汽车环保性能与检测

项目8汽车环保性能与检测汽车给我们的日常生活带来了极大的便利，但同时也对环境造成了较为严重的影响。汽车产生的废气和噪声已经成为城市的两大公害。本项目主要介绍运用尾气分析仪、烟度计对汽车尾气进行检测，以及运用声级计对汽车噪声进行检测的方法。任务１汽油车排气污染物与检测任务引入某客户的汽车进行了排气污染物的检测，但是检测结果却表明该车辆尾气排放不符合国家标准，如果不维修合格，则不能进行车辆年检、过户等手续的办理。该客户将车辆送至维修站重新进行了排气污染物检测，并对车辆进行调整。要学习汽油车排气污染物的检测，需要了解汽油车排气污染物的控制标准，掌握检测汽油车排气污染物设备的使用方法，掌握汽油车排气污染物的检测技术，能够对汽车的排放性能做出评价。知识链接一、汽油车排气污染物随着汽车保有量的不断增加，以燃油发动机为动力的汽车排放的尾气，对城市环境造成的危害越来越严重，各国政府都对在用车的尾气排放制定了严格的限制标准，并纳入了法规管理体系。汽车排气污染物主要来源于排气管排出的燃烧废气、曲轴箱窜气以及燃油箱燃油蒸发气等。对汽油车排气污染物检测的主要内容是排放尾气中的有害成分，以此判定是否符合相应法规的要求。发动机排气管排出的尾气主要有二氧化碳（CO2）、氧气（O2）、水蒸气、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、炭烟及悬浮微粒。这些成分中的氧气、水蒸气不会对环境造成危害，虽然二氧化碳不会对环境造成直接危害，但全球性的二氧化碳大量增加已经导致了严重的“温室效应”。其中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、炭烟及悬浮微粒则是严重危害环境的有害物质，如何进一步降低汽车有害物质及二氧化碳排放量是国际组织和全球汽车工业日益关注的问题。鉴于汽车发动机排放特性及对环境污染的程度考虑，一般对汽油车发动机主要检测一氧化碳（CO）及碳氢化合物（HC）排放值是否达标来进行衡量，而对于柴油车发动机则主要检测炭烟值是否符合国家标准。对汽车进行维修诊断，则还要测量汽车二氧化碳（CO2）、氧气（O2）、水蒸气及氮氧化合物（NOx）的排放值，以便进行综合分析，为故障诊断提供维修依据。二、汽油车排放限值及测量方法我国现在执行的是自2005年7月1日起实施的GB18285—2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》。该标准中关于汽车排气污染物的限值，特别是轻型汽车排放限值的相关规定，已接近世界发达国家的水平。1．在用汽车排放污染物限值采用双怠速方法测量轻型汽车排放污染物限值见表8-1-1。表8-1-1双怠速法测量轻型汽车排放污染物限值（体积分数）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。2．汽油车排气污染物测量方法我国在用车的排气污染物检测方法可大致分为不加载试验法（怠速法、双怠速法）和加载试验法两类。以往检测汽油车排气污染物普遍采用的方法是怠速法，即在怠速工况下测试CO和HC的含量，这种传统的方法已趋于淘汰。按照GB18285—2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》的规定，目前全国点燃式发动机在用汽车排放监控，应采用该标准规定的双怠速法检测排气污染物排放；在机动车保有量大、污染严重的地区，也可按规定采用加载试验（工况）法。双怠速法是分别测试发动机处于怠速和高怠速（一般为额定转速的50%）两种工况下的排气情况，比传统的怠速法复杂。加载试验法又称多工况循环试验法，试验过程中需要经历加速、等速、减速等多种工况，以往此种方法主要用于对新下线的汽车进行认证。目前这类试验经过适当简化后已用于在用汽车排放污染物的检测，所以也被称为简易工况法。三、尾气分析仪1．尾气分析仪的类型和作用目前汽油车采用的尾气分析仪主要有四气尾气分析仪（图8-1-1）和五气尾气分析仪（图8-1-2）两种。汽车维修企业经常使用的是五气尾气分析仪。四气尾气分析仪是对汽油车排放废气中的HC、CO、CO2和O2四种气体的含量进行分析。五气尾气分析仪是对汽油车排放废气中的HC、CO、CO2、O2和NOx五种气体的含量进行分析。图8-1-1四气尾气分析仪图8-1-2五气尾气分析仪2．尾气分析仪的基本结构各种尾气分析仪的结构基本相同，如图8-1-3所示为一种尾气分析仪的组成，依据尾气分析仪组成部分的工作原理，尾气分析仪主要由气路系统、红外光学平台、传感器和信号采集处理系统组成。图8-1-3尾气分析仪的组成(1)气路系统如图8-1-4所示，气路系统由取样探头、滤清器、导管、油水分离器和抽气泵等组成，检测时将取样探头插入汽车排气管内，起动抽气泵抽取尾气中的废气，经滤清器和水分离器滤去炭粒、尘埃、水分后送入分析装置。图8-1-4气路系统(2)红外光学平台如图8-1-5所示的红外光学平台，由红外线光源、旋转扇轮、气样室、测量室和指示计等组成。两个红外线光源发出的红外线分别穿过标准气样室和被测气样室。标准气样室里充有不吸收红外线的氮气，被测气样室里有流动的被检测废气，会吸收特定波长的红外线。测量室由两个腔室构成，两个腔室所充气体与被测气体相同（如检测CO时两腔室预先充CO气体），中间装有金属膜片电容微音器作为传感器。红外线通过旋转扇轮时形成脉冲射线，经气样室后进入测量室，红外线脉冲射线被所测气体按浓度大小吸收掉大小不同的一部分能量，而通过标准气样室的红外线能量没有被氮气吸收，能量未发生变化，这样，同时射进测量室两个腔内的红外线就具有不同的能量，也造成了两个腔内的气体温度不同，导致气体膨胀的体积不同，最终使两腔内的压力不同，从而引起两个腔室之间的金属膜片产生弯曲变形，电容微音器的电容量将发生变化，从而将废气浓度值转变为电信号，经放大处理后在显示装置上指示出这种气体的浓度。图8-1-5红外光学平台(3)NOx和O2传感器除了红外检测器，分析仪还装有O2传感器、NOx传感器、压力传感器和流量计等。O2传感器和NOx传感器安装在分析仪的排气口处，分别用于测量汽车排放废气中的O2和NOx的浓度值。流量计、压力传感器用于对检测结果的压力和温度进行补偿，以消除外界环境变化对气体浓度产生的影响，避免造成测量误差。(4)信号采集处理系统指示计主要由稳流电路、放大器和单片机系统及显示器组成，可实现传感器信号的采集、处理和显示等功能。此外，还有自动调零、线性化、压力补偿、温度补偿、数字显示和通信等功能。组合式热电堆红外检测器将接收到的红外线的能量转换成电信号，经前置放大器放大后，送入单片机系统进行数据处理，最后由显示器显示CO、CO2、HC、NOx和O2的浓度测量值。四、尾气分析仪的使用方法1．车辆准备(1)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，且不得存在泄漏。(2)被测车辆使用的汽油应符合GB484—93《车用汽油》的规定。3测量时发动机冷却液和润滑油的温度应达到汽车使用说明书所规定的状态，通常冷却液和润滑油的温度要达到85℃左右。(4)试验时将变速器置于“空挡”位置，离合器应接合。2．仪器准备(1)装上长度等于5.0m的取样软管和长度不小于600mm并带有插深定位装置的取样探头。(2)仪器的取样系统不得存在泄漏。(3)将仪器接通电源预热30min。(4)检查前置滤清器，若滤芯脏污严重，则更换前置滤清器（图8-1-6），同时更换粉尘过滤器（图8-1-7）和油水分离器的滤芯（图8-1-8）。图8-1-6更换前置滤清器图8-1-7更换粉尘过滤器(5)校准分析仪。采用标准气体校准，首先对CO测试值校准，按标准气样所标定的值设定好参数后再把标准气样从标准气样注入孔灌入（标准气样瓶上显示CO为1.5％，则在仪器测量主菜单上，如图8-1-9所示，选择“校准”菜单，将CO值设定为1.5％）。然后用同样的方法对HC进行校准，如图8-1-10所示。(6)将取样探头和取样导管安装到分析仪上。图8-1-8更换油水分离器的滤芯图8-1-9仪器测量主菜单图8-1-10使用标准气样校准3．怠速尾气排放检测(1)设定测量方法为怠速法，相关测量参数根据具体情况调整。(2)将尾气分析仪的转速感应夹夹在发动机第一缸点火高压线上，注意转速感应夹上面的箭头要指向火花塞，如图8-1-11所示。(3)将尾气分析仪的温度测量探头插入发动机机油标尺孔中。(4)发动机由怠速工况加速至额定转速的70％，维持60s后降至怠速状态。(5)发动机降至怠速状态后，将取样探头插入排气管中，深度为40cm，并固定在排气管上。(6)发动机在怠速状态下，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；若被测车辆为多排气管，则取各排气管测量结果的算术平均值。图8-1-11安装转速感应夹4．双怠速尾气排放检测(1)设定发动机的最高转速值，测量方法为双怠速法，相关测量参数根据情况调整。(2)将尾气分析仪的转速感应夹夹在发动机第一缸点火高压线上，注意转速感应夹上面的箭头要指向火花塞。(3)将尾气分析仪的温度测量探头插入发动机机油标尺孔中，如图8-1-12所示。(4)发动机处于额定怠速，将取样探头插入排气管中，深度不小于30cm，如图8-1-13所示。图8-1-12插入温度测量测头图8-1-13插入取样探头(5)发动机由怠速工况加速至额定转速的70%，维持60s后降至高怠速（即额定转速的50%）。(6)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，取平均值为高怠速排放测量结果。(7)发动机从高怠速状态降至正常怠速状态，在正常怠速状态维持15s后开始读数，读取30s内的最高值和最低值，两数值的平均值为怠速排放测量结果。其测量结果的显示界面如图8-1-14所示。(8)若为多排气管时，分别取各排气管高怠速、怠速排放测量结果的平均值。图8-1-14测量结果的显示界面5．测试注意事项(1)检测时，汽车发动机正常怠速应符合规定。(2)测量结束时，将取样探头从排气管中取出后，应保证其在工作状态吸入5min新鲜空气，待仪器读数归零后，方可再检测下一辆汽车或关闭仪器。(3)左右排烟口的风扇产生故障时严禁继续使用，否则将污染仪器的光学器件，会对仪器造成更大的损坏。(4)测试时应注意实验环境的通风和试验安全，当在测试车辆底盘下固定或拆卸取样探头时，严禁移动车辆。6．尾气分析仪的保养(1)滤芯污染严重时，应及时更换前置过滤器、油水分离器、粉尘过滤器的滤芯。(2)取样探头不得放置于地上，以免泥沙、水等进入仪器内部，造成仪器故障。(3)每周至少用空压机压缩气体清洁取样管和探头一次。(4)每周至少对仪器进行一次校准。(5)需要每年更换氧传感器和一氧化氮传感器。任务2柴油车排气污染物与检测任务引入某客户驾驶的黄河J5K骏威牌载货汽车，在空载加速行驶时冒黑烟，重载起步、加速或爬坡时黑烟浓重，匀速行驶中冒烟情况稍有减轻。严重影响后续车辆的视线，造成交通安全隐患，该车辆被交警拦截后进行了排气污染物检测，检测到的烟度值高达7.6，该客户被罚款后并被勒令对车辆进行检修。若要对柴油车排放污染物进行检测需要了解柴油车排气污染物的评价指标，掌握检测设备的使用方法，掌握柴油车排放污染物的检测技术，能够对柴油车排放的污染情况做出评价。知识链接一、柴油车废气排放标准柴油机排出的颗粒物比汽油机多30～60倍，主要为含碳物质（炭烟）和高分子量有机物（润滑油的氧化和裂解产物）。炭烟是柴油发动机燃烧不完全的产物，主要由直径为0.1～1.0mm的多孔性炭粒构成。当汽车起动、加速、上坡时，由于可燃混合气过浓，炭烟排放量增加，或者柴油喷雾质量不高、雾化不良时，也会增大炭烟的排放量。我国汽车综合性能检测站根据国家质量技术监督局2000年12月28日批准、自2001年7月7日起执行的GB18285—2000《在用汽车排气污染物限值及测试方法》来检测汽车的排气污染物。具体标准见表8-2-1和表8-2-2。表8-2-1装配压燃式发动机的车辆自由加速试验排气可见污染物限值单位：m-1表8-2-2装配压燃式发动机的