第十章汽车排放测试

1汽车排放与噪声控制第10章汽车排放测试2019年8月14日2第10章汽车排放与测试10.4碳烟测量与分析10.3微粒测量与分析10.2排气成分分析仪10.1汽车排放污染物取样系统第10章汽车排放测试3概述：主要内容第10章汽车排放测试1.环境污染现状，特别是与汽车尾气相关的大气污染情况。2.各种汽车排放污染物对人类和自然的危害。3.汽车排放控制技术的发展历程。45/48取样系统概述取样是汽车排放测试的第一环，在不同条件下，需要不同的取样技术。取样系统的功能在于使样气经过预处理，以便按一定要求送入分析系统不同的取样方法，就有不同的取样系统。按取样方法分，目前常采用的取样系统有：直接取样系统、稀释取样系统和定容取样系统。第10章汽车排放测试6直接取样系统直接取样法是将取样探头插入发动机的排气管中，用取样泵连续抽取一定量气体不经稀释直接送入分析系统进行分析。由于直接取样法设备简单，操作方便，被广泛用于许多国家和地区的各种用途发动机的排放测量中。第10章汽车排放测试7/48第10章汽车排放测试直接取样系统•未经稀释的采样气直接从排气管抽取，污染物浓度较高，具有较高的测量精度。•采样泵P把样气从HSL1（保温453－473K）送到氢火焰离子检测器HFID分析HC，经HSL2（保温368－473K）输送到化学发光分析仪CLA分析NOx，另外排气经取样管SL输送到不分光红外线吸收型分析仪NDIR分析CO和CO2。•为了排除水蒸气对NDIR工作的干扰，用温度保持273-277K的槽型冷却器B来除去排气样气中的水分。8/48测量重型车柴油机的微粒排放测试时，用稀释取样系统取样。既可用全流稀释取样系统FFDSS（FullFlowDilutionSamplingSystem），也可用分流稀释取样系统PFDSS(PartialFlowDilutionSamplingSystem)。稀释取样系统稀释取样系统外形第10章汽车排放测试9/48全流稀释取样系统EP-排气管PDP-容积式泵HE-热交换器PDT-初级稀释通道SDS-单级稀释系统DDS-双级稀释系统PTT-颗粒物传输管SDT-次级稀释通道FH-滤纸保持架SP-颗粒物取样泵DP-稀释用空气泵PSP-颗粒取样探头DAF-稀释用空气过滤器CFV-临界流量文杜里管GF-气体计量仪或流量仪测定全流稀释取样系统流程图第10章汽车排放测试10/48全流稀释取样系统流程图EP-排气管DAF-稀释用空气过滤器SDS-单级稀释系统DDS-双级稀释系统PDT-初级稀释通道SDT-次级稀释通道PSP-颗粒取样探头PTT-颗粒物传输管PDP-容积式泵CFV-临界流量文杜里管11/48全流稀释取样系统技术要点第10章汽车排放测试•初级稀释风道PDT中应有足够的湍流强度和足够的混合长度，保证取样前柴油机排气管EP排出的排气能经稀释空气滤清器DAF净化的稀释空气混合均匀。•单级稀释系统的直径至少为460mm，双级稀释系统的直径至少为200mm。发动机的排气应顺气流引入初级稀释通道，并充分混合。12/48分流稀释取样系统EP-排气管PR-取样探头ISP-等动态取样探头EGA-排气分析仪BV-球阀SC-压力控制装置DPT-差压传感器FC1-流量控制器SB-抽风机PB-压力机DT-稀释通道PSS-颗粒物取样系统PSP-颗粒物取样探头PTT-颗粒物传输管FH-滤纸保持架SP-颗粒物取样泵FC2-流量控制GF1-气体计量仪或流量测定仪DAF-稀释用空气过滤器GF2-气体计量仪或流量测定仪TT-颗粒物取样传输管分流稀释取样系统流程图第10章汽车排放测试13/48分流稀释取样系统分流稀释取样系统流程图PSS-颗粒物取样系统PSP-颗粒物取样探头TT-颗粒物取样传输管PTT-颗粒物传输管14/48分流稀释取样系统工作原理第10章汽车排放测试返回柴油机排气管EP中的排气通过颗粒物取样探头ISP或PR和颗粒物取样传输管TT输送到稀释通道DT。通过DT的稀释排气流量用颗粒物取样系统PSS中的流量控制器FC2和颗粒物取样泵SP控制，稀释空气流量用流量控制器FC1控制。15/48现在，世界各国的排放法规大多规定对汽车的排气先用干净空气进行稀释，然后用定容取样CVS（ConstantVolumeSampling）系统取样。除取样袋收集（测得浓度值）的气体外，大部分排气被排出取样器；由测量器测量排出气体的总流量；因此可以计算得到排放总量。定容取样系统定容取样系统第10章汽车排放测试测量总流量的常用方法容积泵PDP文杜里管CFV16/48带容积泵的定容取样系统D-稀释空气滤清器M-混合室H-热交换器TC-温度控制系统PDP-容积泵T1-温度传感器G1、G2-压力表S1-收集稀释空气定量样气的取样口S2-收集稀释排气定量样气的取样口带容积泵的定容取样系统（PDP-CVS）流程图第10章汽车排放测试17/48带容积泵的定容取样系统第10章汽车排放测试特点•容积泵PDP每转的抽气体积是一定的，只要转数不变，总流量就不变。•PDP系统可使流量无级变化，但结构庞大，且流量受温度影响大。18/48采用临界流量文杜里管的定容取样系统AB-稀释空气取样袋CF-积累流量计CS-旋风分离器DAF-稀释空气滤清器DEP-稀释排气抽气泵DT-稀释风道F-过滤器FC-流量控制器；FL-流量计HE-换热HF-加热过滤器PG-压力表QF-快接管接头QV-快作用阀S1～S4-取样探头SB-衡释排气取样袋的取样过滤器SP-取样泵TC-温度控制器TS-温度传感器采用临界文丘里管（CVF）的定容取样系统第10章汽车排放测试CFV-临界流量文杜里管；SF-测量微粒排放19/48第10章汽车排放测试其总流量由一临界文杜里管CFV来确定，只要文杜里管一定，总流量就不变。该系统受温度影响较小，结构相对简单，但只可通过切换文杜里管来改变流量，且只能有级地改变。采用临界流量文杜里管的定容取样系统返回特点2021/48汽车排气中的CO和CO2用不分光红外线气体分析仪测量；NOx用化学发光分析仪测量；HC用氢火焰离子型分析仪测量；当需要从总碳氢化合物中分离出非甲烷碳氢化合物时，一般用气相色谱仪测量甲烷；发动机排气中的氧多用顺磁分析仪测量。排气成分分析仪概述排气成分分析仪外形图第10章汽车排放测试22/48不分光红外线气体分析仪NDIR（Non-DispersiveInfraredAnalyzer）是根据不同气体对红外线的选择性吸收原理提出的。红外线是波长为0.8～600μm的电磁波，多数气体具有吸收特定波长的红外线的能力。如CO能吸收4.5～5μm的红外线，CO2能吸收4～4.5μm的红外线，不分光红外线气体分析仪根据其特定的吸收来鉴别气体分子的种类。不分光红外气体分析仪NDIR第10章汽车排放测试23/48不分光红外气体分析仪NDIR红外线光源射出的红外线经过旋转的截光盘交替地投向气样室和装有不吸收红外线的气体（如氮）的参比室，透过两室的气体进入有两个接收气室的检测器。当样气室中的被测样气浓度变化时，两个接受气室接受的红外线辐射能的差别也发生变化，导致分隔两气室的薄膜两侧压力变化。由截光盘调制的周期性变化引起电容器电容量周期变化，该信号经放大成为分析仪的输出信号。不分光红外线气体分析仪工作原理图第10章汽车排放测试24/48NDIR工作原理25/48NDIR工作特点第10章汽车排放测试不分光红外线气体分析仪采用直接取样系统时，水蒸气对CO和NO的测定有干扰，在取样流程中应串联有冷却器或除湿器，以尽量除去水分。不分光红外线气体分析仪测量NO时，其测量精度低；测量HC时，只能检测某一波长段的HC，而对非饱和烃和芳香烃则不敏感，测量的结果主要是反应了饱和烃的含量而不代表各种HC的含量，所以总的精确度较差。排放法规规定，CO和CO2用不分光红外线气体分析仪测量。26/48化学发光分析仪CLD(ChemicalLuminescenceDetector)具有感应度高，体积分数可达10-7；应答性好，在10-2浓度范围内输出特性呈线性关系，适用于连续分析；为使测量过程中NO2尽可能完全地转化成为NO，催化转化器中的温度必须在920K以上。是测量NOx的标准方法。第10章汽车排放测试特点27/48化学发光分析仪CLD工作原理（见P173）1-反应室；2-臭氧发生器；3-氧入口；4-滤光片；5-光电倍增管检测器；6-信号放大器；7-催化转化器；8-样气入口；9-转换开关；10-反应室出口样气由通道A或B进入反应室1。通道A直接通向反应室，这个通道只能测量样气中NO的浓度。样气通过通道B时，样气中的NO2将在催化转换器7中转化成NO，再进入反应室，仪器测量得到的是NO和NO2的总和NOx。利用测得的NOx与NO的差值，即可确定样气中NO2的浓度。化学发光分析仪工作原理图第10章汽车排放测试28/48氢火焰离子分析仪FID(FlameIonizationDetector)第10章汽车排放测试•目前测量汽车排放中HC的最有效手段；•灵敏度高，可测到极小浓度的HC；•线性范围宽；•对环境温度和压力也不敏感；•不受样气中有无水蒸气的影响，但可能受其中氧的干扰；•不同的HC分子结构对FID的影响不同。29/48氢火焰离子分析仪工作原理工作原理•氢火焰燃烧时，2300K左右的高温氢火焰会使HC离子化成自由离子，离子数基本与HC的浓度成正比•待测气体与氢气混合后，由入口进入燃烧器，由燃烧嘴喷出，在空气的助燃下由通电的点火丝点燃。•HC在缺氧的氢扩散火焰中分解出离子和电子。这些离子和电子形成按一定方向运动的离子流，通过对离子流电流的测量就可测得碳原子的浓度，从而反映出相应HC的浓度。1-离子收集器；2-信号放大器；3-空气分配器；4-氢和待测气体入口；5-助燃空气入口；6-燃烧嘴氢火焰离子型分析仪工作原理图第10章汽车排放测试30/48顺磁分析仪PMA工作原理氧是一种强顺磁性气体，氮氧化物有较弱的顺磁性，NO和NO2的顺磁性分别为氧的44%和29%。因为汽车排放中，氧的浓度要比NOx高得多，所以可用顺磁分析仪测量排气中的氧浓度。顺磁分析仪外形图第10章汽车排放测试31/48顺磁分析仪PMA(ParamagneticAnalyzer)工作原理样气3中的氧2，在永久磁铁6的磁场吸引下充入水平玻璃管5中。在磁场强度最大的地方，样气被电热丝4加热。加热后的氧顺磁性下降，磁铁对它的吸引力小于冷态的氧。冷的样气被吸到磁极中心，挤走热的样气。冷的样气被加热后又被挤走。这样在玻璃管5中就形成了气体流动，也称磁风，其速度与样气中氧气的浓度成正比。如果加热丝4同时起热线风速仪的作用，就可以简单地测定磁风速度，从而测得样气中的氧浓度。顺磁分析仪工作原理第10章汽车排放测试32/48热线风速仪（HotwireAnemometer，简称HWA）•基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。•当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。•改变加热的电流使气体带走的热量得以补充，而使金属丝的温度保持不变（也称金属丝的电阻值不变）如保持150℃；这时流速愈大则所需加热的电流也愈大，根据所需施加的电流（加热电流值）则可得知流速的大小。33/48气相色谱仪GC(GasChromatography)对混合气的组成中各成分浓度进行详细的分析；它灵敏度高，需要样气数量很少；一次可完成多种成分的分析。第10章汽车排放测试特点34/48气相色谱仪GC工作原理•用样气注射器把一定体积的样气从试样注入口注入仪器，与从载气入口进入仪器的氮、氦、氩等载气混合后流入装有填充剂（氧化铝、硅胶或者活性炭分子筛等固定相）的色谱柱中。1-试样注入口；2-色谱图记录仪；3-气体出口；4-检测器；5-温控槽；6-色谱柱；7-载气入口气相色谱仪工作原理图返回第10章汽车排放测试35/4810.2.5气相色谱仪GC工作原理•由于样气的不同组分对色谱柱中的填充剂的亲和力（吸附或