校准位置刻度线位置 标准调整旋钮和简易校准开关位置1 HC标准调整旋钮 2 CO标准调整旋钮 3 简易校准开关 对于没有校准位置刻度线的仪器 要在标准气样校正后立即打开简易校准开关进行简易校准 此时要用标准调整旋钮把仪表指针调整到与标准气样校准后的指示值重合 应记住这一指示位置 以便今后简易校准时使用 简易校准结束后 应及时关闭简易校准开关 标准调整旋钮和简易校准开关位置1 HC标准调整旋钮 2 CO标准调整旋钮 3 简易校准开关 3 把取样探头和取样导管安装到二气体分析仪上 检查取样探头和导管内是否有残留HC 如果管的内壁吸附残留HC较多 仪表指针大大超过零点位置以上时 要用压缩空气吹洗或用布条等物清洁取样探头和导管内壁 二气体分析仪经过上述检查和校准后 即可投入使用 图6 40MEXA 324F型汽车排气分析仪1 导管 2 滤清器 3 低含量取样探头 4 高含量取样探头 5 CO指示仪表 6 HC指示仪表 7 标准HC气样瓶 8 标准CO气样瓶 2 车辆或发动机准备 1 试验车辆或发动机的进气系统应装有空气滤清器 排气系统应装有排气消声器 并不得有泄漏 2 汽油应符合国家标准 车用无铅汽油 GB17930 1999 的规定 3 在发动机上安装转速计 点火正时仪 冷却水和润滑油测温计等测量仪器 4 测量时发动机冷却水和润滑油温度应不低于80 或达到汽车使用说明书规定的热车状态 3 注意事项 1 汽油车双怠速排放污染物的检测 一定要把发动机高怠速和怠速的转速和温度控制在规定范围之内 2 有的二气体分析仪的取样探头 导管分为低含量用和高含量用两种 要注意分别使用 3 检测时导管不要发生弯折现象 4 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 再进行下一部车的测量 5 不要在有油或有有机溶剂的地方进行检测 6 要注意检测地点的室内通风换气 以防人员中毒 7 检测结束后 要立即把取样探头从排气管里抽出来 8 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 9 二气体分析仪不要放置在湿度大 温度变化大 振动大或有倾斜的地方 10 二气体分析仪要定时维护 以确保使用精度 11 校准用的标准气样是有毒的 要注意保管 三 五气体分析仪简介五气体分析仪 可检测CO CO2 HC O2 NO五种气体的含量和过量空气系数 国产SW5003型汽车排放气体分析仪就是一种五气体分析仪 它通过采用不分光红外线法 NDIR 检测汽车排气中CO CO2 HC的含量 通过采用电化学法检测汽车排气中O2和NO的含量 并根据测得的CO CO2 HC和O2含量计算出过量空气系数 7 4柴油车排放污染物检测原理与设备 1 滤纸式烟度计检测烟度的基本原理滤纸式烟度计是用一个活塞式抽气泵 从柴油机排气管中抽取一定容积的排气 使它通过一张一定面积的白色滤纸 排气中的炭烟存留在滤纸上 使其染黑 图6 48滤纸式烟度计示意图1 脚踏开关 2 电磁阀 3 抽气泵 4 滤纸卷 5 取样探头 6 排气管 7 进给机构 8 染黑的滤纸 9 光电传感器 10 指示电表 用滤纸式烟度计测试自由加速工况下柴油机烟度时 需从排气管抽取规定容积的废气 并使之通过规定面积的标准洁白滤纸 其滤纸被染黑的程度称之为烟度 烟度用符号SF表示 烟度单位是无量纲的量 用符号FSN表示 滤纸染黑的程度不同 则对照射到滤纸表面光线的反射能力不同 据此 烟度SF表示为式中 Rd Rc分别为污染滤纸和洁白滤纸的反射因数 Rd Rc的值由0到100 分别对应于全黑滤纸的反射和洁白标准滤纸的反射 用检测装置测定滤纸的染黑度 该染黑度即代表柴油车的排气烟度 如图所示 滤纸式烟度计示意图1 脚踏开关 2 电磁阀 3 抽气泵 4 滤纸卷 5 取样探头 6 排气管 7 进给机构 8 染黑的滤纸 9 光电传感器 10 指示电表 2 滤纸式烟度计的结构与工作原理滤纸式烟度计是世界上应用最广泛的烟度计之一 有手动 半自动和全自动三种类型 滤纸式烟度计示意图1 脚踏开关 2 电磁阀 3 抽气泵 4 滤纸卷 5 取样探头 6 排气管 7 进给机构 8 染黑的滤纸 9 光电传感器 10 指示电表 滤纸式烟度计由排气取样装置 染黑度检测与指示装置和控制装置等组成 一般还配备有微型打印机 国产FQD 201型半自动排气烟度计外形如图6 49所示 图6 49FQD 201型半自动排气烟度计外形图l 螺钉 2 垫圈 3 扫气管 4 机壳罩 5 抽气泵 6 指示装置 7 三通阀 8 取样探头 9 取样软管 10 光电检测装置连接线 11 连接直流电源线 12 连接主电源线 13 脚踏开关连接线 1 取样装置取样装置由取样探头 活塞式抽气泵 取样软管和清洗机构等组成 取样探头分台架试验用和整车试验用两种形式 整车试验用取样探头带有散热片 其上装有夹具以便固定在排气管上 取样探头在活塞式抽气泵的作用下抽取排气 其结构形状应能保证在取样时不受排气动压的影响 如图6 47所示 取样探头结构图 活塞式抽气泵由泵筒 活塞 活塞杆 手柄 回位弹簧 锁止装置 电磁阀和滤纸夹持机构等组成 活塞式抽气泵在使用前 须先压下抽气泵手柄 直至克服回位弹簧的张力使活塞到达泵筒最下端