学习情境10 汽车尾气检测

学习情境10汽车尾气检测学习目标：通过本学习情境的学习，你将做到：（1）能够分析汽车尾气的成份；（2）能够阐述各种汽车尾气的危害；（3）能利用检测仪对汽油机和柴油机进行尾气检测；（4）能对检测结果进行判定和分析。情境描述：某检测站接到汽车年检任务，站长要求你承担汽车尾气工位的检测工作任务，请你对车辆尾气进行检测，并写出评估报告。咨询：要完成上述工作，必须具备的知识和技能有：（1）汽车尾气的成份和危害；（2）汽车尾气检测设备的结构、原理和使用方法；（3）国家相关的检测标准。根据以上分析，汽车尾气检测的学习情境可通过实施以下三个工作任务来完成：汽车尾气分析汽油车尾气检测柴油车尾气检测工作任务1：汽车尾气分析【基础知识】一、汽车尾气污染物的成分和危害1、一氧化碳CO一氧化碳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，即在氧气充足的情况下，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。一氧化碳是一种无色、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。一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统，导致生命危险。所以，即使是微量吸入一氧化碳，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。2、碳氢化合物HC排气中的碳氢化合物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的。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。工作任务1：汽车尾气分析【基础知识】3、氮氧化合物NOx氮氧化合物主要是指一氧化氮NO和二氧化氮NO2，由排气管排出。发动机排气中的NOx是由于燃烧室内高温燃烧而产生的，空气中的氮经过氧化首先生成NO，然后与大气中的氧相遇又成为NO2。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。在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调。HC与NOx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，该现象称为“光化学烟雾”。其主要成分是臭氧（O3）、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物。这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。1952年12月，伦敦发生光化学烟雾，4天中死亡人数较常年同期多4000人，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍；1岁以下的约为平时的2倍。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。4、硫化物SO2汽车尾气中的硫化物的主要成分是二氧化硫。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，造成催化剂中毒，不但影响催化剂的使用寿命，还危害人体健康，而且SO2还是造成酸雨的主要物质。工作任务1：汽车尾气分析【基础知识】5、微粒汽油机中主要微粒为铅化物、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，主要由直径为0.1～10m的多孔性碳粒构成，它除了会被人体吸入肺部沉淀下来外，还往往粘附有SO2及致癌物质，严重危害人体健康。6、二氧化碳CO2即使燃烧过程按理想过程进行，也会生成CO2，CO2本身对人体无害，但CO2作为主要的温室气体，其导致地球变暖的全球气候变化的影响正在受到越来越多的关注。1997年12月，在日本京都，55个国家签署了《京都议定书》，对削减温室气体排放，制定了明确的计划。《京都议定书》的签署标志着人类启动了大规模控制CO2排放的进程。由于CO2是含碳燃料燃烧的必然产物，所以对汽车产业界来说，降低CO2排放就是要求降低汽车的油耗。上述污染物的排放中，汽油机排放的CO、HC、NOx均比柴油机多，碳烟的排放则柴油机高于汽油机。工作任务1：汽车尾气分析【基础知识】二、控制尾气污染的措施1、曲轴箱强制通风系统2、废气再循环3、采用汽油喷射系统4、采用稀薄燃烧系统5、催化转换器6、先进的发动机管理系统工作任务2：汽油车尾气检测【基础知识】一、不分光红外线气体分析仪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10-2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。二、不分光红外线气体分析仪的结构不分光红外线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。它由排气取样装置、排气分析装置、含量指示装置和校准装置等组成。工作任务2：汽油车尾气检测【任务实施】一、汽油车尾气检测前的准备工作1、仪器准备和校准（1）按仪器使用说明书的要求做好各项检查工作。（2）接通电源，对不分光红外线气体分析仪预热30min以上。（3）用标准气样校准。（4）简易校准。先接通简易校准开关，对于有校准位置刻度线的仪器，可用标准调整旋钮把仪表指针调整到正对标准刻度线位置。对于没有标准刻度线的仪器，要在标准气样校准后立即进行简易校准，使仪表指针与标准气样校准后的指示值重合。（5）把取样探头和取样导管安装到气体分析仪上，检查取样探头和导管内是否有残留HC。如果管内壁吸附残留HC很多，仪表指针大大超过零点以上时，要用压缩空气或布条等清洁取样探头和导管。仪器经过上述检查和校准后，即可投入使用。2、车辆或发动机的准备（1）进气系统装有空滤器，排气系统装有排气消声器，不得有泄漏。（2）汽油应符合GB484《车用汽油》的规定。（3）测量时发动机冷却水和润滑油温度达到所规定的热状态。（4）自1995年7月1日起新生产汽油发动机应具有怠速螺钉限制装置。点火提前角在其可调整范围内都应达到排放标准要求。工作任务2：汽油车尾气检测【任务实施】二、汽油车尾气检测怠速试验法怠速试验法测量程序如下：（1）必要时在发动机上安装转速计、点火定时仪、冷却水和润滑油测温计等测试仪器。（2）发动机由怠速工况加速至70％额定转速，维持60s后降至怠速。（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）先把指示仪表的读数转换开关打到最高量程档位，再一边观看指示仪表，一边用读数转换开关选择适于排气含量的量程档位。（5）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。（6）若为多排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值。（7）测量工作结束后，把取样探头从排气管里抽出来，让它吸入新鲜空气5min，待仪器指针回到零点后再关闭电源。工作任务2：汽油车尾气检测【任务实施】三、汽油车尾气检测双怠速试验法双怠速试验法测量程序如下：（1）必要时在发动机上安装转速计、点火定时仪、冷却水和润滑油测温计等测试仪器。（2）发动机由怠速工况加速至70％额定转速，维持60s后降至高怠速(即50％额定转速)。（3）发动机降至高怠速状态后，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）先把指示仪表的读数转换开关打到最高量程档位，再一边观看指示仪表，一边用读数转换开关选择适于排气含量的量程档位。（5）发动机在高怠速状态维持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。（6）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内最高和最低值，其平均值即为怠速排放测量结果。（7）若为多排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值。（8）测量工作结束后，把取样探头从排气管里抽出来，让它吸人新鲜空气5min，待仪器指针回到零点后再关闭电源。工作任务2：汽油车尾气检测【任务实施】四、汽油车尾气检测加速模拟工况试验法所谓加速模拟工况是指车辆预热到规定的热状态后，加速至规定车速，根据车辆规定车速时的加载负荷，通过底盘测功机对车辆加载，使车辆保持等速运转的运行状态，在这样的工况下测试汽车尾气的排放情况。1、ASM5025工况ASM5025工况测试程序如下：（1）车辆驱动轮位于测功机滚筒上，将分析仪取样探头插入排气管中，深度为400mm，并固定于排气管上。对独立工作的多排气管应同时取样。（2）车辆经预热后，加速至25km/h，测功机以车辆速度为25km/h，加速度为1.475m/s2时的输出功率的50%作为设定功率对车辆加载。（3）车辆以25±1.5km/h的速度持续运转10s后开始计时测试，持续运转测试时间为90sASM5025工况结束。2、ASM2540工况ASM2540工况测试程序如下：（1）在ASM5025工况试验结束后，车辆立即加速至40km/h，测功机以车辆速度为40km/h，加速度为1.475m/s2时的输出功率的25%作为设定功率对车辆加载。（2）车辆以40±1.5km/h的速度持续运转10s后开始计时测试，持续运转测试时间为90sASM2540工况结束。工作任务2：汽油车尾气检测【任务实施】五、检测结果判定1、检测标准根据GB18285-2000《在用汽车排气污染物限值及测试方法》的规定，装配点燃式发动机的车辆怠速试验尾气污染物限值见表10-1；装配点燃式发动机的车辆双怠速试验尾气污染物限值见表10-2。尾气排放标准正越来越严格，以适应环保要求。2、检测结果分析汽油车怠速污染物超过标准时，主要原因是汽油车供油系调整不当所致，另外点火系和冷却系工作状态及曲柄连杆机构技术状况对尾气中的CO、HC的浓度也确良影响。工作任务3：柴油车尾气检测【基础知识】一、滤纸式烟度计1、滤纸式烟度计的结构滤纸式烟度计是一种非直接测量的计量仪器，其结构如图10-3所示，主要由取样系统（即抽气装置）、走纸机构、光电检测系统和控制系统等四部分组成。工作任务3：柴油车尾气检测【基础知识】二、消光式烟度计1、消光式烟度计的结构和原理消光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。消光式烟度计如图10-4所示，测量单元的测量室是一根分为左右两半部分的圆管，被测排气从中间的测量室入口进入，分别穿过左圆管和右圆管，从左出口和右出口排出。透镜装在左出口的左边，反射镜装在右出口的右边。在透镜的左侧是一个放置成45°的半反射半透射镜，它的下方是绿色发光二极管，它的左边是光电转换器，发光二极管及光电转换器到透镜的光程都等于透镜的焦距。因此，发光二极管发出的光经过半反射镜的反射，再通过透镜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，穿过半透射镜，聚焦在光电转换器上，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，经光电转换器转换的光电信号就越弱。工作任务3：柴油车尾气检测【任务实施】一、检测前的准备1、仪器的准备（1）通电之前，检查指示表指针是否在机械零点上，否则进行校零。（2）通电后进行仪器预热。（3）对于滤纸式烟度计，用标准色纸检查指示表指针是否符合染黑度数据，并进