第十章汽车排放测试

1、汽车(qch)排放与噪声控制第10章 汽车(qch)排放测试2022年7月19日1共四十九页第10章 汽车(qch)排放与测试 10.4 碳烟测量(cling)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2共四十九页概述：主要(zhyo)内容第10章 汽车排放(pi fn)测试 环境污染现状，特别是与汽车尾气相关的大气污染情况。各种汽车排放污染物对人类和自然的危害。汽车排放控制技术的发展历程。 3共四十九页10.1汽车排放(pi fn)污染物取样系统4共四十九页取样系统(xtng)概述 取样是汽车(qch)排放测试的第一环，在不同

2、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 5/48共四十九页直接取样(qyng)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(fngbin)，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 6共四十九页第10章 汽车(qch)排放测试 直接(zhji)取样系统未经稀释的采样气直接从

3、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453473K）送到氢火焰离子检测器HFID分析HC，经HSL2（保温368473K）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。7/48共四十九页测量重型车柴油机的微粒排放测试时，用稀释(xsh)取样系统取样。既可用全流稀释取样系统FFDSS（Full Flow Dilution Sampling System），也可用分流稀释取样系统PFDSS

4、(Partial Flow Dilution Sampling System)。 稀释取样(qyng)系统稀释取样系统外形第10章 汽车排放测试 8/48共四十九页全流稀释取样(qyng)系统 EP-排气管PDP-容积(rngj)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 9/48共四十九页全流稀释取样(qyng)系统流程图 E

5、P-排气管DAF-稀释(xsh)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10/48共四十九页全流稀释(xsh)取样系统 技术(jsh)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。 11/48共四十九页分流稀释取样(qyng

6、)系统 EP-排气管PR-取样(qyng)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 12/48共四十九页分流(fn li)稀释取样系统 分流稀释取样(qyng)系统流程图 PSS-颗粒物取样系统PSP-颗粒物取样探头TT-颗粒

7、物取样传输管PTT-颗粒物传输管13/48共四十九页分流稀释取样(qyng)系统 工作(gngzu)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。 14/48共四十九页现在，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(rnhu)用定容取样CVS（Constant Volume Sampling）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

8、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(qyng)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CFV15/48共四十九页带容积泵的定容取样(qyng)系统D-稀释空气(kngq)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 16/48共四十九页带容积泵的定容取样(qyng)系统第10章 汽车排放(pi fn)测试 特点 容积泵PDP每转的抽气体

9、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。 17/48共四十九页采用临界流量文杜里管的定容取样(qyng)系统AB-稀释(xsh)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S1S4-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

10、排放18/48共四十九页第10章 汽车(qch)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(qi hun)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 19/48共四十九页10.2排气成分(chng fn)分析仪20共四十九页汽车排气中的CO和CO2用不分光红外线气体(qt)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(chng

11、 fn)分析仪概述排气成分分析仪外形图 第10章 汽车排放测试 21/48共四十九页不分光红外线气体分析仪NDIR（Non-Dispersive Infrared Analyzer）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0.8600m的电磁波，多数气体具有吸收特定(tdng)波长的红外线的能力。如CO能吸收4.55m的红外线， CO2能吸收44.5m 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(fn un)红外气体分析仪NDIR第10章 汽车排放测试 22/48共四十九页不分光(fn un)红外气体分析仪NDIR红外线光源射出的红外线经过

12、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(tiozh)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23/48共四十九页NDIR工作(gngzu)原理24/48共四十九页NDIR工作(gngzu)特点第10章 汽车(qch)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

13、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。25/48共四十九页化学发光分析仪CLD (Chemical Luminescence Detector)具有感应度高，体积分数可达10-7；应答(yngd)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

14、量NOx的标准方法。第10章 汽车(qch)排放测试 特点26/48共四十九页化学发光分析仪CLD 工作(gngzu)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(bi zn)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

15、 汽车排放测试 27/48共四十九页氢火焰(huyn)离子分析仪FID (Flame Ionization Detector)第10章 汽车(qch)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。28/48共四十九页氢火焰(huyn)离子分析仪工作原理工作原理(yunl)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

16、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 29/48共四十九页顺磁分析仪PMA工作(gngzu)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(wi xn)图 第10章 汽车排放

17、测试 30/48共四十九页顺磁分析仪PMA (Paramagnetic Analyzer)工作(gngzu)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(zhngxn)，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 31/48共四十九页热线(rxin)风速仪（Ho

18、t wire Anemometer，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(chn wi)“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。32/48共四十九页气相色谱仪 GC (Gas Chromatography)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(shling)很少

19、；一次可完成多种成分的分析。 第10章 汽车(qch)排放测试 特点33/48共四十九页气相色谱仪 GC工作原理用样气注射器把一定(ydng)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(s p)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 34/48共四十九页10.2.5 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（吸附或溶解性）不同，在载气的推动下被分离。亲和力弱的组分

20、，很难被滞留在填充剂中，首先流出色谱柱；反之，亲和力强的组分流出较晚。色谱柱分离的各组分由载气送到检测器测定出各组分浓度。由记录仪器分别记录各组分的峰点和时间，色谱峰的面积(min j)与相应成分浓度成正比。1-试样注入口；2-色谱图记录仪；3-气体(qt)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 35/48共四十九页10.3微粒(wil)测量与分析36共四十九页排气微粒(wil) 排气微粒是指依据一定的取样方法，在最高温度为325K的稀释(xsh)排气中，由过滤器收集到的固态或液态微粒。显微镜下的微粒组织形状 返回第10章 汽车排

21、放测试 37/48共四十九页微粒(wil)质量测量微粒测量过滤器通常采用滤纸。为了保证测量的精度，空白滤纸和有微粒滤纸的质量测量必须在调温调湿的洁净小室内(sh ni)进行。空白滤纸至少在取样前2h放入小室内的滤纸盒中，待稳定后测量质量，然后仍放在小室内待用。如果从小室取出后1h内没有使用，则在使用前必须重新测量质量。收集微粒后的滤纸放回小室内至少2h，但不得超过36h，然后测量总质量。微粒质量测量装置 微粒滤纸与空白滤纸的质量差就是微粒质量。第10章 汽车排放测试 38/48共四十九页微粒(wil)质量测量计算公式第10章 汽车(qch)排放测试 Vep流经过滤器的流量，m3 Vmix流经通

22、道的流量，m3 Mp排放微粒质量，g/km mf过滤器收集的微粒质量，g d 与运转循环一致的距离，km39/48共四十九页微粒(wil)成分测量微粒(wil)中有机可溶成分SOF的分离及分析方法 第10章 汽车排放测试 1.热解质量分析法（TG）2.真空挥发法（V V）3.索氏萃取法（SE）微粒成分分析不是排放法规所要求40/48共四十九页微粒成分(chng fn)测量热解质量分析法热解质量分析法TG（Thermo Gravimetry）是在惰性气体气氛（如N2）中，将微粒样品按规定的加热速率加热到923K，保温(bown)5分钟。在这段时间内，其中可挥发部分蒸发掉，用热天平测得的微粒质量减

23、小量就代表其中可挥发部分VF（Volatile Fraction），用此法测得的主要是高沸点HC和硫酸盐，基本与SOF相吻合。然后将气氛换成空气，在相同温度下，样品进一步减少的质量对应被氧化的碳烟组分，残留的则是微量灰分。第10章 汽车排放测试 41/48共四十九页微粒成分(chng fn)测量真空挥发法 真空挥发法VV（Vacuum Volatilization）是将微粒样品置于真空干燥箱内，在真空度95kPa以上，温度473K以上加热3h左右，其质量变化(binhu)即为微粒中VF含量。第10章 汽车排放测试 42/48共四十九页微粒成分(chng fn)测量索氏萃取法（Soxhlet E

24、xtraction）盛有溶剂（常用二氯甲烷）的烧瓶置于恒温(hngwn)浴缸3中，加热使溶剂蒸发，上升到冷凝管8中，冷凝物回到样品室6中浸泡样品，进行萃取。萃取液达到一定体积时，经虹吸管流回烧瓶4。溶剂在萃取器中循环流动，不断将微粒中的SOF带到烧瓶4中，直到萃取完全。返回第10章 汽车排放测试 43/48共四十九页10.4烟度测量方法44共四十九页烟度测量方法返回第10章 汽车(qch)排放测试 烟度的测量方法主要(zhyo)有两种滤纸法 先用滤纸收集一定的烟气，再通过比较滤纸表面对光反射率的变化来测量烟度，所用的测量仪器为滤纸式烟度计消光度法 利用烟气对光的吸收作用，即通过光从烟气中的透过度来测量烟度，所用的测量仪表为消光式烟度计。45/48共四十九页滤