《汽车使用性能与检测》-第八章汽车的公害及检测

第一节汽车排放污染物的形成及危害一、汽车排放的主要污染物1.一氧化碳(CO)CO是烃燃料燃烧的中间产物，排气中的CO是由于烃的不完全燃烧所造成的。理论上，当混合气空燃比等于或大于理论空燃比时，在氧气充足甚至过量的混合气情况下，排气中将不含CO而代之产生CO2和未参加燃烧的O2。但现实中由于混合气的分布并不均匀，总会出现局部缺氧的情况，这样就不可避免地产生CO。同时即使燃料和空气混合很均匀，由于燃烧后的高温，已经生成的CO2也会有小部分被分解成CO和O2。另外排气中的HZ和未燃烃HC也可能将排气中的部分CO2还原成COCO是一种无色、无刺激的气体，是汽车及内燃机排气中有害浓度最大的成分。人体吸入的CO很容易和血红蛋白结合并输送到体内，阻碍血红素带氧，造成体内缺氧而引起窒息。下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害2.碳氢化合物(HC)

排气中的HC是由未燃烧的燃料烃、不完全氧化产物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成。它包括许多种类的碳氢化合物，其中有饱和烃、不饱和烃、含氧碳氢化合物(如醛类等)，成分复杂，组成变化也很大。碳氢化合物总称烃类，是发动机未燃尽的燃料分解产生的气体，汽车排放污染物中的未燃烃的20%~25%来自曲轴箱窜气;20%来自化油器与燃油箱的蒸发;其余55%由排气管排出。当排出的HC总量达到某一定值时会影响人体，HC与二氧化氮的混合物在紫外线作用下进行光化学反应，由光化学过氧化物而形成的黄色烟雾，其主要成分是臭氧(O3)。该现象称为“光化学烟雾”。在大气中产生臭氧等过氧化物，对人的眼、鼻和咽喉钻膜有较强的刺激作用，引起结膜炎、鼻炎、支气管炎等症状，并伴随有难闻的臭味，严重时可致癌。上一页下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害3.氮氧化合物(NOx)

氮氧化物主要指一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，它是由排气管排出。试验证明供给略稀的混合气(A,15.5)会增大NOX的排放量。汽油机排出的氮氧化物中，NO占99%，而柴油机排出的氮氧化物中NO:比例稍大。高浓度的NO能引起神经中枢的障碍，并且容易氧化成剧毒的NO2

，NO2有特殊的刺激性臭味，严重时会引起肺气肿。上一页下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害4.浮游微粒汽油机中主要微粒:铅化物、硫酸盐、低分子物质;柴油机中主要微粒为石墨形的含碳物质(炭烟)和高分子量有机物(润滑油的氧化和裂解产物)。柴油机的微粒量比汽油机多30~60倍，成分比较复杂。特别是炭烟，主要由直径0.1~10μm的多孔性碳粒构成，它除了会被人体吸入肺部沉淀下来外，还往往钻附有SO2及致癌物质，严重危害人体健康。

5.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(SOz)。当汽车使用催化净化装置时，就算很少量的SOz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，还危害人体健康，而且SOz还是造成酸雨的主要物质。上一页下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害二、汽油车排放污染物的影响因素

1.空燃比空燃比A/F是影响汽油机排气中污染物产生的重要因素之一。随着空燃比的增加，CO排放浓度逐渐下降;HC排放浓度在A/F≈18时有最小值，A/F降低或升高都会使HC排放浓度增加;而N(入排放浓度在A/F≈16时有最大值。这样CO,HC,NOx的治理对空燃比的要求就产生了矛盾，在实际调整中必须协调好各个关系。由于传统化油器车辆难以准确控制空燃比，也就不可能使CO,HC及NOx的排放达到最佳，所以传统的化油器供油系统被电子控制燃油喷射供油系统取代实属必然。上一页下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害2.点火时间和点火能量点火正时对CO排放浓度影响较小，除非点火正时过分推迟使CO没有充分的时间完全氧化而引起CO排放量增加。上一页下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害三、柴油机排放污染物的影响因素

1.柴油柴油的性质对炭烟的生成有一定的影响。蒸发性差的燃料往往雾化也差，对排气烟度有不利的影响。着火性好的燃料对冷起动有利，但由于着火延迟期短，着火后喷入气缸的燃料增多，容易产生炭烟，所以十六烷值过高的燃料烟度增加显著。就对烟度的影响而言，燃料的着火性比蒸发性更重要。

2.柴油雾化质量柴油机排气烟度与雾化品质关系密切，在柴油机喷油过程中，每次喷油即将结束时，喷油压力下降，雾化质量变差，使液滴直径比主要喷射阶段的油滴大4~5倍，这些油滴蒸发与燃烧的时间短，周围氧的浓度低，容易产生炭烟。上一页下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害

改进油嘴及供油系配合参数，消除滴漏及二次喷射的产生，可以降低发动机的排烟。3.过量空气系数柴油机燃烧室内混合物是极不均匀的。各区空燃比是影响燃料裂解和氧化的主要因素。因为在高温条件下，缺氧则烃裂解脱氢而生成炭烟，得氧则形成的炭粒也可以被氧化消失。由于炭烟主要在喷注中心区等燃料过浓混合区形成的，在高负荷及超负荷工况下，气缸内总的空燃比减小，使燃烧室缺氧的区域扩大，对浓混合区的碳粒氧化不利，结果随着过量空气系数的减小，排气烟度加大。在功率一定时，改进柴油机的进气系统，提高充气效率等所有增加进气量的措施(如清理空气滤清器等)，都将有助于降低排气烟度。上一页下一页返回第一节汽车排放污染物的形成及危害4.喷油时刻在直喷式柴油机中，当其他参数不变，加大喷油提前角可以降低排气烟度。因为加大喷油提前角会使滞燃期加长，使着火前喷入气缸的油量增加。预混合量增加，预混合气增多，加快了燃烧速度，燃烧可较早的结束，从而使主燃期形成的碳粒具有较高的温度和在高温下停留较长的时间，有利于碳粒氧化消失。然而过早的喷油增加了预混燃料量，使发动机工作粗暴，燃烧噪声增大，并引起较大的机械负荷，以及较高的NOx排放。上一页返回第二节汽油车排气污染物的检测一、检测仪器的结构和工作原理1.气路系统(图8-1)(1)取样系统分别由探头、前置过滤器、取样管、水分离器等组成。其作用是将排气管排出的废气经脱水、冷凝、除尘等处理后送入分析系统进行检测。

(2)分析系统(又称分析通道)是保证废气进入分析仪前必须无尘、分别由粉尘过滤器，HC,CO气室等组成。其作用无机械杂质及水分，从而保证测量准确。

(3)排水与分流通道分别由插塞式过滤器、排气口等组成。其作用是排出冷凝后的水，并且将废气分流，以加快响应时间。下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测2.电路系统电路系统包括前置放大器、主放大器。

(1)前置放大器由于检查器具有非常高的输出阻抗，由此必须将检测器微弱信号直接从检测器的引出线连接至前置放大器的输入端，以减少外界干扰，并且为了减少空间电磁场的干扰，前置盒用金属屏蔽罩密封。前置放大器须加深负反馈以保证将高阻抗的微弱电讯号转化为低阻抗的输出信号。检查器、前置放大器结构如图8-2所示。为了保证供给检测器以稳定的工作电压，前置放大器还要加一稳压电源。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测(2)主放大器仪器中CO和HC分析系统的主放大器在电路结构上是大致相同的，它们都把检测器输出的信号予以放大、整流、量程切换，并显示出相应的待测气体浓度值。但由于CO和HC分析系统的测量范围不同，光路系统的增益也不同，两者需要的放大倍数也是不相同的。如图8-3所示，位于主放大板上的W1和W2电位器作电路增益粗调时，其分压的放大倍数是不同的，即CO系统的放大倍数较低，而HC系统的放大倍数较高。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测3.光路系统(又称光学平台)

光路系统由光源、气室(分为参比气室—又称标准气室、工作气室—又称测量气室)、切光电机、检测器等组成。从光源发出的两束红外光，分别通过标准气室和工作气室后，到达检测器

(1)光源每对光源的工作电压为7V，工作温度为730℃，单边工作电流1.13A。仪器是采用双光路结构，两个绕成弹簧状的光源丝，置于一个凹面反射器的中心(图8-4)。加电后，从焦点发出的红外光近似点红光源，经过凹面反射器形成平等光束向外发射，两个光源是经过严格阻值配对的，在光源体外加铝散热片，以减少光源的热容量，使预热时间缩短，工作时能得到稳定的温度特性。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测(2)切光电机切光电机是一个12极磁滞式交流同步电机(图8-4)，它的转子为一块扇形的遮光板，它的作用是使遮光板交替地打开或遮断红外光光源，从而产生一个脉冲的红外光。仪器用的切光片的调制频率为8.33Hz，这就是切光电机在电路中的作用。

(3)参比气室和工作气室仪器中CO和HC的光学系统，其基本结构是相同的，CO气室组件和HC气室组件都分为参比气室和工作气室两部分。由于CO测量浓度较小，其气室长度短;而HC测量浓度较大其气室长度长。气室内壁的镀金层，一方面是为了红外光的吸收，另一方面是为了提高抗腐蚀的能力。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测(4)光学遮光板作用是调节参比气室和工作气室的通光量，理论上，当通入雾气后，参比光路和工作光路的光量应当相等。但实际上，由于光源间的差异，各种光学条件的影响，两边光路上的能量是不相等的。因此，须利用遮光板来调节两边红外光能量的平衡。当遮光板向工作气室方向推动时，工作室的红外光路会因遮光板移动而被遮断一部分光，在效果上相当于减少了工作光路的光能量。反之遮光板向参比室方向推动时，则表示参比光路被遮光板遮掉了一部分红外光，从而使参比光能量相对减少。利用遮光板位置的移动，我们可任意调节遮光板遮盖每一光路红外辐射的面积，从而达到自由调整光能量平衡的目的。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测4.检测器检测器是仪器的关键部件，其工作原理如图8-6所示。5.控制系统控制系统包括面板上的“电源”开关、“气泵”开关、“量程切换”开关、“调零”旋钮及“量距”旋钮等(图8一7)。

(1)“零位调整”电位器零位调整电位器位于面板上，它是提供一个+15V电源到第二级放大输入端，从而抵消在光学调整时故意调偏部分光学量时所产生的信号。中间抽头作分压的直流偏置电压，由于两者调至大小相等，但极性相反，所以最后表头总输出被压回至零位，这就是“调零”电位器的作用。

(2)“量程切换”开关量程切换开关用于对不同量程的测量进行转换。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测(3)“量距”电位器“量距”电位器在电路上是串联于输出回路可调的限流电阻，用作调节流过显示表头的电流以达到进行刻度校准的目的。

(4)“机械检查”开关“机械检查”开关实际上是控制吸力电磁铁动作的按钮，当“机械检查”按钮按下时，吸力电磁铁就带动遮光片向工作室方向动作，从而遮住了一部分通过工作室的红外光，起到模拟被测气体通过工作室被红外光吸收的作用。遮光片动作的幅度通过锁紧装置进行调整，其定值可等效为某相应浓度的气样通入仪器时所产生的指示值。当开关松开时，电磁铁恢复原来状态，遮光片不动作，仪器表头又回复零位。

(5)电源开关电源开关是控制整机电源的总开关。当电源开关至“开”时，仪器的光源、集成电路供电等主要部分均开始工作，这时仪器处于预热状态。

(6)气泵开关气泵开关是控制取样泵开、闭动作的开关。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测二、汽油车排气污染物的测定1.对受检车辆的要求汽车发动机的热状态应正常，一般是指水温在60℃以上，油温达40℃以上，只有在正常热状态下，才能满足怠速工况的条件。如发动机在冷态时，排污值都是较高的。汽车发动机的排气歧管、排气管、消声器尾管各连接口及管道，都要求密闭性良好。若在排气系统中任一处有泄漏现象，废气的排放口就成为多处，采集到的气样就是部分而不是全部。浓度值就会降低。上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测2.测量程序必要时在发动机上安装转速计、点火正时仪、冷却水和润滑油侧温计等侧试仪器。发动机由急速工况加速至0.7额定转速，维持60s后降至怠速状态。发动机降至怠速状态后，将取样探头插入排气管中，深度等于400mm，并固定于排气管上。发动机在怠速状态，维持15s后开始读数，读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为侧量结果。若为多排气管时，取各排气管侧量结果的算术平均值。3.操作注意事项上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测4.仪器的校正在每天开始检测前，或在检测过程中若怀疑仪器的检测数据不准确时应对仪器进行校正，具体操作如下:CO分析仪的气体校正，标准气瓶所标明的气体浓度即为气体校正值;而HC分析仪的气体校正，需将标准气瓶所标明的气体浓度和仪器所标明的换算值相乘，其积作为正己烷换算浓度。即气瓶标明值*换算系数=正己烷换算浓度。

上一页下一页返回第二节汽油车排气污染物的检测

校正方法在仪器预热至正常状态后，量程开关切换至校正的量程，取下水分离器、导入清洁空气，指示稳定后，旋转零位旋钮将指针调至零将泵开关拨到“关”，将气瓶嘴插入标准气入口并压紧，直到指针稳定为止。从标准气入口取下气瓶旋转量距旋钮，使CO分析仪与气瓶所标明的浓度相符，使HC分析仪与正己烷换算浓度相符。将泵开关拨到“开”，确认指针为零，将量程切换开关置于最低量程，按机械检查开关，记录指示值，作为简单校正值供精度要求不高的情况下使用。上一页返回第三节柴油车排放烟度值的测定一、检测仪器的结构和工作原理滤纸式烟度计的测量原理见图8-8。该类仪器主要由取样系统、走纸机构、光电检测系统和控制系统四部分组成。二、测量方法及测量前准备1.仪器的准备按仪器生产厂使用手册的规定进行气路和电路的连接、预热等项准备。侧量前要用标准烟度卡对仪器进行标定。要保证滤纸符合规格(符合GB191——1980)，洁白无污，保证滤纸传送装置工作状态良好。保证压缩空气清洗系统工作正常无泄漏，保证清洗用压缩空气压力符合仪器要求。保证烟度检侧系统状态良好。下一页返回第三节柴油车排放烟度值的测定2.受检车辆的准备排气系统不得有泄漏。取样管插入深度不小于300mm，否则排气管应加接管并保证接口不漏气。发动机达到使用说明书规定的热状态。上一页下一页返回第三节柴油车排放烟度值的测定三、测量规程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。将踏板开关固定于加速踏板上端并使检侧仪表上的转换开关位于与踏板结合的位置。由怠速工况将加速踏板迅速踏到底，约4s后松开;如此重复三次后即可开始侧量(此操作的作用是清除排气管中残存的炭烟)。在完成滤纸走位、清洗取样管之后，将加速踏板与踏板开关一并迅速踏到底，至4s时松开加速踏板和踏板开关并由指示表头读数。下一次踏加速踏板距前一次间隔15s。如此重复三次，取三次读数的算术平均值作为该侧量烟度。上一页下一页返回第三节柴油车排放烟度值的测定四、仪器的校正在每天开始检测前，或在检测过程中若怀疑仪器的检测数据不准确时应对仪器进行校正，具体方法如下。将标准烟度卡(烟度值约等于5波许单位)从校准插口插入，烟度卡正面朝上插到底(注意:标准烟度卡必须插在滤纸的上方)。按下并转动“粗调”和“微调”旋钮，将电表指针调到标准烟度卡的标称值外，然后取出标准烟度卡，校准工作即告完成。取出标准烟度卡后，电表指针回到零点或零点附近，不管表针是否指零，校准后不应再旋动“粗调”和“微调”旋钮上一页返回第四节曲轴箱污染物排放检验

曲轴箱漏气给汽车发动机本身也带来不少危害:漏气(HC)在曲轴箱中，与机油发生作用，使机油稀释和变质，降低润滑性能，致使曲轴、连杆等机件磨损加快。铅粒和碳粒及难以燃烧的气油胶质与机油混合后，形成油泥，易堵塞油道，导致严重故障。如果曲轴箱内漏气量增加，曲轴箱内的压力也随着增大，会造成曲轴后油封严重漏油，甚至机油会从机油加油口中冒出来。下一页返回第四节曲轴箱污染物排放检验

基于上述的原因，很有必要对曲轴箱的排放进行控制。由《汽车构造》知道，曲轴箱通风系统有三种形式。开放式曲轴箱通风系统由于将所有曲轴箱内的“漏气”全部排到大气中，造成了大气污染，因此这种系统已被淘汰。半闭式曲轴箱通风系统由于仍有部分“漏气”排入大气，所以这种系统亦基本上停产了。现在绝大部分车辆都采用闭式曲轴箱强制通风系统。对于这种系统检测站在检车时应检查:上一页下一页返回第四节曲轴箱污染物排放检验

检查车辆是否正确安装曲轴箱强制通风系统，包括PCV阀或流量孔和通风管。检查曲轴箱通风系统连接管路是否完好，胶管是否有断裂、老化、脱落，如有应更换和紧固。与PCV阀或流量孔连接的曲轴箱或气门室罩内侧要有档板，以防止机油进入进气管造成发动机烧机油，影响性能。许可时应用U形水压计或微型压力计在机油塞尺处检查怠速50%额定转速的曲轴箱压力，并且压力不得为正值。上一页返回第五节燃油蒸发排放的检验

燃油蒸发污染物是指从汽油车的燃油系统中的通大气口排放出来的汽油蒸气，主要是在汽车停车时从汽油箱的通大气口和浮子室的通大气口，由于环境温度和环境气压的变化产生“呼吸作用”排出的汽油蒸气，成分为HC。蒸发污染物的排放受汽油成分、环境温度、环境气压影响。一般环境温度越高且持续时间越长、昼夜温差越大、环境气压越低、汽油中烃成分越多，则排放量越高。返回第六节汽车排放新国标简介一、关于GB14761

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，控制汽车排放污染物的排放，改善环境空气质量，我国制定相应的技术标准。国家质量技术监督局于1999年3月发布了GB14761-1999《汽车排放污染物限值及测试方法》。该标准对冷起动后排气污染物排放、怠速时一氧化碳排放、曲轴箱气体排放、蒸发排放、污染控制装置耐久性的限值和测试方法规定了不同的执行日期，在该标准开始执行时，分期代替现行相对应的国家标准，在执行日期之前，仍然执行现行国家标准。该标准只规定了新型车辆的型式认证和现生产车辆的生产一致性检查的排放限值和测试方法。下一页返回第六节汽车排放新国标简介2001年1月31日国家质量技术监督局又发布了GB14761-2001《汽车排放污染物限值及测试方法》，该标准等效采用欧盟(EU)对指令70/220/EEC《关于协调各成员国有关采取措施以防止汽车发动机排放污染大气的法律》进行修订的指令96/69/EC《修订指令70/220/EEC关于协调各成员国有关采取措施以防止汽车发动机排放污染大气的法律》。该标准技术内容完全采用了指令96/69/EC的技术内容，以及参照采用了指令98/77/EC《技术进步适用于指令70/220/EEC关于协调各成员国有关采取措施以防止汽车发动机排放污染大气的法律》中关于燃气汽车部分的技术内容。上一页下一页返回第六节汽车排放新国标简介二、关于GB182851.对汽油车的要求标准规定对“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GB14761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M，类车辆和按GB14761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N，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。具体限值见表8一1、表8一2及表8一3上一页下一页返回第六节汽车排放新国标简介2.对柴油车的要求标准规定对“装配点燃式发动机的车辆”要进行自由加速排气可见污染物试验，其中按GB14761通过C类认证的车辆进行自由加速排气可见污染物试验，其他车辆进行自由加速烟度试验。具体限值见表8-4和表8-5三、关于加速模拟工况(ASM)的说明加速模拟工况是指车辆预热到规定热状态后，加速至规定车速，根据车辆规定车速时的加速负荷，通过测功机对车辆加载，车辆保持等速运转时的一种试验工况，简称ASM上一页返回第七节汽车噪声及检验一、汽车噪声的形成及影响因素

1.发动机噪声发动机是一个包括各种不同性质噪声的综合噪声源，其中主要包括:燃烧噪声、机械噪声、进排气噪声和风扇噪声等。

2.传动系噪声传动系噪声包括变速器噪声、传动轴噪声及驱动桥噪声。

3.制动噪声制动噪声是汽车制动过程中由制动器摩擦诱发引起制动器等部件振动发出的声响，通常称为制动尖叫声。这种尖叫声类似“猪嚎”声，特别是制动器由热态转为冷态时更容易产生这种噪声。该高频噪声不仅影响汽车的舒适性，还会给驾驶员带来不必要的担心。下一页返回第七节汽车噪声及检验4.轮胎噪声轮胎噪声包括轮胎花纹噪声、道路噪声、弹性振动噪声以及轮胎旋转时搅动空气引起的风噪声。二、汽车噪声的检测

1.声级计的结构与工作原理声级计是一种能把工业噪声、生活噪声和交通噪声等，按入耳听觉特性近似地测定其噪声级的仪器。噪声级是指用声级计测得的并经过听感修正的声压级(dB)或响度级(phon)。声级计一般由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成，其方框图如图8-10所示。上一页下一页返回第七节汽车噪声及检验2.汽车噪声的检测方法

(1)车外噪声检测噪声测量场地示意如图8-11所示。测试场地跑道应为平直、干燥的沥青或混凝土路面，坡度不大于0.5%。声级计话筒布置在20m跑道中心点