汽车检测诊断技术与设备第10章汽车排放污染物检测与检测设备

•AutomobileElectrics学习目标了解汽车排放污染物的主要成份及危害。掌握汽油机废气分析仪和柴油机烟度计的结构、工作原理和使用方法。掌握汽车排放污染物的检测方法和检测标准。第10章汽车排放污染物检测与检测设备•AutomobileElectrics第10章汽车排放污染物检测与检测设备汽车排放的污染物是一致公认的城市公害之一。它污染了人类的生存环境，影响了人们的身体健康；而且随着汽车保有量的迅速增加，这种危害越来越大，并发展成为严重的社会问题。因此，监督并检测排气污染物浓度已成为汽车检测项目中极为重要的部分。用废气分析仪和烟度计测定排放污染物的浓度，目的是控制排放污染物的扩散，使其限定在被允许的范围内，以达到保护生态环境的目的。美国、日本和欧洲等国家和地区对车辆排放制定了严格的法规。我国于1983年发布并于1984年实施了《汽车污染物排放标准和测量方法》。其后，又相继制定了几项排放标准，并于1993年、1999年对上述排放标准进行了修订。国家质量技术监督局于2000年12月28日发布了GBl8285-2000《在用汽车排气污染物限值及测试方法》；2001年1月31日国家质量技术监督局又发布了GBl4761-2001《汽车排放污染物限值及测试方法》。通过从严规范诊断参数和测量方法，我国治理废气污染走上了较为严格的法制轨道并逐渐与国际接轨。•AutomobileElectrics10.1汽车排放污染物的主要成分及其危害第10章汽车排放污染物检测与检测设备汽车排放污染物的途径及成份主要有：（1）从排气管排出的废气，主要成分是：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOｘ、SO2以及铅化物、微粒物（由碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成）和硫化物等；（2）曲轴箱窜气，其主要成分是HC，还有少量的CO、NOｘ等；（3）从油箱、化油器浮子室以及油管接头等处蒸发的汽油蒸气，成分是HC。此外，还有含氯氟烃和二氧化碳CO2等各种有害成分,直接或间接危害人类的健康。•AutomobileElectrics10.1汽车排放污染物的主要成分及其危害第10章汽车排放污染物检测与检测设备1.一氧化碳（CO）CO是汽油烃类成分燃烧的中间产物，理论上，当混合气空燃比≥14.7:1时，即在氧气充足情况下，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，当空气量不足，即混合气空燃比≤14.7:1时，必然会有部分燃料不能完全燃烧而生成CO。比如发动机在怠速时，燃烧的混合气偏浓，此时发动机工作循环中的气体压力与温度不高，混合气的燃烧速度减慢，就会引起不完全燃烧，使一氧化碳CO的浓度增加。发动机在加速和大负荷范围工作、或点火过分时刻过分推迟时也会使尾气中CO的浓度增高。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H2和未燃烃HC也可能将排气中的部分CO2还原成CO。CO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。•AutomobileElectrics10.1汽车排放污染物的主要成分及其危害第10章汽车排放污染物检测与检测设备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。当混合气过稀或缸内废气过多时会出现火焰传播不充分，即燃烧室部分地区由于混合气过稀或缸内残余废气系数过高而不能燃烧，出现断火。这时，排气中的HC浓度会显著增加。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。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。•AutomobileElectrics10.1汽车排放污染物的主要成分及其危害第10章汽车排放污染物检测与检测设备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（空燃比≥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NO2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。HC与NO2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、鼻和咽喉粘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。1998年，曾有北京出现光化学烟雾事件的报道；2001年，也有南宁发生光化学烟雾事件的报道。•AutomobileElectrics10.1汽车排放污染物的主要成分及其危害第10章汽车排放污染物检测与检测设备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—lOμm的多孔性碳粒构成，它除了会被人体吸人肺部沉淀下来外，还往往粘附有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（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，造成所渭催化剂中毒，不但危害催化剂的使用寿命，还危害人体健康，而且SO2还是造成酸雨的主要物质。•AutomobileElectrics10.2汽车排放污染物的检测第10章汽车排放污染物检测与检测设备目前，在汽车排气分析仪中，测定汽油车的有不分光红外线分析仪、氢火焰离子型分析仪、化学发光分析仪等。根据国家标准GB/T3845-93《汽油车排气污染物的测量怠速法》的规定，CO、HC采用不分光红外线吸收型（NDIR）分析仪检测。•AutomobileElectrics10.2.1汽油机排放污染物的检测设备第10章汽车排放污染物检测与检测设备1.不分光红外线吸收型（NDIR）分析仪的结构和工作原理（1）不分光红外分析法的检测原理。汽车排气中的CO、HC、NO和CO2等气体，都分别具有能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定的关系。不分光红外线分析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。在各种气体混在一起的情况下，这种检测方法具有测量值不受影响的特点。•AutomobileElectrics10.2.1汽油机排放污染物的检测设备第10章汽车排放污染物检测与检测设备（2）不分光红外线气体分析仪的结构与工作原理。不分光红外线CO和HC两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，外形如图所示。佛山分析仪器厂生产的MEX-324F型CO/HC红外线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。①废气取样装置。②废气分析装置。③浓度指示装置④校准装置对于汽油机排气中CO的浓度可以直接测量。而HC由于成分复杂，因此要把各种HC化合物的成分浓度换算成统一的正己烷（C6H14）浓度来作为HC的浓度测量值。从而，对于那些正己烷以外的HC的相对灵敏度，成了测量仪器的重要性能，在技术标准中，相对灵敏度用正己烷与丙烷（C3H8）的比值来表示，并规定：丙烷浓度值测量仪器指示值为1.73—2.12。在测量仪中，把该数的倒数（0.472—0.578）作为换算系数予以标明。•AutomobileElectrics10.2.1汽油机排放污染物的检测设备2.不分光红外线CO和HC气体分析仪的使用和维护（1）气体分析仪的使用①CO、HC分析仪使用前的准备。接通电源，进行必要的预热（30min以上）。对仪器进行校准，接通CO、HC分析仪的简易校准开关，用标准调整旋钮把指示仪表指针调到校准刻度线位置。把取样头和取样管接到检测仪上，检查取样头和取样试管内是否有残留的CO、HC。如果导管内壁吸附有较多的CO、HC，仪表指针将大大超过零点，在此情况下，要用压缩空气吹洗管道或用细布条擦拭。起动发动机进行充分预热。②CO、HC测量步骤。把CO、HC分析仪的测量挡位开关旋到最高量程位置。把取样头插入排气消音器内60cm左右（无法插入60cm时，需接长排气管或用布套把排气管口罩住，以防外部气体混入）。一边看指示仪表，一边用测量挡位开关选择适于排气中CO、HC浓度的量程挡位，待指示稳定后，读取仪表显示值。测量结束后，把取样头从排气管内抽出，再吸人新鲜空气5min，待仪表指针回零后，再关掉电源。（2）气体分析仪的维护正确保养、维修是保持仪器测量精度的关键，CO、HC分析仪的保养周期与作业项目可参照表10.1执行。第10章汽车排放污染物检测与检测设备•AutomobileElectrics10.2.1汽油机排放污染物的检测设备第10章汽车排放污染物检测与检测设备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，用手遮住进气口，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，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物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。关闭泵开关注入标准气体，检查能否进行标准气体校正。打开简易校正开关，检查动作状态和指针的指示位置，即刻度板的调整位置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检查有无损伤和接触不良的地方如发现有接触不良和断线，应更换新线•AutomobileElectrics10.2.1汽油机排放污染物的检测设备3.四气体与五气体分析仪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污染物对大气的污染现状，更不能满足环保部门对全球环境全面严格监测的要求。因此，除测定CO、HC外，还必须测定汽车排气中的NOx和CO2。汽车排气中含氧量是装有电控燃油喷射式发动机的汽车计算机监测空燃比、控制排放量、保护三元催化反应器正常工况的重要信号。因此，现代开发的汽车尾气分析仪又增加了O2的测试功能。对于这五种气体成分的浓度通常采用两类不同方法来测定，其中CO、CO2、HC通过不分光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的浓度通常采用电化学的原理来测定，排气中含氧量的浓度通过在测试通道中设置氧传感器即可测定。分析氮氧化合物的仪器，在国内综合性能检测站还未遍及，根据新的排放标准要求，今后将逐步应用到检测线。从国内外来看，现在使用的氮氧化合物测试仪主要是化学发光分析仪（CLD）。目前，市场上提供的四气体分析仪所测气体为CO、CO2、HC与O2的浓度。因CLD法测定NOx浓度的设备结构较复杂，市场上提供的在线快速检测用五气体分析仪没有采用，而多采用与CO、CO2、HC相同的不分光红外线原理，但需说明的是对NOx来说这种方法测定的精度较低。第10章汽车排放污染物检测与检测设备•AutomobileElectrics10.2.2汽油机排放污染物的检测方法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