第十章汽車排放測試

1、汽車(qch)排放與噪聲控制第10章 汽車(qch)排放測試2022年7月19日1共四十九頁第10章 汽車(qch)排放與測試 10.4 碳煙測量(cling)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2共四十九頁概述：主要(zhyo)內(nèi)容第10章 汽車排放(pi fn)測試 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。各種汽車排放污染物對人類和自然的危害。汽車排放控制技術(shù)的發(fā)展歷程。 3共四十九頁10.1汽車排放(pi fn)污染物取樣系統(tǒng)4共四十九頁取樣系統(tǒng)(xtng)概述 取樣是汽車(qch)排放測試的第一環(huán)，在不同

2、條件下，需要不同的取樣技術(shù)。取樣系統(tǒng)的功能在于使樣氣經(jīng)過預(yù)處理，以便按一定要求送入分析系統(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：直接取樣系統(tǒng)、稀釋取樣系統(tǒng)和定容取樣系統(tǒng)。第10章 汽車排放測試 5/48共四十九頁直接取樣(qyng)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(jìn)行分析。由于直接取樣法設(shè)備簡單，操作方便(fngbin)，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 6共四十九頁第10章 汽車(qch)排放測試 直接(zhji)取樣系統(tǒng)未經(jīng)稀釋的采樣氣直接從

3、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(xué)發(fā)光分析儀CLA分析NOx，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。7/48共四十九頁測量重型車柴油機的微粒排放測試時，用稀釋(xsh)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），也可用分流稀釋取樣系統(tǒng)PFDSS

4、(Partial Flow Dilution Sampling System)。 稀釋取樣(qyng)系統(tǒng)稀釋取樣系統(tǒng)外形第10章 汽車排放測試 8/48共四十九頁全流稀釋取樣(qyng)系統(tǒng) EP-排氣管PDP-容積(rngj)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 9/48共四十九頁全流稀釋取樣(qyng)系統(tǒng)流程圖 E

5、P-排氣管DAF-稀釋(xsh)用空氣過濾器SDS-單級稀釋系統(tǒng)DDS-雙級稀釋系統(tǒng)PDT-初級稀釋通道SDT-次級稀釋通道PSP-顆粒取樣探頭PTT-顆粒物傳輸管PDP-容積式泵CFV-臨界流量文杜里管10/48共四十九頁全流稀釋(xsh)取樣系統(tǒng) 技術(shù)(jsh)要點第10章 汽車排放測試 初級稀釋風(fēng)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排出的排氣能經(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。 11/48共四十九頁分流稀釋取樣(qyng

6、)系統(tǒng) EP-排氣管PR-取樣(qyng)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(fēng)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 12/48共四十九頁分流(fn li)稀釋取樣系統(tǒng) 分流稀釋取樣(qyng)系統(tǒng)流程圖 PSS-顆粒物取樣系統(tǒng)PSP-顆粒物取樣探頭TT-顆粒

7、物取樣傳輸管PTT-顆粒物傳輸管13/48共四十九頁分流稀釋取樣(qyng)系統(tǒng) 工作(gngzu)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。 14/48共四十九頁現(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(jìn)行稀釋，然后(rnhu)用定容取樣CVS（Constant Volume Sampling）系統(tǒng)取樣。除取樣袋收集（測得濃度值）的氣體外，大部分排氣被排出取樣器；由

8、測量器測量排出氣體的總流量；因此可以計算得到排放總量。定容取樣(qyng)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PDP文杜里管CFV15/48共四十九頁帶容積泵的定容取樣(qyng)系統(tǒng)D-稀釋空氣(kngq)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)（PDP-CVS）流程圖 第10章 汽車排放測試 16/48共四十九頁帶容積泵的定容取樣(qyng)系統(tǒng)第10章 汽車排放(pi fn)測試 特點 容積泵PDP每轉(zhuǎn)的抽氣體

9、積是一定的，只要轉(zhuǎn)數(shù)不變，總流量就不變。PDP系統(tǒng)可使流量無級變化，但結(jié)構(gòu)龐大，且流量受溫度影響大。 17/48共四十九頁采用臨界流量文杜里管的定容取樣(qyng)系統(tǒng)AB-稀釋(xsh)空氣取樣袋CF-積累流量計CS-旋風(fēng)分離器DAF-稀釋空氣濾清器DEP-稀釋排氣抽氣泵DT-稀釋風(fēng)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 采用臨界文丘里管（CVF）的定容取樣系統(tǒng) 第10章 汽車排放測試 CFV-臨界流量文杜里管；SF-測量微粒

10、排放18/48共四十九頁第10章 汽車(qch)排放測試 其總流量由一臨界文杜里管CFV來確定，只要文杜里管一定，總流量就不變。該系統(tǒng)受溫度影響較小，結(jié)構(gòu)相對簡單，但只可通過切換(qi hun)文杜里管來改變流量，且只能有級地改變。 采用臨界流量文杜里管的定容取樣系統(tǒng)返回特點 19/48共四十九頁10.2排氣成分(chng fn)分析儀20共四十九頁汽車排氣中的CO和CO2用不分光紅外線氣體(qt)分析儀測量；NOx用化學(xué)發(fā)光分析儀測量；HC用氫火焰離子型分析儀測量；當(dāng)需要從總碳?xì)浠衔镏蟹蛛x出非甲烷碳?xì)浠衔飼r，一般用氣相色譜儀測量甲烷；發(fā)動機排氣中的氧多用順磁分析儀測量。排氣成分(chng

11、 fn)分析儀概述排氣成分分析儀外形圖 第10章 汽車排放測試 21/48共四十九頁不分光紅外線氣體分析儀NDIR（Non-Dispersive Infrared Analyzer）是根據(jù)不同氣體對紅外線的選擇性吸收原理提出的。紅外線是波長為0.8600m的電磁波，多數(shù)氣體具有吸收特定(tdng)波長的紅外線的能力。如CO能吸收4.55m的紅外線， CO2能吸收44.5m 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(fn un)紅外氣體分析儀NDIR第10章 汽車排放測試 22/48共四十九頁不分光(fn un)紅外氣體分析儀NDIR紅外線光源射出的紅外線經(jīng)過

12、旋轉(zhuǎn)的截光盤交替地投向氣樣室和裝有不吸收紅外線的氣體（如氮）的參比室，透過兩室的氣體進(jìn)入有兩個接收氣室的檢測器。當(dāng)樣氣室中的被測樣氣濃度變化時，兩個接受氣室接受的紅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兩側(cè)壓力變化。由截光盤調(diào)制(tiozh)的周期性變化引起電容器電容量周期變化，該信號經(jīng)放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23/48共四十九頁NDIR工作(gngzu)原理24/48共四十九頁NDIR工作(gngzu)特點第10章 汽車(qch)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

13、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CO2用不分光紅外線氣體分析儀測量。25/48共四十九頁化學(xué)發(fā)光分析儀CLD (Chemical Luminescence Detector)具有感應(yīng)度高，體積分?jǐn)?shù)可達(dá)10-7；應(yīng)答(yngd)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

14、量NOx的標(biāo)準(zhǔn)方法。第10章 汽車(qch)排放測試 特點26/48共四十九頁化學(xué)發(fā)光分析儀CLD 工作(gngzu)原理（見P173）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(bi zn)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(jìn)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(jìn)入反應(yīng)室， 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?；瘜W(xué)發(fā)光分析儀工作原理圖 第10章

15、 汽車排放測試 27/48共四十九頁氫火焰(huyn)離子分析儀FID (Flame Ionization Detector)第10章 汽車(qch)排放測試 目前測量汽車排放中HC的最有效手段；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。28/48共四十九頁氫火焰(huyn)離子分析儀工作原理工作原理(yunl)氫火焰燃燒時，2300K左右的高溫氫火焰會使HC離子化成自由離子，離子數(shù)基本與HC的濃度成正比待測氣體與氫氣混合后，由入口進(jìn)入燃燒器，由燃燒嘴噴出，在空氣的助燃下由通電

16、的點火絲點燃。HC在缺氧的氫擴散火焰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，從而反映出相應(yīng)HC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 29/48共四十九頁順磁分析儀PMA工作(gngzu)原理氧是一種強順磁性氣體，氮氧化物有較弱的順磁性，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(wi xn)圖 第10章 汽車排放

17、測試 30/48共四十九頁順磁分析儀PMA (Paramagnetic Analyzer)工作(gngzu)原理樣氣3中的氧2，在永久磁鐵6的磁場吸引下充入水平玻璃管5中。在磁場強度最大的地方，樣氣被電熱絲4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)的氧。冷的樣氣被吸到磁極中心(zhngxn)，擠走熱的樣氣。冷的樣氣被加熱后又被擠走。這樣在玻璃管5中就形成了氣體流動，也稱磁風(fēng)，其速度與樣氣中氧氣的濃度成正比。如果加熱絲4同時起熱線風(fēng)速儀的作用，就可以簡單地測定磁風(fēng)速度，從而測得樣氣中的氧濃度。順磁分析儀工作原理 第10章 汽車排放測試 31/48共四十九頁熱線(rxin)風(fēng)速儀（Ho

18、t wire Anemometer，簡稱HWA）基本原理是將一根細(xì)的金屬絲放在流體中，通電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲稱為(chn wi)“熱線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過金屬絲時，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。改變加熱的電流使氣體帶走的熱量得以補充，而使金屬絲的溫度保持不變（也稱金屬絲的電阻值不變）如保持150；這時流速愈大則所需加熱的電流也愈大，根據(jù)所需施加的電流（加熱電流值）則可得知流速的大小。32/48共四十九頁氣相色譜儀 GC (Gas Chromatography)對混合氣的組成中各成分濃度進(jìn)行詳細(xì)的分析；它靈敏度高，需要樣氣數(shù)量(shling)很少

19、；一次可完成多種成分的分析。 第10章 汽車(qch)排放測試 特點33/48共四十九頁氣相色譜儀 GC工作原理用樣氣注射器把一定(ydng)體積的樣氣從試樣注入口注入儀器，與從載氣入口進(jìn)入儀器的氮、氦、氬等載氣混合后流入裝有填充劑（氧化鋁、硅膠或者活性炭分子篩等固定相）的色譜柱中。1-試樣注入口；2-色譜(s p)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 34/48共四十九頁10.2.5 氣相色譜儀 GC工作原理由于樣氣的不同組分對色譜柱中的填充劑的親和力（吸附或溶解性）不同，在載氣的推動下被分離。親和力弱的組分

20、，很難被滯留在填充劑中，首先流出色譜柱；反之，親和力強的組分流出較晚。色譜柱分離的各組分由載氣送到檢測器測定出各組分濃度。由記錄儀器分別記錄各組分的峰點和時間，色譜峰的面積(min j)與相應(yīng)成分濃度成正比。1-試樣注入口；2-色譜圖記錄儀；3-氣體(qt)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 35/48共四十九頁10.3微粒(wil)測量與分析36共四十九頁排氣微粒(wil) 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(xsh)排氣中，由過濾器收集到的固態(tài)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

21、放測試 37/48共四十九頁微粒(wil)質(zhì)量測量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)(sh ni)進(jìn)行?？瞻诪V紙至少在取樣前2h放入小室內(nèi)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。如果從小室取出后1h內(nèi)沒有使用，則在使用前必須重新測量質(zhì)量。收集微粒后的濾紙放回小室內(nèi)至少2h，但不得超過36h，然后測量總質(zhì)量。微粒質(zhì)量測量裝置 微粒濾紙與空白濾紙的質(zhì)量差就是微粒質(zhì)量。第10章 汽車排放測試 38/48共四十九頁微粒(wil)質(zhì)量測量計算公式第10章 汽車(qch)排放測試 Vep流經(jīng)過濾器的流量，m3 Vmix流經(jīng)通

22、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，km39/48共四十九頁微粒(wil)成分測量微粒(wil)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（SE）微粒成分分析不是排放法規(guī)所要求40/48共四十九頁微粒成分(chng fn)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(bown)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

23、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(jìn)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 41/48共四十九頁微粒成分(chng fn)測量真空揮發(fā)法 真空揮發(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(binhu)即為微粒中VF含量。第10章 汽車排放測試 42/48共四十九頁微粒成分(chng fn)測量索氏萃取法（Soxhlet E

24、xtraction）盛有溶劑（常用二氯甲烷）的燒瓶置于恒溫(hngwn)浴缸3中，加熱使溶劑蒸發(fā)，上升到冷凝管8中，冷凝物回到樣品室6中浸泡樣品，進(jìn)行萃取。萃取液達(dá)到一定體積時，經(jīng)虹吸管流回?zé)?。溶劑在萃取器中循環(huán)流動，不斷將微粒中的SOF帶到燒瓶4中，直到萃取完全。返回第10章 汽車排放測試 43/48共四十九頁10.4煙度測量方法44共四十九頁煙度測量方法返回第10章 汽車(qch)排放測試 煙度的測量方法主要(zhyo)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。45/48共四十九頁濾