汽车试验学课件：汽车公害及检测-

汽车试验学

汽车公害及检测

第2页本章主要内容汽车公害的分类汽车排气的检验与测量试验规范

排气分析的取样方法

分析仪器

噪声测量噪声测量中的基本声学概念

噪声测量中的声级计算噪声评定值噪声测量仪器第3页12.1汽车公害的分类排气公害汽车排气公害统称排放污染，是由发动机排气、供油系统的燃料蒸发和泄漏而造成的，排气污染占汽油机总污染量的65%~85%，其中有害气体为：未燃或不完全燃烧的碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx、CO以及柴油发动机排出的碳烟，微粒。噪声公害汽车噪声是一种包括多种不同性质噪声的综合噪声，其中主要来自发动机、轮胎、排气、吸气和喇叭声等。

电波公害汽车电器中有许多导线、线圈和零件，都具有不同的电容和电感，在闭合回路中形成振荡回路。当电气设备产生火花时，就会引起高频振荡并以电磁波的形式发射到空中，干扰无线电和电子设备正常工作，尤以点火系所引起的干扰最为严重。第4页12.2.2试验规范1.怠速法怠速法分为单怠速法和双怠速法。怠速法对于发现化油器轿车中的高排放车非常有效，对于装备电子燃油喷射系统和三元催化转化器的轿车则效率明显降低。双怠速法能测量怠速污染物排放浓度，还可以监控因化油器量孔磨损或催化转化器转化率下降而造成的汽车排放恶化。我国装用点燃式发动机的新生产汽车，在用汽车排放限值见表12-3。12.2汽车排气的检验与测量第5页12.2汽车排气的检验与测量12.2.2试验规范2.工况法按照汽车在城市典型道路上的实际行驶情况，制定可再现真实运行工况的模拟规范，使汽车在转鼓试验台(即底盘测功机)上运转，以测定汽车排气污染物的浓度和数量。这种监测方法称为“工况法”。我国轻型汽车污染物排放限值及测量方法Ⅲ(GB18352.3—2005)中规定运转循环是由1部(包含4个市区运转循环)和2部(市郊运转循环)组成，共持续1180秒。市区运转循环单元示意图如图12.3所示，包含15个工况(怠速、加速、匀速、减速等)；市郊循环包含13个工况(怠速、加速、匀速、减速等)。

第6页12.2汽车排气的检验与测量12.2.2试验规范2.工况法采用定容取样法(CVS)取样，取样应在发动机起动的起点或之前开始(BS)，终止于运转循环2部的最后一个怠速期结束时(ES)。在运转循环结束后20min内进行分析，并测量稀释排气的总容积。试验结果乘以相应劣化系数，求得的排气污染物排放量，必须小于表12-4所示限。

第7页12.2汽车排气的检验与测量12.2.2试验规范3烟度法

(1)稳态烟度法我国现行《车用压燃发动机和压燃式发动机汽车排气烟度限值及测量方法》规定：在全负荷曲线上不同稳定转速下测定排气烟度，要进行足够数量转速工况点测量，范围在最高额定转速和最低额定转速之间且适当分布，其中测点必须包含最大功率真转速和最大扭矩转速。使用不透光烟度计测量，每一转速下所测得的排气光吸收系数测量值，应不大于表12-5规定的限值。第8页12.2汽车排气的检验与测量12.2.2试验规范3烟度法（2）非稳态烟度法

1)自由加速烟度法(FreeAcceleration)

自由加速法无须测功机。在发动机怠速状态下，迅速地操作油门执行器，使喷油泵在最短时间内供给最大油量。在发动机达到调速器允许的最大转速前，保持此位置。一旦达到最大转速，立即松开油门执行器，使发动机恢复至怠速。观察每次连续加速中不透光烟度计的最大读数值，直到得到稳定值为止。

第9页12.2汽车排气的检验与测量12.2.2试验规范3烟度法（2）非稳态烟度法

2)加载减速工况法(LUG-DOWN)

加载减速法(LUG-DOWN)是在一定工况条件下测量柴油车排气的可见污染物的方法。加载减速测试过程必须完全自动化，自动控制系统采集三组检测状态下的数据，即实测最大轮边功率时的转鼓线速度(VELMAXHP)，90%VELMAXHP，和80%VELMAXHP。将上述三个检测速度段所测量到的数据，包括轮边功率，发动机转速，转鼓线速度和排气光吸收系数k，作为检测结果。4其他检测方法

随着科学技术的进步，汽车排放物的测检方法日新月异，检测方法、方向多样，如曲轴箱污染物排放试验、蒸发污染物排放试验、遥感测量技术、车载诊断系统OBD的功能性项目试验等。

第10页12.2汽车排气的检验与测量12.2.2排气分析的取样方法1.直接取样法(DirectSampling)

将取样探头直接插入发动机排气管内，用取样泵直接采取一定量的气样，经过粗、细滤器，滤去气体中的灰尘，供废气分析仪分析。2.全量取样法(FullFlowSampling)

全量取样法就是将发动机排气试验中的全部排气采集到一个有足够容积的气袋中以供分析。这种取样法既能测定排气污染物的平均浓度，也能作排放量的计算。

3.变稀释度取样法变稀释度取样法也称为定容取样法(ConstantVolumeSampler，简称CVS)，是一种接近于汽车排气扩散到大气中的实际状态的取样方法。CVS法是将排气全部用清洁空气稀释，并使稀释后的总流量保持一定，再将部分稀释后的排气按未被稀释排气的流量成一定比例地搜集在样品袋子里，然后导入分析仪进行分析，可测定排气成分的真实浓度。

第11页12.2汽车排气的检验与测量12.2.2排气分析的取样方法3.变稀释度取样法变稀释度取样法的示意图如图12.4所示。现在，世界各国的排放法规均规定用定容取样系统CVS取样。

第12页12.2汽车排气的检验与测量12.2.3分析仪器1.不分光红外分析仪(NDIR)NDIR分析仪包括两个单独的红外线辐射光源、试样室、基准室以及薄膜微音器式检测室、放大器和指示器组成。红外线分析仪的测量原理，建立在气体具有吸收电磁辐射的特性的基础上。不同的气体在红外波段(0.8～600μm)内都有其特定的吸收带(如CO为4.5～5μm，CO2为4～4.5μm等)，而且气体浓度愈高，吸收能力愈强。辐射吸收强度是衡量气体浓度的尺度。

第13页12.2汽车排气的检验与测量12.2.3分析仪器2.氢火焰离子化分析仪(FID)

FID是目前检测排气中HC最有效的方法，灵敏度很高。其工作原理是基于大多数有机碳氢化合物在氢火焰中产生大量电离的现象来测定HC的。电离度与引入火焰中的HC分子中C原子数成正比。

第14页12.2汽车排气的检验与测量12.2.3分析仪器

3.化学发光气体分析仪(CLD)CLD是目前测定NOx的最好方法。其特点是分辨率高(约为0.1×10-6)，反应速度快(一般为2～4s)，可连续分析，线性范围广，对高低浓度的NOx气样均可测定。用于测定汽车排气成分的CLD分析仪通常带有NO2-NO转换器，利用转换器的表面热反应(加热到600℃)使NO2分解为NO。这样所测得的浓度是被测气体中原有的NO和由NO2转化的NO两部分浓度之和，即为NOx的浓度，减去汽车排气未经过NO2-NO转换器所测的NO的差值，即为NO2的浓度。

第15页12.2汽车排气的检验与测量12.2.4气相色谱分析法(GC)

色谱分析法又称色层或层析法。它是利用物质的吸附能力、溶解度、亲和力、阴滞作用等物理性质的不同，对混合物中各组分进行分离、分析的方法。色谱分离过程中有流动相和固定相两相，根据所用流动相的不同，色谱法可分为气相色谱法和液相色谱法两大类。世界各国多用气相色谱法测定汽车排气各种HC含量。第16页12.2汽车排气的检验与测量12.2.5烟度测试1.滤纸式烟度计滤纸式烟度计工作原理示意图如图12.12所示。抽气泵抽取一定量的废气，并使它通过一张已知面积的白色滤纸，废气中的碳粒吸附在滤纸上将滤纸染黑，其黑度即可用以度量排气中的碳烟含量。滤纸的黑度可用染黑滤纸相对于清洁滤纸对光的反射率来计算评定。滤纸上的吸光率可用光电检测装置测量。第17页12.2汽车排气的检验与测量12.2.5烟度测试2.不透光式烟度计不透光式烟度计可测量黑烟、蓝烟和白烟三种烟度，但最适于测量黑烟和蓝烟。测量前，首先用空气向校正器中吹入干净空气，旋转转换手柄，使光源和光电池移至测试管两侧，然后将排烟的部分或全部连续不断地导入测试管，让光线透过导入的废气，光电池即可测出光线的衰减率，通过记录仪，可得出排烟随时间的变化情况。

第18页12.3噪声测量12.3.1噪声测量中的基本声学概念1.声场声波传播的空间统称为声场。允许声波在任何方向作无反射自由传播的空间叫自由声场，而允许声波在任何方向作无吸收传播的空间叫混响声场。

2.声压与声压级声压是指声波波动引起传播介质压力变化的量值。声学上引入“级”的概念，用成倍比关系的对数量来表示声音的强弱，即用声压级表示声压的大小。

3.声能、声功率、声能流密度和声强介质中既有振动的动能又有形变的位能，这两部分相加就是声能。单位体积的声能定义为声能密度，用表示；单位时间内声源传播的总声能用声功率(W)表示。定义单位时间内通过与能量传播方向垂直的单位面积的声能为声能流密度声能流密度在一个周期内的时间平均值，称作声强

4.声功率级和声强级5.频谱第19页12.3噪声测量12.3.2噪声评定值

1.响度级响度级正是根据人耳的这种听觉特性而提出的噪声评定值。它选取1000Hz的纯音为基准声，如果待测的声音听起来与某一基准声一样响，则该基准声的声压级dB值就是待测的声音的响度级，其单位为phon。图12.15为整个听觉范围内的等响曲线。

2.计权声级噪声通过一种专门设计的频率修正(听觉特性修正)电路后，某些频率成分将被衰减。在噪声测量中，这种电路叫频率计权网络，用带有频率计权网络的仪器测得的噪声值为计权声级，统称噪声级。常用的计权网络有A、B、C三种，它们的衰减特性如图12.16所示，相应的计权声级分别记为、和，单位为dB。

第20页12.3噪声测量12.3.2噪声评定值

3.统计声级在一定的时间内，对不稳定噪声的各个测量值进行统计、分级评定的表示值，记做LAn，单位为dB。实际测量时，在一定时间内，以均匀的时问间隔测量噪声的A计权声级，然后从大到小依次排列，其中有10％的时间所超过的声级叫做峰值噪声级，用表示；50％时间所超过的声级叫做中间噪声级，相当于平均噪声级，用表示；90％时间所超过的声级叫做环境背景噪声级，用表示。4.等效声级等效声级评价值的提出是基于能量等效原则，指用能量相等的稳定声级评定某固定点连续变化的A声级。

第21页12.3噪声测量

12.3.3声压和声强测量的基本原理1.声压测量的基本原理

(1)动圈式传声器(2)压电式传声器(3)电容式传声器它由膜片(振膜)4和后极板3组成电容的两个电极，两电极间预先加一恒定的直流电压，使之处于不变的充电状态。当膜片在声压作用下产生振动时，电极间距离发生变化，即电容发生变化，从而引起极板间电压的变化。

2.声强测量的基本原理

(1)

P-P法传声器A、B的声学中心距离为。设两传声器声学中心的连线方向为，当声波沿方向传播时，声场中介质的运动方程为

第22页12.3噪声测量12.3.3声压和声强测量的基本原理

2.声强测量的基本原理

(2)P-μ法

P-μ法声强测量原理如图12.19所示，这种声强探头由一对超声波发射器l、一对超声波接收器2和一个传声器3组成。两个发射器发射的超声波束平行但方向相反，在等距离处设置各自的接收器。传声器布置在探头中间，用来测量声压。第23页12.3噪声测量12.3.4噪声源的声功率测量1.测量表面和测点布置在工程实际中，对于外形变化不大的被测对象，通常都采用半球面、圆柱体表面或长方体表面等作为包络面，在上面布置测点，形成测量表面。图12.20是国际标准中针对声压法测量推荐的半球面测量表面，适合的测试环境是半消声室或具有近似声学特性的大房间。图12.21是国际标准中针对声强法测量推荐的半球面测量表面，适合现场测试环境。

第24页12.3噪声测量12.3.4噪声源的声功率测量2声压法测量结果的处理

1)背景噪声的修正2)测量表面平均声压级计算3)噪声声功率级的换算3声强法测量结果的处理

(1)声强值换算(2)