第10章汽車排放測試

1、 第第1 1章章 緒論緒論 第第2 2章章 汽車排放污染物的生成汽車排放污染物的生成 機機 理和影響因素理和影響因素 第第3 3 章章 汽車發(fā)動機的排放特性汽車發(fā)動機的排放特性 第第4 4章章 車用汽油機機內(nèi)凈化車用汽油機機內(nèi)凈化 第第5 5章章 車用柴油機機內(nèi)凈化車用柴油機機內(nèi)凈化 第第6 6章章 車用汽油機后處理凈化車用汽油機后處理凈化 汽車排放污染及控制汽車排放污染及控制目錄目錄 第第7 7章章 車用柴油機后處理凈化車用柴油機后處理凈化 第第8 8章章 燃料與排放燃料與排放 第第9 9章章 汽車排放污染物凈化方案及分析汽車排放污染物凈化方案及分析 第第1010章章 汽車排放及測試汽車排放

2、及測試 第第1111章章 排放標準排放標準 第10章 汽車排放測試 10.4 碳煙測量與分析 10.3 微粒測量與分析 10.2 排氣成分分析儀 10.1 汽車排放污染物取樣系統(tǒng) 第10章 汽車排放測試 概述：主要內(nèi)容 第10章 汽車排放測試 介紹了環(huán)境污染現(xiàn)狀， 特別是與汽車尾氣相關(guān) 的大氣污染情況。歸納 了各種汽車排放污染物 對人類和自然的危害總 結(jié)了汽車排放控制技術(shù) 的發(fā)展歷程。 取樣系統(tǒng)概述 n 取樣是汽車排放測試的第一環(huán)，在不同取樣是汽車排放測試的第一環(huán)，在不同 條件下，需要不同的取樣技術(shù)。條件下，需要不同的取樣技術(shù)。 n取樣系統(tǒng)的取樣系統(tǒng)的功能功能在于在于使樣氣經(jīng)過預(yù)處理，使樣氣經(jīng)

3、過預(yù)處理， 以便按一定要求送入分析系統(tǒng)以便按一定要求送入分析系統(tǒng) n 不同的取樣方法，就有不同的取樣系統(tǒng)。不同的取樣方法，就有不同的取樣系統(tǒng)。 按取樣方法分，目前常采用的取樣系統(tǒng)有：按取樣方法分，目前常采用的取樣系統(tǒng)有： 直接取樣系統(tǒng)直接取樣系統(tǒng)、稀釋取樣系統(tǒng)稀釋取樣系統(tǒng)和和定容取樣定容取樣 系統(tǒng)系統(tǒng)。 第10章 汽車排放測試 直接取樣系統(tǒng) 直接取樣法是將取樣探頭插入發(fā)動機的排氣 管中，用取樣泵連續(xù)抽取一定量氣體不經(jīng)稀 釋直接送入分析系統(tǒng)進行分析。 由于直接取樣法設(shè)備簡單，操作方便，被廣 泛用于許多國家和地區(qū)的各種用途發(fā)動機的 排放測量中。 第10章 汽車排放測試 第10章 汽車排放測試 直接

4、取樣系統(tǒng) 未經(jīng)稀釋的采樣氣直接從 排氣管抽取，污染物濃度較 高，具有較高的測量精度。 采樣泵P把樣氣從HSL1 （保溫453473K）送到氫火 焰離子檢測器HFID分析HC， 經(jīng)HSL2（保溫368473K）輸 送到化學發(fā)光分析儀HCLA分 析，另外排氣經(jīng)取樣管SL輸 送到不分光紅外線吸收型分 析儀NDIR分析CO和CO2。 為了排除水蒸氣對NDIR工 作的干擾，用溫度保持273- 277K的槽型冷卻器B來除去排 氣樣氣中的水分。 測量重型車柴油機的微 粒排放測試時，用稀釋 取樣系統(tǒng)取樣，既可用 全流稀釋取樣系統(tǒng)FFDSS （Full Flow Dilution Sampling System

5、），也 可用分流稀釋取樣系統(tǒng) PFDSS (Partial Flow Dilution Sampling System)。 稀釋取樣系統(tǒng) 稀釋取樣系統(tǒng)外形 第10章 汽車排放測試 全流稀釋取樣系統(tǒng) EP-排氣管 PDP-容積式泵 HE-熱交換器 PDT-初級稀釋通道 SDS-單級稀釋系統(tǒng) DDS-雙級稀釋系統(tǒng) PTT-顆粒物傳輸管 SDT-次級稀釋通道 FH-濾紙保持架 SP-顆粒物取樣泵 DP-稀釋用空氣泵 PSP-顆粒取樣探頭 DAF-稀釋用空氣過 濾器 CFV-臨界流量文杜 里管 GF-氣體計量儀或流 量儀測定 全流稀釋取樣系統(tǒng)流程圖 第10章 汽車排放測試 全流稀釋取樣系統(tǒng) 技術(shù)要點技

6、術(shù)要點 第10章 汽車排放測試 初級稀釋風道PDT中應(yīng)有足夠的湍流強度和足夠 的混合長度，保證取樣前柴油機排氣管EP排出的排 氣民經(jīng)稀釋空氣濾清器DAF凈化的稀釋空氣混合均 勻。 單級稀釋系統(tǒng)的直徑至少為460mm，雙級稀釋系 統(tǒng)的直徑至少為200mm。發(fā)動機的排氣應(yīng)順氣流引 入初級稀釋通道，并充分混合。 分流稀釋取樣系統(tǒng) EP-排氣管 PR-取樣探頭 ISP-等動態(tài)取樣探頭 EGA-排氣分析儀 BV-球閥 SC-壓力控制裝置 DPT-差壓傳感器 FC1-流量控制器 SB-抽風機 PB-壓力機 DT-稀釋通道 PSS-顆粒物取樣系統(tǒng) PSP-顆粒物取樣探頭 PTT-顆粒物傳輸管 FH-濾紙保持

7、架 SP-顆粒物取樣泵 FC2-流量控制 GF1-氣體計量儀或流量測定儀 DAF-稀釋用空氣過濾器 GF2-氣體計量儀或流量測定儀 TT-顆粒物取樣傳輸管 分流稀釋取樣系統(tǒng)流程圖 第10章 汽車排放測試 分流稀釋取樣系統(tǒng) 工作原理 第10章 汽車排放測試 返回 柴油機排氣管EP中的排氣通過顆粒物取樣探 頭ISP或PR和顆粒物取樣傳輸管TT輸送到稀 釋通道DT。通過DT的稀釋排氣流量用顆粒物 取樣系統(tǒng)PSS中的流量控制器FC2 和顆粒物 取樣泵SP控制，稀釋空氣流量用流量控制器 FC1控制。 現(xiàn)在，世界各國的排放法規(guī)大 多規(guī)定對汽車的排氣先用干凈 空氣進行稀釋，然后用定容取定容取 樣樣CVS（C

8、onstant Volume Sampling）系統(tǒng)取樣。除取樣 袋收集的氣體外，大部分排氣 被排出取樣器，由測量器測量 排出氣體的總流量。 定容取樣系統(tǒng) 定容取樣系統(tǒng) 第10章 汽車排放測試 測量 總流 量的 常用 方法 容積泵容積泵PDP 文杜里管文杜里管CFV 帶容積泵的定容取樣系統(tǒng) D-稀釋空氣濾清器 M-混合室 H-熱交換器 TC-溫度控制系統(tǒng) PDP-容積泵 T1-溫度傳感器 G1、G2-壓力表 S1-收集稀釋空氣定量樣氣的取樣口 S2-收集稀釋排氣定量樣氣的取樣口 帶容積泵的定容取樣系統(tǒng)流程圖 第10章 汽車排放測試 帶容積泵的定容取樣系統(tǒng) 第10章 汽車排放測試 特點 采用臨界

9、流量文度里管的定容取樣系統(tǒng) AB-稀釋空氣取樣袋 CF-積累流量計 CS-旋風分離器 DAF-稀釋空氣濾清器 DEP-稀釋排氣抽氣泵 DT-稀釋風道 F-過濾器 FC-流量控制器； FL-流量計 HE-換熱 HF-加熱過濾器 PG-壓力表 QF-快接管接頭 QV-快作用閥 S1S4-取樣探頭 SB-衡釋排氣取樣袋 的取樣過濾器 SP-取樣泵 TC-溫度控制器 TS-溫度傳感器 帶容積泵的定容取樣系統(tǒng)流程圖 第10章 汽車排放測試 CFV-臨界流量文杜里管；SF-測量微粒排放質(zhì) 第10章 汽車排放測試 采用臨界流量文度里管的定容取樣系統(tǒng) 返回 特點 n汽車排氣中的CO和CO2用 測量 nNOX用

10、測量 nHC用測量 n當需要從總碳氫化合物中分離出 非甲烷碳氫化合物時，發(fā)動機排 氣中的氧多用順磁分析儀測量 測量甲烷。 排氣成分分析儀概述 排氣成分分析儀外形圖 第10章 汽車排放測試 不分光紅外線氣體分析儀NDIR（Non- Dispersive Infra-Red Analyzer）是 。紅 外線是波長為0.8600m的電磁波，多數(shù)氣 體具有吸收特定波長的紅外線的能力。如CO能 吸收4.55m的紅外線， CO2能吸收4 4.5m 的紅外線，不分光紅外線氣體分析儀 根據(jù)其特定的吸收來鑒別氣體分子的種類。 不分光紅外氣體分析儀NDIR 第10章 汽車排放測試 不分光紅外氣體分析儀NDIR 工

11、作原理工作原理 紅外線光源射出的紅外線紅外線光源射出的紅外線 經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的截光盤交替地投經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的截光盤交替地投 向氣樣室和裝有不吸收紅外向氣樣室和裝有不吸收紅外 線的氣體（如氮）的參比室線的氣體（如氮）的參比室 ，透過兩室的氣體進入，透過兩室的氣體進入有兩有兩 個接收氣室的個接收氣室的檢測器。當樣檢測器。當樣 氣室中的被測樣氣濃度變化氣室中的被測樣氣濃度變化 時，兩個接受氣室接受的紅時，兩個接受氣室接受的紅 外線輻射能的差別也發(fā)生變外線輻射能的差別也發(fā)生變 化，導(dǎo)致分隔兩氣室的薄膜化，導(dǎo)致分隔兩氣室的薄膜 兩側(cè)壓變化。由截光盤調(diào)制兩側(cè)壓變化。由截光盤調(diào)制 的周期性變化引起電容器電的周期性變化引

12、起電容器電 容量周期變化，該信號經(jīng)放容量周期變化，該信號經(jīng)放 大成為分析儀的輸出信號。大成為分析儀的輸出信號。 不分光紅外線氣體分析儀工作原理圖 第10章 汽車排放測試 不分光紅外氣體分析儀NDIR 工作特點工作特點 第10章 汽車排放測試 不分光紅外線氣體分析儀采用直接取樣系統(tǒng)時，水蒸氣 對CO和NO的測定有干擾，在取樣流程中應(yīng)串聯(lián)有冷卻器 或除濕器，以盡量除去水分。 不分光紅外線氣體分析儀測量NO時，其測量精度低； 測量HC時，只能檢測某一波長段的HC，而對非飽和烴和 芳香烴則不敏感，測量的結(jié)果主要是反應(yīng)了飽和烴的含量 而不代表各種HC的含量，所以總的精確度較差。 排放法規(guī)規(guī)定，CO和CO

13、2用不分光紅外線氣體分析儀測 量。 化學發(fā)光分析儀CLD工作原理 1-反應(yīng)室；2-臭氧發(fā)生器；3-氧入口；4-濾光片； 5-光電倍增管檢測器；6-信號放大器；7-催化轉(zhuǎn)化 器；8-樣氣入口；9-轉(zhuǎn)換開關(guān)；10-反應(yīng)室出口 樣氣由通道A或B進入反應(yīng) 室1。通道A直接通向反應(yīng) 室，這個通道只能測量樣 氣中NO的濃度；樣氣通過 通道B時，樣氣中的NO2將 在催化轉(zhuǎn)換器7中轉(zhuǎn)化成 NO，再進入反應(yīng)室， 這 樣儀器測量得到的是NO和 NO2的總和NOX。利用測得 的NOX與NO的差值，即可 確定樣氣中NO2的濃度。 化學發(fā)光分析儀工作原理圖 第10章 汽車排放測試 化學發(fā)光分析儀CLD 具有感應(yīng)度高，體

14、積分數(shù)可達10-7； 應(yīng)答性好，在10-2濃度范圍內(nèi)輸出特性呈線性關(guān) 系，適用于連續(xù)分析； 為使測量過程中NO2盡可能完全地轉(zhuǎn)化成為NO ，催化轉(zhuǎn)化器中的溫度必須在920K以上。 是測量NOX的標準方法。 第10章 汽車排放測試 特點特點 氫火焰離子分析儀工作原理 工作原理工作原理 氫火焰燃燒時，氫火焰燃燒時，2300K左右左右 的高溫氫火焰會使的高溫氫火焰會使HC離子化成自離子化成自 由離子，離子數(shù)基本與由離子，離子數(shù)基本與HC的濃度的濃度 成正比。成正比。 待測氣體與氫氣混合后，由待測氣體與氫氣混合后，由 入口進入燃燒器，由燃燒嘴噴出入口進入燃燒器，由燃燒嘴噴出 ，在空氣的助燃下由通電的點

15、火，在空氣的助燃下由通電的點火 絲點燃。絲點燃。HC在缺氧的氫擴散火焰在缺氧的氫擴散火焰 中分解出離子和電子。這些離子中分解出離子和電子。這些離子 和電子形成按一定方向運動的離和電子形成按一定方向運動的離 子流，通過對離子流電流的測量子流，通過對離子流電流的測量 就可測得碳原子的濃度，從而反就可測得碳原子的濃度，從而反 映出相應(yīng)映出相應(yīng)HC的濃度的濃度。 1-離子收集器；2-信號放大器；3-空氣分 配器；4-氫和待測氣體入口；5-助燃空氣 入口；6-燃燒嘴 氫火焰離子型分析儀工作原理圖 第10章 汽車排放測試 氫火焰離子分析儀FID 特點特點 第10章 汽車排放測試 是目前測量汽車排放中HC的

16、最有效手段； 靈敏度高，可測到極小濃度的HC ； 線性范圍寬； 對環(huán)境溫度和壓力也不敏感。 不受樣氣中有無水蒸氣的影響，但可能受其中氧的 干擾。 不同的HC分子結(jié)構(gòu)對FID的影響不同。 順磁分析儀PMA 工作原理工作原理 氧是一種強順磁性氣體， 氮氧化合物有較弱的順磁 性，NO和NO2的順磁性分 別為氧的44%和29%。因 為汽車排放中，氧的濃度 要比NOX高得多，所以可用 順磁分析儀測量排氣中的 氧濃度 順磁分析儀外形圖 第10章 汽車排放測試 順磁分析儀PMA 工作原理工作原理 樣氣樣氣3 3中的氧中的氧2 2，在永久磁鐵，在永久磁鐵6 6 的磁場吸引下充入水平玻璃管的磁場吸引下充入水平玻

17、璃管5 5中中 。在磁場強度最大的地方，樣氣被。在磁場強度最大的地方，樣氣被 電熱絲電熱絲4 4加熱。加熱后的氧順磁性加熱。加熱后的氧順磁性 下降，磁鐵對它的吸引力小于冷態(tài)下降，磁鐵對它的吸引力小于冷態(tài) 的氧。冷的樣氣被吸到磁極中心，的氧。冷的樣氣被吸到磁極中心， 擠走熱的樣氣。冷的樣氣被加熱后擠走熱的樣氣。冷的樣氣被加熱后 又被擠走。這樣在玻璃管又被擠走。這樣在玻璃管5 5中就形中就形 成了氣體流動，也稱磁風，其速度成了氣體流動，也稱磁風，其速度 與樣氣的濃度成正比。如果加熱絲與樣氣的濃度成正比。如果加熱絲 4 4同時起熱線風速儀的作用，就可同時起熱線風速儀的作用，就可 以簡單地測定磁風速度

18、，從而測得以簡單地測定磁風速度，從而測得 樣氣中的氧濃度樣氣中的氧濃度 順磁分析儀工作原理 第10章 汽車排放測試 10.2.5 氣相色譜儀 GC 工作原理工作原理 用樣氣注射器把一定體積用樣氣注射器把一定體積 的樣氣從試樣注入口注入儀器的樣氣從試樣注入口注入儀器 ，與從載氣入口進入儀器的氫，與從載氣入口進入儀器的氫 、氦、氬等載氣混合后流入裝、氦、氬等載氣混合后流入裝 有填充劑的色譜柱中。有填充劑的色譜柱中。 由于樣氣的不同組分對色由于樣氣的不同組分對色 譜柱中的填充劑的親和力（吸譜柱中的填充劑的親和力（吸 附或溶解性）不同，在載氣的附或溶解性）不同，在載氣的 推動下被分離。親和力弱的組推動

19、下被分離。親和力弱的組 分，很難被滯留在填充劑中，分，很難被滯留在填充劑中， 首先流出色譜柱；反之，親和首先流出色譜柱；反之，親和 力強的組分流出較晚。力強的組分流出較晚。 1-試樣注入口；2-色譜圖記 錄儀；3-氣體出口；4-檢測 器；5-溫控槽；6-色譜柱； 7-載氣入口 氣相色譜儀工作原理圖 返回 第10章 汽車排放測試 氣相色譜儀 GC 對混合氣的組成中各成分濃度進行詳細 的分析 它靈敏度高，需要樣氣數(shù)量很少； 一次可完成多種成分的分析。 第10章 汽車排放測試 特點特點 排氣微粒 排氣微粒排氣微粒是指依據(jù) 一定的取樣方法， 在最高溫度為325K 的稀釋排氣中，由 過濾器收集到的固 態(tài)

20、或液態(tài)微粒。 顯微鏡下的微粒組織形狀 返回 第10章 汽車排放測試 微粒質(zhì)量測量 微粒測量過濾器通常采用濾紙。微粒測量過濾器通常采用濾紙。 為了保證測量的精度，空白濾紙和為了保證測量的精度，空白濾紙和 有微粒濾紙的質(zhì)量測量必須在調(diào)溫調(diào)有微粒濾紙的質(zhì)量測量必須在調(diào)溫調(diào) 濕的潔凈小室內(nèi)進行。濕的潔凈小室內(nèi)進行。 空白濾紙至少在取樣前空白濾紙至少在取樣前2h放入小室內(nèi)放入小室內(nèi) 的濾紙盒中，待穩(wěn)定后測量質(zhì)量，然的濾紙盒中，待穩(wěn)定后測量質(zhì)量，然 后仍放在小室內(nèi)待用。后仍放在小室內(nèi)待用。 如果從小室取出后如果從小室取出后1h內(nèi)沒有使用，則內(nèi)沒有使用，則 在使用前必須重新測量質(zhì)量。在使用前必須重新測量質(zhì)量

21、。 收集微粒后的濾紙放回小室內(nèi)至少收集微粒后的濾紙放回小室內(nèi)至少2h ，但不得超過，但不得超過36h，然后測量總質(zhì)量。，然后測量總質(zhì)量。 微粒質(zhì)量測量裝置 。 第10章 汽車排放測試 微粒質(zhì)量測量計算公式 第10章 汽車排放測試 ep mix pffp epmix V V MmmMd VdV 或 Vep流經(jīng)過濾器的流量，m3 Vmix流經(jīng)通道的流量，m3 Mp排放微粒質(zhì)量，g/km Mf過濾器收集的微粒質(zhì)量，g d 與運轉(zhuǎn)循環(huán)一致的距離，km 微粒成分測量 微粒中有機可溶成分SOF的分離及分析方法 第10章 汽車排放測試 1.熱解質(zhì)量分析法（TG） 2.真空揮發(fā)法（V V） 3.索氏萃取法（S

22、E） 微粒成分分析不是排放法規(guī)所要求微粒成分分析不是排放法規(guī)所要求 微粒成分測量熱解質(zhì)量分析法 熱解質(zhì)量分析法TG（Thermo Gravimetry）是在惰性 氣體氣氛（如N2）中，將微粒樣品按規(guī)定的加熱速 率加熱到923K，保溫5分鐘。在這段時間內(nèi)，其中 可揮發(fā)部分蒸發(fā)掉，用熱天平測得的微粒質(zhì)量減小 量就代表其中可揮發(fā)部分VF（Volatile Fraction）， 用此法測得的主要是高沸點HC和硫酸鹽，基本與 SOF相吻合。然后將氣氛換成空氣，在相同溫度下 ，樣品進一步減少的質(zhì)量對應(yīng)被氧化的碳煙組分， 殘留的則是微量灰分。 第10章 汽車排放測試 微粒成分測量真空揮發(fā)法 真空揮發(fā)法真空揮

23、發(fā)法VV（Vacuum Volatilization）是將 微粒樣品置于真空干燥箱內(nèi)，在真空度95Kpa以上 ，溫度473K以上加熱3h左右，其質(zhì)量變化即為微 粒中VF含量。 第10章 汽車排放測試 微粒成分測量索氏萃取法 盛有溶劑的燒瓶置于恒溫浴缸 中，加熱使溶劑蒸發(fā)，上升到 冷凝管中，冷凝物回到樣品室 中浸泡樣品，進行萃取。萃取 液達到一定體積時，經(jīng)虹吸管 流回燒瓶。溶劑在萃取器中循 環(huán)流動，不斷將微粒中的SOF 帶到燒瓶中，直到萃取完全。 返回 第10章 汽車排放測試 煙度測量方法 返回 第10章 汽車排放測試 煙度的測量方法主要有兩種 濾紙法 先用濾紙收集一定的煙氣，再通過比較濾紙表面 對光反射率的變化來測量煙度，所用的測量儀器為濾紙式 煙度計 消光度法 利用煙氣對光的吸收作用，即通過光從煙氣中 的透過度來測量煙度，所用的測量儀表為消光式煙度計。 濾紙式煙度計 濾紙式煙度計主要由定容采