第六章汽车排气污染物的检测

汽车检测人员岗位培训教材(第二篇)1第六章汽车排气污染物的检测目前，大气污染已不仅仅是在几个工业化国家中，它已逐渐发展成为世界性的公害。尤其是在一些大中城市，随着汽车保有量的增加，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与防治，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，以达到保护生态环境和自然界生态平衡的目的。在汽车排气分析的发展过程中，单测定汽油车就有非分散型红外线分析仪、氢火焰离子型分析仪、化学发光分析仪等。而对柴油车而言有滤纸式烟度计、消光式烟度计(不透光度计)。汽车综合性能检测站多采用非分散型红外线分析仪和滤纸式烟度计、不透光度计来测量汽车排气污染物的排放状况。对装配点燃式发动机的汽车，我国现行的在用车排放检测方法主要是怠速法、双怠速法，由于只规定测量HC、CO的排放浓度，所以无法适应新车发展的需要。部分城市为满足实施更高排放检测要求，将逐步实施工况法检测，检测方法主要有稳态工况法（ASM）、瞬态工况法（IM）和简易瞬态工况法（IG）三种。对装配压燃式发动机的汽车，我国现行的在用车排放检测方法主要是自由加速试验排气可见污染物测量（用不透光度计）或自由加速试验烟度测量（用滤纸式烟度计）。这两种方法对于车辆有负载时的排放情况难于反映出来，尤其是对于近年为减少柴油车颗粒物排放而较多采用的涡轮增压技术的柴油车，由于其比自然吸气式的柴油车需要更长的起效时间，因而在使用自由加速法测量时反而较自然吸气式的柴油车的排放更高，这显然是不合理的。为了使检测更合理化，一些有条件的地区开施实施加载减速法(Lug-down)，它是一种在模拟车辆负载运行时测量压燃式汽车排气可见污染物的方法。第一节汽车排气污染物检测仪结构与工作原理一、废气体分析仪的结构与原理1．两气体分析仪的结构与原理分析仪器是从汽车排气管内收集汽车的尾气，并对气体中所含有的CO和HC的浓度进行连续测定。它主要由尾气采集部分和尾气分析部分构成。(1)尾气采集部分图2-6-1尾气分析仪结构示意图汽车检测人员岗位培训教材(第二篇)2如图2-6-1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4.55μm波长的红外光线，CH4能吸收2.3μm、3.4μm、7.6μm红外线。该分析仪是由红外线光源，测量室(测定室、比较室)，回转扇片和检测器构成。从采集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(CO、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2-6-2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，巧妙地利用了正已烷红外线吸收光谱。因此，样品室内共存的CO、CO2、NOx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(正己烷)3.5μm附近的波长到达检测室内。HC(正己烷)被封入检测器，样品室中的HC(正己烷)吸收量也就被检测器检测出来。图2-6-2电容微音器式分析装置汽车检测人员岗位培训教材(第二篇)32．四气体与五气体分析仪简介鉴于目前实施的怠速工况测定CO、HC两气体的排气检测手段已无法有效反映汽车排气中的NOx和CO2，四、五气体分析仪可满足测量要求。四气与五气的分析仪区别在于五气分析仪可检氮氧化合物（NO）。五气分析仪其中CO、CO2、HC通过非分散红外线不同波长能量吸收的原理来测定，可获得足够的测试精度。而NOx与O2的浓度采用氧传感器和一氧化氮传感器测定。氧（O2）传感器，其基本形式是包括一个电解质阳极和一个空气阴极组成的金属－空气有限度渗透型电化学电池。氧传感器电流是一个电流发生器，其所产生的电流正比于氧的消耗率。此电流可通过在输出端子跨接一个电阻以产生一个电信号。如果通入传感器的氧只是被有限度地渗透，利用上述信号可测氧的浓度。在汽车废气检测上应用的氧电池，使用一种塑料膜作为渗透膜，其渗透量受控于气体分子撞击膜壁上的微孔，如果气体压力增加，分子的渗透率增加。因此，输出的结果直接正比于氧的分压且在整个浓度范围内呈线性响应。由氧传感器输出的信号经放大后，送至仪器的数据处理系统的A/D输入端，进行数字处理及显示。NO的传感器是基于O2传感器基础上发展起来的电化学电池式传感器。二、柴油车烟度计结构与检测原理1．滤纸式烟度计的结构与原理从测量原理上来说，滤纸式烟度计是一种非直接测量的计量仪器，它通过检测测量介质被所测量烟度污染的程度大小来间接得出烟度的大小。仪器的取样系统通过抽气泵、取样探头从柴油车的排气管内，在规定时间中，抽取规定容积废气，经过测量介质（测试过滤纸）过滤，废气中的炭粒附着在过滤纸上，形成一个规定面积的烟斑，然后通过测量系统的光电测量探头对烟斑的污染程度进行测量，转化为电信号，经过放大、处理，再将测试结果通过显示装置显示出来。图2-6-3滤纸式烟度计总体结构示意图汽车检测人员岗位培训教材(第二篇)4滤纸式烟度计其结构如图2-6-3所示，由采样器和检测器两部分组成。采样抽气系统由抽气气缸、抽气电机、取样探头以及气路管道系统和控制电路组成；采样时，在控制电路的控制下，电机带动气缸运动，气缸通过气路管道系统，取样枪从柴油车的排气管内抽取规定容积的废气，并通过测试过滤纸过滤，完成采样过程。测量系统主要由走纸机构、压纸机构、光电测量探头以及测量电路和结果显示电路组成。测量时压纸机构张开，走纸电机带动走纸机构，将被采样系统污染后的测试过滤纸带到光电测量探头下，光电测量探头对其进行测量，通过其内部的测量装置(如图2-6-4所示的光电池)将滤纸污染程度转化为电信号，进过测量电路放大、处理，最后通过显示电路在数字表上将测量结果显示出来。2．不透光度计的结构与原理不透光度计(又称消光式烟度计、透射式烟度计)是利用透光衰减率来测量排气烟度的典型仪器。其原理是使光束通过一段给定长度的排烟管，通过测量排烟对光的吸收程度来决定排烟对环境的污染程度，是一种直接测量的计量仪器。如图2-6-5所示:测量单元的测量室是一根分为左右两半部分的圆管，被测排气从中间的入口7进入，分别穿过左圆管和右圆管，从左出口5和右出口8排出。透镜4装在左出口图2-6-4检测系统的左边，反射镜10装在右出口的右边。在透镜4的左侧是一个放置成45°的半反射半透射镜3，它的下方是绿色发光二极管2，它的左边光电转换器1，发光二极管2及光电转换器1到透镜4的光程都等于透镜的焦距。因此，发光二极管2发出的光经过半反射镜3的反射，再通过透镜4后就成为一束平行光。平行光从测量室的左出口进入，穿过左右圆管（测量室）中的烟气从右出口射出，被反射镜10反射后折返，从测量室的右出口重新进入测量室，再次穿过烟气从左出口射出。射出的平行光经过透镜4，穿过半透射镜3，聚焦在光电转换器1上，并转换成电信号。排气中含烟越多，平行光穿过测量室的光能衰减越大，经光电转换器1转换的光电信号就越弱。图2-6-5透光式烟度计的测量原理1-光电转换器；2-绿色发光二极管；3-半反射半透射镜；4-透镜；5-测量室左出口；6-左风扇；7-测量室入口；8-测量室右出口；9-右风扇；10-反射镜汽车检测人员岗位培训教材(第二篇)5第二节汽车排气污染物检验方法和数据分析一、排放仪器操作规程1．怠速尾气排放检验(1)检验前仪器及车辆准备①装上长度等于5.0m的取样软管和长度不小于600mm并有插深定位装置的取样探头。②仪器的取样系统不得有泄漏。③受检车辆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。④汽油应符合GB484的规定。⑤测量时发动机冷却水和润滑油温度应达到汽车使用说明书所规定的热状态。(2)检验程序①必要时在发动机上安装转速计。②发动机由怠速工况加速至0.7额定转速，维持60s后降至怠速状态。③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。④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，其平均值即为测量结果；若为多排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值。2.双怠速尾气排放检验(1)检验前仪器及车辆准备①装上长度等于5.0m的取样软管和长度不小于600mm并有插深定位装置的取样探头。检查取样软管和探头内残留HC不得大于20×10-6。②仪器的取样系统不得有泄漏。③受检车辆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。④汽油应符合GB484的规定。⑤测量时发动机冷却水和润滑油温度应达到汽车使用说明书所规定的热状态。(2)检验程序①必要时在发动机上安装转速计。②发动机由怠速工况加速至0.7额定转速，维持60s后降至高怠速（即0.5额定转速）。③发动机降至高怠速状态维持15s后开始读数，读取30s内的最高值和最低值，取平均值即为高怠速排放测量结果。汽车检测人员岗位培训教材(第二篇)6④发动机从高怠速状态降至怠速状态，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，其平均值即为怠速排放测量结果。⑤若为多排气管时，分别取各排气管高、低怠速排放测量结果的平均值。3.滤纸法烟度检验(1)检验前仪器及车辆准备①抽气开关与抽气泵动作应同步，滤纸洁白均匀无受潮变质，取样进气管路通畅。②受检车辆发动机达到规定的热状态，排气系统不得有泄漏现象。(2)检验程序①吹除积存物：由怠速工况将油门踏板迅速踏到底，4S后松开，反复三次，以清除排气系统中的积物。②安装取样探头：将取样探头固定于排气管内，插深等于300mm，并使其中心线与排气管轴线平行。③将踏板开关固定在油门踏板上方。④测量取样：由怠速工况将踏板开关和油门踏板一并迅速到底，保持4S后松开，完成第一次检验。⑤读取示值（自动）或取样（手动）。⑥相隔11S以后，进行第二次检验。⑦重复检验三次，取三次检验值的算术平均值为排气烟度的检验结果。4.自由加速试验排气可见污染物检验(1)检验前仪器及车辆准备①车辆进气系统应装配空气滤清器，排气系统应装配消声器并且不得有泄漏。②测量时发动机的冷却水和润滑油温度应达到汽车使用说明书所规定的热状态。③试验前车辆不应长时间怠速运转。如车辆长时间怠速运转，测试前应增加自由加速工况操作次数，以便扫尽排气管积存的排放污染物。④燃料应使用柴油，不得加消烟添加剂，柴油应符合GB252的规定。(2)检验程序①车辆在发动机怠速下，插入不透光仪取样探头。②迅速但不猛烈地踏下油门踏板，使喷油泵供给最大油量，在发动机达到调整器允许的最大转速前，保持此位置。一旦达到最大转速，立即松开油门踏板，使发动机恢