12358-汽車試驗學(xué)規(guī)格嚴(yán)格功夫到家

1、汽車試驗學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)汽車工程學(xué)院264209 山東威海文化西路2號第12章 汽車公害及檢測 本章主要內(nèi)容汽車公害的分類 汽車排氣的檢驗與測量 試驗規(guī)范 排氣分析的取樣方法 分析儀器 噪聲測量 噪聲測量中的基本聲學(xué)概念 噪聲測量中的聲級計算噪聲評定值 噪聲測量儀器趙立軍 博士開題報告 第2頁12.1 汽車公害的分類 排氣公害 汽車排氣公害統(tǒng)稱排放污染，是由發(fā)動機(jī)排氣、供油系統(tǒng)的燃料蒸發(fā)和泄漏而造成的，排氣污染占汽油機(jī)總污染量的65%85%，其中有害氣體為：未燃或不完全燃燒的碳?xì)浠衔颒C、氮氧化合物NOx、CO以及柴油發(fā)動機(jī)排出的碳煙，微粒。噪聲公害 汽車噪聲是一種包括多種不同性質(zhì)

2、噪聲的綜合噪聲，其中主要來自發(fā)動機(jī)、輪胎、排氣、吸氣和喇叭聲等。 電波公害 汽車電器中有許多導(dǎo)線、線圈和零件，都具有不同的電容和電感，在閉合回路中形成振蕩回路。當(dāng)電氣設(shè)備產(chǎn)生火花時，就會引起高頻振蕩并以電磁波的形式發(fā)射到空中，干擾無線電和電子設(shè)備正常工作，尤以點(diǎn)火系所引起的干擾最為嚴(yán)重。趙立軍 博士開題報告 第3頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2 試驗規(guī)范1.怠速法 怠速法分為單怠速法和雙怠速法。怠速法對于發(fā)現(xiàn)化油器轎車中的高排放車非常有效，對于裝備電子燃油噴射系統(tǒng)和三元催化轉(zhuǎn)化器的轎車則效率明顯降低。雙怠速法能測量怠速污染物排放濃度，還可以監(jiān)控因化油器量孔磨損或催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率下

3、降而造成的汽車排放惡化。 我國裝用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)的新生產(chǎn)汽車，在用汽車排放限值見表12-3。 趙立軍 博士開題報告 第4頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2 試驗規(guī)范2.工況法 按照汽車在城市典型道路上的實際行駛情況，制定可再現(xiàn)真實運(yùn)行工況的模擬規(guī)范，使汽車在轉(zhuǎn)鼓試驗臺(即底盤測功機(jī))上運(yùn)轉(zhuǎn)，以測定汽車排氣污染物的濃度和數(shù)量。這種監(jiān)測方法稱為“工況法”。 我國輕型汽車污染物排放限值及測量方法(GB 18352.32005)中規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)是由1部(包含4個市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán))和2部(市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán))組成，共持續(xù)1180秒。市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)單元示意圖如圖12.3所示，包含15 個工況(怠速、加速、勻速

4、、減速等)；市郊循環(huán)包含13 個工況(怠速、加速、勻速、減速等)。 趙立軍 博士開題報告 第5頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2 試驗規(guī)范2.工況法 采用定容取樣法(CVS)取樣，取樣應(yīng)在發(fā)動機(jī)起動的起點(diǎn)或之前開始(BS)，終止于運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)2部的最后一個怠速期結(jié)束時(ES)。在運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)結(jié)束后20min內(nèi)進(jìn)行分析，并測量稀釋排氣的總?cè)莘e。 試驗結(jié)果乘以相應(yīng)劣化系數(shù)，求得的排氣污染物排放量，必須小于表12-4 所示限。 趙立軍 博士開題報告 第6頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2 試驗規(guī)范3 煙度法 (1)穩(wěn)態(tài)煙度法 我國現(xiàn)行車用壓燃發(fā)動機(jī)和壓燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣煙度限值及測量

5、方法規(guī)定：在全負(fù)荷曲線上不同穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下測定排氣煙度，要進(jìn)行足夠數(shù)量轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)測量，范圍在最高額定轉(zhuǎn)速和最低額定轉(zhuǎn)速之間且適當(dāng)分布，其中測點(diǎn)必須包含最大功率真轉(zhuǎn)速和最大扭矩轉(zhuǎn)速。使用不透光煙度計測量，每一轉(zhuǎn)速下所測得的排氣光吸收系數(shù)測量值，應(yīng)不大于表12-5規(guī)定的限值。 趙立軍 博士開題報告 第7頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2 試驗規(guī)范3 煙度法（2）非穩(wěn)態(tài)煙度法 1)自由加速煙度法(Free Acceleration) 自由加速法無須測功機(jī)。在發(fā)動機(jī)怠速狀態(tài)下，迅速地操作油門執(zhí)行器，使噴油泵在最短時間內(nèi)供給最大油量。在發(fā)動機(jī)達(dá)到調(diào)速器允許的最大轉(zhuǎn)速前，保持此位置。一旦達(dá)到最大轉(zhuǎn)

6、速，立即松開油門執(zhí)行器，使發(fā)動機(jī)恢復(fù)至怠速。觀察每次連續(xù)加速中不透光煙度計的最大讀數(shù)值，直到得到穩(wěn)定值為止。 趙立軍 博士開題報告 第8頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2 試驗規(guī)范3 煙度法（2）非穩(wěn)態(tài)煙度法 2)加載減速工況法(LUG-DOWN) 加載減速法(LUG-DOWN)是在一定工況條件下測量柴油車排氣的可見污染物的方法。加載減速測試過程必須完全自動化，自動控制系統(tǒng)采集三組檢測狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，即實測最大輪邊功率時的轉(zhuǎn)鼓線速度(VELMAXHP)， 90% VELMAXHP，和80% VELMAXHP。將上述三個檢測速度段所測量到的數(shù)據(jù)，包括輪邊功率，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)鼓線速度和排

7、氣光吸收系數(shù)k，作為檢測結(jié)果。4其他檢測方法 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車排放物的測檢方法日新月異，檢測方法、方向多樣，如曲軸箱污染物排放試驗、蒸發(fā)污染物排放試驗、遙感測量技術(shù)、車載診斷系統(tǒng)OBD的功能性項目試驗等。 趙立軍 博士開題報告 第9頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2排氣分析的取樣方法1. 直接取樣法(Direct Sampling) 將取樣探頭直接插入發(fā)動機(jī)排氣管內(nèi)，用取樣泵直接采取一定量的氣樣，經(jīng)過粗、細(xì)濾器，濾去氣體中的灰塵，供廢氣分析儀分析。2. 全量取樣法(Full Flow Sampling) 全量取樣法就是將發(fā)動機(jī)排氣試驗中的全部排氣采集到一個有足夠容積的氣袋中

8、以供分析。這種取樣法既能測定排氣污染物的平均濃度，也能作排放量的計算。 3. 變稀釋度取樣法 變稀釋度取樣法也稱為定容取樣法(Constant Volume Sampler， 簡稱CVS)，是一種接近于汽車排氣擴(kuò)散到大氣中的實際狀態(tài)的取樣方法。CVS法是將排氣全部用清潔空氣稀釋，并使稀釋后的總流量保持一定，再將部分稀釋后的排氣按未被稀釋排氣的流量成一定比例地搜集在樣品袋子里，然后導(dǎo)入分析儀進(jìn)行分析，可測定排氣成分的真實濃度。 趙立軍 博士開題報告 第10頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.2排氣分析的取樣方法3. 變稀釋度取樣法 變稀釋度取樣法的示意圖如圖12.4所示?，F(xiàn)在，世界各國的

9、排放法規(guī)均規(guī)定用定容取樣系統(tǒng)CVS取樣。 趙立軍 博士開題報告 第11頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.3分析儀器1.不分光紅外分析儀(NDIR) NDIR分析儀包括兩個單獨(dú)的紅外線輻射光源、試樣室、基準(zhǔn)室以及薄膜微音器式檢測室、放大器和指示器組成。紅外線分析儀的測量原理，建立在氣體具有吸收電磁輻射的特性的基礎(chǔ)上。不同的氣體在紅外波段(0.8600m)內(nèi)都有其特定的吸收帶(如CO為4.55m，CO2為44.5m等)，而且氣體濃度愈高，吸收能力愈強(qiáng)。輻射吸收強(qiáng)度是衡量氣體濃度的尺度。 趙立軍 博士開題報告 第12頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.3分析儀器2.氫火焰離子化分析

10、儀(FID) FID是目前檢測排氣中HC最有效的方法，靈敏度很高。其工作原理是基于大多數(shù)有機(jī)碳?xì)浠衔镌跉浠鹧嬷挟a(chǎn)生大量電離的現(xiàn)象來測定HC的。電離度與引入火焰中的HC分子中C原子數(shù)成正比。 趙立軍 博士開題報告 第13頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.3分析儀器 3.化學(xué)發(fā)光氣體分析儀(CLD) CLD是目前測定 NOx 的最好方法。其特點(diǎn)是分辨率高(約為 0.1 10-6)，反應(yīng)速度快(一般為 24s)，可連續(xù)分析，線性范圍廣，對高低濃度的 NOx 氣樣均可測定。用于測定汽車排氣成分的CLD分析儀通常帶有NO2-NO轉(zhuǎn)換器，利用轉(zhuǎn)換器的表面熱反應(yīng)(加熱到600)使NO2分解為NO

11、。這樣所測得的濃度是被測氣體中原有的 NO 和由NO2 轉(zhuǎn)化的 NO 兩部分濃度之和，即為 NOx 的濃度，減去汽車排氣未經(jīng)過NO2-NO轉(zhuǎn)換器所測的NO的差值，即為NO2的濃度。 趙立軍 博士開題報告 第14頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.4氣相色譜分析法(GC) 色譜分析法又稱色層或?qū)游龇?。它是利用物質(zhì)的吸附能力、溶解度、親和力、陰滯作用等物理性質(zhì)的不同，對混合物中各組分進(jìn)行分離、分析的方法。色譜分離過程中有流動相和固定相兩相，根據(jù)所用流動相的不同，色譜法可分為氣相色譜法和液相色譜法兩大類。世界各國多用氣相色譜法測定汽車排氣各種HC含量。趙立軍 博士開題報告 第15頁12.2

12、汽車排氣的檢驗與測量 12.2.5煙度測試1.濾紙式煙度計 濾紙式煙度計工作原理示意圖如圖12.12所示。抽氣泵抽取一定量的廢氣，并使它通過一張已知面積的白色濾紙，廢氣中的碳粒吸附在濾紙上將濾紙染黑，其黑度即可用以度量排氣中的碳煙含量。濾紙的黑度可用染黑濾紙相對于清潔濾紙對光的反射率來計算評定。濾紙上的吸光率可用光電檢測裝置測量。趙立軍 博士開題報告 第16頁12.2 汽車排氣的檢驗與測量 12.2.5煙度測試2.不透光式煙度計 不透光式煙度計可測量黑煙、藍(lán)煙和白煙三種煙度，但最適于測量黑煙和藍(lán)煙。測量前，首先用空氣向校正器中吹入干凈空氣，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換手柄，使光源和光電池移至測試管兩側(cè)，然后將排煙

13、的部分或全部連續(xù)不斷地導(dǎo)入測試管，讓光線透過導(dǎo)入的廢氣，光電池即可測出光線的衰減率，通過記錄儀，可得出排煙隨時間的變化情況。 趙立軍 博士開題報告 第17頁12.3 噪聲測量12.3.1 噪聲測量中的基本聲學(xué)概念1.聲場 聲波傳播的空間統(tǒng)稱為聲場。允許聲波在任何方向作無反射自由傳播的空間叫自由聲場，而允許聲波在任何方向作無吸收傳播的空間叫混響聲場。 2. 聲壓與聲壓級聲壓是指聲波波動引起傳播介質(zhì)壓力變化的量值。聲學(xué)上引入“級”的概念，用成倍比關(guān)系的對數(shù)量來表示聲音的強(qiáng)弱，即用聲壓級表示聲壓的大小。 3. 聲能、聲功率、聲能流密度和聲強(qiáng)介質(zhì)中既有振動的動能又有形變的位能，這兩部分相加就是聲能。單

14、位體積的聲能定義為聲能密度，用表示；單位時間內(nèi)聲源傳播的總聲能用聲功率(W)表示。定義單位時間內(nèi)通過與能量傳播方向垂直的單位面積的聲能為聲能流密度聲能流密度在一個周期內(nèi)的時間平均值，稱作聲強(qiáng) 4. 聲功率級和聲強(qiáng)級5. 頻譜趙立軍 博士開題報告 第18頁12.3 噪聲測量12.3.2 噪聲評定值 1. 響度級 響度級正是根據(jù)人耳的這種聽覺特性而提出的噪聲評定值。它選取1000Hz的純音為基準(zhǔn)聲，如果待測的聲音聽起來與某一基準(zhǔn)聲一樣響，則該基準(zhǔn)聲的聲壓級dB值就是待測的聲音的響度級，其單位為phon。圖12.15為整個聽覺范圍內(nèi)的等響曲線。 2. 計權(quán)聲級 噪聲通過一種專門設(shè)計的頻率修正(聽覺特

15、性修正)電路后，某些頻率成分將被衰減。在噪聲測量中，這種電路叫頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，用帶有頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的儀器測得的噪聲值為計權(quán)聲級，統(tǒng)稱噪聲級。常用的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種，它們的衰減特性如圖12.16所示，相應(yīng)的計權(quán)聲級分別記為、和，單位為dB。 趙立軍 博士開題報告 第19頁12.3 噪聲測量12.3.2 噪聲評定值 3. 統(tǒng)計聲級 在一定的時間內(nèi)，對不穩(wěn)定噪聲的各個測量值進(jìn)行統(tǒng)計、分級評定的表示值，記做LAn，單位為dB。實際測量時，在一定時間內(nèi)，以均勻的時問間隔測量噪聲的A計權(quán)聲級，然后從大到小依次排列，其中有10的時間所超過的聲級叫做峰值噪聲級，用表示；50時間所超過的聲級叫做中間噪聲級，

16、相當(dāng)于平均噪聲級，用表示；90時間所超過的聲級叫做環(huán)境背景噪聲級，用表示。4. 等效聲級 等效聲級評價值的提出是基于能量等效原則，指用能量相等的穩(wěn)定聲級評定某固定點(diǎn)連續(xù)變化的A聲級。 趙立軍 博士開題報告 第20頁12.3 噪聲測量 12.3.3聲壓和聲強(qiáng)測量的基本原理 1.聲壓測量的基本原理 (1)動圈式傳聲器(2) 壓電式傳聲器(3) 電容式傳聲器它由膜片(振膜)4和后極板3組成電容的兩個電極，兩電極間預(yù)先加一恒定的直流電壓，使之處于不變的充電狀態(tài)。當(dāng)膜片在聲壓作用下產(chǎn)生振動時，電極間距離發(fā)生變化，即電容發(fā)生變化，從而引起極板間電壓的變化。 2.聲強(qiáng)測量的基本原理 (1) P-P法 傳聲器

17、A、B的聲學(xué)中心距離為。設(shè)兩傳聲器聲學(xué)中心的連線方向為，當(dāng)聲波沿方向傳播時，聲場中介質(zhì)的運(yùn)動方程為 趙立軍 博士開題報告 第21頁12.3 噪聲測量12.3.3聲壓和聲強(qiáng)測量的基本原理 2.聲強(qiáng)測量的基本原理 (2)P-法 P-法聲強(qiáng)測量原理如圖12.19所示，這種聲強(qiáng)探頭由一對超聲波發(fā)射器l、一對超聲波接收器2和一個傳聲器3組成。兩個發(fā)射器發(fā)射的超聲波束平行但方向相反，在等距離處設(shè)置各自的接收器。傳聲器布置在探頭中間，用來測量聲壓。趙立軍 博士開題報告 第22頁12.3 噪聲測量12.3.4 噪聲源的聲功率測量1.測量表面和測點(diǎn)布置 在工程實際中，對于外形變化不大的被測對象，通常都采用半球面

18、、圓柱體表面或長方體表面等作為包絡(luò)面，在上面布置測點(diǎn)，形成測量表面。圖12.20是國際標(biāo)準(zhǔn)中針對聲壓法測量推薦的半球面測量表面，適合的測試環(huán)境是半消聲室或具有近似聲學(xué)特性的大房間。圖12.21是國際標(biāo)準(zhǔn)中針對聲強(qiáng)法測量推薦的半球面測量表面，適合現(xiàn)場測試環(huán)境。 趙立軍 博士開題報告 第23頁12.3 噪聲測量12.3.4 噪聲源的聲功率測量2 聲壓法測量結(jié)果的處理 1)背景噪聲的修正2) 測量表面平均聲壓級計算3) 噪聲聲功率級的換算3聲強(qiáng)法測量結(jié)果的處理 (1)聲強(qiáng)值換算(2) 聲功率計算趙立軍 博士開題報告 第24頁12.3 噪聲測量 12.3.5噪聲測量儀器1.噪聲測量儀器(1)聲級計 聲級計通常由傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波電路以及指示表頭等部分組成。其工作原理是將被測聲波的聲壓信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成為電壓信號，經(jīng)放大器進(jìn)行放大，并由衰減器調(diào)整量程后，再經(jīng)過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)修正、檢波，最后由表頭顯示相應(yīng)的噪聲級數(shù)值。 趙立軍 博士開題報告 第25頁12.3 噪聲測量 12.3.5噪聲測量儀器 2. 聲強(qiáng)測量儀 聲強(qiáng)測量儀主要由兩大部分構(gòu)成：聲強(qiáng)探頭和信號處理系統(tǒng)，其中信號處理系統(tǒng)的硬件構(gòu)成因信號處理方式的不同而異。圖12.25為聲強(qiáng)測量儀的系統(tǒng)組成框圖，其中的信號處理部分由信號數(shù)字化儀和計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成。 趙立軍 博士開題報告